WYDZIAŁ: INŻYNIERII METALI I INFORMATYKI PRZEMYSŁOWEJ	SPECJALIZACJA: OGRZEWNICTWO I KLIMATYZACJA	ROK STUDIÓW: IV	DATA: 23 maja 2011
Imię i nazwisko: PAWEŁ SOBCZAK	Temat: BILANS KOTŁA.	Prowadzący: dr inż. Adam Ciężak	OCENA:

Wprowadzenie.

Wprowadzenie.

Spalanie jest szybko przebiegającym 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) stanowią substraty procesu spalania, produktami zaś są 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.

Cel bilansu.

Podstawowym celem bilansu energetycznego kotła jest obliczenie jego sprawności, a co za tym idzie, ustalenie stopnia wykorzystania paliwa użytego w procesie. Określenie sprawności kotła zostanie dokonane na podstawie składu spalin, parametrów czynnika ogrzewanego w kotle (wody) oraz parametrów paliwa.

Dane projektowe i wyniki pomiaru.

• Prędkość przepływy gazu (właściwa): ${\dot{V}}_{g} = \ 700\ \frac{m^{3}}{h}$;

  Ilość paliwa dostarczonego do komory spalania: ${\dot{n'}}_{g} = \frac{700}{22,4} = 31,25\frac{\text{kmol}}{h}$

• Temperatura paliwa: t_g = 31C;

• Skład paliwa:

• $CO = 0,2\% = 0,002\frac{\text{kmol\ CO}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

• $\text{CO}_{2} = 0,1\% = 0,001\frac{\text{kmol\ }\text{CO}_{2}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

• $\text{CH}_{4} = 97\% = 0,97\frac{\text{kmol\ }\text{CH}_{4}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

• $C_{2}H_{4} = 0,2\% = 0,002\frac{\text{kmol\ }C_{2}H_{4}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

• $H_{2} = 0,6\% = 0,006\frac{\text{kmol\ }H_{2}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$

• $N_{2} = 1,7\% = 0,017\frac{\text{kmol\ }N_{2}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$

• $O_{2} = 0,2\% = 0,002\frac{\text{kmol\ }O_{2}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$

• Temperatura powietrza dostarczonego do komory spalania: t_a=10°C;

• Ciśnienia powietrza dostarczonego do komory spalania:

  p_b = 761mmHg = 761 • 133, 322 = 101458, 04 Pa;

• Wilgotność powietrza dostarczonego do komory spalania: ϕ=28%;

• Temperatura hali – otoczenia: t_a,h=20,5°C;

• Temperatura spalin: t_s=206°C;

• Skład spalin:

• $\left\lbrack \text{CO}_{2} \right\rbrack = 9,8\% = 0,098\frac{\text{kmol}\text{\ CO}_{2}}{\text{kmol\ spalin}}$;

• $\left\lbrack O_{2} \right\rbrack = 2,5\% = 0,025\frac{\text{kmol}\text{\ O}_{2}}{\text{kmol\ spalin}}$;

• $\left\lbrack \text{CO} \right\rbrack = 0,845\% = 0,00845\frac{\text{kmol\ CO}}{\text{kmol\ spalin}}$;

• $\left\lbrack N_{2} \right\rbrack = 100\% - 9,8\% - 2,5\% - 0,845\% = 86,855\% = 0,86855\frac{\text{kmol}\text{\ N}_{2}}{\text{kmol\ spalin}}$;

• Temperatura wody: t_w=57°C;

• Temperatura pary wodnej: t_p=257°C;

• Ciśnienie pary wodnej: p_p = 14, 5 bar = 1450000 Pa

Obliczenia – bilans materiałowy dla komory spalania.

Bilans węgla:

$n_{C}^{'} = CO + \text{CO}_{2} + \text{CH}_{4} + C_{2}H_{4} = 0,002 + 0,001 + 0,97 + 2 \bullet 0,002 = 0,977\frac{\text{kmol\ C}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

Bilans wodoru:

$n_{H_{2}}^{'} = H_{2} + 2\text{CH}_{4} + 2C_{2}H_{4} = 0,006 + 2 \bullet 0,97 + 2 \bullet 0,002 = 1,95\frac{\text{kmol\ }H_{2}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

Bilans tlenu:

$n_{O_{2}}^{'} = \text{CO}_{2} + {\frac{1}{2} \bullet CO + O}_{2} = 0,001 + \frac{1}{2} \bullet 0,002 + 0,002 = 0,004\frac{\text{kmol\ }O_{2}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

Bilans azotu:

$n_{N_{2}}^{'} = N_{2} = 0,017\frac{\text{kmol\ }N_{2}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$;

Na podstawie bilansu materiałowego węgla określamy ilość spalin suchych odpływających z komory grzejnej pieca:

n_C^′ = n_ssI • ([CO₂] + [CO])

stąd

$n_{\text{ss}I} = \ \frac{n_{C}^{'}}{{\lbrack CO}_{2}\rbrack + \lbrack CO\rbrack} = \frac{0,977}{0,098 + 0,00845} = 9,178\frac{\text{kmol\ }\text{ss}}{\text{kmol\ }\text{paliwa}}$

Łączną ilość spalin suchych w czasie badania pieca oblicza się mnożąc ilość spalin suchych przez zużycie paliwa:

9, 178 • 31, 25 = 286, 8131 kmol.