Fakulta elektrotechnická Katedra ELEKTROENERGETIKY Technika ochrany ovzduší
TECHNICKÁ EKOLOGIE
úkol:
Stanovení účinnosti horkovodního roštového kotle
v Plzni dne 14.12.2006
1. Cíl:
Václav Laxa, E04263
Stanovení účinnosti horkovodního roštového kotle. Stanovení ztrát.
2. Vypracování:
Způsoby stanovení účinnosti kotle: Q VYR .100[%] Q PAL
•
Přímou metodou:
η=
•
Nepřímou metodou:
η = 100 − ∑ Z[%]
Technické parametry kotle: Jmenovitý výkon kotle Jmenovitá teplota vody na výstupu Jmenovitá teplota vody na vstupu Teplotní spád vody v kotli Jmenovité průtočné množství vody Konstrukční tlak Minimální výkon kotle Nejnižší doporučená vstupní teplota Nejnižší průtočné množství vody kotlem Otevírací tlak pojistných ventilů
34,88 MW 160°C 90°C 70°C 428 t/h 2,55 MPa 5,8 MW 70°C 343 t/h 2,26 MPa
Palivo: 16.12.2006
technika ochrany ovzduší; strana 1
Václav Laxa
Zrnění 0 – 30 mm. Podíl frakce pod 2 mm - max. 40 %. Největší kusy – 40 mm. Podíl frakce nad 20 mm – max. 5 %. Výhřevnost surového paliva 13,45 MJ/kg čas (min) 10 20 30 40 50 60
tk [°C] teplota kouřových plynů (levá strana) 180 185 190 190 190 195
tk [°C] teplota kouřových plynů (pravá strana) 185 185 185 190 195 195
WO2 [%] obsah kyslíku ve spalinách 6,1 6,3 5,9 5,7 5,7 5,8
180 + 185 + 190 + 190 + 190 + 195 = 188,33 °C 6 185 + 185 + 185 + 190 + 195 + 195 t kp = = 189,17 °C 6 188,3 + 189,17 tk = = 188,75 °C 2 t kl =
16.12.2006
Parametr WO2 WCO Q ir Ar Cs Cp xs xp Cpr tk
⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒
tvz ts tp
⇒ ⇒ ⇒
cs
⇒
cp λ Zsv
⇒ ⇒ ⇒
hodnota 5,857 0,1 13 450 16,96 9 13 68 32 1,34 průměr aktuáln í 600 180
% % kJ/kg % % % % % kJ/m3*K °C
°C °C °C kJ/kg*° výpočet C kJ/kg*° výpočet C výpočet tabulka %
technika ochrany ovzduší; strana 2
Václav Laxa
Výpočet účinnosti nepřímou metodou: Rozdělení dominantních ztrát: o ztrátu hořlavinou v tuhých zbytcích (mechanický nedopal), o ztrátu fyzickým teplem tuhých zbytků, o ztrátu hořlavinou ve spalinách (chemický nedopal), o ztrátu fyzickým teplem spalin (komínová ztráta),
o
1. Ztráty způsobené nedokonalým uvolněním tepla při spalování 1.1. Ztráta hořlavinou ve spalinách - tzv. chemický nedopal 1.2. Ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích - tzv. mechanický nedopal • 1.2.1. Ztráta ve škváře • 1.2.2. Ztráta v popílku • 1.2.3. Ztráta v úletu • 1.2.4. Ztráta roštovým propadem
o
2. ztráty způsobené nedokonalým využitím uvolněného tepla 2.1. ztráta citelným teplem plynných spalin - komínová 2.2. ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků • 2.2.1. ztráta fyzickým teplem škváry • 2.2.2. ztráta fyzickým teplem popílku • 2.2.3. ztráta fyzickým teplem úletu • 2.2.4. ztráta fyzickým teplem propadu 2.3. ztráta sdílením tepla do okolí (sálání, vedení,…)
1.1
Ztráta hořlavinou ve spalinách - ZCO: 0,376%
Z CO = (100 − Z C ) ⋅
126,54 126,54 ⋅ WCO ⋅ WSS = (100 − 4,74 ) ⋅ ⋅ 0,1 ⋅ 4,199 = 0,376% r 13450 Qi
Qir [kJ/kg] … výhřevnost surového paliva (=13 450 kJ/kg) Wco [%] … poměrný objem CO ve spalinách (=0,1) WCO2 [-] … poměrný objem CO2 ve spalinách Wo2 [-] … poměrný objem O2 ve spalinách (5,857) Vss [m3] … objem suchých spalin vzniklých spálením 1 kg paliva Vss = -0,079 + 3,0183 λ výpočet λ:
λ=
λ … přebytek vzduchu
Qvz .....skutečné množství Qvz min. ....teoreticky potřebné
λ=
1 − 0,1788 ⋅ WO2 1 − 4,76 ⋅ WO2
= 1,3651
VSS = -0,079 + 3,0183 λ = -0,079 + 4,149 = 4,199 m3 Vzorec pro λ platí pro uhlí o tomto složení: Uhlík Vodík Síra Dusík Kyslík Voda Popel
C = 0,3353 kg H2 = 0,03555 S = 0,0097 N2 = 0,0039 O2 = 0,0828 W = 0,3652 A = 0,1696
Určení hodnot 16.12.2006
technika ochrany ovzduší; strana 3
Václav Laxa
WCO2 nebo WO2 …analýzou spalin …analýzou spalin = 0,1% Wco …rozborem paliva = 13 650 kJ/kg Qir
1.2
Ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích - ZC: 4,74%
( uvažujeme pouze ztrátu ve škváře a popílku,ztrátu v úletu a rošt. propadu zanedbáme)
Zc =
xp xs 32657 ⋅ A 553862,7 0,68 0,32 (C s ⋅ )= + Cp ⋅ ⋅9 + 13 = 4,739 r 100 − C s 100 − C p 13450 91 87 Qi r
Ar Qir Cs Cp xs xp
[%] [kJ/kg] [%] [%] [kg/kg] [kg/kg]
[%]
- poměrná hmotnost popela ve spáleném palivu (16,96) – výhřevnost surového paliva (13450) - poměrná hmotnost hořlaviny ve škváře (9) - poměrná hmotnost hořlaviny v popílku (13) - poměr hmotnosti škváry k hmotnosti popelovin celkem (68) - poměr hmotnosti popílku k celkové hmotnosti popelovin (32)
Určení jednotlivých hodnot: Rozborem paliva………………….Ar, Qir Rozborem škváry………………….Cs Rozborem popílku………………....Cp Popelovou bilancí………………….Xs, Xp
1.3
Ztráta teplem spalin – komínová ztráta – ZK: 8,43 % VSV ⋅ C pr ⋅ (t k − t vz ) 4,8 ⋅1,34 ⋅ [188,750 − 3,7] Z k = (100 − Z c ) ⋅ = 95,26 ⋅ = 8,430% r 13450 Q cpr [kJ/m3 * °C]………střední měrné teplo vlhkých spalin při teplotě tk (1,34) tk [°C]…………………teplota spalin odcházejících z kotle (teplota kouřových plynů) (188,75) tvz [°C]………………..teplota vzduchu vstupujícího do kotle (3,7) Vsv [m3]………………objem vlhkých spalin vniklých spálením 1 kg paliva (4,8) Vsv = 0,6797 + 3,018 * λ = 0,6797+3,018*1,3651= 4,8 Určení jednotlivých hodnot: Z tabulek a grafů………………………………..cpr Měřením…………………………………………tk, tvz Výpočet z měření WO2……………….…………λ Z analýzy paliva…………………………………Qir
1.4
Ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků– Zf: 0,75 %
(uvažujeme pouze ztrátu ve škváře a popílku.)
A r 100 100 ⋅ ⋅ xs ⋅ cs ⋅ts + C p ⋅ ⋅ xp ⋅cp ⋅tp = f r 100 − C p Q i 100 − C s 19 , 96 100 100 = ⋅ ⋅ 0 , 68 ⋅ 600 ⋅ 1 , 01 + ⋅ 0 , 32 ⋅ 180 ⋅ 0 , 8 = 0 , 75 % 13450 100 − 13 100 − 9 Z
=
Ar [%]…………poměrná hmotnost popela ve spáleném palivu (16,96) Cs [%]…………poměrná hmotnost hořlaviny ve škvaře (9) Cp l%1..............poměrná hmotnost hořlaviny v popílku (13) cs [kJ/kg °C].....střední měrné teplo škváry při teplotě ts (1,01) co [kJ/kg °C].....střední měrné teplo škváry při teplotě to tp (0,8) ts [°C]………….teplota škváry (600) tp [°C]………....teplota popílku (180) cp = 0,71 + 0,5 * 10-3 * tp=0,8 cs = 0,71 + 0,5 * 10-3 * ts = 1,01 xs [kg/kg]……..poměr hmotnosti škváry k hmotnosti popelovin celkem (0,68)
16.12.2006
technika ochrany ovzduší; strana 4
Václav Laxa
xp [kg/kg]……..poměr hmotnosti popílku k hmotnosti popelovin celkem (0,32) Určení jednotlivých hodnot: Rozborem paliva…………………….Ar, Qir Rozborem škváry……………………Cs Rozborem popílku…………………...Cp Výpočtem z ts………………………..cs Výpočtem z tp………………………..cp Měřením ………………………..……ts = 600°C Měřením ……………………..………tp = 180°C Popelovou bilancí……………………xs, xp
1.5
Ztráta sdílením tepla do okolí– ZSV: 0,6%
Vycházíme z normy ČSN 070305 – Hodnocení kotlových ztrát
Pro výpočet se použije výkon Qk = 35 MW
Určení součtu ztrát a účinnosti:
ZSV = 0,6 %
η = 100 − ∑ Z[%]
Z = ZCO + ZC + ZK + ZF + ZSV = 0,376 + 4,74 + 8,43 + 0,75 + 0,6 = 14,896% η = 100 – 14,896 = 85,1%
Závěr: Vypočtené ztráty: Ztráta Ztráta Ztráta Ztráta Ztráta
hořlavinou ve spalinách - ZCO: 0,376% hořlavinou v tuhých zbytcích - ZC: 4,74% teplem spalin – komínová ztráta – ZK: 8,43 % fyzickým teplem tuhých zbytků– Zf: 0,75 % sdílením tepla do okolí– ZSV: 0,6%
Výsledná účinnost kotle byla vypočtena na 85,1%.
16.12.2006
technika ochrany ovzduší; strana 5
Václav Laxa
