180817. lajstromszámú szabadalom • Gáz vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz- vagy gőzkazán
3 180817 4 túlzottan nagy hőterhelés éri. A lángcső egy részének túlzottan nagy hőigénybevételéhez még az is hozzájárul, hogy a kazán rendszeréből adódóan nincs biztosítva az intenzív cirkuláció. Emiatt megnő a tápvíz minőségével szemben támasztandó igény is. Az egyenletes hőelvitel üzemeltetési feltételként jelentkezik. Ez a megkötöttség tovább növeli az üzemi gondokat és a kiadásokat. A hagyományos fekvőhengeres kazánrendszerek további hátránya, hogy a teljesítménnyel együtt növekszik a szerkezetek mérete és a falvastagság-igénye is. A túlzottan nagy falvastagságok határt szabnak a teljesítmény növelésének. Ez az összefüggés behatárolja a konstrukció teljesítménytartományát. Emiatt nagyobb teljesítménynél gazdaságtalan az ilyen szerkezetek üzemeltetése és gyártása. Hátrányuk még, hogy a legnagyobb hőhatásnak kitett felületek, vagyis a lángcső-forduló, a kamra és a csőfal hőátadási tényezője kedvezőtlen. A kívánalommal ellentétesen éppen az a szerkezeti elem, amelyik csak konvekciónak és kis hőhatásnak van kitéve — a füstcső — a szilárdságiig kedvezőbb kialakítású. Ráadásul még jobb a hőátviteli- és a szilárdsági tényezője is, mint a nagy hőterhelésü szerkezeti részeké. A besugárzott felületek túlzottan nagy hőterhelése, kedvezőtlen hűtése, rossz hőátadási tényezője, magas felületi hőmérséklete kihat az anyag szilárdsági tényezőjére is. Ez a körülmény csökkenti a szerkezetek élettartamát. Az eredeti (szenes) konstrukció élettartama 50 év volt, míg a mostaninak kb. 15 év. A 70%-os élettartam-csökkenés a rendszer kazántechnológiai hátrányaiból származik. A fekvőhengeres konstrukció hátrányaiból eredő következmény, hogy kis teljesítményhez nagy berendezést kell építeni. Sok a feleslegesen beépített anyag, amely funkció szempontjából nem előnyként, hanem hátrányként jelentkezik. Az anyagmegmunkálás speciális gépeket és szakmunkásokat igényel. A beépített felületek mindössze 50%-a van a hőközlés szempontjából hasznosítva. Drága a berendezések előállítása, nehézkes a szállításuk, elhelyezésük és nagy a helyigényük. A hagyományos fekvőhengeres konstrukció hátrányai mellett viszont előnye, hogy körkeresztmetszetű a tüztér, és ez a radiális irányú hősugárzáshoz jól illeszkedik. A konvekcióból származó tűztéri hőterheléseket excentrikusán elhelyezett égővel — sugárzás mértékének módosításával — sugárirányban egyenletessé lehet tenni. A szögletes tüzterű, meredekcsöves, korszerűbb kazánok határoló falai úgynevezett membránfalból, vagyis egymással vékony lemezek által összekötött csövekből készülnek. Ezek a kazánrendszerek is a szenes változatból alakultak ki, jelentős módosításokkal. A membránfalas, meredekcsöves kazánrendszerek egyik legnagyobb előnye, hogy a konstrukció szilárdsági viszonyai nincsenek összefüggésben a teljesítmény növelésével. Ily módon a legnagyobb hőterhelésnek kitett felületek falvastagsága — megfelelő szilárdsági és hőátadási viszonyok mellett — nagyobb teljesítményű kazánoknál is kedvező. A hőközlő és a hőleadó felületek aránya 1,7-szer nagyobb, mint a fekvőhengeres konstrukcióké. Szilárdsági viszonyai ugyanakkor — azonos hőteljesítményeknél — 10-szer kedvezőbbek, mint ami a lángcsöves (fekvőhengeres) kazánoknál elérhető. A „hagyományos” azonban még számos és kazántechnológiai szempontból fontos megoldatlan problémát őrzött meg a korszerű tüzelés- és hőtechnikai követelmények szempontjából. Ezen kazántípus jelentős hátránya például, hogy a gáz- vagy olajtüzelésre való átállással jelentősen — mintegy 30-40%-kal — csökken az élettartama. További hátránya, hogy a sugárzás intenzitása a sarkoknál a legkisebb, a vízszintes és függőleges tengelyirányban levő síkok vonalában pedig a legnagyobb, ugyanakkor a legnagyobb konvektiv hőterhelés is a mennyezeti felületeket éri. A két kazánrendszernek közös hátrányai is vannak. A tűztéri felületek mindkét típusnál egyenetlenül vannak terhelve, mivel a sugárzás útján leadott hő a lángtengely mentén változik. így a tűztéri felületek hőterhelése a sugárzás következtében az égő közelében a legkisebb, a hátsó résznél és a tűztér hátsó határolófalánál pedig a legnagyobb. A tűztérben az égés során keletkezett füstgázok a láng elején képződnek a legkisebb és közepén a legnagyobb mennyiségben. így a konvektiv hőátadással tovább fokozódik a hátsó tűztéri felületek hőterhelése. A változó tűztéri hőterhelésekhez sem a természetes, sem a kényszercirkuláció nem igazodik és beállítása technikai akadályokba ütközik. A kritikus hőterhelésnek kitett alkatrészek felületi hőmérséklete a kívánt értéknél így lényegesen nagyobb. A hátrányos hőtechnikai viszonyok kihatással vannak a tápvíz minőségi követelményeire is, ami jelentős beruházásnövelést eredményez. Fennáll a meghibásodás veszélye. Élettartama 40-50%-kal alatta van az elérhetőnek. A beépített felületek kihasználtsága hőtermelés szempontjából 60%-os. A feleslegesen beépített anyagok növelik az előállítási költségeket. Az 1 679 396. sz. NSZK szabadalmi leírásból megismerhető egy megoldás, amely megkísérli a fenti hátrányok egy részének kiküszöbölését. Ezen találmány szerinti kazánnak vízszintes, henger alakú vízköpenye és excentrikusán lefelé eltolt zsáktüztere van, amely fölött a tűztér nyitott végével összekötött füstgázcsatornák vannak elrendezve. Ezen találmány szerinti megoldás lényege az, hogy a tűztér, illetve a lángcső nyitott vége ovális keresztmetszettel van kiképezve, amely a lángcső másik végéig fokozatosan köralakban megy át. Ezáltal a lángcső nyitott végénél a füstgázcsatornákba forduló füstgázok egyenletesebben oszlanak meg az egymással párhuzamosan húzódó, ugyancsak ovális, de függőleges irányban nyújtott keresztmetszetű füstgázcsatomákba és azokat egyenletesebben terhelik. A füstgázcsatomák keresztmetszete hátrafelé egyre szűkül, így arányban van a füstgázok hőmérsékletének csökkenésével. A hőátadást a füstgázcsatornák bordái tovább javítják. A fenti megoldás kétségtelenül alkalmas a kazánhatásfok javítására azáltal, hogy a lángcső és a füstgázcsatornák újszerű kiképzése és elrendezése révén javítja a konvektiv hőátadás hatásfokát. A lángcső kialakításánál azonban nem voltak tekintettel a sugárzási hőenergia eloszlására, amely az olaj- és gázégőknél bevitt hőenergia döntő többségét képezi, amellett kialakítása szilárdságtani szempontból sem ideális. A találmány célja, hogy a gáz- és olajtüzelésű kazánoknál kiküszöbölje a szenes konstrukció hagyományaiból származó hátrányokat, az előnyök megtartása és további növelése mellett. A találmány által megoldandó feladat maximális hőkihasználtságú hőközlő felületekkel rendelkező, kiváló hatásfokú, hosszú élettartamú, korszerű gyártástechnológiával előállítható kazán létrehozása, amely az eddigieknél kisebb anyagfelhasználás mellett nagyobb üzembiztonságot és gazdaságosabb üzemvitelt biztosít. A találmány a legmodernebb tüzelés- és hőtechnika vizsgálati eredményeinek, főként az infravörös technika segítségével végzett tűztéri mérések eredményeinek felhasználásával azon a felismerésen alapszik, hogy a lángcső keresztmetszetét a sugárzási hőenergia és a konvektiv hőközlés eloszlá-5 ;o 15 23 25 3t 35 40 45 50 55 60 65 2
