KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ

Projekt z przedmiotu Gospodarka odpadami

Zespół:

Mariusz Gośka

Bartosz Kowalczyk

Sławomir Witek

Grupa: E1 – 31, zespół 1

Rok akademicki: 2013/2014

Prowadzący: dr hab. inż. Anna Majchrzycka

29 maj 2014

Spis treści

1 Wstęp tekstowy

2 Założenia obliczeniowe

3 Własności paliwa

4 Obliczenia stechiometryczne

5 Teoretyczne zapotrzebowanie tlenu

6 Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza

7 Współczynnik nadmiaru powietrza

8 Rzeczywiste zapotrzebowanie powietrza

9 Strumień paliwa

10 Obliczenie ilości i składu paliwa

11 Obliczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery

12 Obliczenie kosztów

13 Wykres i opisy

1. Wprowadzenie

Dobrać źródło ciepła i wykonać obliczenia cieplne ekologicznej kotłowni zasilającej w ciepło osiedle mieszkaniowe. Ze względu na dużą podaż użytkowych odpadów drewna w okolicy kotłownia ma być zasilana odpadami drewna .

Założenia projektowe :

• maksymalna moc cieplna kotłowni N_c =………..MW

• sprawność cieplna kotłowni ,

Wykonać również obliczenia jednostkowego kosztu wytwarzanego ciepła, kosztów eksploatacyjnych, kosztów inwestycyjnych źródła ciepła oraz zdyskontowane wydatki na system ogrzewania NPV a także obliczenia, dotyczące emisji zanieczyszczeń oraz opłat z tym związanych.

1. Założenia obliczeniowe

2. Własności paliwa

3. Obliczenia stechiometryczne

4. 1. Określenie składu paliwa

Skład chemiczny paliw stałych określany jest za pomocą udziałów gramowych. Ich oznaczenie to kolejno: węgiel, wodór, siarka, tlen, azot, wilgoć i popiół

c + h + s + o + n + w + p = 1 (4)

c + h + s + o + n + w + p = 1

1. Rozbicie na pierwiastki i ujednolicenie składu paliw

$$n_{C}^{'} = \frac{1}{12}c$$

$$n_{S}^{'} = \frac{1}{32}s$$

$$n_{H_{2}}^{'} = \frac{1}{2}h$$

$$n_{O_{2}}^{'} = \frac{1}{32}o$$

$$n_{N_{2}}^{'} = \frac{1}{28}n$$

$$n_{H_{2}O}^{'} = \frac{1}{18}w$$

1. Określenie minimalnego zapotrzebowanie tlenu

$$n_{O,\ \ \ min} = n_{C}^{'} + \frac{1}{2}n_{H_{2}}^{'} - n_{O_{2}}^{'}$$

1. Określenie minimalnego zapotrzebowanie powietrza

$$n_{a,\ \ min} = \frac{n_{O,\ \ \ min}}{0,21}$$

1. Określenie rzeczywistego zapotrzebowania powietrza

n_a^′ = λ * n_{a,    min}

1. Określenie ilości spalin

   1. Określenie ilości poszczególnych składników

$$n_{\text{CO}_{2}}^{"} = n_{C}^{'}$$

$$n_{N_{2}}^{"} = n_{N_{2}}^{'} + 0,79n_{a}^{'}$$

$$n_{O_{2}}^{"} = 0,21\left( n_{a}^{'} - n_{a,\ \ min} \right)$$

$$n_{H_{2}O}^{"} = n_{H_{2}}^{'} + n_{H_{2}O}^{'} + X_{z,a} \times n_{a}^{'}$$

1. Określenie łącznej ilości spalin suchych i wilgotnych

$$n_{\text{SS}}^{"} = n_{\text{CO}_{2}}^{"} + n_{N_{2}}^{"} + n_{O_{2}}^{"}$$

$${n_{S}^{"} = n}_{\text{SS}}^{"} + n_{H_{2}O}^{"}$$

1. Określenie składu spalin

   1. Skład spalin suchych

$$\left\lbrack CO_{2} \right\rbrack = \frac{n_{\text{CO}_{2}}^{"}}{n_{\text{SS}}^{"}}$$

$$\left\lbrack O_{2} \right\rbrack = \frac{n_{O_{2}}^{"}}{n_{\text{SS}}^{"}}$$

$$\left\lbrack N_{2} \right\rbrack = \frac{n_{N_{2}}^{"}}{n_{\text{SS}}^{"}}$$

$$\left\lbrack X_{z,s} \right\rbrack = \frac{n_{H_{2}O}^{"}}{n_{\text{SS}}^{"}}$$

1. Skład paliw wilgotnych

$$\left( CO_{2} \right) = \frac{n_{\text{CO}_{2}}^{"}}{n_{S}^{"}}$$

$$\left( O_{2} \right) = \frac{n_{O_{2}}^{"}}{n_{S}^{"}}$$

$$\left( N_{2} \right) = \frac{n_{N_{2}}^{"}}{n_{S}^{"}}$$

$$\left( X_{2}O \right) = \frac{n_{H_{2}O}^{"}}{n_{S}^{"}}$$

1. Strumień paliwa

$$\dot{B} = \frac{N_{c}}{{Q_{i}}^{r}*\eta_{c}}$$

1. Obliczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery

2. 1. Emisja SO₂

$$E_{SO_{2}} = \dot{B}\frac{2s(100 - \sigma)}{100}$$

1. Emisja NO_x

E_NOx = 0, 3 * E_SO2

1. Emisja CO

$$E_{\text{CO}} = 0,015\dot{B}\frac{11}{3}c$$

1. Emisja pyłu

$$E_{pylu} = \dot{B}\frac{UA^{r}(1 - \eta_{O})}{10^{4}(1 - C_{\text{czp}})}$$

1. Obliczenie kosztów

Obliczono odpowiednie koszty paliwa:

a) dzienny koszt paliwa:

$$K_{p} = \dot{B*C_{p}*24 = \lbrack\frac{zl}{\text{dzien}}\rbrack}$$

b) roczny koszt paliwa:

$$K_{p} = \dot{B*C_{p}*t_{p} = \lbrack\frac{zl}{\text{dzien}}\rbrack}$$

Koszty energii elektrycznej;

Liczba ogrzewanych dni w roku dla rejonu Szczecina: 242 (5808 godzin).

Poniżej zebrano odpowiednie ceny poszczególnych usług itp.:

a) cena netto:

b) VAT 23%:

c) cena brutto bez opłaty za obsługę handlową :

d) cena netto za obsługę handlową:

e) VAT 23%:

f) cena brutto za obsługę handlową:

g) cena brutto za energię elektryczną wraz z obsługą handlową:

3.3. Opłata za korzystanie ze środowiska;

Poniżej zgromadzono opłaty za emisję wybranych gazów:

a) opłata za emisję SO₂

$$K_{\text{eS}O_{2}} = E_{SO_{2}}*C_{\text{eS}O_{2}}*24 = \lbrack\frac{zl}{\text{dzien}}\rbrack$$

b) opłata za emisję NO_x

$$K_{\text{eN}O_{x}} = E_{NO_{x}}*C_{\text{eN}O_{x}}*24 = \lbrack\frac{zl}{\text{dzien}}\rbrack$$

c) opłata za emisję CO

$$K_{\text{eCO}} = E_{\text{CO}}*C_{\text{eCO}}*24 = \lbrack\frac{zl}{\text{dzien}}\rbrack$$

d) opłata za emisję pyłu

$$K_{epylu} = E_{pylu}*C_{epylu}*24 = \lbrack\frac{zl}{\text{dzien}}\rbrack$$

Zatem całkowite koszty:

$$K_{c} = K_{p} + K_{e} = \lbrack\frac{zl}{dzien}\rbrack$$

3.4. Koszty za emisję według KOBiZE;

3.4.1. Roczne zużycie paliwa;

Roczne zużycie paliwa obliczono posługując się poniższym wzorem:

$$\frac{\dot{B*t_{p}}}{1000} = \lbrack t\rbrack$$

3.4.2. Przyjęte współczynnik emisji dla wybranego kotła;

Dla wybranego kotła przyjęto odpowiednie współczynniki emisji, które zamieszczono poniżej:

b) dla drewna

SO₂ :

NO_X :

CO :

CO₂ :

Pył :

3.4.3. Emisyjność;

Emisyjność obliczono posługując się poniższym wzorem i podstawiając odpowiednie wartości obliczone w powyższych punkach:

$$E_{SO_{2}} = \frac{{\dot{B}}_{\text{rocz}}*SO_{2paliwa}}{10^{6}} = \lbrack t\rbrack$$

$$E_{NO_{x}} = \frac{{\dot{B}}_{\text{rocz}}*NO_{\text{Xpaliwa}}}{10^{6}} = \lbrack t\rbrack$$

$$E_{\text{CO}} = \frac{{\dot{B}}_{\text{rocz}}*CO_{\text{paliwa}}}{10^{6}} = \lbrack t\rbrack$$

$$E_{CO_{2}} = \frac{{\dot{B}}_{\text{rocz}}*CO_{2paliwa}}{10^{6}} = \lbrack t\rbrack$$

$$E_{Pyl} = \frac{{\dot{B}}_{\text{rocz}}*{Pyl}_{\text{paliwa}}}{10^{6}} = \lbrack t\rbrack$$

E_Sumaryczna = E_SO2 + E_NOx + E_CO + E_CO2 + E_Pyl = [t]

3.4.4. Koszt emisji według ministerstwa środowiska;

Według ministerstwa środowiska kotły do 5 MW można obliczać emisję bez określania składników spalin i ich ilości w celu określenia kosztów. Na podstawie tabeli 5 uzyskano dane do obliczenia kosztów emisji:

$$E_{\text{Suma}}*17,01 = \lbrack\frac{zl}{t}\rbrack$$

Tabela : Jednostkowe stawki opłat za gazy / pyły wprowadzane do powietrza z kotłów o nominalnej mocy cieplnej do 5 MW opalanych węglem kamiennym, koksem, drewnem, olejem lub paliwem gazowym, dla których nie jest wymagane pozwolenie na wprowadzenie gazów / pyłów do powietrza albo pozwolenie zintegrowane;

3.5. Koszt roczny wytwarzania energii;

3.5.1. Koszty niezwiązane z energią (remonty, pensje itp.);

K_om = [zl]

3.5.2. Ilość wytwarzanej energii;

$$E_{y} = \frac{N_{c}*3600*t_{p}}{10^{6}} = \lbrack\frac{\text{GJ}}{\text{rok}}\rbrack$$

3.5.3. Współczynnik zwrotu kapitału (n-przyjęty rok eksploatacji);

$$WZK = \frac{r}{(1 - (1 + r)^{- n}} = \lbrack\frac{1}{\text{rok}}\rbrack$$

3.5.4.Koszty inwestycyjne;

K_i = [zl]

3.5.5. Zmienny koszt eksploatacyjny;

$$K_{\text{ee}} = \frac{E_{y}*10^{6}}{{(Q}_{i}*\eta_{e})*C_{p}} = \lbrack\frac{zl}{\text{rok}}\rbrack$$

3.5.6. Koszt roczny wytwarzania energii dla roku n;

$$K_{n} = K_{i} + K_{\text{om}} + E_{y} + K_{\text{ee}} + WZK = \lbrack\frac{zl}{\text{rok}}\rbrack$$

3.6. Koszt jednostkowy wytworzenia energii;

3.6.1. Moc szczytowa;

3.6.2. Roczny czas wykorzystania mocy szczytowej źródła ciepła;

$$T_{s} = \frac{E_{y}}{3,6*Q} = \lbrack\frac{h}{\text{rok}}\rbrack$$

3.6.3. Roczny koszt wykorzystania mocy szczytowej źródła ciepła;

$$K_{\text{wms}} = \frac{K_{i}*WZK + K_{\text{om}}}{Q} = \lbrack\frac{zl}{MW*rok}\rbrack$$

3.6.4. Koszt jednostkowy zmienny wytwarzania energii;

$$K_{\text{we}} = \frac{K_{\text{ee}}}{E_{y}} = \lbrack\frac{zl}{\text{GJ}}\rbrack$$

3.6.5. Koszt jednostkowy wytworzenia energii;

$$K_{w} = \frac{K_{\text{wms}}}{T_{s} + K_{\text{we}}} = \lbrack\frac{zl}{\text{GJ}}\rbrack$$

3.7. Zyski i koszty wytwarzania energii;

3.7.1. Jednostkowy koszt ciepła z różnych źródeł;

$$K_{c} = \frac{K_{z}}{\eta + \left( p*K_{i} \right)*Q_{a}} = \lbrack\frac{zl}{\text{GJ}}\rbrack$$

3.7.2. Zdyskontowane wydatki na ogrzewanie;

$$NPV = \sum_{t = 0}^{n}{\frac{C_{\text{lt}} - C_{\text{ot}}}{(1 - r)^{t}} = \sum_{t = 0}^{n}{= \lbrack????\rbrack}}$$

W tabeli 6 umieszczono wyliczone zyski w danych latach, bez podwyższania kosztu za ciepło dostarczane. Użyto powyższego wzoru (punkt 3.7.2.).

Tabela 6: Zysk w danym roku, bez podwyższania kosztu za ciepło dostarczane;

rok t	(CIt-COt)/(1+r)^t	rok t	(CIt-COt)/(1+r)^t
0	154163,503341412	13	56685,6002388351
1	142743,984575381	14	52486,6668878103
2	132170,356088316	15	48598,7656368614
3	122379,959341034	16	44998,8570711679
4	113314,777167624	17	41665,6083992296
5	104921,089970022	18	38579,2670363237
6	97149,1573796498	19	35721,5435521516
7	89952,9234996758	20	33075,5032890292
8	83289,7439811813	21	30625,4660083604
9	77120,1333159086	22	28356,9129707041
10	71407,5308480635	23	26256,4008988000
11	66118,0841185773	24	24311,4823137037
12	61220,4482579419	25	22510,6317719479

3.7.3. Przychody w roku t;

Wartość przychodów w roku t policzono wzorem:

C_lt = E_y * Cena ciepla = [zl]

3.7.4. Wydatki w roku t;

Wartość wydatków w roku t policzono wzorem:

C_ot = K_proczne + K_elektr. + E_suma + K_om = [zl]

3.7.5. Zysk;

Wykorzystując wyniki z punku 3.7.3. oraz punktu 3.7.4. uzyskano wartość zysku:

C_it − C_ot = [zl]

1. Wykresy i opisy