ZAKRES EGZAMINU DYPLOMOWEGO

dla kierunku studiów

ENERGETYKA

studia I stopnia inżynierskie

specjalność energetyka cieplna i jądrowa

2. Zagadnienia konstrukcyjno-technologiczne

   4. Typy palników stosowanych w kotłach małej mocy

4. Sposoby zabezpieczenia kotłów małej mocy przed zbyt niską temperaturą wody powrotnej

Sposoby zakwalifikowania instalacji jako instalacje małej mocy:

1. Prowadzący instalację oraz użytkownik są zobowiązani do okresowych lub ciągłych pomiarów emisji (w zależności od stopnia oddziaływani instalacji/urządzenia na środowisko), ewidencjonowania ich wyników oraz przechowywania przez okres 5 lat (

instalacje energetycznego spalania paliw -pomiary ciągłe – łączna moc cieplna nie mniejsza niż 100 MW_t ).

1. Instalacje, z których wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza nie wymaga zgłoszenia ani pozwolenia

• instalacje energetyczne (w których następuje proces spalania paliw w celu wytworzenia wyłącznie energii) o nominalnej mocy cieplnej (łącznej na terenie jednego zakładu) do 1 MW_t bez względu na rodzaj spalanego paliwa

1. Instalacje energetyczne, z których wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza wymaga zgłoszenia, ale nie wymaga pozwolenia na emisję:

• 5 MW_t - opalane węglem kamiennym,

• 1÷10 MW_t - opalane koksem, drewnem, słomą, olejem napędowym, olejem opałowym, benzyną lub węglem kamiennym i koksem, drewnem, słomą, olejem napędowym, olejem opałowym, benzyną, jeżeli nominalna moc cieplna wprowadzona w węglu kamiennym nie przekracza 5 MW

_t.

• 1÷15 MW_t - opalane paliwem gazowym lub opalane paliwem gazowym oraz węglem kamiennym, koksem, drewnem, słomą, olejem napędowym, olejem opałowym, benzyną, jeżeli nominalna moc cieplna wprowadzona w węglu kamiennym nie przekracza 5 MW_t, a nominalna moc cieplna) wprowadzona w węglu kamiennym, koksie, drewnie, słomie, oleju napędowym, oleju opałowym, benzynie nie przekracza 10 MW_t

1. W Polsce rodzaje instalacji objętych obowiązkiem posiadania pozwolenia zintegrowanego (pozwolenie na emisję subst. szkodliwych) określa rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 26 lipca 2002 r. w sprawie rodzajów instalacji mogących powodować znaczne zanieczyszczenie elementów przyrodniczych albo środowiska jako całości (Dz.U. Nr 122 poz.1055) - jest to wdrożenie Dyrektywy IPCC:

• poz.1. załącznika – w przemyśle energetycznym do spalania paliw o mocy nominalnej (strumień energii chemicznej w paliwie) ponad 50 MW_t

• przy czym „parametry tego samego rodzaju (w tym przypadku moc nominalna) charakteryzujące skalę działalności prowadzonej w instalacji i odnoszące się do instalacji tego samego rodzaju położonych na terenie jednego zakładu, sumuje się.”

1. Obowiązek związany z krajowym systemem handlu uprawnieniami do emisji - (wdrożenie Dyrektywy Klimatycznej UE - Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 lipca 2009 w sprawie instalacji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do emisji Dz.U. Nr 136 poz. 1120 – wcześniejsze Dz.U, 2006, Nr 60 poz.429 oraz Dz.U. 2007, Nr 45,poz.295)

• W obszarze działalności energetycznej – instalacje spalania z wyjątkiem instalacji spalania odpadów niebezpiecznych i komunalnych o nominalnej mocy cieplnej od 20 MW_t

1. Certyfikaty żółte - świadectwa pochodzenia tego rodzaju są przyznawane dla małych źródeł kogeneracyjnych opalanych gazem o mocy elektrycznej poniżej 1 MW

Podsumowując, aby zabezpieczyć kocioł małej mocy przed zbyt niską temperaturą wody powrotnej / wody w kotle, można wykorzystać:

• regulację poprzez ilość podawanego paliwa (wł./wył. palników)

• układ zmieszania wody powrotnej z gorącą wodą z kotła

• układ akumulatorów ciepła pomiędzy kotłem a siecią ciepłowniczą

  4. Wymienniki ciepła w procesach przemysłowych (rodzaje, budowa, zasada pracy, zastosowania)

Podział ze względu na konstrukcję:

1. rurowe:

• stromo rurowe (-jedno, -wielorzędowy)

• ukośno rurowe

• wężownicowe

1. płaszczowo-rurowe:

• zatopione: ( czynnik wrze na zewnątrz powierzchni rur gładkich lub ożebrowanych)

• ociekowe: ( wewnętrzna recyrkulacja czynnika chłodniczego)

• niezatopione ( przepływowe): wrzący czynnik wewnątrz rur , na zewnątrz chłodziwo odbiera ciepło

1. przeponowe

Skraplacze:

1. chłodzone cieczą:

• płaszczowo-rurowe, pionowe , poziome, wiązkowe, przeciwprądowe, wielorurowe

• ociekowe

• płytowe

• wężownicowe

1. chłodzone powietrzem:

• wentylatorowe (lamelowe)

• grawitacyjne (do 350 W)

1. natryskowo-wyparne:

podobne do ociekowych ale dodatkowo wymuszony obieg powietrza. Połączenie funkcji skraplacza i chłodnicy wentylatorowej wody obiegowej.

Parowacze:

1. ze względu na rodzaj chłodzonego czynnika:

• do chłodzenia cieczy

• do chłodzenia powietrza:

• do chłodzenia ciał stałych

1. ze względu na konstrukcję:

• rurowe

• płaszczowo-rurowe

1. ze względu na sposób eksploatacji:

• z zamkniętym obiegiem chłodzonego czynnika

• z otwartym obiegiem chłodzonego czynnika

Chłodnice/ nagrzewnice powietrza:

1. z żebrami nawijanymi

2. z żebrami spiralnymi

3. z żebrami lamelowymi

   4. Tłokowe silniki cieplne

Silnik cieplny jest to urządzenie wytwarzające energię mechaniczną oraz elektryczną z energii cieplnej.

Silnik parowy to najprostszy silnik cieplny. Czynnikiem pracującym jest para wodna, której energia zostaje przekształcona na energię mechaniczną za pomocą tłoka lub wirnika. W silnikach tłokowych para oddziałuje bezpośrednio na tłok, i przesuwając go oddaje mu swoją energię w postaci energii mechanicznej. Ruch tłoka, który jest prostoliniowy, jest przenoszony na ruch obrotowy wału za pomocą mechanizmu korbowego.

Paliwo w silniku spalinowym tłokowym jest doprowadzane do cylindra. W zależności od rodzaju silnika jest to mieszanka paliwa ciekłego i powietrza (silniki gaźnikowe), mieszanka gazu i powietrza (silniki gazowe) lub czyste paliwo, wtryskiwane do cylindra ze sprężonym powietrzem (silniki wtryskowe). Paliwo jest zapalane za pomocą iskry elektrycznej (zapłon iskrowy) lub rozżarzonego elementu głowicy (głowica żarowa). W niektórych silnikach zapłon następuje samoczynnie w wyniku sprężania paliwa tak, aby jego temperatura przekroczyła temperaturę samozapłonu.

Podstawowym wykresem pracy silnika jest jego wykres indykatorowy (zdjęty z rzeczywistego silnika)

Moc indykowana i użyteczna

Znając średnie ciśnienie indykowane p_i można obliczyć moc indykowaną N_i tzn. pracę wykonywaną przez gazy w cylindrze silnika w ciągu 1 sekundy.

Praca indykowana wykonywana w ciągu jednego cyklu:

Obiegi porównawcze:

• Obieg Carnota

Złożony jest dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych. Cykl Carnota jest obiegiem odwracalnym. Do realizacji cyklu potrzebny jest czynnik termodynamiczny, który może wykonywać pracę i nad którym można wykonać pracę, np. gaz w naczyniu z tłokiem, a także dwa nieograniczone źródła ciepła, jedno jako źródło ciepła (o temperaturze T₁) - górne źródło ciepła obiegu, a drugie jako chłodnica (o temperaturze T₂) - dolne źródło ciepła obiegu.

• Obieg Otto

Odcinek 0-1 przedstawia ssanie mieszanki powietrza i paliwa do cylindra

1-2 sprężanie mieszanki w zamkniętym cylindrze

2-3 spalanie (ze względu na dużą szybkość spalania odbywa się w niemal stałej objętości

3-4 rozprężanie spalin w zamkniętym cylindrze

4-5 spadek ciśnienia spalin na skutek otwarcia zaworu wylotowego

5-0 wytłaczanie reszty spalin

Obieg porównawczy składa się z dwóch adiabat odwracalnych i dwóch izochor. Izochora 2-3 zastępuje proces spalania, 4-1 proces wydmuchu spalin.

Sprawność energetyczna

$$\eta_{\text{EO}} = 1 - \frac{1}{\varepsilon^{k - 1}}$$

gdzie:

ε - stosunek kompresji $= \frac{V_{1}}{V_{2}} = \frac{V_{\text{sk} + V_{k}}}{V_{k}}$

V_sk - objętość skokowa

V_k - objętość kompresyjna

k - wykładnik adiabaty

Sprawność obiegu Otto zwiększa się przy zwiększaniu stosunku kompresji. Równocześnie jednak zmniejsza się sprawność mechaniczna. Optymalny stosunek kompresji wynosi 12 ÷ 13, jednak w silnikach rzeczywistych z zapłonem iskrowym nie można osiągnąć takiego stosunku ze względu na niebezpieczeństwo wystąpienia zagrożenia detonacyjnego. W produkowanych obecnie silnikach stosunek kompresji wynosi 6 ÷ 10.

• Obieg diesla jest obiegiem porównawczym silnika z zapłonem samoczynnym i wtryskiem paliwa za pomocą sprężonego powietrza (tzw. klasycznego silnika diesla). Jest to obieg w którym doprowadzanie ciepła dobywa się przy stałym ciśnieniu (izobara), a odprowadzanie ciepła przy stałej objętości (izochora).

$$\varphi = \frac{V_{3}}{V_{2}} = \frac{T_{3}}{T_{2}}$$

Φ - stopień obciążenia

k – wykładnik adiabaty (C_p/C_v)

• Obieg Seiligera-Sabatha

W tym obiegu ciepło doprowadzane jest częściowo przy stałej objętości i częściowo przy stałym ciśnieniu. Jest to obieg pośredni pomiędzy OTTO i DIESLA i zależnie do wartości α i φ może przejść właśnie w te obiegi. Obieg Sabathe’a jako teoretyczny wzorcowy jest najbardziej zbliżony do przebiegów w szybkobieżnych silnikach tłokowych, gdyż przy dużej liczbie obrotów w silniku o załonie iskrowym skończony czas wywiązywania ciepła staje się bardzo widoczny, tak że wykres indykatorowy bardzo odbiega od izochorycznego spalania obiegu Otto. Podobnie w szybkoobrotowym silniku Diesla musimy bardzo przyspieszyć początek wtrysku, aby zdążyć uzyskać wymieszanie paliwa z powietrzem i odpowiednie zakończenie spalania, a wobec czego tego nie daje się uniknąć w ciągu spalania przyrostu ciśnienia i część ciepła paliwa będzie wywiązywana w sposób zbliżony do izochorycznego.

α -stopień izochorycznego wzrostu ciśnienia

φ -stopień izobarycznego wzrostu ciśnienia

ε -stopień sprężania

k- wykładnik adiabaty

W rzeczywistości silniki z zapłonem samoczynnym (Diesla) są sprawniejsze niż silniki z zapłonem iskrowym (Otto) ponieważ można w nich stosować (i stosuje się) wyższy stopień sprężania.

• Silnik parowy

• Silnik Stirlinga