Lämminvesikattilan lämpötekninen suunnittelu

Abstract

Tämän insinöörityön tavoitteena oli tehdä lämpötekniset laskelmat 200 kW hyötyteholla toimivalle pellettikäyttöiselle lämminvesikattilalle. Konepaja M. Pappinen Oy antoi suunnitelmien pohjaksi 100 kW kattilan periaatekuvan, jota ei kuitenkaan ole käytännössä rakennettu. Alussa huomattiin, että tämän tyyppiset laskut ovat hyvin työläitä käsin laskettuina, joten avuksi kehitettiin Excel-laskentapohja.

Tässä työssä kaikki teoreettiset kaavat on testattu käytännössä KyAMK:n omistuksessa olevalla KSM-Stokerin valmistamalla KSM-Multistoker 975-95 FX biokattilalla. Kaavoja on tämän jälkeen sovellettu KSM-Multistokerin suorakulmaisesta savukaasukanavarakenteesta tilaajan putkista koostuvaan savukaasukanavaan. Periaatekuvan pohjalta tehdyt laskelmat osoittivat, että kattila on lämpöteknisesti alimitoitettu.

Lopussa on esitetty erilaisia tapoja tehostaa lämmönsiirtoa. Tässä tarkastelussa käytiin läpi neljä erilaista vaihtoehtoa tehostaa lämmönsiirtoa. Ne olivat savukaasukanavien pituuden kasvattaminen, savukaasuputkin määrän lisääminen, savukaasuputkien määrän lisääminen samalla putkikokoa pienentäen ja neljännen lämmönvaihtimen lisääminen. 26.4.2012 pidetyn kokouksen perusteella tilaaja päätyi toteuttamaan neljännen savukaasukanavan lisäämisen, koska tällä vältettiin ulkomittojen kasvaminen. Ratkaisun takana oli se, että kattilan tuli mahtua konttiin.

The purpose of this Bachelor’s thesis work was to make thermal calculations for a hot water boiler fueled by wood pellets with actual output of 200 kW. Konepaja M. Pappinen provided a Solid Works model design images for a of 100 kW boiler, which has not been constructed in practice. At the beginning, it was noted that these kinds of calculations are very time consuming, thus an Excel table was made to do all the computation.

In the course of the work, all formulas were proven to work with KSM-Stoker’s KSM-Multistoker 975-95 FX biofuel boiler. These formulas were then adapted from Multistoker’s rectangular flue gas duct to the commissioner’s flue gas duct consisting of multiple pipes. The calculations made based on the original image proved that this boiler has a severely undersized heat transfer area.

At the end, four different ways to increase heat transfer are examined. They are increasing the length of flue gas ducts, increasing the number of flue gas pipes, increasing the number of flue gas pipes while simultaneously diminishing their diameter and adding fourth flue gas duct. In the meeting held on April 26, 2012 at Metsola Campus in Kotka, the commissioner decided to add a fourth flue gas duct. The reason behind this conclusion was the fact that boiler had to fit into a shipping container.