cw1-kocioł.docx

1. Bilans energii kotła parowego:

Równane bilansu energii można zapisać w postaci:

QD=Qu+Qs

gdzie:

Qd – strumień ciepła doprowadzonego do kotła, kW;

Qu – strumień ciepła przekazany czynnikowi w kotle, kW;

Qs – strumień ciepła strat, kW.

2. Sprawność kotła parowego:

Cieplną sprawnością kotła nazywamy stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi w

kotle, do strumienia ciepła doprowadzonego do kotła.

Wyznaczenie sprawności kotła metodą bezpośrednią:

Kocioł OP-430 nie ma międzystopniowego przegrzewacza pary, więc wzór będzie miał postać:

ηk=D*(ip-iwz)B*Qwr*100,     %

gdzie:

D – strumień masy pary wytwarzanej w kotle (wydajność kotła), kg/s;

ip – entalpia pary przegrzanej, kJ/kg, ip=3436kJkg;

iwz – entalpia wody zasilającej, kJ/kg, iwz=cp*Twz=4,19*181=758,4kJkg;

B – strumień masy spalanego paliwa, kg/s;

Qwr – wartość opałowa paliwa, kJ/kg.

B=D*(ip-iwz)ηk*Qwr*100=111,11*3436-758,492,63*22156*100=14,49  %

Nie mamy B, to przechodzimy do obliczenia metodą pośrednią.

Wyznaczenie sprawności kotła metodą pośrednią:

Tę metodę wyznaczania sprawności stosuje się w przypadku, gdy przeprowadzenie pomiaru

strumienia masy spalanego paliwa nie jest możliwe z dostateczną dokładnością:

ηk=100-∑S=100-7,37=92,63

W ćwiczeniu uwzględniamy następujące straty:

∑S=Sw+Sn+Sz+Sp+Sr=5,415+0,012+0,38+1,27+0,3=7,37 %

gdzie:

Sw – strata wylotowa, %;

Sn – strata niezupełnego spalania, %;

Sz – strata niecałkowitego spalania w żużlu, %;

Sp – strata niecałkowitego spalania w popiele lotnym, %;

Sr – strata promieniowania, % (0,3% odczytane z wykresu strat promieniowania).

3. Wyznaczanie strat cieplnych kotła:

3.1. Strata wylotowa:

Jest spowodowana tym, że temperatura spalin za ostatnią powierzchnią ogrzewalną kotła jest

wyższa od temperatury powietrza doprowadzanego do kotła.

Qw=B*Vss*cps+VH2O*cpH2O*tsp-t0,  kW

gdzie:

B – strumień masy spalanego paliwa, kg/s;

Vss – objętość spalin suchych uzyskanych ze spalenia 1 kg paliwa w warunkach umownych,

um3/kg;

cp_sp – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w warunkach umownych,

kJ/um3.K;

VH2O – objętość pary wodnej powstałej ze spalenia 1 kg paliwa w warunkach umownych,

um3/kg;

cp_H2O – średnie ciepło właściwe pary wodnej przy stałym ciśnieniu w warunkach umownych,

kJ/um3.K;

tsp – temperatura spalin za ostatnią powierzchnią ogrzewalną kotła, °C;

tpow – temperatura powietrza doprowadzonego do kotła (praktycznie temperatura otoczenia),

°C.

W sytuacji, gdy nie dysponujemy dokładnym pomiarem strumień masy spalanego paliwa B,

możemy skorzystać ze wzoru Siegerta na stratę wylotową wyrażona w %:

Sk=δ*(tsp-t0)CO2+CO=0,67*(135-38)12=5,415 %

gdzie:

δ – współczynnik Siegerta zależny od rodzaju spalanego paliwa, zawartości wilgoci w paliwie

oraz udziału CO2 w spalinach (rys. 3), δ=0,67 ;

CO2 – zawartość dwutlenku węgla w spalinach za kotłem, %;

CO – zawartość tlenku węgla w spalinach za kotłem, %; jeśli udział CO < 0,3% to nie

uwzględniamy tej wielkości we wzorze.

tsp – temperatura spalin za ostatnią powierzchnią ogrzewalną kotła, za LUVO, °C;

tpow – temperatura powietrza doprowadzonego do kotła (praktycznie temperatura otoczenia), przed LUVO , °C.

Przeliczanie zawartości (stężeń) tlenku węgla.

Z systemu kontrolno-pomiarowego kotła OP-430 otrzymujemy stężenie tlenku węgla w

mg/um3, a interesuje nas udział CO w %. Wiedząc, że 1 ppm CO = 1,0115 mg/um3 możemy

wykonać przeliczenie, np.:

Zmierzono 25 mg/um3 CO w spalinach, więc udział w % wynosi:

COppm=251,0115=24,7 ppm=0,00247 %

CO uwzględniamy, kiedy jest powyżej 0,3 % . U nas jest 0,00547 % więc nie uwzględniamy.

3.2. Strata niezupełnego spalania: 

Jest spowodowana obecnością w spalinach gazów palnych, np. CO, CH4 lub H2. Można

założyć, że jedynym produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla. Wtedy wzór na stratę niezupełnego spalania możemy zapisać:

Qn=B*Vss*QwCO*CO100,  kW

gdzie:

B – strumień masy spalanego paliwa, kg/s;

Vss – objętość spalin suchych uzyskanych ze spalenia 1 kg paliwa w warunkach umownych,

um3/kg;

QCOr – wartość opałowa tlenku węgla, wynosi 12644 kJ/um3;

CO – zawartość tlenku węgla w spalinach za kotłem, %.

Strata niezupełnego spalania wyrażona w %:

Sn=B*Vss*QCOr*(CO100)B*Qwr=Vss*QCOr*(CO100)Qwr=8,71*12644*0,0024722156=0,012 %

gdzie:

Qwr– wartość opałowa paliwa, kJ/kg.

Współczynnik nadmiaru powietrza:

Współczynnik nadmiaru powietrza możemy z wystarczającą dokładnością wyznaczyć z

poniższego wzoru:

n=CO2maxCO2=18,812=1,56

gdzie:

CO2max – maksymalny udział dwutlenku węgla w spalinach powstałych podczas całkowitego i

zupełnego spalenia węgla kamiennego w warunkach stechiometrycznych; do obliczeń

przyjmujemy CO2max = 18,8%;

CO2 – udział dwutlenku węgla w badanych spalinach, %.

Jeśli nie było pomiaru dwutlenku węgla w spalinach, to korzystamy ze wzoru:

CO2 = 20,9 –O2 , %

gdzie:

O2 – udział tlenu w badanych spalinach, %.

Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza.

W przypadku, gdy nie znamy pełnego składu chemicznego paliwa, a dysponujemy tylko

wartością opałową, możemy posłużyć się wzorem przybliżonym:

Vpt=1,012*Qwr4186,8+0,5=1,012*22,156*10004186,8+0,5=5,85 μm3kg

Teoretyczna objętość spalin wilgotnych:

Vspalt=0,86*Qwr4186,8+1,65=0,86*22,156*10004186,8+1,65=6,2  μm3kg

Rzeczywista objętość spalin wilgotnych:

Vspm=Vspmt+n-1*Vpt=6,2+1,56-1*5,85=9,48 μm3kg

Objętość pary wodnej w spalinach:

VH2O= Hr2+W'18*0,01*22,4+1,61*d*n*Vpt=

=4,92+6,318*0,01*22,4*1,61*0,01*1,56*5,85=0,77  μm3kg

gdzie:

Hr – zawartość wodoru w paliwie roboczym, %;

Wr – zawartość wilgoci w paliwie roboczym, %;

d – zawartość wilgoci w powietrzu doprowadzanym do kotła, przyjmujemy do obliczeń

d=10 g wilgoci / 1 kg powietrza = 0,01 kg wilgoci/kg powietrza;

n – współczynnik nadmiaru powietrza.

Objętość spalin suchych:

Vss=V...