6.Wykres Sankey’a:

7. Wzory i obliczenia:

a) zużycie paliwa:

$m_{\text{pal}} = \frac{{m}_{\text{pal}}}{\tau} = \frac{0,6}{60} = 0,01$ kg/s

b) strumień wody-układ CO-zwężka podwójna:

$$\beta = \frac{d}{D} = \frac{0,01217}{0,036} = 0,338$$

p = h * (ρ_Hg−ρ_H2O) * g = 85 * 10³ * (13546−998) * 9, 81 = 10463 Pa

$m_{w} = \frac{C}{\sqrt{1 - \beta^{4}}}*\frac{\pi}{4}*d^{2}*\sqrt{2*p*\rho_{u}} = \frac{0,684}{\sqrt{1 - {0,338}^{4}}}*\frac{\pi}{4}*{0,01217}^{2}*\sqrt{2*10463*997} = \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = 0,366\ $kg/s

c) ciśnienie dynamiczne powietrza:

p = h_d * ρ_w * g

ρ_w = 1000 kg/m³

d) prędkość przepływu powietrza przez nagrzewnice:

$$\rho_{p} = \frac{p}{r*T} = \frac{101325}{287*(273 + 20)} = 1,3$$

$$w_{p} = \sqrt{\frac{2p_{d}}{\rho_{p}}} = \sqrt{\frac{2*2000}{1,3}} = 55,5\ \ m/s$$

e) strumień objętościowy powietrza:

A = 0, 470 * 0, 520 = 0, 244 m²

V_p = w_p * 2 * A = 55, 5 * 2 * 0, 244 = 27, 1  m³/s

f) strumień masowy powietrza:

m_p = V_p * ρ_p = 27, 1 * 1, 3 = 35, 23 kg/s

g) obliczenia bilansowe kotła:

-strumień ciepła dostarczony z paliwem:

Q_d = m_pal * Q_wp^r = 0, 01 * 46300 = 463 kW

-strumień ciepła dostarczony do wody w układzie CO:

Q_w^CO = m_w * C_w * (t_w2−t_w1) = 0, 366 * 4, 18 * (28,4−25,4) = 4, 6 kW

$$Q_{u}^{\text{CO}} = \frac{Q_{w}^{\text{CO}}}{Q_{d}}*100 = \frac{4,6}{463}*100 = 1\ \%$$

h) straty cieplne:

-strata wylotowa (kominowa):

$$S_{k} = \frac{\delta*(t_{\text{sp}} - t_{0})}{\text{CO}_{2} + CO} = \frac{0,94*(80,4 - 20)}{10,49 + 1,8} = 4,6\ \%$$

$$Q_{k} = \frac{S_{k}}{100}*Q_{d} = \frac{4,6}{100}*463 = 21,3\ kW$$

lub ze wzoru:

Q_w = m_pal * (V_ss*c_ps+V_H2O*c_pH2O) * (t_sp−t₀) = =0, 01 * (12,92*1,34+1,58*1,92) * (85−20) = 13, 2 kW

$$V_{\text{ss}} = \frac{22,42}{12}*\frac{\text{CO}}{\text{CO}_{2} + CO} = \frac{22,42}{12}*\frac{85}{10,49 + 1,8} = 12,92\ m^{3}/kg$$

$$V_{H2O} = \frac{22,42}{18}*\left( 9*h + w \right) = \frac{22,42}{18}*\left( 9*0,14 + 0,005 \right) = 1,58\ \frac{m^{3}}{\text{kg}}$$

$$S_{w} = \frac{Q_{w}}{Q_{d}}*100 = \frac{13,2}{463}*100 = 2,8\ \%$$

-strata niezupełnego spalania:

$$Q_{\text{NZ}} = m_{\text{pal}}*V_{\text{ss}}*Q_{w}^{\text{CO}}*\frac{\text{CO}}{100} = 0,01*12,92*12600*\frac{1,8}{100} = 29,2\ kW$$

$$S_{\text{NZ}} = \frac{Q_{\text{NZ}}}{Q_{d}}*100 = \frac{29,2}{463}*100 = 6,3\ \%$$

8. Równanie bilansowe i sprawność energetyczna kotła:

a) równanie bilansowe:

Q_d = Q_w^CO + Q_w(k) + Q_NZ + Q_r

Q_r = Q_d − (Q_w^CO + Q_w(k) + Q_NZ)=463 − (4,6+21,3+29,2) = 407, 9kW

100 = Q_w^CO + S_w + S_NZ + S_r

S_r = 100 − (Q_w^CO + S_w + S_NZ)=100 − (1+2,8+6,3) = 88, 1 %

b)sprawność energetyczna kotła:

$$\eta_{k} = \frac{Q_{u}}{Q_{d}}*100 = \frac{1}{463}*100 = 12,4\ \%$$