FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV. FLUIDNÍ KOTEL S CIRKULUJÍCÍ FLUIDNÍ VRSTVOU NA SPALOVÁNÍ UHLÍ A DŘEVNÍ BIOMASY 150t/h

Transkript

1 VYSKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRN UNIVERSITY F TECHNLGY FAKULTA STRJNÍH INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV FACULTY F MECHANICAL ENGENEERING ENERGY INSTITUTE FLUIDNÍ KTEL S CIRKULUJÍCÍ FLUIDNÍ VRSTVU NA SPALVÁNÍ UHLÍ A DŘEVNÍ BIMASY 150t/h FLUID BED BILER FR BURNING CAL AND WD BIMASS 150t/h DIPLMVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTR PRÁCE Bc. NDŘEJ PPELKA AUTHR VEDUCÍ PRÁCE doc. Ing. ZDENĚK SKÁLA, CSc BRN 01

2

3 Uřesnění zadání Výočet bude stanoven ro následující arametry: hmotnostní růtok řehřáté áry z kotle (arní výkon): 150 [t/hod]. tlak řehřáté áry na výstuu z kotle : 9, ± 0, [MPa]. telota řehřáté áry na výstuu z kotle: 50 ± 6 [ C]. telota naájecí vody na vstuu do kotle: 10 ± 10 [ C]. vlastnosti a složení severočeské hnědé uhlí v surovém stavu: výhřevnost vyočtená ze složení: 14 MJ/kg obsah vody: 8 % (hm.) zrnitost: 0 10 mm obsah oeloviny: 10,7 % (hm.) obsah síry: 0,70 % (hm.) obsah uhlíku: 7,1 % (hm.) obsah vodíku :,14 % (hm.) obsah dusíku: 0,49 % (hm.) obsah kyslíku : 10,09 % (hm.) vlastnosti a složení dřevní štěky, kůra v surovém stavu: výhřevnost vyočtená ze složení: 9,5 MJ/kg obsah vody: 40 % (hm.) zrnitost: mm. max 00 mm obsah oeloviny:,50 % (hm.) obsah síry: 0,01 % (hm.) obsah uhlíku: 8,65 % (hm.) obsah vodíku :,4 % (hm.) obsah dusíku: 0,8 % (hm.) obsah kyslíku : 5,07 % (hm.) emise: tuhé emise: 0 [mg/nm ] S : 00 [mg/nm ] N X : 00 [mg/nm ] C : 100 [mg/nm ] Dolňující informace: relativní vlhkost vzduchu: 60 [%]. vztažná telota okolí: 5 [ C]. odchozí telota salin: 140 [ C]. telota fluidní vrstvy: 850 [ C]. nedoal: lože úlet odíl oela: 0% 70% nedoal: uhlí 0,6% biomasa 0,6%

4 Abstrakt: Tato dilomová ráce se zabývá výočtem a návrhem fluidního kotle na salování uhlí a biomasy v odobě dřevní štěky. Secifikem fluidního kotle je cirkulující fluidní vrstva a cyklónový odlučovač oela ze salin za salovací komorou. Pro zadané arametry aliva byla ráce rozdělena na několik částí. V jednotlivých částech jsou rovedeny výočty stechiometrie, emise a entalie salin, odsíření salin. Dále byl řešen výočet ztrát kotle a jeho účinnosti vzhledem k výočtu a navržení jednotlivých telosměnných loch, aby výsledná velikost a jejich očet odovídal ožadovaným arametrům kotle. Výkresovou sestavu navrženého kotle na základě výočtů obsahuje říloha této ráce. Klíčová slova: fluidní ohniště kotle telosměnné lochy emise oxidy síry Abstract This thesis is focused in calculation and designing of fluid bed boiler for burning coal and wood biomass in the form of wood chis. The uniqueness of fluidized bed boiler is circulating fluidized layer and cyclone ash searator from flue gases beyond the combustion chamber.work was divided into several arts due to different arameters of the fuel.. Stoichiometry calculations, emissions calculations, enthaly of combustion and flue gas desulhurization calculations are erformed in various arts.further, calculating of the losses of boiler and its efficiency comaring to the calculation and design of each heat transfer surfaces was also solved so that resulting size and quantity meet the required secifications.drawn set of this designed boiler based on calculations is included in the annex to this aer. Keywords : fuidized bed chamber boiler heat exchangers sulhur oxid, emisions

5 Bibliografická citace ráce: PPELKA,. Fluidní kotel na salování uhlí a biomasy 150t/h. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí dilomové ráce doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc..

6 Čestné rohlášení Prohlašuji, že jsem svou dilomovou ráci na téma Fluidní kotel na salování uhlí a biomasy 150t/h vyracoval samostatně za omocí vedoucího ráce doc. Ing. Zdeňka Skály, CSc. a konzultanta Ing. Mirka Hudečka, CSc. Dále jsem čeral z odborné literatury a z informačních zdrojů, které jsou uvedeny v seznamu oužité literatury. V Brně dne Podis

7 Poděkování: Děkuji vedoucímu ráce doc. Ing. Zdeňkovi Skálovi, CSc. a konzultantovi Ing. Mirku Hudečkovi, CSc. za vzorné vedení a cenné informace, které mi omohly ři řešení dilomové ráce.

8 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně bsah 1. Úvod Teoretické ojednání Proces získání energie Stechiometrie Minimální množství kyslíku Minimální množství suchého vzduchu Minimální množství vlhkého vzduchu Minimální množství suchých salin Minimální množství vlhkých salin Emise salin xidy síry xidy uhlíku xidy vodíku Emise S a odsíření Emise HCl a Cl Výočet ztrát kotle a teelná účinnost Ztráta mechanickým nedoalem Ztráta fyzickým telem tuhých zbytků Ztráta hořlavinou ve salinách Ztráta fyzickým telem salin Ztráta sdílením do okolí Ztráta neočitatelná Teelná účinnost Teelná bilance kotle Výkon kotle Množství aliva Průtokové množství salin Návrh salovací komory Telo řivedené salovacím vzduchem Výočet rozměrů salovací komory... 4 Bc. ndřej Poelka 1

9 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy Plošné zatížení salovací komory bjemové zatížení salovací komory Průřezové zatížení salovací komory Vlastnosti salin a oele Vznik oele Celkové množství oele Adiabatická telota lamene Výočet konstrukčních rozměrů Účinná sálavá locha stěn ohniště Teelný výočet ohniště Množství tela odevzdaného v ohništi do stěn Výočet konvenčních loch Návrh telosměnných loch ři salování uhlí Tlakové ztráty na straně média Množství vstřiku Telota a entalie salin a média Teelná bilance výarníku VYP Deskový řehřívák PI Vratná komora Výstuní řehřívák PIV Konvenční řehřívák PIII Ekonomizér EK Pilový digram Výočet ro dřevní štěku Deskový řehřívák PI Vratná komora Ekonomizér EK hřívák vzduchu VZ Pilový diagram Porovnání dosažených výsledků Závěr Použitá literatura... 14

10 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Použité symboly Příloha Výkres sestavy kotle a jednotlivých telosměnných loch Bc. ndřej Poelka

11 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 4

12 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně 1. Úvod Účel této dilomové ráce je rovést výočet a navrhnout jednotlivé telosměnné lochy fluidního kotle s cirkulující fluidní vrstvou ke salování severočeského uhlí a biomasy v odobě dřevní štěky. Požadavkem je množství áry o arametrech: hmotnostní růtok z kotle 150 t/hod ři tlaku 9, MPa. Paliva s garanční výhřevností uvedenou v zadání slouží k získání tela a ohřátí naájecí vody vstuující do kotle o telotě 10 C. Kaitola. ojednává o stechiometrických výočtech stanovených na základě alivových rozborů. Ve 4. kaitole je určena účinnost odsíření a stanovení emisních limitů kyselých složek. Ztráty kotle, které snižují celkový výkon, jsou znázorněny ro říslušné alivo v kaitole 5. Na doosud získaných hodnotách jsou v další kaitole stanoveny: výkon kotle, množství aliva a růtokové množství salin. V druhé části této kaitoly je návrh salovací komory. Hlavní částí dilomové ráce je v kaitole 7. kde je roveden lnohodnotný výočet telosměnných loch. Ukončení výočtu je zhodnocení jednotlivých loch v bilanci kotle. V závěru je z dosažených výsledků uvedeno orovnání ro salování uhlí a dřevní štěky.. Teoretické ojednání Fluidní kotel je zařízení, které za omocí salování tuhého aliva získává telo otřebné k vytáění, nebo k výrobě áry a následně elektřiny. Použití kotlů je v dnešní době zejména využíván jako střední a malé zdroje energie. Ke salování aliva dochází ve fluidní vrstvě ři telotách v rozmezí 800 C 1000 C. Fluidní vrstva je asi m vysoký vznos hořícího aliva a oela, který se chová jako tekutina. Tento vznos je vytvořený za omocí tlaku a řívodu rimárního a sekundárního vzduchu. Tlak má největší odíl na vytvoření fluidní vrstvy. Dalšími faktory, které ovlivňují fluidní vrstvu, je hustota a velikost částic salovaného média. Rozložení tlaku ve salovací komoře je následovný. Na začátku vrstvy je nulový tlak vůči okolí, od fluidní vrstvou je řetlak okolo 1 KPa a nad fluidní vrstvou je odtlak okolo 00 Pa, čili jedná se o odtlakový kotel [1]. Na obrázku.1 je znázorněno schéma modelu fluidního kotle s cirkulující fluidní vrstvou Mezi hlavní výhody fluidních kotlů atří salování levnějších tuhých aliv, leší řenos tela z důvodu intenzivnějšího salování minimální ztráty mechanickým nedoalem, rotože část oílku se z cyklónu vrací zět do kotle nižší náklady na čištění salin ekonomický rovoz Bc. ndřej Poelka 5

13 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Nevýhodou těchto kotlů je: vysoká ořizovací cena (x dražší než klasické kotle) velká sotřeba váence ro odsíření salin [8] br.:.1 Schéma fluidního kotle [8].1 Proces získání energie Palivo je řiváděno do zásobníku a odtud samosádem nebo odávacím zařízením doraveno do uhelného mlýna. Z uhelného mlýna je nadrcené alivo omocí ventilátorů, nebo šnekového a neumatického odavače řiváděno do fluidního ohniště, které je umístěno ve salovací komoře. hniště tvoří dno, kterým rocházejí trysky ro řívod rimárního vzduchu. Stěny ohniště jsou ak tvořeny trubky, v nichž roudí voda. Kotel bývá vybaven i omocným hořákem na ušlechtilá aliva (většinou zemní lyn). Ušlechtilá aliva se využívají zejména ří najíždění kotlů a zaálení aliva. Zaálené alivo vyhoří ve vznosu fluidní vrstvy, kde se chová jako tekutina. Následně odcházejí horké saliny směrem k výhřevným lochám. Jelikož saliny obsahují větší obsah oílku a tedy i energii, ke salovací komoře je řievněn cyklón. Ten odloučí saliny a oílek. Saliny dále okračují do komína. Část oílku je znovu využit a doraven solu se sekundárním vzduchem oět do fluidní vrstvy a do rocesu salování. Poel je odváděn za jednotlivými tahy kotle a z filtrů. Saliny jsou o využití tela odevzdaného v řehříváku res. řehříváku, ekonomizéru a ohříváku vzduchu řes filtry odvedeny komínem do okolního rostředí. Tok salin zaručuje ventilátor umístěný řed filtry a komínem. Jednotlivé telosměnné lochy jsou osány v dalších kaitolách kde, je roveden také jejich výočet a návrh. 6

14 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně. Stechiometrie Stechiometrické výočty Cílem stechiometrie je výočet otřebného objemu vzduchu a vzniklého objemu salin ři salování jednotkového množství daného aliva. Vychází se z tzv. stechiometrických salovacích rovnic, které jsou odvozené na základě chemických reakčních rovnic a bilanci látkového množství jednotlivých rvků v alivu. Výočet je roveden odle literatury [],[]..1 Minimální množství kyslíku Uvažuji model dokonalého salování, ři kterém je ředoklad úlného sálení veškeré hořlaviny, které alivo obsahuje. Jedná se tedy ouze o teoretický říad. K výočtu oužijeme rocentuální obsazení jednotlivých rvků v alivu. Výočet ro 1kg uhlí: min r,9 r r r C H S rch , 01 4, 0 0, 06 (.1-1) Dosazení obsahů jednotlivých rvků,9 7,1,14 0,70 10,09 - min 100 1,01 4,0 0,06 m min 0,807 n kg bdobným zůsobem vyočítáme minimální množství kyslíku ro sálení 1 kg biomasy v odobě dřevní štěky. Výočet ro 1kg dřevní štěky: min r,9 r r r C H S rch , 01 4, 0 0, 06,9 8,65,40 0,01 5,07 - min 100 1, 01 4, 0 0, 06 m min 0,5476 n kg Bc. ndřej Poelka 7

15 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01. Minimální množství suchého vzduchu Pokud chceme vyčíslit minimální objem suchého vzduchu otřebný ro dokonalé salování 1kg aliva musíme zohlednit objemový odíl kyslíku v atmosféře dané v tabulce -1 []. Tab. -1 bjemové složení vzduchu v atmosféře []. Složka bjemový odíl x [-] Kyslík 0,100 Dusík N 0,7805 Argon Ar (i vzácné lyny) 0,009 xid uhličitý C 0,000 Výočet ro 1kg uhlí: SV min 1 1 min 0,807 (.-1) x 0,1 m kg SV min,8 N Výočet ro 1kg dřevní štěky: SV min 1 1 min 0,5476 x 0,1 m kg SV min,6076 N 8

16 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Množství suchého vzduchu s řeočtem na řebytek vzduchu α Uvažovaný řebytek vzduchu α=1,5 Výočet ro 1kg uhlí: (.-) SV SV min,8 1,5 SV SV m 4,778 N kg Výočet ro 1kg dřevní štěky: SV SV min,6076 1,5 SV SV m,595 N kg. Minimální množství vlhkého vzduchu Při rocesu salování se v řiváděném vzduchu objevuje voda v odobě vodní áry na 1 m suchého vzduchu. V H C " " (.-1) φ - relativní vlhkost vzduchu - absolutní tlak vodní áry na mezi sytosti ři dané telotě okolí C - celkový absolutní tlak vlhkého vzduchu hodnota vzduchu. " " C je dána tabulkou (tab. -) a je závislá na telotě okolí čili na telotě řisávaného Bc. ndřej Poelka 9

17 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Tab. - velikost výrazu " " C ro různé teloty []. t [ C] " " C 0,006 0,01 0,04 0,044 0,080 0,141 Aroximací získáme ro telotu okolí t=5 C hodnotu 0,09. Potom tuto hodnotu dosadíme do rovnice (.- ). V 0,65 0,09 (.-) H V 0,0 H Součinitel f vyjadřuje oměrné zvětšení objemu suchého vzduchu o objem vodní áry a je dána vztahem [] : f f 1 C " 1 VH " (.-) f 1,0 Potom minimální množství vlhkého vzduchu ro sálení 1kg uhlí je: VV min f (.-4) SV min VV min 1,0,8 m kg VV min,906 N Zase obdobným ostuem dosadíme vyočtené hodnoty ro salování 1kg dřevní štěky a dostáváme: VV min f SV min 10

18 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně VV min 1,0,6076 m kg VV min,665 N Množství suchého vzduchu s řeočtem na řebytek vzduchu α Uvažovaný řebytek vzduchu α=1,5 Výočet ro 1kg uhlí: (.-5) VV VV min,906 1,5 VV VV m 4,88 N kg Výočet ro 1kg dřevní štěky: VV VV min,665 1,5 VV VV m,1 N kg.4 Minimální množství suchých salin Minimální množství suchých salin dostávám ři dokonalém salování aliva tj. ři ideálním řebytku vzduchu čili ři hodnotě α=1. Pro tento výočet oužijeme následující rovnice []: (.4-1) S SPmin C S N Ar určení jednotlivých objemů ři salování 1kg uhlí: C r,6 C 0, 000 (.4-) 100 1, 01 C SV min Bc. ndřej Poelka 11

19 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01,6 7,1 C 0,000, , 01 C m 0,691 N kg S r 1,89 S rch S (.4-) 100, 06 1,89 0, 70 S 100, 06 S m kg N 4, N r,4 N N 0, 7805 SV min (.4-4) 100 8, 016,4 0,49 N 0, 7805, , 016 N m,987 N kg Ar Ar 0, 009 (.4-5) SV min 0, 009,8 Ar Ar m 0,05 N kg 1

20 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Po dosazení do rovnice (.4-6) a sumaci hodnot dostáváme celkový objem suchých salin s ideálním řebytkem vzduchu ro salování 1kg uhlí. (.4-6) S SPmin C S N Ar S SP min 0,691 4,779 10,987 0,05 S SP m min, 718 kg N Stejným ostuem rovedeme výočet ro salování 1kg dřevní štěky. C : r,6 C 0, , 01 C SV min,6 8,65 C 0,000, , 01 C m 0,5 N kg S r 1,89 S rch S 100, 06 1,89 0, 01 S 100, 06 S m kg 5 N 6, N r,4 N 0, , 016 N SV min Bc. ndřej Poelka 1

21 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01, 4 0,8 N 0,7805, , 016 N m,08 N kg Ar Ar 0, 009 SV min 0,009,6076 Ar Ar m 0,09 N kg Po dosazení do rovnice (.4-6 ) a sumaci hodnot dostáváme celkový objem suchých salin s ideálním řebytkem vzduchu ro salování 1kg dřevní štěky. S SPmin C S N Ar S 5 SP min 0,5 6,878 10,08 0,09 S SP m min,594 kg N Množství suchých salin s řeočtem na řebytek vzduchu α Uvažovaný řebytek vzduchu α=1,5 Uvažovaný řebytek vzduchu má za následek zvětšení objemu salin. Při ideální řebytku vzduchu α 1 =1 dochází k dostatečné oxidaci aliva ři hoření. S řebytkem vzduchu α = 0,5 dochází k dokonalému salování, ale také k nárůstu objemu salin. V následujících výočtech rovedeme řeočet objemu salin jednotlivých rvků (viz. výše sočtených ro α=1) na námi uvažovaný řebytek vzduchu α=1,5. Výsledkem je řírůstek objemu salin. S SP, dv VV min 1 (.4-7) S SP, dv 1, 5 1,906 m, 1,1718 kg S SP dv N 14

22 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Tento výsledný řebytek vzduchu se rozdělí v následujícím množství, a to odle rocentuálního obsahu rvků ve vzduchu. Tyto odíly jsou uvedeny v tabulce -1. Přírůstek objemu salin jednotlivých rvků zastouených v atmosféře s uvažovaným řebytkem vzduchu ro 1kg uhlí: xid uhličitý C : x (.4-8) S C, dv SP, dv C C 1,1718 0,000, dv 4 mn,, kg C dv Argon a vzácné lyny Ar: x (.4-9) S Ar, dv SP. dv Ar Ar, dv 1,1718 0,009 m, 0,01078 N kg Ar dv Kyslík : x (.4-10) S, dv SP. dv 1,1718 0,1, dv m, 0,46 N dv kg Dusík N : x (.4-11) N, dv S SP. dv 1,1718 0,7805 N, dv N m 0,915 N, dv kg N Bc. ndřej Poelka 15

23 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Složení vzduchu udává také výskyt rvků, jakož jsou nař. helium, methan, vodík. Jelikož objemový odíl je velmi malý ro tento výočet jej zanedbáváme. Po uvážení řebytku vzduchu budou konečné objemy salin ro salování uhlí následné: 4 m bjem C :, 0,691, ,691 N C C C dv (.4-1) kg bjem S : S S mn 4, (.4-1) kg bjem Ar: m, 0,05 0, ,0457 N Ar Ar Ar dv (.4-14) kg m,,987 0,915,90 N N N N dv (.4-15) kg bjem N : bjem : m, 0,46 N dv (.4-16) kg Po sumaci jednotlivých složek dostaneme konečný objem suchých salin o sálení 1kg uhlí s řebytkem vzduchu α=1,5. S SP, C S N Ar (.4-17) S SP, 0,691 4, ,0457,90 0, 46 S SP m, 4,889 kg N Stejným ostuem rovedeme výočet ro salování 1kg dřevní štěky Přírůstek objemu: S SP, dv VV min 1 (.4-18) S SP, dv 1, 5 1,665 m, 0, 7995 kg S SP dv N 16

24 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Přírůstek objemu salin jednotlivých rvků zastouených v atmosféře s uvažovaným řebytkem vzduchu ro 1kg dřevní štěky: xid uhličitý C : x (.4-19) S C, dv SP, dv C C 0,7995 0,000, dv C 4 mn, dv,98 10 kg Argon a vzácné lyny Ar: x (.4-0) S Ar, dv SP. dv Ar Ar, dv 0,7995 0,009 mn, 7,55 10 kg Ar dv Kyslík : x (.4-1) S, dv SP. dv 0,7995 0,1, dv m, 0,167 N dv kg Dusík N : x (.4-) N, dv S SP. dv 0,7995 0,7805 N, dv N m 0,64 N, dv kg N Bc. ndřej Poelka 17

25 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 bjemy jednotlivých složek obsažených v objemu suchých salin: 4 C C C dv bjem C : bjem S : S S m, 0,5, ,5 N kg m kg 5 N 6, bjem Ar: m, 0,09 7, ,01 N kg Ar Ar Ar dv m,,08 0,64,66 N N N N dv kg bjem N : bjem : m, 0,167 N dv kg Po sumaci jednotlivých složek dostaneme konečný objem suchých salin o sálení 1kg dřevní štěky s řebytkem vzduchu α=1,. S SP, C S N Ar S 5 SP, 0,5 6, ,01,66 0,167 S SP m,,9 kg N.5 Minimální množství vlhkých salin Základní rovnice ro objem salin kde vystuují také objem vodních ar vznikajících chemickými reakcemi ři hořeni vodík []. (.5-1) V S SP,min SP,min H,min 18

26 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně 44,8 r, 4 r H,min H W SV,min f 1 (.5-) 4, 0 18, 016 Výočet ři salování 1kg uhlí: 44,8 r, 4 r H,min H W SV,min f 1 4, 0 18, ,8, 4 H,min 0, 014 0,8,8 1, 0 1 4, 0 18, 016 H,min 0,905 N m kg Po dosazení do rovnice (.5-1) dostáváme. V S SP,min SP,min H,min V SP,min,718 0,905 V SP m,min 4, 6 kg N Výočet ři salování 1kg dřevní štěky 44,8 r, 4 r H,min H W SV,min f 1 4, 0 18, ,8, 4 H,min 0,04 0,4,6076 1,0 1 4, 0 18, 016 H,min 0,9 N m kg V S SP,min SP,min H,min V SP,min,594 0,9 V SP m,min,56 kg N Bc. ndřej Poelka 19

27 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Přeočet množství vlhkých salin s řeočtem na řebytek vzduchu α=1,5 Pro uhlí: 44,8 r, 4 r H 1, 0 1 H W SV 4, 0 18, ,8, 4 H 0, 014 0,8 4, 7781, 0 1 4, 0 18, 016 H m 0,96 N kg V S SP, SP, H V SP, 4,889 0,96 V SP m, 5,815 kg N Pro dřevní štěku: 44,8 r, 4 r H 1, 0 1 H W SV 4, 0 18, ,8, 4 H 0,04 0,4,595 1,0 1 4, 0 18, 016 H m 0,946 N kg V S SP, SP, H V SP,,9 0,946 V SP m, 4,8 kg N Nyní je roveden výočet, který znázorňuje rocentuální zastouení jednotlivých rvků ve vlhkých salinách. 0

28 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Pro uhlí: N : Ar: : x x x V SP, N V SP, Ar V SP, N 0, ,10% (.5-11) V SP,,90 5,815 0, 0457 Ar 7, , 785% V (.5-1) SP, 5,815 0,04 4,% (.5-1) V SP, 0,46 5,815 C : S : H : x x V SP, C V SP, S x V SP, H C (.5-14) V SP, S 0,691 0, ,88% 5, ,1810 0,08% (.5-15) V SP, H 4, ,815 0,159 15,9% (.5-16) V SP, 0,96 5,815 Pro dřevní štěku: N : x V SP, N N V SP,,66 4,8 0, ,6% x V SP Ar Ar:, 0, , , 05% 4,8 Ar V SP, : x V SP, V SP, 0,167 4,8 0,084,84% C : x V SP, C C V SP, 0,5 4,8 0,16 1,6% Bc. ndřej Poelka 1

29 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 S : H : x V SP, S x V SP, H S 5 V SP, H 6, ,8 V SP, 0,946 4,8 5 1, , % 0, 180 1,80% 4. Emise salin 4.1 xidy síry Pokud alivo obsahuje síru, může se jednat o jednu ze čtyř jejích odob. A to o síru organicky vázanou, yritickou, v odobě sulfanu a v oslední řadě o síru síranovou, která je nesalitelná. Salování sirnatých látek vzniká oxid siřičitý S odle chemické reakce uvedené v rovnici (4.1-). xidy síry jsou součástí salin a je velkou snahou je odstraňovat. Důvodem je neříznivé zvyšování teloty rosného bodu salin a to zaříčiní rychlou korozi trubek výhřevných loch. Ze zadání můžeme vyvodit, že na 1kg surového aliva v odobě uhlí řiadá 7000 mg síry a v odobě dřevní štěky 100 mg. Podělením hmotnostního odílu síry( m S ) a relativní atomové hmotnosti síry (A s =,065 kg/mol) dostáváme látkové množství síry (n S ). n m S S (4.1-1) AS

30 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Výočet ro uhlí Vznik oxidu siřičitého robíhá odle chemické reakce []: S S QS (4.1-) 1kmolS 1kmol 1kmolS QS (4.1-4),065kgS kg 64,065kgS QS (4.1-5),9 1,89 1kgS mn mn (4.1-6), 065, 065 1kgS 0, 699m 0, 68m Q (4.1-7) N N S 64, % uhlí : 0,007 kgs / kg 0,014 kgs / kg (4.1-8), % uhlí : 0,007 kgs / kg 0,68m n 4, mns / kg (4.1-9) Výočet ro dřevní štěku Vznik oxidu siřičitého robíhá odle chemické reakce []: S S QS 1kmolS 1kmol 1kmolS QS,065kgS kg 64,065kgS QS,9 1,89 1kgS m m, 065, 065 N N 1kgS 0,699m 0,68m Q N N S 64, % biom : 0,0001 kgs / kg 0, kgs / kg, % biom : 0,0001 kgs / kg 0,68 0, mns / kg Bc. ndřej Poelka

31 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy xidy uhlíku Výočet ro uhlí Salování uhlíku na kysličník uhličitý C C QC (4.-) 1kmolC 1kmol 1kmolC QC (4.-) 1, 01kgC kg 44, 01kgC QC (4.-4),9, 6 1kgC mn CmN (4.-5) 1,01 1,01 1kgC 1,865 m 1,865 m Q (4.-6) N N C 64, % uhlí : 0,71 kgc / kg 1,984 kgc / kg (4.-7) 1,01 100% uhlí : 0,71 kgc / kg 1,865 0,699 mnc / kg N 1 1,865 1,984, 701 N / kgc kg (4.-8) m kgc z kgc m C kg (4.-9) se vzduchem:,701+0,000*,8=,701 m C / kg (4.-10) Výočet ro dřevní štěku Salování uhlíku na kysličník uhličitý: C C QC 1kmolC 1kmol 1kmolC QC N 1, 01kgC kg 44, 01kgC QC,9, 6 1kgC m C m 1,01 1,01 N N 1kgC 1,865 m 1,865 m Q N N C 64, % biom.: 0, 865 kgc / kg 1,58 kgc / kg 1,01 100% biom.: 0, 865 kgc / kg 1,865m N 0,54 mnc / kg 4

32 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně m kgc z kgc m C kg N 1 1,865 1,58,850 N / kgc kg se vzduchem:,850+0,000*,607=,850 m C / kg N 4. xidy vodíku Výočet ro uhlí Salování vodíku na vodní áru H H QH (4.-) kmolh 1kmol kmolh QH (4.-) 4,0kgH kg 6,0kgH QH (4.-4),9 44,80 1kgH mn mn (4.-5) 4,0 4,0 1kgH 5,55m 11,1 m Q (4.-6) N N H 64, % uhlí : 0,014 kgh / kg 0, 4989 kgh / kg (4.-7) 4,0 100% uhlí : 0,014 kgh / kg 11,111 0,488 m H / kg (4.-8) N Výočet ro dřevní štěku Salování vodíku na vodní áru: n S ms 4,0 8, 45 mol / kg A 4,0 C H H QH kmolh 1kmol kmolh QH 4,0kgH kg 6,0kgH QH,9 44,80 1kgH m m 4,0 4,0 N N Bc. ndřej Poelka 5

33 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 1kgH 5,55m 11,1 m Q N N H 64, % biom.: 0,040 kgh / kg 0,540 kgh / kg 4,0 100% biom.: 0,040 kgh / kg 11,111 m 0,777 m H / kg N N 4.4 Emise S a odsíření Po výočtu odsíření se uřesní obsah C, který řibude z rozloženého CaC na C a Ca a ubude obsah S odle účinnosti odsiřovací reakce. Výočet ro uhlí: Stueň zachycení S 64, 065 0,007kgS 0,014kgS, os , , 01% 86,57 kgs mgs 0, kg kg mgs 100% uhlí : S 86,57 4,889 4,889 s kg kg (4.6-1) mn mn mn Porovnání výsledku a dovolené množství emisí ze zadání (00 mgs / m s ) lyne, že ři salování uhlí vznikají velké emise S na metr kubických salin. Zrvu budeme uvažovat účinnost odsíření 9,5% a molární řebytek váence Ca/S=,6. Zadané hodnoty emisních limitů jsou vztaženy na suché saliny o tlaku 101, kpa ři telotě 0 C a obsahu kyslíku 6 %. Provedeme výočet ro obsah kyslíku ři ω = 0% a oté řeočet na zadaných ω = 6%. 0% 10,95 86,57 14,77 mgs / m (4.6-) N s Přeočet na ω = 6%. 6

34 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně 0, ,0% SP S SP 4,889 6% 0,1 0,1 0,06 0,99 SP 0,1 0,10,050 (4.6-) 0,99 0,99 14,77 01,7 mgs / m (4.6-4) 6% 0% N s Předokládaná účinnost odsíření η odsi. = 9,5 % nedosáhla dokonalého snížení obsahu S na ožadované emisní limity. I když tato hodnota ři rozkladu CaC oklesne. Iterační metodou jsme řeočetli množství mgs m ři vyšší účinnosti odsíření až o vyhovující limity. / ns 0% 10,901 86,57 00,165 mgs / m (4.6-5) N s 0,99 0,99 00, ,01 mgs / m (4.6-6) 6% 0% N s Limit vyhovuje ři účinnosti odsíření η odsi. = 9,01%. Výočet obsahu C a S : 0,96 0, , mns / kg odsířené (4.6-7) 0,96 0,007 0,00648 kgs / kg [ CaC Ca C ],6 (4.6-8) Přeis v molárních hmotnostech: 100,089 56,08 44,01kg 1 Ca S CaS4 (4.6-9) Bc. ndřej Poelka 7

35 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Přeis v molárních hmotnostech: 56,08 64,065 8,6(44,01 56,08) 96,61kg 64,065 1kgS kgs 0,00648 kgs / kg 0,01964 kgs/ kg (4.6-10),065 Převod S na uvolněné C : Co S 44,01 kgc 0, ,00890 odsířené (4.6-11) 64, 065 kg Konečné objemy S a C : S N S 0, , , (4.6-1) kg odsířené m S C ad N C 0, 699 0, , 741 1, 44 (4.6-1) kg C odsířené m C Při výočtu minimálního množství salin dostáváme nové množství ři odsíření. (4.6-14) odsíř. SPmin S C H N Ar mn (4.6-15) kg odsíř. SPmin 0, , 44 0,448,987 0, 05 4,815 Výočet ro dřevní štěku: kgs mgs 0, kg kg mgs 100% biom.: S 45,875 m m mn,594,594 s kg kg Pro biomasu se odsiřování očítat nebude, rotože emise síry se slní z důvodu malého obsahu síry v biomase. 8

36 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně odsíř. SPmin S C H N Ar odsíř. SPmin 0, ,54 0,777, 08 0, 09,9797 m kg N 4.7 Emise HCl a Cl Výočet ro salování uhlí: V zadaném uhlí je obsaženo 0,005 hm.% Cl. Molární hmotnosti: M Cl = 5,45 kg/mol Hustota ρ HCl = 1,50 kg/m Avogadrovo číslo: M H = 1,008 kg/mol M HCl = 6,461kg/mol HCl 6,461 A 4,58 (4.7-1) 1,50 HCl bjem HCl vznikající ři salování 1kg uhlí: M HCl 6, 461 0, 005 VHCl A Cl 4, 58 1, mn / s (4.-) M 5, Cl Pozn.: Jelikož je hmotnostní obsah Cl v uhlí 0,005 hm. % a z výočtu vylývá, že objem HCl je zanedbatelný, ři dalším výočtu tento objem ve salinách zanedbáváme. Výočet ro salování dřevní štěky: bjem HCl vznikající ři salování 1kg dřevní štěky: M HCl 6, 461 0, 058 VHCl A Cl 4, 58 0, 0144 mn / s M 5, Cl Pozn.: I když ři salování dřevní štěky je objem v odstatně větší, než ři salování uhlí oět toto sočítané množství je zanedbáváme a roto není uvažováno v entalii salin. A objem roudí dál se salinami. Bc. ndřej Poelka 9

37 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy Výočet ztrát kotle a teelná účinnost Cílem této kaitoly je odat informace a vyjádřit jednotlivé ztráty, které vznikají ři rocesu salování. Po výočtu ztrát kotle a jejich sumací dostáváme teelnou účinnost tzv. neřímou metodou. 5.1 Ztráta mechanickým nedoalem Tato ztráta je zůsobena obsahem uhlíku C ve škváře, strusce, oílku ve salinách nebo roadem. Ztrátu mechanickým nedoalem nazýváme také ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích. Jelikož se jedná o ztrátu, má za následek nárůst říkonu do kotle. Minimalizovat tuto ztrátu můžeme tím, že alivo více vysušíme nebo necháme alivo déle ve fluidní vrstvě. r Ci X i QC A CS Cr C ú Q r r X X X 1 Ci Qi Qi 1 CS 1 Cr 1 Cú (5.1-1) MN c S r ú QC výhřevnost uhlíku r Qi výhřevnost aliva r A obsah oelovin v alivu X oměr hmotnosti oela v uvažovaném druhu tuhých zbytků i škváře, strusce( š, s) oílek ve salinách( ú), roštový road ( r) Ci obsah uhlíku v druhu tuhých zbytků škváře, strusce( š, s) oílek ve salinách( ú), ložový road ( r) Dosazení a výočet ro uhlí: MNuhlí 700 0,107 0, 006 0, ,146% , , 006 0

38 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Dosazení a výočet ro dřevní štěku: MNbiom 700 0,05 0,006 0, , 0519% , , 006 U fluidních kotlů musíme vyloučit rocentuální zastouení ztráty ve škváře (strusce), rotože oel není řetavený. Podle tabulky 5-. v dooručené literatuře [] bychom řerozdělili a zároveň uvažovali ve výočtu rocentuální odíl oela v oměru 90 % odíl ve strusce a 10% odíl v úletu. bdobně odle tabulky 5-1. dle literatury [] bychom získali odíl salitelných látek. Avšak odle skutečnosti z raxe uvažujeme, nedoal o velikosti 0,006 % a odíl oela v oměru 0% na loži a 70% v úletu. Toto řerozdělení budeme uvažovat i v následující zrávě. 5. Ztráta fyzickým telem tuhých zbytků Tato ztráta sočívá v nevyužitém tele tuhých zbytků, které odcházejí komínem. Ztráta je tím větší, čím je větší telota salin na výstuu z komína. Velikost ztráty vyočítáme omocí vzorce [5.-1]: r r 1 X i A ii A X S is Xr i X r i 1 Ci Qi Q i 1 CS 1 Cr 1 C (5.-1) FI r r r Qi výhřevnost aliva r A obsah oelovin v alivu X oměr hmotnosti oela v uvažovaném druhu tuhých zbytků i škváře, strusce( š, s) oílek ve salinách( ú), ložový road ( r) i entalie tuhých zbytků salin i c t i i Ci obsah uhlíku v druhu tuhých zbytků škváře, strusce( š, s) oílek ve salinách( ú), ložový road ( r) Bc. ndřej Poelka 1

39 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Dosazení a výočet ro uhlí: FI 0, , ,185% , , 006 Dosazení a výočet ro dřevní štěku: FI 0, , , 065% , , 001 Tak jako u ztráty mechanickým nedoalem jsme uvažovali stejné odíly oela a odílu salitelných látek. Entalie oílku jsme doočítali omocí měrné teelné kaacity odvozené interolací z tabulky [] ro telotu 140 C jenž je telota na konci kotle. Pro entalii ložového oela jsem uvažoval telotu 600 C. 5. Ztráta hořlavinou ve salinách Tuto ztrátu také nazýváme chemickým nedoalem. Je zůsobena chemickou nedokonalostí salování. Při dokonalém salování dochází ři hoření a reakci s kyslíkem k vývinu tela. Máme, namysli, že nejrve vzniká oxid uhelnatý solu s telem a ři další oxidaci oxid uhličitý a rovněž uvolněné telo. Pokud nedojde vlivem dostatečného rozložení kyslíku a také řivedení dostatečného množství kyslíku s určitým řebytkem, nemusí dojít k některé z reakcí a tím ztrácíme telo. Tedy takovou reakci můžeme ovažovat i za nedokonalé salování. Vztah ro řibližný výočet chemickým nedoalem []: CN 0,16 mgc (1 ) S SPmin ref Qired (5.-1) mgc mg / mn je emisní limit C je obsah kyslíku ro referenční stav salin odle tabulky ref % 5. 1 Q kj / kg je redukovaná výhřevnost aliva ired

40 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Tab Secifické emisní limity ro salovací zařízení [] Palivo (ohniště) Teelný výkon zdr.[mw] Hodnoty emisních limitů v mg/m N Tuhé emise S N x C rg.látky 0, Tuhé (fluidní ohniště) Nad Dosazení a výočet ro uhlí r Qi. red Qi iv Qcz Qr Qs QCH , , , 4 kj / kg (5.-) r Qi výhřevnost aliva iv fyzické telo aliva Qcz řivedené telo cizím zdrojem Qr telo řivedené arou ři ofukování stěn Q telo ve salinách. recirkulace s QCH telo s chemické reakce odsíření Fyzické telo aliva i c t, 95 57, kj / kg (5.-) v v v al t v =5 C r r c 4,19 W c (1 W ) 4,19 0,8 1,1 (1 0,8), 9 kj / kgk v r W su [ ] obsah vody ve vzorku aliva c [ / ] su kj kgk měrné telo sušiny aliva, ro hnědé uhlí c suš =1,1kJ/kgK Bc. ndřej Poelka

41 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Telo z chemické reakce odsíření Q ch Vychází se z hodnot standartních slučovacích teel jednotlivých výchozích látek a jejich roduktů 91 / H kj mol ři 18 C z následující tabulky 5.- [1]. 1000T S os ,0 0,7 0,9 Q CH 8,18 kj / kg,06 100, (5.-4) S obsah síry v alivu Tab. 5.- hodnoty slučovacích teel Látka Ca CaC CaS 4 C S ΔH 91 [kj/mol] 65,1 1187,1 1418,0 9,7 97, 0 Slučovací tela jednotlivých chemických reakcí Reakce A [ CaC Ca C ],6 1187,165,1 9,7 1187,1108,8 T 158,,6 411,58 kj / mol Reakce E 1 Ca S CaS R 4 65,1 97, ,0 9, ,0 T 485,6 485,6 0,9 451,61 kj / mol SL T T T 411,58 451, 61 40, 0 kj / mols R SL os CN S 0,16 mgc SPmin 0,16 50, ,095% (1 ) Q (1 6) 14065, 4 ref ired 4

42 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Dosazení a výočet ro dřevní štěku r Qi. red Qi iv Qcz Qr Qs QCH , ,85 kj / kg i c t, ,85 kj / kg v v v al r r c 4,19 W c (1 W ) 4,19 0, 40 1,1 (1 0, 40),54 kj / kgk v su 1000T S os ,0 0,01 1 Q CH 0,14 kj / kg,06 100, CN S 0,16 mgc SPmin 0,16 50, ,097% (1 ) Q (1 6) 9558,97 ref ired 5.4 Ztráta fyzickým telem salin Tato ztráta známá i jako komínová ztráta ředstavuje teelnou energii, která odchází z kotle v odobě lynných salin. Tedy můžeme říct, že jde o telo salin, které nedokážu využít. Je závislá na telotě salin a řebytkem vzduchu za kotlem. Komínová ztráta je největší ztrátou kotle. Nevíce ovlivňujícím faktorem této ztráty je telota rosného bodu salin. Ztráta je tím větší čím do komína ouštím telejší saliny. Vzorec ro stanoven ztráty []: is iv k (1 MN ) (5.4-1) Q ired i entalie salin ři telotě t za kotlem vztažena na 1kg aliva s s i entalie vzduchu ři telotě t 5 C v Pozn.: Entalie složek salin viz kaitola 6.5 v i i ( 1) i i (5.4-) min min s s v o Bc. ndřej Poelka 5

43 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 i o entalie oele ři telotě t s řebytek vzduchu t telota salin 140 C s i i i i i i (5.4-) min s C C S S N N H H Ar Ar objemy jednotlivých složek viz. kaitola. i ii entalie jednotlivých složek i c t (5.4-4) min v VV min v v VV min objem vlhkého vzduchu viz. kaitola. c měrná tee ln á kaacita vzduchu ři telotě t. v s t telota 5 C s i i (5.4-5) v min v io co t o (5.4-6) c o 0,71 0,50 10 to (5.4-7) c měrná tee ln á kaacita oele ři telotě 140 C. o Výočet ro uhlí: i i ( 1) i i min min s s v o min i s 0,691 44,8 4, ,, ,905 11,6 0,05 10, i min s 910,17 kj / kg 6

44 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně i min v,906 1, ,66 kj / kg iv i s is 98,66 1,5 1,8 kj / kg 910,17 (1, 5 1) 98, 66 i 96 kj / kg o i o 0, 788 t 109,5 o Dosazení a výočet velikosti ztráty: is iv 0, ,517 1, 8 k (1 MN ) (1 ) 6,54% Q , 4 ired Výočet ro dřevní štěku: i i ( 1) i i min min s s v o min 5 i s 0,5 44,8 6, ,, ,9 11,6 0,09 10, i min s i min v 701, 491 kj / kg,665 1, ,91 kj / kg iv 67, 911, 5 84,11 kj / kg i 701, 491 (1, 5 1) 67, 91 66, 59 s is 784,57 kj / kg Dosazení a výočet velikosti ztráty: is iv 0, ,57 84,11 k (1 MN ) (1 ) 7, % Q ,85 ired Bc. ndřej Poelka 7

45 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy Ztráta sdílením do okolí Tato ztráta zohledňuje telo unikající láštěm kotle do okolí. Závisí na izolaci stěn, materiálu, velikosti kotle a druhu salovaného aliva. Únik tela je zaříčiněn sáláním a vedením. Čím menší kotel tím menší ztráta sdílení tela do okolí. Určení této ztráty je omocí grafu z literatury []. Pro uhlí ředokládáme ztrátu o velikosti: Pro dřevní štěku ředokládáme ztrátu o velikosti: 5.6 Ztráta neočitatelná 0,6% (5.5-1) S 0,5% (5.5-) S 0,1% (5.6-1) n 5.7 Teelná účinnost Vyjádření teelné účinnosti za omocí ztrát,(tedy neřímou metodou) nám stačí rovést sumaci všech sočítaných ztrát a odečíst je od 100% viz rovnice (5.7-1) k i 1 ( ) (5.7-) k MN CN FI K S Výočet účinnosti ro uhlí: 1 (0, , , , , 006 0, 001) k Výočet účinnosti ro biomasu: k k 0,9 9,% 1 (0, , , ,07 0,005 0,001) k k k 0, ,95% 8

46 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně 6. Teelná bilance kotle Tato část je zaměřena na teelnou bilanci, entalie salin a áry, výkony jednotlivých výhřevných loch a množství aliva. 6.1 Výkon kotle Nejrve je vyočteno ze zadaných a zároveň ožadovaných arametrů celkové telo ředané telonosnému médiu Q c. Požadovanými arametry jsou arametry řehřáté áry na výstuu o tlaku =9,MPa, telotě t=50 C a růtoku m=150 t/h (m=41,66 kg/s). Dalšími arametry jsou arametry naájecí vody s těmito hodnotami t nv =10 C ři tlaku nv =15,4 MPa. Q m ( i i ) (6.1-1) c nv i entalie řehřáté áry kj / kg i entalie naájecí vody kj / kg nv Pro určení entalie řehřáté áry a naájecí vody oužijeme arní tabulky [7]. i inv 456,19 kj / kg 901,1 kj / kg Q 41,666 ( ,1) c Q 10645kW 106, 45MW c Tímto výočtem se dosáhlo tela, které kotel vyrodukuje za zadaných hodnot. Avšak konečný říkon kotle Q K je dán ři zohlednění účinnosti kotle. Tím, že do výočtu je zaočtena účinnost kotle jsou zahrnuty jednotlivé ztráty, které kotel má. Q k Q c (6.1-) k Výočet ro uhlí Bc. ndřej Poelka 9

47 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Qk 106,45 115,91 MW 0,9 Výočet ro biomasu Qk 106,45 116,771 MW 0,9195 Velikosti ztrát V ředchozí kaitole jsme vyčíslily ztráty, které v kotli uvažujeme. Solu s výkonem kotle můžeme vyčíslit ztrátový výkon, který má jednotlivá ztráta na svědomí. Výočet ro uhlí Q Q , ,4 kw (6.1-) MN k MN Q Q , , 88kW (6.1-4) Fi k Fi Q Q , ,56 kw (6.1-5) CN k CN Q Q , , 01kW (6.1-6) K k K Q Q , , 746kW (6.1-7) S k S Q Q , , 91kW (6.1-8) N k N Výočet ro biomasu Q Q , ,604kW MN k MN Q Q , ,901kW Fi k Fi Q Q , , 67kW CN k CN Q Q , ,54 kw K k K Q Q , ,66 kw S k S Q Q , , 771kW N k N 40

48 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně 6. Množství aliva Přivedené množství aliva Za omocí výhřevnosti a výkonu kotle sočítáme množství aliva otřebného k dosažení otřebného výkonu a slnění tak zadání. m al Q (6.-1) Q k r i výočet ro uhlí: výočet ro biomasu: m al 115,91 8,5 kg / s 14,0 m al 116,771 1,9 kg / s 9,500 Množství aliva sálené m al Qk Q Q MN Q ired CN výočet ro uhlí: m al 115,91 0,168 0,1095 8,177 kg / s 14, 0654 výočet ro biomasu: m al 116,771 0,0606 0,11 1,19 kg / s 9, Průtokové množství salin V. Kaitole bylo výočtem zjištěno minimální množství vlhkých salin, které vzniknou sálením 1kg aliva. Pokud množství sotřebovaného aliva vynásobím již zmiňovaným minimálním množstvím vlhkých salin, dostanu růtokové množství salin. Tento vočet se oté rovede i s uvažovaným řebytkem vzduchu α. Bc. ndřej Poelka 41

49 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 V m (6.-) v sal. s,min al. Výočet ro uhlí m V sal. 4,68,6 8,769 N s Výočet ro biomasu m V sal.,56 1,19 4,981 N s Průtokové množství salin s řeočtem na řebytek vzduchu α=1,5 Zde ři výočtu je oužito minimální množství vlhkých salin V SP,α ve kterém je zahrnutý řebytek vzduchu α. Výočet ro uhlí: v mn V sal. s, m al. 5,815 8,17 47,508 (6.-) s Výočet ro biomasu: v m V sal. s, m al. 4,45 1,19 5,965 s N 6.4 Návrh salovací komory Telo řivedené salovacím vzduchem Solu s alivem je řiváděn do salovací komory vzduch, který vytváří řebytek vzduchu ro dokonalé salování. Tento salovací vzduch řichází z ohříváku vzduchu za omocí ventilátoru s řebytkem vzduchu α=1,15. Stanovený řebytek vzduchu je však α=1,5 kde zahrnujeme i vliv netěsností. Vzduch o telotě T sv =65 C a měrné teelné kaacitě c sv =1,kJ/m K [1] nese sebou i teelnou energii, která se řiočítává k celkovému telu v kotli. Výsledné telo je tedy dáno vztahem: Q T c m (6.4-1) sv sv sv VVmin al. 4

50 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Výočet ro uhlí Qsv 651,,906 1, 58,17 47,749 kw Výočet ro biomasu Qsv 651,,665 1,5 1,19 489,44 kw Celkové množství tela řivedeného do kotle salující hnědé uhlí: Jedná se o součet tela řivedeného ve vzduchu a výkonu kotle. Výočet je tedy dán: Qcř,. 47, , 749kW bdobným zůsobem rovedeme výočet ro salování biomasy Qcř,. 489, , 44kW Telo uvolněné ve salovací komoře Při výočtu tela uvolněného ve salovací komoře by měly být brány v otaz ztráty chemickým a mechanickým nedoalem, které mají vliv na vývin tela ve salovací komoře. statní ztráty se rojevují až na konci kotle. Q Q Q Q (6.4-) Gen. c, ř. MN CN Výočet ro salování uhlí QGen , ,4 109, ,899 kw Výočet ro salování biomasy QGen. 1060, 44 60,604 11, ,569 kw 6.5 Výočet rozměrů salovací komory Salovací komora kotle neboli ohniště je rostor, do kterého je řiváděno alivo solu se vzduchem. Za rocesu hoření s dostatečným řebytkem vzduchu je v objemu salovací komory uvolněno telo za vzniku lynných a tuhých salin. Prostor ohniště je jen zřídka vylněn telosměnnými trubkami tvořící výarníkový systém, rotože za rovozu je větší část ohniště Bc. ndřej Poelka 4

51 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 zalněna lamenem. Základním ožadavkem kladený na výočet ohniště kotle je, aby došlo ke vznícení a dokonalému vyhoření aliva. Proces hoření by měl být ukončen v rostoru salovací komory což je dalším ožadavkem kladeným na ohniště. [] Při dimenzování rozměru salovací komory mají velký vliv lošné, objemové a růřezové zatížení salovací komory. Salovací komora je tvořena membránovým systémem, řičemž rvní instalovaný řehřívák áry je v horní části [4]. Do sodní části je řiváděn vzduch, který vlivem rozdílu tlaků v horní a dolní části salovací komory vytvářejí fluidní vrstvu. Rozměry salovací komory Rozměry salovací komory jsou voleny na dooručení konzultanta. šířka řední stěny salovací komory šířka boční stěny salovací komory výška salovací komory výška výsyky šířka hrdla výsyky rvní umístění řehříváku výška výstuního otvoru šířka výstuního otvoru A= 750 mm B= 5490 mm v sk = 7070 mm v v = 5880 mm š v =750 mm v = mm v o = 61 mm š o = 970 m Plošné zatížení salovací komory Hlavními arametry vystuující ři výočtu lošného zařízení je množství aliva ( m al. ) a jeho výhřevnost (Q i r ) ve salovací komoře a locha salovací komory. Plochu salovací komory musíme ro výočet rozdělit na komoru (S k ) a výsyku (S v ) z důvodu rozdílných tvarů. Po celkovém výočtu lochy salovací komory dosadíme do vtahu: q l. QGen. S S S k v o (6.5-1) Plocha komory S k m S v A B A B (6.5-) k Sk sk 7,07 7, 5 5, 49 (7, 55, 49) 79,546 44

52 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Plocha výsyky S v,1,1 S A v 7,5 5,88 66,076 m v v (6.5-) Číslo,1 určuje šířku ve výšce 1m (kde je fluidní vrstva) Plocha oken a otvorů S o So 0,5 0,5 A,1 0,50,5 6,1,97 7, 5,1 0,50,5 6,1, So 41, 756m Výočet lošného zatížení ři salování uhlí q Q ,89 kw 157,111 Gen. l. Sk Sv So 79,546 66, , 756 m Výočet lošného zatížení ři salování biomasy q Q 10086,569 kw 159, 94 Gen. l. Sk Sv So 79,546 66, , 756 m 6.5. bjemové zatížení salovací komory bjemové zatížení salovací komory se očítá ro objem, ve kterém dochází k rocesu salování a vzniku teelné energie. Rovnice ro výočet je tedy dána: q ob. QGen. V V k v (6.5.-1) bjem komory V k V A Bv 7,5 5,490 7, ,45m k sk bjem výsyky V v Bc. ndřej Poelka 45

53 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01,1,1 Vv A B vv 7,55,49 5,88 6,76m Výočet objemového zatížení ři salování uhlí q Q , 749 kw 8, 41 Gen. ob. Vk Vv 1077, 45 6, 759 m Výočet objemového zatížení ři salování biomasy q Q 1060, 44 kw 8,50 Gen. ob. Vk Vv 1077, 45 6, 759 m 6.5. Průřezové zatížení salovací komory Průřezové zatížení salovací komory je vztaženo na vývin tela v růřezu salovací komory. Zatížení je dáno rovnicí: q Q Gen. r. AB (6.5.-1) Výočet růřezového zatížení ři salování uhlí q Q ,749 kw 98,695 AB 7,55,49 m Gen. r. Výočet objemového zatížení ři salování biomasy q Q 1060, 44 kw 01, 49 AB 7,55,49 m Gen. ob. 46

54 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně 6.6 Vlastnosti salin a oele Pro výočty entalie salin a oele je níže uvedena tabulka 6.1. Dalšími výočty se rozumí stanovení entalií salin a oele v jednotlivých částích kotle, kde dochází ke změně teloty a k různým koncentracím oele, což je nutné zohlednit. Ve salovací komoře až o rvní šoty výarníku roudí fluidní vrstva, která obsahuje větší množství koncentraci oele než je tomu za cyklonem. Tab.:6.6-1 Entalie salin a oele []. Telota C N H S Ar Po [ C] [ kj/nm ] [kj/nm ] [kj/nm ] [kj/nm ] [kj/nm ] [kj/nm ] [kj/kg] , , , , , , , , , ,5 Bc. ndřej Poelka 47

55 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy 01 Tab.:6.6- Entalie salin ro uhlí a dřevní štěku v [kj/kg]. Koncentrace oílku x o = 0,0698 [ kg o /kg ] x o = 4,48 [kg o /kg ] x o = 0,019 [ kg o /kg ] x o =18,9 [ kg o /kg ] Telota [ C] Uhlí (α=1,5) [ kj/kg] Uhlí (α=1) [ kj/kg] Uhlí (α=1,5) [ kj/kg] BI (α=1,5) [ kj/kg] BI (α=1) [ kj/kg] BI (α=1,5) [ kj/kg] ,66 677, , ,41 516, , ,15 171, ,84 1, , , ,56 088, , , , , ,741 86,8 164,9 514,49 157, , , , ,49 191,79 79, , ,59 46, , ,49 0, , , , , ,64 94,1 1819, , , ,98 510, , , , ,41 61, , , , ,1 766, , , , 8990, , , , ,99 944,4 5088,51 Pozn.: V tabulce se objevují různé koncentrace oílku. Je to dáno tím, že ři salování v ohništi mají saliny velkou koncentraci oílku a ři odchodu salin do II. tahu kotle je oílek zadržen v cyklonu a koncentrace oílku výrazně klesne. Výočet viz kaitola

56 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Tab.:6.6- Entalie salin ro uhlí a dřevní štěku v [kj/nm ]. Koncentrac e oílku x o =0,0698 [ kg o /kg ] x o = 4,48 [ kg o /kg ] x o = 0,019 [ kg o /kg ] x o = 18,9 [ kg o /kg ] Telota [ C] Uhlí (α=1,5) [ kj/nm ] Uhlí (α=1,5) [ kj/nm ] BI (α=1,5) [ kj/nm ] BI (α=1,5) [ kj/nm ] ,9761 9,5 405, , , ,47 6,50 59, ,956 76,88 845, , ,1 106, , , ,04 144,55 110, , , , , , ,14 0, , , ,101 40,66 049,71 18, ,78 86,51 06, , , ,15 566, , , 5890,64 915, , Vznik oele Fluidní kotle jsou secifické tím, že ři hoření vzniká velké množství oílku obsaženého ve salinách. Cirkulující fluidní vrstva se snaží část oele vracet zět do rocesu hoření. Množství oele odcházejícího solu se salinami roudí do cyklonu. V cyklonu se za omocí odstředivých sil oddělí horké saliny a oel. Horké saliny okračují do druhého tahu kotle, kde jsou umístěny jednotlivé konvenční lochy kotle. Tyto saliny obsahují maximální dovolené mezní emisní limity. Ve sodní části cyklónu je umístěný sifon, který vrací část oele zět do salovací komory. Bc. ndřej Poelka 49

57 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy Celkové množství oele V následující odkaitole je roveden výočet ro množství oele vztaženého k množství salin roudící z fluidní vrstvy za řebytku vzduchu α=1,5. Celkové množství oele je stanoveno odle vtahu: m m V (6.6.-1) o o sal. kde m o je známé množství oele oouštějící salovací komoru Výočet celkového množství oele ři salování uhlí m,1 m V. 4, 147,508 00, 0 kg / s o o sal Výočet celkového množství oele ři salování biomasy: m m,1 V. 4, 15,956,98kg o o sal Při výočtu celkového množství oele je nutno zohlednit množství aliva. Protože otřebujeme znát množství oele vztaženého na jednotku (kg) aliva. Výočet množství oele (vztaženého na 1kg aliva) ři salování uhlí m o,1 00,0 M o,1 4, 48 kg o. / kg al. (6.6.-) m 8,17 al Výočet množství oele (vztaženého na 1kg aliva) ři salování biomasy m o,1,98 M o,1 18,9 kg o / kg al (6.6.-) m 1,19 al Výočet množství oele vstuujícího do druhého tahu kotle Výočet je obdobný ředcházejícímu výočtu, ale je očítáno ouze se zlomkovým množstvím oele. Jeho velikost je 0,% ze známého množství oele oouštějící salovací komoru. Pro uhlí % m o, m o0,00 4, 10,00 0,01 kg / Nm 50

58 Fluidní kotel s cirkulující fluidní vrstvou na salování uhlí a dřevní biomasy EÚ FSI VUT v Brně Pro biomasu % m o, m o0,00 1,084 0,00 0,005 kg / Nm Výočet je obdobný výočtu koncentrace oele, které odcházejí ze salovací komory. Výočet celkového množství oele ři salování uhlí % m,1 m, V. 0, 0147,508 0,570kg o o sal m 0,570 M kg kg m 8,17 o, o, 0, 0698 o. / al. al Výočet celkového množství oele ři salování biomasy % m,1 m, V. 0, 00 5,965 0,169kg o o sal m 0,169 M kg kg m 1,19 o, o, 0, 019 o. / al. al 6.7. Adiabatická telota lamene Podle této teloty, která je dosažena v ohništi je určena entalie salin, které vystuují z1.tahu kotle. I s Q VZ S Q m al. (6.7-1) QVZ - Telo dodané vzduchem Q m I (6.7-) VZ VZ al VZ Při salování uhlí Q m I 0,9765 8,17,9 70, 454kW VZ VZ al VZ ři salování dřevní štěky Q m I 0, 666 1,19,9 75,01kW VZ VZ al VZ Bc. ndřej Poelka 51