ÚČINNOST KOTLE. Součinitel přebytku spalovacího vzduchu z měřené koncentrace O2 Účinnost kotle nepřímou metodou Účinnost kotle přímou metodou

Transkript

1 ÚČINNOST KOTLE 1. Cíl páce: Roštový kotel o jmenovtém výkonu 100 kw, vybavený automatckým podáváním palva, je učen po spalování dřevní štěpky. Teplo z topného okuhu je předáváno do chladícího okuhu pomocí přpojeného deskového výměníku. Po tuto konfguac stanovte: Součntel přebytku spalovacího vzduchu z měřené koncentace O2 Účnnost kotle nepřímou metodou Účnnost kotle přímou metodou 2. Defnce pojmů: Výhřevnost palva Q [kj/kg] je množství tepla, kteé se získá př dokonalém spálení 1 kg palva s následným ochlazením poduktů spalování na 20 C, přčemž vodní páa nekondenzuje a zůstává v plynném stavu. Výhřevnost použtých dřevních pelet je kj/kg. Palvo je chaaktezováno podílem hořlavny (C, H, S, N, O), popelovn (A) a vody (W). V původním stavu (tedy včetně popelovn a vody) jsou jednotlvé složky označovány honím ndexem. Složení použtého palva je následující: C = 32,13 %; H = 4,28 %; N = 0,19 %; S = 0,0189 %; A = 2 %; W t = 35 % Nepřímá metoda Učení účnnost spočívá v učení tepelných ztát zařízení: - tepelné ztáty kotle jsou 1 N k ztáta ctelným teplem odcházejících spaln (komínová) závsí na teplotě spaln za kotlem a přebytku spalovacího vzduchu ve spalnách; sv ztáta sdílením tepla do okolí závsí na velkost povchu kotle, jeho teplotě a teplotě okolí; CO ztáta chemckým nedopalem palva závsí na obsahu spaltelných plynů (CO) ve spalnách; C ztáta mechanckým nedopalem palva je učena množstvím nespáleného uhlíku v tuhých zbytcích po spalování (popel, popílek); f ztáta ctelným teplem tuhých zbytků. V tomto případě bude uvažována jako nulová. - ztáta ctelným teplem spaln se učí ze vztahu: k I I k o Q kde Ik [kj/kg] je entalpe spaln př změřené teplotě a součntel přebytku spalovacího vzduchu α za kotlem a Io [kj/kg] je entalpe spaln př teplotě okolí a součntel přebytku

2 spalovacího vzduchu α za kotlem (jedná se o hypotetcký efeenční stav); Q je výhřevnost palva. Entalpe jsou vztaženy k jednotkovému množství spáleného palva a učí se z I-t dagamu spaln po dané palvo. - ztáta sdílením tepla do okolí se učí z velkost povchu kotle, jeho teploty a teploty okolí jako tepelný výkon sdělený volnou konvekcí (přestup tepla sáláním se zanedbává), podle vztahu:. S. T T k s o sv mpv. Q kde αk [W.m -2.K -1 ] je součntel přestupu tepla, S [m 2 ] je velkost teplosměnné plochy (povch kotle), Ts [K] je střední teplota vnější stěny kotle, To [K] je teplota okolního postředí (vzduchu), mpv [kg/s] hmotnostní tok palva a Q [kj/kg] výhřevnost palva. Poblematckým místem je stanovení hodnoty αk, po zjednodušení bude poto uvažována hodnota αk = 10 W.m -2.K -1. Teplota povchu pláště kotle se měří snímkováním temokameou, emsvta musí být kalbována pomocí povchového teploměu. V případě, že se maxmální a mální teplota v měřeném pol lší o méně než 10 C, lze použít střední hodnotu teploty. V opačném případě je nutné plochu vtuálně ozdělt na menší plochy. - ztáta chemckým nedopalem je závslá na koncentac CO ve spalnách. Její velkost se 0,2116. CO. VSS učí ze vztahu: CO (21 c ). Q O2ef kde ρco je hmotnostní koncentace CO [mg.m -3 N], Vss je mální objem suchých spaln ze spálení 1 kg palva [m 3 N/kg] a Q [kj/kg] je výhřevnost palva. Hmotnostní koncentace CO se učí ze změřené objemové koncentace podle vztahu: p. M 21 c N m O2ef CO.. [mg/m 3 N] R. TN 21 co 2 kde jednotlvé symboly značí: φ = měřená koncentace [ppm obj.] Mm = molekulová hmotnost CO [g/mol] pn = nomální tlak, tj. 101,325 kpa TN = nomální teplota, tj. 273,15 K co2ef (co2) = efeenční (měřená) koncentace kyslíku [obj. %]. Refeenční koncentace kyslíku je po spalování bomasy do 50 MW tepelného výkonu 11 %. R = 8,314 [J.K -1.mol -1 ] unvezální plynová konstanta ρco = přepočtená hmotnostní koncentace [mg/m 3 N] Mnmální (stechometcký) objem spaln se učí ze složení palva, za pomoc vztahů: V VS V 1,865. C 5,553. H 0,698. S 0,699. O [m 3 N/kg] 0,21 SS 1,855. C 0,003. VVS 0,683. S 0,799. N 0,7805. VVS 0,0092. VVS [m 3 N/kg]

3 - ztáta mechanckým nedopalem je závslá na množství nespálené hořlavny (uhlíku) v tuhých zbytcích (popel, popílek). Vzhledem k časové náočnost analýzy je uvažováno, že se tato hodnota pohybuje na hodnotě 10 %. K učení této ztáty se použje vztah: A C C.. QC Q kde C je podíl nespálené hořlavny v tuhých zbytcích, A je obsah popela v palvu, Q je výhřevnost palva a Qc je výhřevnost nespálené hořlavny, uvažuje se kj/kg. Přímá metoda - výkon: tepelný výkon předaný do teplonosného méda, v tomto případě teplé vody: Q = m w c pw (t wo t w ) [kw] Kde Q je tepelný výkon, mw hmotnostní tok vody, cpw měná tepelná kapacta vody př její střední teplotě, two teplota vody na výstupu a tw teplota vody na vstupu. - příkon: tepelný příkon přvedený do kotle v palvu: P m pv. Q [kw] kde mpv je hmotnostní tok palva do kotle a Q výhřevnost palva. Po stanovení hmotnostního toku předpokládejte, že šnekový dopavník je schopen dodat xxx g dřevní štěpky za 5s. - přímá účnnost: Q p [kw] P Součntel přebytku spalovacího vzduchu α je pomě skutečného množství vzduchu přvedeného po spálení 1 kg palva a málního (stechometckého) množství spalovacího vzduchu po dokonalé spálení 1 kg palva. Hodnotu α lez učt měřením z koncentace O2 nebo CO2. 21 Stanovte α z měřené koncentace O2: O2 21 co2 kde co2 [obj. %] je změřená koncentace kyslíku ve spalnách. Předpokládá se dokonalé spalování. 3. Postup měření: Měření účnnost je zkouška statcká, tzn. že během měření se nesmějí povádět žádné egulační zásahy, kteé by vedly ke změně povozního ežmu kotle. Kotel se uvede do ustáleného stavu a v pětutových ntevalech se povádějí odečty měřených velčn. Měření tvá celkem 60 ut, tj. 12 odečtů + 1 počáteční stav. Měřené velčny: Koncentace CO a O2 2 x teplota na výměníku (topný okuh)

4 Půtok vody v topném okuhu Teplota spaln za kotlem Teplota okolí (měřená jednoázově) Teplota povchu kotle (měřená jednoázově) Povch vnějšího pláště kotle (měřen jednoázově) Doba chodu šneku/doba kldu šneku Úkoly: Do přehledné tabulky vyhodnoťte naměřená data, espektve stanovte střední hodnoty měřených velčn. Dále uveďte jejch mální, maxmální hodnoty a směodatnou odchylku. Vypočítané střední hodnoty se následně použjí po vyhodnocení požadovaných velčn dle postupu uvedeného výše. Přístoje a zařízení: - kotel na dřevní štěpku - deskový výměník - analyzáto spaln - půtokoměy - temočlánky - temokamea - met

5 Opakované měření CO O 2 t w t wo Q w t sk [ppm] [%] [ C] [ C] [m 3 /h] [ C] Jednoázové měření Teplota okolí T o [ C] Střední teplota povchu kotle T s [ C] Povch kotle S [m 2 ] Chod/kld šneku - [s]