185530. lajstromszámú szabadalom • Gáz- vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz- vagy gőzkazán
1 185 530 2 A találmány tárgya gáz- vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz- vagy gőzkazán, amely egyaránt alkalmas háztartási, kommunális és ipari hőigények kielégítésére. Ilyen célra ezideig kétféle kazán alaptípus készült. Az elterjedtebb változat az úgynevezett fekvőhengeres kivitelű kazánrendszer. Ennek a teljesítménytartománya azonban szilárdsági okokból be van határolva, így a nagyobb teljesítményekre az úgynevezett meredekcsöves kazánrendszereket alkalmazzák. A fekvőhengeres kazánrendszer számos előnye mellett sok hátránnyal is rendelkezik. Ezek közül — elsősorban szilárdsági és hőtechnikai szempontokat figyelembe véve — a legfontosabbak a következők: — a vízteret nagy felületű és méretű kettős falak határolják, amelyek részben hengeres övékből, részben pedig domború fenékrészből és síkfalakból állnak, — a belső túlnyomás és a hőteljesítmény illetve a méretek trövelésével nő a határolófalak falvastagsága (a hengeres övéknél a nyomással és az átmérővel egyenes arányban, a síkfalaknál pedig ennél nagyobb arányban), és ez határt szab a kazánrendszer teljesítmény-növelésének, — a határolófalak falvastagságának növelésével csökken a hőátadási tényező és nő hőközlési oldalon a felületi hőmérséklet, — a kedvezőtlen hőátadás illetve a felületek magas hőmérséklete miatt csökken a kazán élettartama, — a tűztéri felületek hőterhelése a láng tengelye mentén egyenetlen, így egyes felületek túlzott, egyes felületek pedig jóval kisebb hőterhelésnek vannak kitéve, — a nagy felvastagságok miatt a teljesítményhez viszonyítva túlzottan nagy az anyagfelhasználás, ami egyben még a technológiai oldalról nézve is hátrányt jelent, — hőterheléshez nem igazodik megfelelően a cirkuláció, — a füstgázok a tűztérből a konvektiv részbe eltérő hőmérsékletük miatt rétegesen áramlanak, ezért a kilépő füstgáz, hőmérséklete egyik részében a megengedettnél magasabb, a másik részében pedig alacsonyabb, aminek következménye az, hogy az előbbi a veszteségeket növeli és rontja a hatásfokot, az utóbbi pedig korróziót okoz. A hátrányos szilárdsági viszonyok a konstrukcióból erednek. A tüzeléstechnikai adottságok, így elsősorban a tűztér egyenetlen hőterhelése, részben a kazánszerkezettől, részben pedig az alkalmazott égőtől függenek és hasonló összefüggés állapítható meg a hőleadás tekintetében is. A tűztérben a sugárzási energia megoszlását, így a tűztéri felületek egyenetlen hőterhelését egyértelműen megállapítani csak az utóbbi évek korszerű mérési módszereivel sikerült. Ez adja a magyarázatát annak, hogy a hagyományosan méretezett kazánoknál a sugárzási energia szakmai igényeket is kielégítő hasznosítása a tűztérben nem kapott eddig elég figyelmet és nem is volt megfelelően megoldva. Az utóbbi években az infrasugárzást mérő műszerek elterjedésével lehetőség nyílott a tüzeléstechnikai viszonyok pontosabb megismerésére és az ebből származó eredmények felhasználására. À meredekcsöves kazánokat általában csak nagyobb hőfeljesítmények eléréséhez alkalmazzák. Ezek a konstrukciók szilárdságilag maximálisan kielégítik a szakmai igényeket, azonban hőtechnikai szempontból számos hátránnyal rendelkeznek. Ezek közül a leglényegesebben az alábbiak: — a láng tengelye mentén egyenetlen a hősugárzás, így a tűztéri felületek hőterhelése is egyenetlen, — a láng sugárirányában is egyenetlen a tűztéri felületek hőterhelése, — a tűztérben a hőközlési viszonyok kedvezőtlenebbek, mint a fekvőhengeres kazánoknál. A meredekcsöves kazánok konstrukcióból eredő kedvező szilárdsági viszonyai előnyösen alkalmazhatók jobb tüzeléstechnikai viszonyokkal rendelkező kazánkonstrukcióknál is. Elvben az optimális tüzelés- és hőtechnikai viszonyokat biztosító kazánkonstrukciót változó tűztérkeresztmetszetű kazánnal lehet megvalósítani, amelynek körkeresztmetszetű tűztere az adott égő lángtengelye mentén változó sugárzási energiához igazodva változik. Ezzel a megoldással elérhető, hogy a tűztéri felületek hőterhelése egyenletes legyen. Ezen hőtechnikai előnyök mellett a konstrukció legfőbb hátrányát a gyárthatóságában mutatkozó nehézségek jelentik, ugyanis a mai gyártástechnológiák mellett, amelyeket a kazángyártók alkalmaznak, azok módosítása és a gyártóeszközök átállítása az új technológiára meglehetősen körülményes és jelentős ráfordítást igényel. A találmány által megoldandó feladat az ismert konstrukciók hátrányainak és hiányosságainak kiküszöbölése mellett olyan kazán kialakítása, amely a fekvőhengeres és változó tűzterű kazánkonstrukciók hő- és tüzeléstechnikai előnyeit egyesíti a meredekcsöves kazánkonstrukciók előnyös szilárdsági tulajdonságaival. A kitűzött feladat olyan gáz- vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz- vagy gőzkazánnál, amelynek a tűzteret körülvevő lángcsöve lemezgyűrűk által összekötött, hőhordozó közeget befogadó csőgyűrűkből áll, és valamennyi csőgyűrű a lángcső alatt húzódó elosztókamrába illetve a lángcső felett elrendezett gyűjtőkamrába van bekötve, a találmány értelmében azáltal oldom meg, hogy a csőgyűrűk keresztmetszete és/vagy osztástávolsága a lángcső hosszában változó és előnyösen a hősugárzás és a hőáramsűrűség tényleges értékeinek változásaival arányosan van méretezve. Mivel a kazán üzembiztonsága és hosszú élettartamának biztosítása megköveteli, hogy a beépített hőátadó felületeken a tervezettnél magasabb hőmérséklet ne jelentkezzék, ennek érdekében a változó körkeresztmetszetű tűztérkialakítás helyett olyan lángcsövet alakítottam ki, amely célszerűen méretezett cirkulációs csövekből, csőgyűrűkből és lemezgyűrűkből van összehegesztve, így a cirkuláció igazodik a láng tengelye mentén fellépő egyenetlen hőterhelés változásaihoz. Ott, ahol nagyobb a hőterhelés, — változatlan tűztéri középátmérő betartásával — nagyobb keresztmetszetű csőgyűrű és keskenyebb lemezgyűrű kerül beépítésre. Dy módon intenzív hőátadásnál biztosítva van az intenzív hőszállítás is. Ez a megoldás egyszerű gyártástechnológiát igényel és gazdaságos gyártást tesz lehetővé. Abból, hogy a kazán túlnyomás alatti szerkezeti csövekből állnak, egy sor előny származik: — a gyakorlatban elterjedt belső túlnyomásokhoz csekély felvastagságok szükségesek, — a teljesítmény növelésével csak jelentéktelen mértékben nő a falvastagság-igény — a vékonyfalú csőgyűrűk és az azokhoz hegesztett lemezből készült gátak növelik a hőátadás intenzitását, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
