BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA SPECJALIZACJA: ROK STUDIÓW: DATA:
w KRAKOWIE OGRZEWNICTWO IV 14 czerwiec 2011
WYDZIAA: I KLIMATYZACJA STUDIA ZAOCZNE
INŻYNIERII METALI PRZEDMIOT:
I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ BILANSOWANIE URZDZEC
CIEPLNYCH
ImiÄ™ i nazwisko:
Temat: ProwadzÄ…cy: OCENA:
PAWEA SOBCZAK
BILANS KOTAA. dr inż. Adam Ciężak
I. Wprowadzenie.
1. Wprowadzenie.
Spalanie jest szybko przebiegajÄ…cym procesem utleniania. Pierwiastkami palnymi
w paliwach są węgiel, wodór oraz występująca w niewielkich ilościach siarka. Paliwo składa
się z substancji palnej i balastu. Podział na te składniki jest umowny. Do balastu zalicza się
w paliwach stałych i ciekłych popiół i wilgoć, w paliwach gazowych zaś azot, dwutlenek
węgla i parę wodną.
Substancje doprowadzane do komory paleniskowej (powietrze i paliwo) stanowiÄ…
substraty procesu spalania, produktami zaÅ› sÄ… substancje wyprowadzane z komory
paleniskowej (spaliny gazowe, produkty stałe i ciekłe).
Za produkty ostatecznego utleniania pierwiastków palnych uważa się CO2, SO2 i H2O
(przy utlenianiu siarki tworzy się również SO2, ale jego ilość jest niewielka). Jeżeli
w produktach spalania występują gazy palne (CO, H2, CH4), spalanie nazywa się
niezupełnym. Jeżeli produkty zawierają stałe składniki palne, spalanie nazywamy
niecałkowitym. W projekcie, na podstawie danych i wyników pomiarów można stwierdzić,
iż mamy do czynienia ze spalaniem niezupełnym całkowitym.
2. Cel bilansu.
Podstawowym celem bilansu energetycznego kotła jest obliczenie jego wydajności
cieplnej kotła, a co za tym idzie, ustalenie stopnia wykorzystania paliwa użytego w procesie.
Określenie wydajności kotła zostanie dokonana na podstawie parametrów i składu spalin,
parametrów czynnika ogrzewanego w kotle (wody) oraz parametrów i składu paliwa.
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 1
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
II. Dane projektowe i wyniki pomiarów.
" Zużycie paliwa: V 700
Ilość paliwa dostarczonego do komory spalania: n 31,25
,
" Temperatura paliwa: t 31°C
" Skład paliwa:
- CO 0,2% 0,002
- CO 0,1% 0,001
- CH 97% 0,97
- C H 0,2% 0,002
- H 0,6% 0,006
- N 1,7% 0,017
- O 0,2% 0,002
" Temperatura powietrza dostarczonego do komory spalania: ta=10°C
" Ciśnienia powietrza dostarczonego do komory spalania:
p 761mmHg 761 · 133,322 101458,04 Pa
" Wilgotność powietrza dostarczonego do komory spalania: Õ=28%
" Temperatura hali otoczenia: ta,h=20,5°C
" Temperatura spalin: ts=206°C
" Skład spalin:
- CO 9,8% 0,098
- O 2,5% 0,025
- CO 0,845% 0,0085
- N 100% 9,8% 2,5% 0,845% 86,855% 0,8686
" Temperatura wody: tw=57°C;
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 2
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
" Temperatura pary wodnej: tp=257°C;
" Ciśnienie pary wodnej: p 14,5 bar 1450000 Pa.
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 3
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
III. Bilans materiałowy dla komory spalania.
Bilans węgla:
n CO CO CH C H 0,002 0,001 0,97 2 · 0,002 0,977
Bilans wodoru:
n H 2CH 2C H 0,006 2 · 0,97 2 · 0,002 1,95
Bilans tlenu:
n CO · CO O 0,001 · 0,002 0,002 0,004
Bilans azotu:
n N 0,017
Na podstawie bilansu materiałowego węgla określamy ilość spalin suchych
odpływających z komory grzejnej pieca:
n n · CO CO
stÄ…d
,
n 9,178
, ,
Ilość spalin suchych wydzielających się w czasie (1h) badania pieca oblicza się
mnożąc ilość spalin suchych przez zużycie paliwa:
n 9,178 · 31,25 286,8131 .
Bilans tlenu i azotu wykorzystuje się do obliczenia ilości powietrza
doprowadzonego do komory grzejnej oraz do skorygowania składu spalin. Korektę
składu spalin przeprowadza się przez dodanie poprawki " do udziału O i odjęcie
2 I
takiej samej poprawki od udziału N . Bilans tzw. wolnego tlenu ma więc postać:
2 I
0,21n n n n · CO O " · CO
Bilans azotu prowadzi do równania:
n 0,79· n n · N "
Podstawiając dane do obu równań otrzymujemy następujący układ równań:
0,21n 0,004 · 1,95 9,18 · 0,098 0,025 " · 0,0085
0,017 0,79 · n 9,18 · 0,8686 "
0,21n 0,004 0,975 0,8996 0,2295 9,18 · " 0,039
0,017 0,79 · n 7,9737 9,18 · "
0,21n 9,18 · " 1,3295
0,79 · n 7,9567 9,18 · "
n 43,7143 · " 6,331
0,79 · n 7,9567 9,18 · "
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 4
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
0,79 · 43,7143 · " 6,331 7,9567 9,18 · "
34,5343 · " 5,0015 7,9567 9,18 · "
43,7143 · " 2,9952
" 0,0685
n 43,7143 · 0,0685 6,331
n 9,3254
Z obliczeń układu równań wynika , że poprawka " 0,0685 oraz ilość powietrza
doprowadzona do komory grzejnej pieca wynosi 9,3254 ,
Skorygowany skład spalin jest następujący;
CO 9,8% 0,098
" 0,025 0,0685 0,0935
O 2,5% 0,025
CO 0,845% 0,0085
" 0,8686 0,0685 0,8001
N 0,8686
Zawartość wilgoci w paliwie pomijamy x , ilość wilgoci w powietrzu
g
odczytujemy z wykresu Molier a i-x dla powietrza wilgotnego o parametrach: t 10°C,
p E"1015 hPa, Õ 28%,
b
x 0,002
x · 0,0032
z bilansu wodoru wynika zawartość wilgoci w spalinach:
n n 1,95
ilość wilgoci przypadająca na 1 kilo mol spalin suchych stopień zwilżenia spalin
wynosi:
n x x x · n
x 0,2128
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 5
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
IV. Bilans energii.
Energia doprowadzona:
" Strumień entalpii chemicznej gazu:
I , n · Q
Wartość opałowa gazu wynosi:
Q CO· Q CH · Q C H · Q H · Q
Przyjmujemy paliwo jako gaz doskonały:
Q 282889,6
Q 802144
Q 1410617,6
Q 240777,6
Q 0,002 · 282889,6 0,97 · 802144 0,002 · 1410617,6 0,006 · 240777,6
Q 782911,36
więc strumień entalpii chemicznej gazu wynosi:
I , n · Q
I , 31,25 · 782911,36 24465980 24,466
" Strumień entalpii fizycznej gazu:
I , n · i , n · C , · t t
t 31
t t 10
CO CO2 CH4 C2H4 H2 N2 O2 a (powietrze)
Cp0 29,12 35,86 34,74 40,95 28,62 29,12 29,27 29,07
Cp100 29,26 40,21 39,28 46,22 29,13 29,20 29,88 29,27
C C C C 29,12 0,31 29,26 29,12
· ·
C
| |
C 29,16 C 36,15 C 28,78
· · ·
| |
C 42,58 C 29,14
C 37,21
· ·
·
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 6
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
| | |
C 29,46 C 28,57 C 37,03
· · ·
| |
C 29,11 C 29,11 C 43,61
· · ·
| |
C 29,21 C 28,88
C 35,43
· ·
·
|
| C 29,19 C 29,16
C 34,29
· ·
·
|
C 29,58
|
C 40,42 C 38,06
·
· ·
i C · t · t · n , Å‚
i 1,23
i 0,8
i 754,38
|
i 1,83
|
i 3,64
|
i 10,41
|
i 1,24
| | | | | |
i i i i i i i i
i 773,53
I n · i 31,25 · 773,53 24172,69
" Całkowity strumień entalpii gazu:
I I I 24465980 24172,69 24490152,69 24,49
" Strumień entalpii fizycznej powietrza
,
I n · C t , t
,
| ,
C C · C C 29,07 0,205 · 29,27 29,07 29,111
·
|
C C · C C 29,07 0,1 · 29,27 29,07 29,09
·
, · , ·
| ,
C 29,13
, ·
,
I n · C t , t 9,3254 · 29,13 · 20,5 10 2852,3135 kJ
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 7
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
Ponieważ n 9,3254 , a w ciągu jednej godziny doprowadzono
n 31,25 paliwa, więc strumień entalpii fizycznej powietrza wynosi:
I I · n 2852,3135 · 31,25 89134,7969
" Entalpia fizyczna wilgoci z powietrza.
W ciÄ…gu jednej godziny dostarczono n 31,25 paliwa do komory grzejnej
pieca, a ilość powietrza doprowadzona do komory grzejnej pieca wynosi:
n 9,3254 , to wynika z tego, że również w ciągu jednej godziny dostarczono
291,42 kilo moli powietrza:
n n · n 9,3254 · 31,25 291,42
Powietrze dostarczone do komory spalania o parametrach: t 10 , p
761mmHg, Ć 28% zawierało 0,002 , wię wilgoć wydzielająca się w ciągu
jednej godziny wynosi: m 291,42 · 0,002 0,583 .
Entalpia wody o w/w parametrach wynosi 41,99941 , więc, strumień entalpii
fizycznej wody wynosi:
I 41,99941 · 0,583 24,48566
Energia wyprowadzona:
" Entalpia fizyczna spalin. (w obliczeniach korzystamy ze składu spalin po
korekcie):
I n · C t t n · i
|
i i · i i
i i · i i
| |
i i i
|
i i · i i
i i · i i
| |
i i i
|
i i · i i
i i · i i
| |
i i i
| |
i i · i i
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 8
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
i i · i i
| | |
i i i
Dane entalpii dla temperatur (0°C, 100°C, 200°C i 300°C) oraz wyniki zestawiono w
tabeli poniżej:
i0 i100 i200 i300 iÐ#2060 iÐ#100 iÐ#20610
CO2 0,000 3811,244 8013,535 12526,906 8284,337 381,12 7903,21
O2 0,000 2953,787 5987,124 9118,850 6175,028 295,38 5879,65
N2 0,000 2914,431 5844,773 8813,214 6022,879 291,44 5731,44
CO 0,000 2917,781 5861,520 8855,082 6041,134 291,78 5749,36
I n · i 0,098 · 7903,21 744,515
I n · i 0,0935 · 5879,65 549,747
|
I n · i 0,8001 · 5731,44 4585,722
I n · i 0,0085 · 5749,36 48,87
więc strumień entalpii fizycznej spalin wynosi:
I I I I I · n 744,515 549,747
4585,722 48,87 · 286,8131 1709077,326
" Strumień entalpii chemicznej spalin suchych na wyjściu z kotła.
(w obliczeniach korzystamy tylko z danych skorygowanych, dotyczÄ…cych
tlenku węgla, ponieważ jest on jedynym palnym składnikiem spalin):
I n · CO · Q 286,8131 · 0,0085 · 282889,6 689659,7666
" Strumień całkowitej entalpii spalin na wyjściu z kotła wynosi:
I I I 1709077,326 689659,7666 2398737,0926
" Strumień entalpii fizycznej wilgoci w spalinach.
Traktując spaliny jako gaz doskonały, ich ciepło właściwe (entalpia właściwa) zależy
tylko od temperatury. Dla temperatury spalin ts=206°C, entalpia wÅ‚aÅ›ciwa pary wodnej
wynosi:
|
i 2887,87
|
i 41,999
|
i 2887,87 41,999 2839,871
x 0,2128 0,0118
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 9
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
x x · n 0,0118 · 286,8131 3,38
I , x · i 3,38 · 2839,871 9598,764
|
V. Bilansowe zestawienie materiałów, zestawienie entalpii.
ZESTAWIENIE MARERIAAÓW
PRZYCHÓD ROZCHÓD
NETŻENIE NETŻENIE
SKAADNIK STŻENIE SKAADNIK STŻENIE
PRZEPAYWU PRZEPAYWU
GAZ (paliwo) 31,2500 SPALINY 286,8131
- -
0,0020
CO 0,0625 [CO]''k 0,0980 28,1077
0,0010
CO2 0,0313 [CO2]''k 0,0250 7,1703
0,9700
CH4 30,3125 [O2]''k 0,0085 2,4379
0,0020
C2H4 0,0625 [N2]''k 0,8686 249,1259
0,0060
H2 0,1875 WILGOĆ SP. (x''SS) 0,2128 61,0338
0,0170
O2 0,5313
0,0020
N2 0,0625
.
9,3245
POWIETRZE (n'a) 291,4200 .
0,0032
WILGOĆ POW. (xa) 0,1000
ZESTAWIENIE ENTALPII
PRZYCHÓD ROZCHÓD
I 24172,69 I 1709077,326
I 24465980 I 689659,7666
I 24490152,69 I 2398737,093
I 89134,7969 I , 9598,764
I 24,48566
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 10
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
VI. Sprawność i wydajność kotła.
ż
W naszym przypadku sprawność kotła wynosi: 0,55 55%;
gdzie:
- ż - strumień ciepła użytecznego wydajność cieplna kotła, kW,
- - strumień energii napędowej, czyli strumień całkowitej energii
doprowadzonej do kotła, kW
Q ż I I ;
kJ
I I I 24172,69 24465980 89134,7969 24579287,49
h
E 6827,58 kW
Wobec powyższego, wydajność kotła wynosi:
Q ż · · E 0,55 · 6827,58 3755,169 kW
Stopień wydajności paliwa wyrażamy procentowo i ma postać:
Q ż 3755,169 kW 13518608,4
· · 100% · 100% · 100% 55,25%
kJ
24465980
I
24465980
h
Jeżeli paliwo i gaz nie są podgrzewane przed kotłem, stopień wykorzystania paliwa
jest zarazem sprawnością kotła.
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 11
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
VII. Wykres pasmowy Senkey a
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 12
BILANSOWANIE URZDZEC CIEPLNYCH
VIII. Wnioski
IX. Literatura.
J. Szargut Termodynamika
J. Szargut, J. Wilk Gospodarka cieplna w hutmoctwie
Jerzy Nocoń, Jakub Poznański, Stanisław Słupek, Marcin Rywotycki Technika Cieplna
(Skrypt uczelniany AGH)
Strony internetowe:
" http://www.fizyka.edu.pl
" http://www.softdis.pl/index.php
" http://wentylacja.com.pl
WYDZIAA INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSAOWEJ str. 13
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Systemy klimatyzacyjne projekt BILANSProjekt pracy aparat ortodontyczny ruchomyProjekt mgifprojekt z budownictwa energooszczednego nr 3prasa dwukolumnowa projekt4 projektyCuberbiller Kreacjonizm a teoria inteligentnego projektu (2007)Projektowanie robót budowlanych w obiektach zabytkowych413 (B2007) Kapitał własny wycena i prezentacja w bilansie cz IIPROJEKT FUNDAMENTOWANIE 2więcej podobnych podstron