Badanie kotła parowego

Zakład miernictwa i ochrony atmosfery

Michał Balicki 181539

Piotr Luciński 181319

Dominik Błoński

1. Obliczenie wartości opałowej paliwa podawanego do kotła:

Q_{w B}^r − wartosc opalowa biomasy

Q_{w W}^r − wartosc opalowa wegla

$$Q_{\text{w\ B}}^{r} = 15000\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$

$$Q_{\text{w\ W}}^{r} = 22000\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$

$$Q_{\text{w\ }}^{r} = 0,13Q_{\text{w\ B}}^{r} + 0,87Q_{\text{w\ W}}^{r} = 0,13*15000 + 0,87*22000 = 21090\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$

1. Zawartość popiołu:

$$A_{r} = \left( A_{\text{rw}}*\frac{87}{100} \right) + \left( A_{\text{rb}}*\frac{13}{100} \right) = \left( 20*\frac{87}{100} \right) + \left( 10*\frac{13}{100} \right) = 18,7\%$$

1. Zawartość wilgoci:

$$W_{r} = \left( W_{\text{rw}}*\frac{87}{100} \right) + \left( W_{\text{rb}}*\frac{13}{100} \right) = \left( 4*\frac{87}{100} \right) + \left( 4*\frac{13}{100} \right) = 4,435\%$$

1. Zawartość Wodoru:

$$H_{r} = \left( H_{\text{rw}}*\frac{87}{100} \right) + \left( H_{\text{rb}}*\frac{13}{100} \right) = \left( 5*\frac{87}{100} \right) + \left( 5*\frac{13}{100} \right) = 5\%$$

1. Obliczenia pomocnicze:

• -Współczynnik nadmiaru powietrza:

CO_2max = 18, 8% 

O₂ = 3, 3%

CO₂ = 20, 9 − O₂ = 20, 9 − 3, 3 = 17, 6%

$$n = \frac{\text{CO}_{2max}}{\text{CO}_{2}} = \frac{18,8}{17,6} = 1,068$$

1. Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza:

$$V_{\text{t\ p}} = \left( 1,012*\frac{Q_{\text{w\ }}^{r}}{4186,8} \right) + 0,5 = \left( 1,012*\frac{21090}{4186,8} \right) + 0,5 = 5,598\frac{um^{3}}{\text{kg}}$$

1. Teoretyczna objętośc spalin wilgotnych:

$$V_{\text{spmt}} = \left( 0,86*\frac{Q_{\text{w\ }}^{r}}{4186,8} \right) + 1,65 = \left( 0,86*\frac{21090}{4186,8} \right) + 1,65 = 5,982\frac{um^{3}}{\text{kg}}$$

1. Rzeczywista objętośc spalin wilgotnych:

$$V_{\text{spm}} = V_{\text{spmt}} + \left( n - 1 \right)V_{\text{pt}} = 5,982 + \left( 1,068 - 1 \right)*5,598 = 6,364\frac{um^{3}}{\text{kg}}$$

1. Objętośc pary wodnej w spalinach

$$V_{H2O} = \left( \frac{H_{r}}{2} + \frac{W_{r}}{18} \right)*0,01*22,4 + 1,61*d*n*V_{\text{pt}} =$$

$$= \left( \frac{5}{2} + \frac{4}{18} \right)*0,01*22,4 + 1,61*0,01*1,068*5,598 = 0,711\frac{um^{3}}{\text{kg}}\ $$

1. Objętośc spalin suchych:

$$V_{\text{ss}} = V_{\text{spm}} - V_{H2O} = 6,364 - 0,711 = 5,652\frac{um^{3}}{\text{kg}}\ $$

Obliczenia strat:

1. Strata wylotowa:

   Współczynnik Siegerta σ = 0, 69

   Przeliczenie zawartości tlenku węgla na procenty:

$$CO = \frac{15}{1,0115}*10^{- 4} = 0,001483\%$$

Udział CO poniżej 0,3% wiec go nie uwzględniamy w obliczeniach.

$S_{w} = \sigma*\frac{\left( t_{\text{sp}} - t_{\text{pow}} \right)}{\text{CO}_{2}} = 0,69*\frac{\left( 171 - 21,5 \right)}{17,6} = 5,861\%$

1. Strata niezupełnego spalania:

$$S_{n} = \frac{V_{\text{ss}}*Q_{\text{CO}}*\frac{\text{CO}}{100}}{Q_{r}^{w}} = \frac{5,652*12644*\frac{0,001483}{100}}{21090} = 0,00005\%$$

1. Strata niecałkowitego spalania w żużlu:

$$S_{z} = A_{r}*0,2*\frac{Q_{\text{cr}}}{Q_{r}^{w}}*\left( \frac{C_{z}}{100 - C_{z}} \right) = 18,7*0,2*\frac{33900}{21090}*\left( \frac{5,5}{100 - 5,5} \right) = 0,35\%$$

1. Strata niecałkowitego spalania w popiele lotnym:

$$S_{p} = A_{r}*0,8*\frac{Q_{\text{cr}}}{Q_{r}^{w}}*\left( \frac{C_{p}}{100 - C_{p}} \right) = 18,7*0,8*\frac{33900}{21090}*\left( \frac{3,3}{100 - 3,3} \right) = 0,821\%$$

1. Strata promieniowania:

   Moc cieplna kotła:

   Odczytujemy z wykresu entalpie:

$$i_{p} = 3447,3\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$

$$i_{\text{wz}} = 810,0\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$$

$$Q_{u} = D*\left( i_{p} - i_{\text{wz}} \right) = \frac{430000}{3600}*\left( 3447,3 - 810,0 \right) = 315018,62\ kW$$

Odczytujemy strate promieniowania z wykresu.

S_r = 0, 44%

Suma strat:

$$\sum_{}^{}S = S_{w} + S_{n} + S_{z} + S_{p} + S_{r} = 5,861 + 0,00005 + 0,35 + 0,821 + 0,44 = 7,472\%$$

Sprawnośc kotła:

$$\eta = 100 - \sum_{}^{}S = 100 - 7,472 = 92,528\%$$

Strumień paliwa:

$$B = 100*D*\frac{\left( i_{p} - i_{\text{wz}} \right)}{\eta*Q_{r}^{w}} = 100*\frac{430000}{3600}*\frac{\left( 3447,3 - 810,0 \right)}{92,528*21090} = 16,143\frac{\text{kg}}{s}$$