Účinnost spalovacích zařízení

Transkript

1 Účnnost spalovacích zařízení

2 Účnnost je ukazatelem míry dokonalost transformace energe v zařízení. Jedná se o techncko-ekonomcký parametr. Vyjadřuje poměr mez energí využtou a energí přvedenou do zařízení, tedy mez výkonem a příkonem. η = výkon = příkon v p [1] V uvažovaném případě (spalovací zařízení) bude vždy příkon dán energí z palva a výkon bude dán množstvím tepla ve vyrobené páře nebo vodě.

3 Spalovací zařízení slouží k transformac chemcky vázané energe palv na tepelnou energ méda, vhodného k žádoucí dstrbuc tepla pro vytápění (kotle pro vytápění, lokální topenště) nebo pro další transformac na jné formy energe (parní kotle).

4 Normy pro výpočet účnnost ČSN Hodnocení kotlových ztrát Tato norma je přzpůsobena pro stanovení účnnost velkých energetckých zařízení. Další výklad vychází z této normy. ČSN EN ČSN EN Tyto normy jsou určeny pro stanovení účnnost a pro obecná měření spalovacích zařízení malých výkonů (krby, kamna, kotle)

5 Způsob určení účnnost římá metoda!!! Neplést s přímou účnností!!! přímá a porovnávací účnnost se určuje u energetckých strojů, ve kterých dochází ke kompres č expanz plynů. Tato metoda ze založena na znalost přesného množství palva dodávaného do kotle a jeho kvaltě, respektve výhřevnost, účnnost se pak určí prostým poměřením příkonu a výkonu. Výkon lze měřt snadno. η = v p [1] V výkon [kw] příkon [kw]

6 Tento způsob lze s dostatečnou přesností použít pouze u plynových č olejových kotlů a př laboratorním měření malých spalovacích zařízení uložených na měřcí váze, kde lze určt množství spáleného palva. říkon se určí tedy z množství palva a jeho výhřevnost, pokud se zanedbává ctelné teplo palva a spalovacího vzduchu, které představuje cca 1% vstupní energe. p = m& pal Q r [ kw ] m pal množství palva [kg/s] Q r výhřevnost [kj/kg]

7 Výkon kotle je poměrně snadné určt z množství pracovního méda a jeho teploty (u vody) č entalpe (u páry). Výkon se praktcky nedá určt u lokálních topenšť. V = m& v c v Δt [ kw ] m v množství vody [kg/s] c v tepelná kapacta vody [kj/(kg.k)] Δt rozdíl teploty vstupní a výstupní vody [K] V = m& p Δ [ kw ] m p množství páry [kg/s] Δ rozdíl entalpe kondenzátu a výstupní páry [kj/kg] Tato metoda jak bylo řečeno není použtelná u všech spalovacích zařízení a navíc nedává vědět jaký podíl mají jednotlvé ztráty. Z těchto důvodů se užívá nepřímá metoda vycházející z následujícího předpokladu.

8 Nepřímá metoda V η = = V 1 = 1 η = 1 ξ 1 Z 1 Z [1] [ kw ] [1] Z ztráta kotle [kw] ξ poměrná ztráta [1] Místo příkonu se užívá výhřevnost 1 kg palva a ztráty se taktéž určují v poměru na 1 kg palva.

9 ΣZ mv, cv, Δt V mpal, Q r Naprosto stejně je tomu u kotlů na tuhá palva.

10 Vždy platí: > V tedy η < 1

11 Jednotlvé poměrné ztráty kotle - ztráta komínová (ztráta ctelným teplem spaln) spalny mají za poslední teplosměnnou plochou teplotu vyšší než je teplota okolí - ztráta chemckým nedopalem ztráta vznklá nevyužtím hořlavých složek ve spalnách - ztráta mechanckým nedopalem ztráta vznklá nevyužtím hořlavých složek v tuhých zbytcích - ztráta fyzckým teplem tuhých zbytků tuhé zbytky opouštějí spalovací zařízení s teplotou vyšší než je teplota okolí - ztráta sdílením tepla do okolí spalovací zařízení předává svým povrchem část tepla do okolí

12 oměrná ztráta mechanckým nedopalem - nespálený uhlík v tuhých zbytcích. ξ MN = C 100 C r A X 100 Q q 1 C C obsah hořlavny v uvažovaném druhu tuhých zbytků X podíl popela z celkového podílu popela přvedeného palvem, tzv. stupeň zachycení A R množství popela v palvu q 1 teplo přvedené do kotle spálením 1 kg palva [kj/kg] Q C výhřevnost hořlavny v tuhém zbytu, uvažuje se výhřevnost C, kj.kg -1 Člen 100-C ve jmenovatel představuje zvětšení množství popela o nespálenou hořlavnu. ro plynná palva je vždy a pro kapalná je obvykle tato poměrná ztráta rovna nule.

13 odle druhu spalovacího zařízení může být ztrát mechanckým nedopalem několk: ztráta v úletu (u všech kotlů odchází komínem) -ztráta ve strusce nebo škváře (z ohnště) -ztráta v popílku (popílek z odlučovačů) -ztráta v propadu (u roštových kotlů) -ztráta v brýdách (u pr. kotlů s otevřeným mlecím okruhem) ro stupeň zachycení platí: X = 1 ro různé druhy kotlů se lší stupeň zachycení jednotlvých druhů tuhých zbytků. U práškových je například největší stupeň zachycení v popílku, u roštových ve škváře.

14 oměrná ztráta chemckým nedopalem ξ ChN = 100 ξ 100 MN V S S, SK ω q 1 CO Q CO V S S,SK množství skutečných suchých spaln [m3 M /kg] ξ MN poměrná ztráta mechanckým nedopalem ω CO koncentrace oxdu uhelnatého ve spalnách Q CO výhřevnost oxdu uhelnatého, [kj/m 3 N ] q 1 teplo přvedené do kotle spálením 1 kg palva [kj/kg] okud se ve spalnách objevují jné hořlavé složky, jako jsou uhlovodíky nebo vodík, je třeba je do výpočtu zahrnout. odíl těchto látek je však mnmální a jejch zanedbání ve výpočtu výsledek ovlvní jen mnmálně. Člen 100-ξ MN představuje snížení množství spaln vlvem nespálené hořlavny.

15 oměrná ztráta fyzckým teplem tuhých zbytků ξ FT = r A 100 C X q 1 c t C obsah hořlavny v uvažovaném druhu tuhých zbytků X podíl popela z celkového podílu popela přvedeného palvem, tzv. stupeň zachycení A R množství popela v palvu q 1 teplo přvedené do kotle spálením 1 kg palva [kj/kg] c tepelná kapacta uvažovaných tuhých zbytků [kj/(kg.k)] t teplota uvažovaných tuhých zbytků [ C] Člen 100-C ve jmenovatel představuje zvětšení množství popela o nespálenou hořlavnu. Tuhým zbytky může být škvára, struska, popílek, úlet č propad.

16 oměrná ztráta ctelným teplem spaln (komínová) ξ K V V c S, SK p S sp 0 ( 100 ) = ξ MN q 1 ( t t ) ξ MN poměrná ztráta mechanckým nedopalem V V S,SK množství skutečných vlhkých spaln [m3 M /kg] c ps tepelná kapacta spaln [kj/(m 3 N.K)] t S, t 0 teplota spaln za poslední teplosměnnou plochou a teplota okolí [ C] q 1 teplo přvedené do kotle spálením 1 kg palva [kj/kg] Teplo přvedené do kotle spálením 1 kg palva je: r q1 = Q + Δ + x VVZ. Δ VZ [ kj / kg ] Δ, Δ VZ přírůstek entalpe palva a vzduchu po ohřátí czím zdrojem [kj/kg, kj/m 3 M ] x.v vz podíl vzduchu ohřátého czím zdrojem [m 3 M /kg] Q r výhřevnost palva [kj/kg] NEJČASTĚJI r q 1 = Q

17 oměrná ztráta sdílením tepla do okolí U spalovacích zařízení malých a středních výkonů se určí z povrchových teplot zařízení, velkost povrchu zařízení a součntele přestupu tepla. U větších zařízení se hodnota odečítá z nomogramu nebo se určuje dle emprckého vzorce. ξ Ojm = k 0,35 jm O = ξ ξ 0jm poměrná ztráta sdílením tepla do okolí př jmenovtém výkonu jm jmenovtý výkon [MW] sk skutečný výkon [MW] Ojm k konstanta ( 3,5 lgnt a HU, 2,5 ČU, 1,5 olej a plyn ) ξ jm sk

18 Účnnost nepřímou metodou je tedy: η = η = Σξ ξ MN ξ ChN ξ K ξ FT ξ O Účnnost spalovacího zařízení se tedy vypočte jako 100 mínus suma všech poměrných ztrát. Jednotlvé poměrné ztráty samozřejmě nejsou stejné, některé mají významný vlv na účnnost, jné zanedbatelný. Naprosto domnantní ztrátou všech spalovacích zařízení je ztráta ctelným teplem spaln (komínová). okud chceme zvýšt účnnost kotle, má pro toto komínová ztráta největší potencál.

19 Sankeyův dagram skutečného kotle - automatcký kotel na dřevní pelety o výkonu 35 kw

20 Zvyšování účnnost Naprosto domnantní ztrátou všech spalovacích zařízení je tedy komínová ztráta, kterou ovlvňuje: V VS, SK c p S ( tsp t0 ) ξ K = ( 100 ξ MN ) -množství spaln q1 Snížím množství spaln (snížením přebytku vzduchu) roste ξ MN omezený prostor pro zásah -tepelná kapacta spaln Je dána složením spal, které je dáno palvem. Tepelnou kapactu ovlvňuje vodní pára pokud možno suché palvo -a teplota výstupních spaln Spalny můžou být vychlazeny na takovou teplotu, aby v žádném případě nedocházelo ke kondenzac vodní páry, a to nkde ve spalnovém traktu za kotlem. Rosný bod je ovlvněn složením spaln a přebytkem vzduchu.

21 Teplota rosného bodu uhlí přblžně 120 C Z přblžně 40 C, vz. tabulka Součntel přebytku vzduchu [1] Teplota rosného bodu [ C] oznámka ke kondenzačním kotlům -klascky počítaná účnnost je větší než 100% -způsobeno využtím kondenzačního tepla vodní páry -kondenzační režm nastává, pokud podchladíme spalny pod rosný bod, a to pracovním médem nízkoteplotní systémy vytápění Dva možné výpočty účnnost: η = η = V V n K n K = l V m& K [ kw ] K kondenzační výkon [kw] m k množství kondenzátu [kg/s] l V kondenzační teplo vody [kj/kg] r = m& Q [ kw ] n příkon ze spalného tepla [kw] pal n Q r n spalné teplo [kj/kg]

22 oznámka k lokálním topenštím η = 100 ξ MN ξk -nemají ztrátu sdílením do okolí -pokud je spalováno dřevo ξ MN se blíží nule -ztrátu tvoří pouze komínová ztráta a ztráta plynným nedopalem η oznámka k účnnost využtí EZ Využtí ložska Dopravy Elektrárny Rozvodu Konečného využtí % ropa, 50 % ČU až 80 % HU, (50%) VEZ = η VEZ = η VL 3? % η D >90% (95 %) η D η EL = 35 % η R = 90 % η EL EN = η R EZ HD η R = % (20 %) [ J Kč η 1 KV ] Důležtým techncko ekonomckým měřítkem je energetcká náročnost ekonomky.

23 Děkuj za pozornost.