Höyrykattilat Lämmönsiirtimet, Tuomo Pimiä

Transkriptio

1 Höyrykattilat 2015 Lämmönsiirtimet, Tuomo Pimiä Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

2 Lämpöpintojensijoittelu kattilaan KnowEnergy KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

3 Lämmönsiirtimien sijoittelu Attemperator = Desuperheater = spray water=ruisku ucts/boilers/swup_specs.html Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 3

4 Lämmönjakautuminen kattilan erilämmönsiirtimien kesken Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 4

5 Kattilassa vallitsevat lämpötilatasot KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

6 Syöttöveden esilämmitys Syöttöveden esilämmittimen tehtävä on lämmittää syöttövettä ennen keittoputkistoa. Syöttöveden esilämmittimet voidaan jakaa toimintatapansa puolesta: - höyrystämättömiin - höyrystäviin Syöttöveden esilämmittimet voidaan jakaa raaka-aineen mukaan - valurautaesilämmittimiin - teräsputkiesilämmittimiin KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

7 Veden esilämmittimissä käytettyjä putkirakenteita KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

8 Sileistä putkista valmistettuja veden esilämmittimiä KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

9 Keittoputkiston kehitysvaiheet Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 9

10 Kattilan seinä Tyypillinen vesiputki kattilan seinärakenne Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 10

11 Höyrystimen rakenne KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

12 Tulistimet Tulistimet voidaan sijoitustapansa mukaan jakaa konvektiotulistimiin säteilytulistimiin verhotulistimiin yhdistelmätulistimiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 12

13 Tulistimien sijoittelu KnowEnergy Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 13

14 Tulistin Mussalo Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 14

15 Tulistin Steka Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 15

16 Verhotulistimet Verhotulistimet on suunniteltu jäähdyttämään savukaasuja nopeasti ennen kuin ne menevät takavetoon. Verhotulistin on myös säteily tyyppinen. Nopealla jäähdytyksellä saadaan esimerkiksi sulanutta tuhkaa jäähdytettyä niin paljoon että se ei tartu takavedon lämmönsiirtopintoihin. Verhotulistin koostuu useista levymäisistä putkipaketeista. Nämä levymäiset paketit jakavat savukaasukanavan useampaan solaan. Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 16

17 Konvektiotulistin Konvektiotulistimet on sijoitettu takavetoon joten ne eivät ole suoraan tulipesässä. Lämmönsiito tapahtuu johtumalla ohivirtaavista savukaasuista. Konvektiotulistimet voivat olla joko tulistimia tai välitulistimia. KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

18 Säteilytulistin Säteilytulistin sijaitsee tulipesän yläosassa ja lämpöenergia siirtyy siihen pääosin liekeistä säteilemällä Säteilytulistin on hyvin usein seinätulistin Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 18

19 Esimerkki Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 19

20 Esimerkki Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 20

21 Esimerkki OUT läpivirtauskattila Benson Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 21

22 Yhdistelmätulistin Yhdistelmätulistin on osittain tulipesässä ja osittain takavedossa. Siksi se toimii osittain konvektiotulistimen tavoin ja osittain säteilytulistimen tavoin. Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 22

23 Hiekkatulistin Hiekkatulistimet on sijoitettu joko kattilan alaosaan pedin viereen tai erottimen alapuolelle. Pää ideana on se, että lämmönsiirto on pahempi kuin savukaasuista. Lämpötila on myös alhaisempi kuin muissa tulistimissa joten sulaneesta tuhkasta tai alkaleista ei ole haittaa. Myöskin jatkuvasti ohivirtaavan hiekan pesu vaikutus pitää tulistin putket puhtaana. Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 23

24 Hiekkatulistin Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 24

25 Ruisku, höyryn jäähdyttimet Ruiskutusvettä käytetään höyryn jäähdyttämiseen = lämpötilan hallintaan Veden höyrystyminen jäähdyttää höyryä, höyrynmassavirta lisääntyy ruiskutettavalla veden määrällä. Vesi ruiskutetaan ennen tulistinta jotta tulistimen materiaalilämpötila ei ylittyisi. Vaikka tarkoitus onkin säätää tulistimen jälkeistä lämpötilaa. Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 25

26 Tulistimien kannatus Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 26

27 Tulististinputkien materiaaleja materiaali C Si Mn P S Ni Cr Mo Seostamaton St 44 (SFS1100) 0,2 0,15-0, <0,05 <0, Niukkaseost. 15Mo3 0,12-0,20 0,15-0,35 0,50-0,80 <0,04 <0,04 - <0,3 0 0,25-0,35 Niukkaseost. 13CrMo44 0,10-0,18 0,15-0,35 0,40-0,70 <0,04 <0,04-0,7 0-1,00 0,40-0,50 Niukkaseost. 10CrMo910 <0,15 0,15-0,5 0,40-0,60 <0,04 <0,04-2,0-2,5 0,9-1,10 Runsasseo st. martens. X20CrMoV1 21 0,17-0,23 <0,5 <1,0 <0,03 <0,03 0,3-0,8 10,0-12,5 0,8-1,2 Runsasseo st. austenn. X6CrNi- Mo1713 0,04 0,75 2,0 <0,03 < ,0-18,0 2,0-2,5 KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi 27 Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

28 Virumislujuus Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 28

29 Tulistimen materiaaleja FWE Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 29

30 Ilmanesilämmittimet (LUVO, Luftvorwärmer) Palamisilman esilämmityksen avulla: tehostetaan polttoaineen syttymistä nopeutetaan palamista Käytetyt palamisilman lämpötilat ovat polttoaineesta ja polttotavasta riippuen C Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 30

31 Ilmanesilämmittimet Käytetyt ilman esilämmittimet voidaan toimintaperiaatteen mukaan jakaa: Rekuperatiivisiin esilämmittimiin Regeneratiivisiin esilämmittimiin Höyrylämmittimiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 31

32 Rekuperatiiviset esilämmittimet Käytetyn rakennemateriaalin mukaan voidaan rekuperatiiviset esilämmittimet jakaa: teräsputkilämmittimiin valurautalämmittimiin lasiputkilämmittimiin Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 32

33 Ilman esilämmitin (rekuperatiivinen) KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

34 LUVO recuperative ampfluvo_biomasseheizkraftwerk_steyr.jpeg Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 34

35 LUVO:n putkia, lasi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 35

36 Valurautainen veden esilämmitin KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

37 Regeneratiivinen (varaava) vedenesilämmitin KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

38 Regeneratiivisen luvon kennot metalli ja keraaminen Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 38

39 LUVO regenerative Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 39

40 LUVO regenerative Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 40

41 Höyryluvo KyAMK Yksikkö, osasto, tms. Tekijän nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /

42 LÄMMÖNSIIRTIMIEN ENERGIATASELASKUESIMERKKI teht 1 Kattilaan tulevan syöttöveden lämpötila on 200 o C. Kattilalla tuotetaan tulistettua höyryä 100 kg/s, jonka lämpötila on 500 o C ja paine 150 bar. Polttoaineena on 50 % kostea turve, jonka lämpöarvo on 9,2 MJ/kg. Kattilan hyötysuhde on 90 %. Laske kattilan a) teho b) polttoaineen kulutus. KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 42

43 Kattilan hyötytehon laskenta Kattilan hyötyteho h 2 = 3310 kj/kg (vesihöyryn h,s-diagrammista p = 150 bar, t=500 o C) h 1 = 850 kj/kg ( höyrytaulukko t = 200 o C) kg kj 100 s kg MW hyöty 246 KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 43

44 Polttoainevirta hyöty tuotu m H m tuotu pa u 246 hyöty pa 29, 7 H u 9,2 0,9 kg s KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 44

45 Tehtävä 2 Laske tehtävän 1. kattilan ilman tarve (massavirta) syntyvien savukaasujen määrä (massavirta) kun polton ilmakerroin on 1.2. KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 45

46 Palamisilmavirta a) Palamisilmantarve voidaan laskea kaavalla (kts. luku 4.2) m i m pa m m iteor pa m m iteor pa kg kg i 3,43 (taulukko 4.6) pa m i 29,7 3,431,2 122 kg s KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 46

47 Syntyvien savukaasujen määrä a) syntyvien savukaasujen määrä voidaan laskea kaavalla (kts. luku 4.2). ii. mskteor miteor m sk m pa 1 mpa mpa.. mskteor kgsk 4,40 m kg Ilmaylimäärä. pa.,7 4,4 1,2 1 3,43 pa m sk kg s KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 47

48 Tehtävä 3 Laske kattilan lämmönsiirtimien ilman esilämmittimen veden esilämmittimen höyrystimien tulistimien tehot, kun ilman esilämmittimessä ilma lämmitetään 25 o C:sta 200 o C:een. Ilman ominaislämpö on 1,0 kj/kgk. Veden esilämmittimessä vesi lämmitetään 300 o C. KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 48

49 Ilman esilämmittimen teho a) Ilman esilämmittimen teho LUVO mi cpi t2 t i m i 122 c pi 1, 0 t 2 o 200 ti 25 o C kg s kj kgk C kg kj 122 1,0 s kgk K 21, MW LUVO 4 KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 49

50 Veden esilämmittimen teho a) Veden esilämmittimen teho EKO m v h 2 h 1 h 2 = 1330 kj/kg (höyrytaulukko t = 300 o C) h 1 = 850 kj/kg (höyrytaulukko t = 200 o C) kg kj EKO MW s kg KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 50

51 Höyrystimen teho a) Höyrystimen teho (kylläinen vesi muuttuu kylläiseksi höyryksi) HÖYR m v h 2 h 1 h 2 = 2610 kj/kg (höyrytaulukko kylläinen höyry t = 342 o C, p = 150 bar) h 1 = 1330 kj/kg (höyrytaulukko veden esilämmittimeltä tuleva vesi t = 300 o C) kg kj 100 s kg MW HÖYR 128 KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 51

52 Tulistimen teho a) Tulistimen teho (höyry lämpenee 342 o C:sta 500 o C:een) m v h 2 h 1 h 2 = 3310 kj/kg h 1 = 2610 kj/kg (vesihöyryn h,s-diagrammi t = 500 o C, p = 150 bar) ( höyrytaulukko kylläinen höyry t =342 o C p=150 bar) kg kj 100 s kg MW KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 52

53 Yhteenveto Lämmönsiirtimien tehot - EKO 48 MW - HÖYR 128 MW - TUL 70 MW - HYÖTY 246 MW - LUVO 21,4 MW eli ilman esilämmitin on kattilan sisäinen lämmönsiirrin ja sen tehoa ei lasketa kattilan hyötytehoon. KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 53

54 Esimerkki 4 Laske savukaasujen lämpötilat lämmönsiirtimien välissä ilman esilämmittimen ja veden esilämmittimen välissä veden esilämmittimen ja tulistimen välissä tulistimen ja höyrystyminen välissä kun savukaasun loppulämpötila on 150C ja savukaasujen ominaislämpö on 1,2 kj/kgk KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 54

55 Savukaasun lämpötila Savukaasun lämpötila ennen lämmönsiirrintä voidaan laskea kaavalla m t ennen sk m c sk psk c t psk ennen t t jälkeen jälkeen KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 55

56 Lämpötila Luvon ja ekon välissä (luvon teho 21,4MW) 21400kW o o o tennen 150 C 118 C 150 C 268 kg kj 151 1,2 o s kg C o C KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 56

57 Lämpötila Ekon ja tulistimen välissä (ekon teho 48MW) KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 57

58 Lämpötila tulistimen ja höyrystimen välissä Tulipesän loppulämpötila Tulistimen teho 70 MW KyAMK Yksikön nimi Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / 58

59 Kymenlaakson ammattikorkeakoulu /