Égéstermék elvezetés tervezése

Baumann Mihály

PTE PMMK Épületgépészeti Tanszék

1

2

MSZ EN 13384-1

Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás.

Égéstermék-elvezető berendezések egy tüzelőberendezéssel.

2002. decemberMSZ EN 13384-2

Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési eljárás.

2. rész: Égéstermék-elvezető berendezések több tüzelőberendezés csatlakozással.

2003. május

3

MSZ EN 13384-3

Égéstermék-elvezető berendezések. Hő- és áramlástechnikai méretezési

eljárás. Eljárás egy tüzelőberendezéssel rendelkező égéstermék-elvezető

berendezések méretezésére szolgáló táblázatok és diagramok kidolgozására.

2005. október

4

MSZ EN 13384-3

5

Égéstermék elvezető berendezések csoportosítása

� Kialakítás szerint:� Normál (égéstermék elvezetés és levegő

utánpótlás külön)� Égéstermék elvezetés és levegő utánpótlás

közösen (LAS)

� Nyomás szerint:� Huzat vagy szívás hatása alatt álló (depressziós)� Túlnyomásos

� Üzemmód szerint:� Nedves üzemű (kondenzáció üzemszerűen

megengedett)� Száraz üzemű (kondenzáció károsítja a kémény

szerkezetet)

6

Kémény áramkör részei

szélnyomásPL

kéményPR

bekötő vezetékPFV

belépési pontPZ

kazánPW

levegő bevezetésPB

7

Szélnyomás, kedvezőtlen kitorkollás

A szélnyomást PL=25 Pa értékkel kell figyelembe venni belföldön.

Kedvezőtlen a kitorkollás, ha a kitorkollás magassága a gerinc felett <0,4 m, és a vízszintes távolság a tetőtől <2,3 m, illetve:

•A tető hajlásszöge >40°

•A tető hajlásszöge >25°, a légbeszívás és kitorkollás a gerinc ellenkező oldalán van és a gerinctől való távolság >1,0 m

8

Szélnyomás, kedvezőtlen kitorkollás

Kedvezőtlen, ha:

L<15 m

α>30°

β>10°

Környező tereptárgyak hatása:

9

10

Nyomásfeltétel

Huzat vagy szívás alatt működő (depressziós) égéstermék-elvezető berendezés

A következő feltételeket kell betartani:PZ = PH - PR - PL ≥ PW + PFV + PB = PZe Pa (1)PZ ≥ PB Pa (2)

Ahol:PB a bevezetett levegő szükséges szállító nyomása, Pa;PFV az összekötőelem szükséges szállító nyomása, Pa;PH a nyugalmi nyomás, Pa;PL a szélnyomás, Pa,PR az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának ellenállási nyomása, Pa;PW a tüzelőberendezés szükséges szállító nyomása, Pa;PZ a szívónyomás az égéstermék-elvezető berendezés függőleges

szakaszának bevezetési pontján, Pa;PZe a szükséges szívónyomás az égéstermék-elvezető berendezés

függőleges szakaszának bevezetési pontján, Pa;

11

Nyomásfeltétel

Túlnyomásos égéstermék-elvezető berendezésA következő feltételeket kell betartani:

PZO = PR – PH + PL ≤ PWO – PB – PFV = PZoe Pa (3)PZO ≤ PZ excess Pa (4)PZO + PFV ≤ PZV excess Pa (5)

Ahol:PB a bevezetett levegő szükséges szállító nyomása, Pa;PFV az összekötőelem szükséges szállító nyomása, Pa;PH a nyugalmi nyomás, Pa;PL a szélnyomás, Pa,PR az égéstermék-elvezető berendezés függőleges szakaszának ellenállási nyomása, Pa;PW a tüzelőberendezés szükséges szállító nyomása, Pa;PWO a tüzelőberendezés maximális nyomáskülönbsége, Pa;PZO az égéstermék-elvezető berendezés belépési pontjának túlnyomása, Pa;PZoe az égéstermék-elvezető berendezés belépési pontjának maximális

nyomáskülönbsége, Pa;PZ excess az égéstermék-elvezető berendezés engedélyezett üzemi nyomása, Pa;

12

Hőmérsékleti feltétel

A következő összefüggést kell igazolni:Tiob ≥ Tg K (6)

Ahol:Tiob állandósult viszonyok mellett a kitorkolásnál

számított belsőfali hőmérséklet, K;Tg a belsőfali határhőmérséklet, KA száraz üzemmódban működő égéstermék-elvezető berendezések belső fal határhőmérséklete Tg az égéstermék harmatponti hőmérsékletének Tsp felel meg.A nedves üzemmódban működő (kondenzációs) égéstermék-elvezető berendezések esetén Tg = 273,15 K. Ez a feltétel az égéstermék-elvezető berendezés kitorkolásánál a jégképződéstől véd.

13

Égéstermék és égési levegőmennyiségének számítása

Pontos számítás: sztöchiometriai számítássalKözelítő számítás: Rosin - Fehling egyenletekElméleti levegőszükséglet:

[ ]333

21min /./4186

NmNmillkgNmaH

aL i +⋅=′

[ ]333

21min /./4186

NmNmillkgNmbH

bV if +⋅=′

Elméleti füstgázmennyiség:

Tüzelőanyag a1 a2 b1 b2

Szilárd 1,01 0,5 0,89 1,65

Cseppfolyós 0,85 2,0 1,11 1,0

Gáz 18420<Hi<43960 1,154 -0,466 1,215 0,05

Gáz 73270<Hi<175850 0,2756 -0,466 0,29 0,05

14

Időegység alatti tüzelőanyag fogyasztás:

[ ]sNmLGL /3

minmin′⋅=

[ ]sNmVGV ff /3

minmin′⋅=

Időegységre eső mennyiségek (tökéletes égés):

[ ]sNmillskgH

QG

i

/./ 3

⋅=η

&

112

max2

min

min +

−⋅=

CO

CO

L

Vn

f

Légellátási tényező:

Tüzelőanyag nGyenge minőségű barnaszén 2,0 - 2,5Jó minőségű barnaszén 1,4 - 2,0Koksz 1,4 - 1,7Olajtüzelés 1,1 - 1,5Gáztüzelés 1,05 -1,25

15

Valóságos normálértékek:

[ ]( ) [ ]sNmLnVVrV

sNmLnL

fff /1

/

3

minminmin0

3

min0

⋅−+=⋅=

⋅=

2

max2

CO

COr =

Égéstermék higítási tényező:

Valóságos értékek:

[ ]

[ ]smVpT

pTV

smLpT

pTL

ff /

/

3

0

0

0

3

0

0

0

⋅⋅⋅

=

⋅⋅⋅

=

16

Égéstermék jellemzőinek közelítőszámítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat

17

( )[ ]

QQ

sgQfCO

fm

W

F

Fmm

&&

&&

⋅=

⋅

+=

η

σ

100

/2

2

1

Égéstermék tömegárama:

σ(CO2) égéstermék CO2 koncentrációja, %QF tüzelőberendezés hőterhelése, kWQ tüzelőberendezés teljesítménye, kWηW tüzelőberendezés hatásfoka, %

Égéstermék jellemzőinek közelítőszámítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat

18

( )[ ] [ ]kgKJCOfRR RL /1 2σ⋅+⋅=

Égéstermék gázállandója:

σ(CO2) égéstermék CO2 koncentrációja, %RL levegő gázállandója R = 288 J/kgK

Égéstermék jellemzőinek közelítőszámítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat

19

( ) ( )( )

[ ]kgKJCOf

COtftffttc

c

mcmccmmP /

1

0003,005,01011

23

2

2

210

2

σσ

⋅+⋅⋅+⋅++⋅+⋅+

=

Égéstermék fajhője:

σ(CO2) égéstermék CO2 koncentrációja, %tm égéstermék középhőmérséklete, °C

Égéstermék jellemzőinek közelítőszámítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat

20

( )

( )

[ ]

( ) [ ]

( )[ ]C

ptp

PapCO

p

CO

fOH

D

LD

W

°−−

=

⋅=

++

=

67,236ln6448,23

9,4077

100

%1,1

1

100

2

2

2

σ

σ

σ

Égéstermék vízgőz koncentrációja, parciális vízgőznyomása és harmatponti hőmérséklete:

σ(CO2) égéstermék CO2 koncentrációja, %pL légköri nyomás, Pa

Égéstermék jellemzőinek közelítőszámítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat

21

( ) [ ]CKffT fsssp °⋅+=∆ ln21

Harmatponti hőmérséklet emelkedés:

Kf átalakulási tényező SO2-ről SO3-ra, %

Égéstermék jellemzőinek közelítőszámítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat

22

[ ][ ]221296 /102010471015

/000065,00223,0

mNstt

mKWt

mmA

mA

⋅⋅−⋅⋅+⋅=

⋅+=−−−η

λ

Égéstermék hővezetési tényezője és dinamikai viszkozitása:

tm égéstermék középhőmérséklete, °C

Égéstermék jellemzőinek közelítőszámítása MSZ EN 13384-1 B.1 táblázat

23

[ ]KmW

D

Dk

aha

h

i

b

2/11

1

αα ⋅+

Λ

+=

Többrétegű kör keresztmetszetűkémény hőátbocsátási tényezője

αi belső hőátadási tényezőαa külső hőátadási tényező(1/Λ) hővezetési ellenállásDh hidraulikai egyenértékű belső átmérőDha hidraulikai egyenértékű külső átmérő

Ha hőmérsékletek állandósultak:

Nem állandósult állapotban:

[ ]KmW

D

DS

k

aha

hH

i

b

2/11

1

⋅+

Λ

⋅+

=

αα

24

[ ]W/KmD

Dln

2D

y1 2

n n,h

1n,h

n

h∑

⋅

⋅⋅=

Λ

+

λ

λn n-dik réteg hővezetési tényezőjeDh kémény hidraulikai egyenértékű belső átmérőjeDh,n n-dik körgyűrű hidraulikai egyenértékű belső átmérőjey alaktényező, y=1 kör és ovális keresztmetszetnél

y=1,1 téglalap keresztmetszetnél 1:1,5 oldalarányig

Többrétegű kör keresztmetszetűkémény hőátbocsátási tényezője

25

Lehülési tényező:

pcm

LkUK

⋅⋅⋅

=&

Lehűlési tényező számítása

cp égéstermék fajhője, J/kgKk hőátbocsátási tényező, W/m2KL szakasz hossza, mM égéstermék tömegárama, kg/sU belső kerület, m

26

Szakasz hőmérsékletek számítása

( )Kueum e

K

TTTT −−⋅

−+= 1

K lehűlési tényezőTe belépő égéstermék hőmérsékletTu környezeti hőmérséklet

( ) K

ueuo eTTTT −⋅−+=

Szakasz átlaghőmérséklete:

Szakasz kilépő hőmérséklete:

27

Szakasz áramlási ellenállása

[ ]

[ ]

0,10

0

2

2

=<

=≥

⋅+⋅⋅

+⋅⋅=

⋅+⋅=

∑

EGG

EEGG

GEGmm

n

n

h

ER

GEGEER

SPha

SSPha

PaPSwD

LSP

PaPSPSP

ρζψ

Dh hidraulikai egyenértékű belső átmérő, mL szakasz hossza, mPE szakasz csősúrlódásból és alaki ellenállásokból származó

áramlási ellenállása, PaPG sebességváltozásból eredő nyomásváltozás, PaSE áramlástechnikai biztonsági tényezőSEG sebességváltozásból eredő áramlástechnikai biztonsági tényezőwm égéstermék közepes sebessége, m/sρm égéstermék közepes sűrűsége, kg/m3

ψ csősúrlódási tényező

28

Áramlástechnikai biztonsági tényező

A biztonsági tényező célja az üzem közbeni egyenlőtlenségek és az építési pontatlanságokból adódó kérdések kezelése:

• a hőtermelő nem tervezett túlterhelése• a szokásosnál nagyobb légfelesleg-tényező az égésnél• falslevegő belépés az összekötő vezetékben vagy a kéményben• a számításokban figyelembe vett felületi érdességtől való eltérés• a kémény hőátbocsátási tényezőjének eltérése a tervezettől• méreteltérések• nem kívánatos légköri viszonyok

Huzat hatása alatt álló rendszereknél SE = 1,5Légtértől független üzemű ventilátoros készülékeknél SE = 1,2Túlnyomásos rendszereknél SE = 1,2 minimálisan

29

Égési levegő bevezetés

Megoldások:

1. Nyílászárók résein

2. Légbevezető elemekkel

3. Légellátó zsaluk, légcsatornák

4. Ventilátorral biztosított légellátás

• Légbevezető elemek ellenállását milyen állásban, milyen külső hőmérséklet mellett számítsam?

• A kazánnak, vízmelegítőnek a lakótérben van a helye?

30

Szilárdtüzelésű berendezések

•A készülékeknek jelentős ellenállása van.

•Magas az égéstermék hőmérséklet – alacsony a hatásfok.

•Nagy légfelesleggel üzemelnek.

31

Atmoszférikus égőjű készülékek nyomásigénye, égéstermék adatai

•Jellemző huzatigény érték 2-4 Pa

•Jellemző égéstermék CO2 tartalom:teljes terhelésnél 5-8 %részterhelésnél 2-3 %

Ez teljes terhelésnél kb. 2, részterhelésnél 4 légfelesleg értéket jelent.

32

1000

1000

Atmoszférikus égőjű készülékek nyomásigénye, égéstermék adatai

33

Atmoszférikus égőjű készülék munkapontja

Huzatmegszakítós kémény munkapontja

0

10

20

30

40

50

60

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

Levegő tömegáram [kg/s]

Hu

zat,

elle

nál

lás

[Pa]

Munkapont Ellenállás

Huzat

34

Túlnyomásos tűzterű, blokkégős kazánok

•Jellemző huzatigény érték 0 Pa. A kémény depressziós üzemmódban üzemel.

•Égéstermék CO2 tartalom 10 % feletti, kis légfelesleg.

•Égéstermék csonkon nagy sebesség, bővíteni célszerű.

•Magas égéstermék hőmérséklet. 140-200 °C

•Légellátás jellemzően ventilátorral.

35

Blokkégős kazán ellenállása a tömegáram függvényében

-200

-150

-100

-50

0

50

100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

m Wc,j / m Wc

P W

c,j

Olaj- és gázkazánok adatai

36

Olaj- és gázkazánok adatai

37

Hőtermelők tulajdonsá-gainak tömegáramfüggése

Cm

myyt

Pam

mb

m

mb

m

mb

m

mbbP

2y

j,W

j,Wc10j,Wc

4

j,W

j,Wc4

3

j,W

j,Wc3

2

j,W

j,Wc2

j,W

j,Wc10j,Wc

°

⋅+=

⋅+

⋅+

⋅+

⋅+=

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

mWc,j hőtermelő számított tömegárama, kg/smW,j hőtermelő referencia tömegárama, kg/sPWc,j hőtermelő számított áramlási ellenállása, PatWc,j égéstermék számított kilépő hőmérséklete, kg/s

b0 … b4 és y0 … y2 tényezőket a gyártóknak kellene megadnia

38

Hőtermelők tulajdonsá-gainak tömegáramfüggése

Hőtermelő Üzemállapot PWc,j tWc,j

b0 b1 b2 b3 b4 y0 y1 y2

Szilárdtüzelésű, blokkégő nélküli berendezések

Bekapcsolva 0 0 0 0 PW,j 0 tW,j 0,8

Kikapcsolva 0 0 PW,j 0 0 tuV,j 0 0

Folyékony tüzelőanyaggal üzemelő berendezések, ventilátor nélkül

Bekapcsolva 0 0 PW,j 0 0 tW,j 0 0

Kikapcsolva 0 0 PW,j 0 0 tuV,j 0 0

Atmoszférikus égőjű (deflektoros) berendezések

Bekapcsolva 0 0 PW,j 0 0 tuV,j tW,j

-tuV,j

-1

Kikapcsolva 0 0 PW,j 0 0 tuV,j 0 0

Gázüzemű berendezések, ventilátorral felszerelve

Bekapcsolva -PWG,j 0 PW,j+

PWG,j

0 0 tW,j 0 0

Kikapcsolva 0 0 PW,j+

PWG,j

0 0 tuV,j 0 0

39

Turbó kazán ellenállása a tömegáram függvényében

-200

-150

-100

-50

0

50

100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

m Wc,j / m Wc

P W

c,j

40

Turbó kazán ellenállása kikapcsolt állapotban

0

50

100

150

200

250

300

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

m Wc,j / m Wc

P W

c,j

41

Turbó készülékek

42

Turbó készülékek

43

Turbó készülékek

44

Turbó készülékek

45

Turbó készülékek

46

Turbó készülékek

47

LAS gyűjtőkémény méretezése

Szabvány csak huzat hatása alatt álló (depressziós) rendszerrel foglalkozik

Méretezés feltétele:

• Csatlakozó készülékek 0 Pa túlnyomással kapcsolódnak a függőleges szakaszhoz

• Az égéstermék elvezetését és a levegő hozzávezetését a gravitáció biztosítja

• A túlnyomás kiegyenlítő nyíláson hozzááramló levegő meghatározásával a munkapont meghatározása a feladat

Égéstermék hűl, égési levegő melegszik.

48

Turbó készülékek csatlakozása LAS gyűjtőkéményhez