MODEL MATEMATYCZNY KOTŁA PAROWEGO W ZASTOSOWANIU DO BADAŃ EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ

Janusz Bujak*¹, Jan Syposz*²

*¹ Wydział Inżynieryjny, Wyższa Szkoła Zarządzania Środowiskiem, ul. Pocztowa 11, 89-500 Tuchola, Poland

*² Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska, ul. Wybrzeża Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Streszczenie W niniejszym artykule zaprezentowano model matematyczny kotła parowego w zastosowaniu do badań jego efektywności energetycznej. Model matematyczny kotła parowego potraktowano jako otwarty układ termodynamiczny wymieniający masę, energię i ciepło z otoczeniem. Na tej podstawie sporządzono bilans energii i ciepła. Zaprezentowano możliwości wykorzystania modelu matematycznego. Przedstawiono wyniki badań współczynnika efektywności cieplnej i cieplno-energetycznej na przykładzie rzeczywistego obiektu, jakim jest kotłownia parowa pracująca na potrzeby Szpitala Wojewódzkiego we Włocławku. Wyniki, jakie otrzymano w obiekcie rzeczywistym, posłużyły do weryfikacji modelu matematycznego. Za pomocą odpowiednich narzędzi (metod) statystycznych oceniono zgodność modelu matematycznego z rzeczywistym. Zaproponowany model matematyczny kotła parowego umożliwia wyznaczanie współczynnika efektywności cieplnej i cieplno-energetycznej, umożliwiając analizę poszczególnych elementów (składników) wpływających na jego wielkość. Keywords: efektywność cieplna, sprawność cieplna kotła parowego

1. WSTĘP

Wymagania ilościowe i jakościowe w każdej działalności gospodarczej mają określone powiązania z efektywnością. Wiadomo powszechnie jak wielki nacisk kładzie się na efektywność, bowiem od efektywności, w poważnym stopniu, zależą skutki ekonomiczne całych przedsięwzięć. Do badań przyjęto definicję współczynnika efektywności jako:

(1)

gdzie:

ε E N

współczynnik efektywności, efekt uzyskany przy realizacji procesu, nakład niezbędny do uzyskania efektu w procesie.

Współczynnik efektywności, w odróżnieniu od pojęcia współczynnika sprawności, może przyjmować wartości nie tylko z zakresu od 0 do 1, ale także wartości powyżej jedności. Dotyczy to między innymi takich zagadnień związanych z ekonomią, gdzie wszystkie przedsięwzięcia o charakterze komercyjnym powinny osiągać współczynnik efektywności większy niż 1. W zagadnieniach ciepłowniczo-energetycznych współczynnik efektywności może być większy od jedności, np. przy obiegach termodynamicznych pompy ciepła [1].

W ciepłownictwie i energetyce można wprowadzić następujące pojęcia efektywności:

• efektywność energetyczna, jeśli w zależności (1) występuje moc lub energia,

• efektywność cieplna, jeśli w zależności (1) występuje moc cieplna lub ciepło,

• efektywność cieplno-energetyczna, jeśli w zależności (1) występuje moc lub energia i moc cieplna lub ciepło,

• efektywność ekonomiczna, jeśli efekt utożsamiamy z wartością sprzedaży efektu, a nakład z kosztem zakupu nakładu.

W niniejszym artykule przyjęto następujące współczynniki efektywności:

- współczynnik efektywności cieplno-energetycznej:

(2)

gdzie:

εbrutto Ec E(c+e)d

współczynnik efektywności cieplno-energetycznej, ciepło użyteczne odprowadzone z układu, całkowite ciepło i energia elektryczna doprowadzona do układu;

 

- współczynnik efektywności cieplnej:

(3)

gdzie:

εnetto Ec Ecd

współczynnik efektywności cieplnej, ciepło użyteczne odprowadzone z układu, całkowite ciepło doprowadzone do układu.

W ostatnich kilkudziesięciu latach powstało wiele nowoczesnych, zaawansowanych technologicznie źródeł ciepła opalanych paliwami ciekłymi i gazowymi. Są wśród nich zarówno kotłownie wytwarzające wodę gorącą, jak i parę nasyconą. Projektując tego typu źródła ciepła projektanci skupiają się głównie na doborze jednostek kotłowych, utożsamiając ich sprawność ze sprawnością całego źródła. Producenci kotłów podają w katalogach sprawność cieplną urządzeń odnoszącą się zwykle do nominalnego obciążenia cieplnego. Do rzadkości należą producenci, którzy podają wielkość sprawności średniorocznej urządzeń lub charakterystykę zmienności sprawności cieplnej w zależności od obciążenia cieplnego. Ponadto, wartość sprawności cieplnej wyznaczanej przez producentów jest określana wg PN-EN 12953-11, która uwzględnia w przypadku paliw gazowych stratę kominową, stratę ciepła przez zewnętrzną powierzchnię kotła do otoczenia i stratę niezupełnego spalania. W rzeczywistości, w każdym kotle, występuje zdecydowanie więcej strat cieplno-energetycznych wynikających z warunków techniczno-eksploatacyjnych, które mają wpływ na efektywność wytwarzania ciepła.

2. MODEL MATEMATYCZNY KOTŁA PAROWEGO

Kocioł parowy z elementami wyposażenia, połączony z instalacjami może być potraktowany jako otwarty układ termodynamiczny wymieniający masę, energię i ciepło z otoczeniem. W celu uzyskania przejrzystości opisanych składników bilansu energetycznego, zarówno energię jak i ciepło oznaczono literą „E” z odpowiednimi indeksami dolnymi.

Do kotła parowego zostaje dostarczone ciepło i energia w postaci:

Ed-gaz	-	gazu ziemnego ,
Ed-pow	-	powietrza do procesu spalania,
Ed-wz,	-	wody zasilającej ,
Ed-ek	-	ciepła odzyskanego ze spalin w wyniku zastosowania ekonomizera,
Ed-el	-	energii elektrycznej .

Z kotła parowego zostają odprowadzone lub utracone ciepło i energia w postaci:

Eod-para	-	pary nasyconej ,
Eod-sk	-	spalin odlotowych jako strata kominowa,
Eod-ns	-	niezupełnego spalania ,
Eod-ods	-	odsolin,
Eod-odm	-	odmulin ,
Eod-ot	-	ciepła oddawanego przez zewnętrzną powierzchnię kotła do otoczenia,
Eod-post	-	ciepła oddawanego przez płomienicę i płomieniówki do otoczenia po stronie spalinowej w czasie postoju palnika,
Eod-pkom	-	ciepła oddawanego w czasie startu palnika w pierwszej fazie jego pracy podczas przedmuchiwania komory spalania,
Eod-muel	-	pracy mechanicznej urządzeń elektrycznych i automatyki,
Eod-kuel	-	Straty konwersji energii elektrycznej na pracę mechaniczną urządzeń elektrycznych i automatyki.

Równanie bilansu energii i ciepła kotła parowego możemy zapisać w postaci:

(4)

gdzie składniki dotyczące energii i ciepła dostarczonego do kotła parowego są umiejscowione po lewej stronie równania (4), a energii i ciepła odprowadzonego lub utraconego przez kocioł parowy po prawej stronie. Każdy ze składników bilansu energetycznego został opisany na figure 1.

Po przeniesieniu składnika dotyczącego ciepła zawartego w wodzie zasilającej na prawą stronę równania (4) otrzymujemy równanie:

(5)

Uwzględniając definicję współczynnika efektywności cieplno-energetycznej (2) oraz równanie bilansu energii i ciepła (5) otrzymujemy wzór na współczynnik efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego:

(6)

- po wstawieniu prawej strony równania (5) do mianownika otrzymujemy:

(7)

Fig. 1. Bilans energii i ciepła kotła parowego

Współczynnik efektywności cieplnej po pominięciu składników reprezentujących energię elektryczną i mechaniczną kotła parowego przyjmuje postać:

(8)

Na podstawie powyższych zależności utworzono model matematyczny kotła parowego.
Przykładowe obliczenia współczynnika efektywności cieplno-energetycznej dla układu kotła parowego o mocy cieplnej Q=655 kW i strumieniu pary G=1000 kg/h w funkcji jego obciążenia przedstawiono na figure 2.

Fig. 2. Współ. efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego w funkcji obciążenia cieplnego

Jak widać na figure 2 współczynnik efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego ma przebieg hiperboli. W zakresie obciążeń cieplnych od 0% do 20% (od punktu A do punktu B) współczynnik efektywności cieplno-energetycznej gwałtownie maleje wraz ze spadkiem obciążenia cieplnego kotła parowego. W przedziale od 20% do 60 % (od punktu B do punktu C) współczynnik efektywności nieznacznie maleje wraz ze spadkiem obciążenia cieplnego. Natomiast powyżej 60 % obciążenia aż do pełnej mocy cieplnej kotła parowego (od punktu C do punktu D) wartość współczynnika efektywności cieplno-energetycznej przyjmuje wartość praktycznie stałą niezależnie od obciążenia.

W table 1 poniżej pokazano obliczenia bezwzględnych strat ciepła i energii poszczególnych składników kotła parowego o mocy Q = 655 kW.

Table 1

Przykładowe obliczenia bezwzględnych strat ciepła i energii kotła parowego w rozbiciu na poszczególne składniki.

Obciążenie cieplne	[%]	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Eod-sk	[GJ]	0,000	0,023	0,047	0,072	0,099	0,127	0,157	0,188	0,221	0,256	0,291
Eod-ns	[GJ]	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,001	0,001	0,001	0,001	0,001
Eod-ods	[GJ]	0,000	0,008	0,017	0,025	0,033	0,042	0,050	0,058	0,067	0,075	0,083
Eod-odm	[GJ]	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021	0,021
Eod-ot	[GJ]	0,022	0,022	0,022	0,022	0,022	0,022	0,022	0,022	0,022	0,022	0,022
Eod-post	[GJ]	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Eod-pkom	[GJ]	0,027	0,016	0,008	0,005	0,004	0,003	0,002	0,002	0,002	0,002	0,002
Eod-muel	[GJ]	0,000	0,000	0,001	0,001	0,002	0,002	0,002	0,003	0,003	0,003	0,004
Eod-kuel	[GJ]	0,000	0,000	0,001	0,001	0,002	0,002	0,002	0,003	0,003	0,003	0,004
Suma	[GJ]	0,070	0,090	0,117	0,147	0,183	0,219	0,257	0,298	0,340	0,383	0,428

Patrząc na table 1 widzimy, że największa strata ciepła i energii w kotle parowym w omawianym przypadku występuje w postaci straty kominowej. Kolejne znaczące straty powstają w wyniku odmulania i odsalania kotła oraz wymiany ciepła zewnętrznej powierzchni kotła z otoczeniem.

W obszarze niskich obciążeń cieplnych od 0% do 10% znaczące straty ciepła i energii powstają podczas przedmuchu powietrzem komory spalania w czasie startu palnika. Udział strat energii elektrycznej w układzie kotła parowego jest znikomy. Bezwzględne straty ciepła i energii kotła parowego maleją ze spadkiem jego obciążenia w zakresie obciążeń cieplnych od 0% do 100%. Na figure 3 poniżej pokazano przebieg zmian całkowitych, bezwzględnych strat energii i ciepła kotła parowego w funkcji jego obciążenia cieplnego.

Fig. 3. Bezwzględne straty ciepła i energii w funkcji obciążenia cieplnego

Na figure 4 porównano efektywność cieplną kotła parowego z ekonomizerem (linia przerywana) z kotłem parowym bez ekonomizera (linia ciągła). W całym zakresie obciążeń cieplnych efektywność cieplna kotła parowego z ekonomizerem jest wyższa od układu kotła bez ekonomizera. Wraz ze spadkiem obciążenia cieplnego maleje także różnica pomiędzy efektywnością cieplną kotła parowego z ekonomizerem, a bez ekonomizera. W praktyce oznacza to, że największa opłacalność zastosowania ekonomizera występuje przy dużych obciążeniach cieplnych kotła parowego. Zastosowanie ekonomizera może być nieuzasadnione ekonomicznie gdy kocioł parowy pracowałby długie okresy czasu w przedziale niskich obciążeń cieplnych.

Fig. 4. Współczynnik efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego z ekonomizerem i bez ekonomizera

3. DOŚWIADCZANLNA WERYFIKACJA MODELU MATEMATYCZNEGO

3.1. Wstęp

Kotłownia parowa wysokoparametrowa, na której dokonano walidacji modelu matematycznego, pracuje na potrzeby Szpitala Wojewódzkiego we Włocławku przy ul. Wienieckiej 43. Jest wyposażona w dwa kotły parowe wysokociśnieniowe firmy Viessmann typu TURBOMAT RN-HD o mocy Q = 655 kW i wydajności pary G_pary=1000 kg/h każdy, ciśnieniu dopuszczalnym p_max=16 bar. Kotły są kotłami trójciągowymi z obniżoną zawartością tlenków azotu w spalinach. Kotły są wyposażone w palniki dwumedialne produkcji Weishaupt. W kotłach parowych wytwarzana jest para na potrzeby pralni, kuchni, komory dezynfekcyjnej, sterylizatorów oraz węzła c.w.u. Część wytworzonej pary zużyta jest na potrzeby własne kotłowni w kolumnie odgazowywacza i do podgrzewania wody w zbiorniku wody zasilającej kotły parowe.

1. Opis układu pomiarowego dla zespołu kotłów parowych

Zespół kotłów parowych składa się z dwóch jednostek parowych o mocy Q=655 kW każda. Kotły zostały wyposażone w układy automatycznego odsalania i odmulania. Do celów badawczych przyjęto, że przez cały okres trwania badań obie jednostki będą opalane gazem ziemnym GZ-50. Do kotła parowego KP1 i KP2 energia dostarczana jest:

- do palnika w postaci energii chemicznej zawartej w gazie ziemnym GZ-50,

- do kotła w postaci ciepła zawartego w wodzie zasilającej kotły parowe,

- do palnika w postaci ciepła zawartego w powietrzu,

- do palnika w postaci energii elektrycznej,

- do pompy zasilającej kocioł oraz układów automatycznego sterowania w postaci energii elektrycznej.

Ilość ciepła zawartego w postaci chemicznej w paliwie jest mierzona za pomocą liczników gazu LG1 i LG2. Pomiar objętości gazu dokonywany jest przy ciśnieniu średnim, około 3 bar. Jednocześnie są mierzone ciśnienie i temperatura gazu w sposób ciągły, dzięki czemu możemy wyznaczyć objętość gazu w warunkach normalnych. Mając objętość gazu w warunkach normalnych (p=1 bar, t=0 ⁰C) oraz wartość opałową (otrzymaną na podstawie analiz w zakresie średnich parametrów jakościowych wykonane przez laboratorium Zakładu Gazowniczego w Gdańsku) obliczono ilość ciepła zawartego w gazie ziemnym GZ-50. Wartość opałowa gazu ziemnego GZ-50 przyjęta w dalszych badaniach jest średnią wartością z powyższych analiz w okresie od maja do września 2001 roku. Ilość ciepła zawartego w wodzie zasilającej kotły jest obliczana na podstawie pomiaru objętości wody zasilającej za pomocą wodomierza kontaktowego WK9 i WK10 oraz pomiaru temperatury wody zasilającej (czujniki B19 lub B20).

Przy określonej temperaturze wody zasilającej sterownik nadrzędny oblicza gęstość i entalpię. Jako punkt odniesienia w obliczaniu ciepła zawartego w wodzie zasilającej przyjęto entalpię zerową. Ciepło zawarte w powietrzu użytym do spalania gazu ziemnego jest wyznaczane na podstawie temperatury i strumienia objętości. Strumień objętości powietrza jest wyliczany na podstawie analizy fizyko-chemicznej gazu ziemnego oraz przy przyjęciu rzeczywistego współczynnika nadmiaru powietrza, na podstawie analizy spalin.

Przy zmierzonej temperaturze powietrza można określić gęstość i entalpię. Ponadto, każdy kocioł parowy jest wyposażony w licznik energii elektrycznej, który mierzy ilość energii elektrycznej niezbędnej do funkcjonowania kotłów parowych wraz z osprzętem, takim jak: palnik, pompy zasilające, automatyczne odsalanie, automatyczne odmulanie, automatyka.

Ciepło wyprodukowane przez zespół kotłów parowych, tzn. przez kotły parowe KP1 i KP2 jest mierzone za pomocą liczników ciepła LEP1 i LEP2 umieszczonych bezpośrednio za jednostkami kotłowymi na rurociągach parowych. Liczniki ciepła zawartego w parze nasyconej, mierząc strumień objętości pary oraz jej ciśnienie, obliczają ilość ciepła. Punktem odniesienia przy obliczaniu ciepła zawartego w parze nasyconej jest także entalpia zerowa. Niezależnie od w/w układów pomiarowych zamontowano dodatkowo dwa pomiary ciśnienia pary nasyconej na wyjściu z kotłów, po jednym na każdy kocioł w celu kontroli prawidłowości pracy kotłów, a także układów pomiarowych LEP1 i LEP2.

Fig. 5. Układ pomiarowy zespołu kotłów parowych

2. Wyniki badań doświadczalnych

Badania prowadzono przez okres 18 miesięcy, od 01-05-2003 do 31-10-2004. Całkowita ilość ciepła i energii dostarczona do kotłowni po stronie pierwotnej w tym okresie wynosiła 27445,5 GJ z czego:

• 26 737,3 GJ w postaci gazu ziemnego GZ-50,

• 624,5 GJ w postaci powietrza użytego do spalania gazu ziemnego,

• 83,7 GJ w postaci energii elektrycznej.

Łączna ilość ciepła wytworzona przez kotły parowe wynosiła 22830,5 GJ, z czego kocioł parowy KP1 wyprodukował 19287 GJ, a kocioł parowy KP2 3543,5 GJ. Para nasycona wytworzona przez kotły pokryła potrzeby szpitala oraz potrzeby własne kotłowni. Ilość ciepła dostarczonego na potrzeby szpitala w okresie badawczym wynosiła 21217 GJ, a na potrzeby własne kotłowni 6144,8 GJ, co stanowi 22,5% łącznej produkcji ciepła całej kotłowni parowej. W okresie badawczym uzyskano efektywność cieplną kotła parowego KP1 (kocioł podstawowy) 84,9% , kotła parowego KP2 (kocioł szczytowy) 76,2 %. Efektywność cieplno-energetyczna kotła parowego KP1 wyniosła 84,7%, a kotła parowego KP2 76,0%. Zwrot skroplin z instalacji technologicznej szpitala wyniósł 31,3%. Oznacza to, że udział procentowy wody uzupełniającej w kotłowni parowej wyniósł 68,7%.

Kocioł parowy KP1 był kotłem podstawowym i pracował w zakresie wysokich obciążeń cieplnych. Kocioł parowy KP2 pełnił w okresie badawczym rolę jednostki szczytowej. Punkty pomiarowe tworzą charakterystyczny kształt hiperboli. Badania prowadzone przez okres 18 miesięcy, od 01-05-2003 do 31-10-2004 podzielono na okresy 10-dniowe. Uzyskano 45 punktów pomiarowych. Każdy punkt jest pomiarem dziesięciodniowym, czyli wyliczonym przez okres 10 dni. Badawcze okresy 10-dniowe pozwalają przyjąć, że pomiary są wykonywane w stanie ustalonym.


Przykładowe wyniki pomiarów kotła parowego KP1 i KP2 ujętych w związki korelacyjne pomiędzy efektywnością cieplno-energetyczną, a obciążeniem cieplnym pokazano na figure 6:

Fig. 6. Korelacja efektywności cieplno-energetycznej i współczynnika obciążenia cieplnego kotłów

parowych KP1 i KP2

2. Analiza niepewności pomiarowej przeprowadzonych badań - literatura

Analiza niepewności pomiarowej została przeprowadzona w oparciu o:

• niepewność maksymalna: określa maksymalny błąd pomiaru, prawdopodobieństwo

znalezienia wartości rzeczywistej w tym przedziale wynosi 0,999,

• niepewność prawdopodobna, rozszerzona: określa prawdopodobny błąd pomiaru,

prawdopodobieństwo znalezienia wartości rzeczywistej w tym przedziale wynosi 0,920.

Wyznaczono niepewności maksymalne i prawdopodobne pomiarowe dla następujących współczynników::

- współczynnika efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP1,

- współczynnika efektywności cieplnej kotła parowego KP1,

- współczynnika efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP2,

- współczynnika efektywności cieplnej kotła parowego KP2.

Niepewności pomiarowe w/w współczynników zostały wyznaczone metodą różniczki zupełnej. Przykładowe obliczenia kotła parowego KP1 przedstawiono w table 2 poniżej.

Table 2

Przykładowe obliczenia niepewności pomiarowej współczynnika efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP1 przy różnych obciążeniach cieplnych.

Obciążenie cieplne, [%]	50,36	60,08	71,40	80,05	91,53	99,66
Niepewność pomiarowa, prawdopodobna współ- czynnika efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP1, [%]	+/- 2,52	+/- 2,57	+/- 2,58	+/- 2,56	+/- 2,60	+/- 2,62
Niepewność pomiarowa, maksymalna współ- czynnika efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP1, [%]	+/- 4,59	+/- 4,60	+/- 4,59	+/- 4,55	+/- 4,58	+/- 4,58

2. Ocena dopasowania modelu symulacyjnego do danych empirycznych literatura

W celu dopasowania modelu symulacyjnego do danych empirycznych wykorzystano metody opisu statystycznego. Miary położenia są zaliczane do najważniejszych charakterystyk rozkładu. Są one określane jako miary średnie lub miary przeciętne. Za ich pomocą następuje uogólnienie poziomu wartości cechy zaobserwowanej u poszczególnych jednostek badanej zbiorowości w jedną charakterystykę liczbową. Miary dyspersji pozwalają na uogólnienie różnic w wartościach cechy zaobserwowanych u poszczególnych jednostek.

Przy weryfikacji modelu symulacyjnego do danych empirycznych wykorzystano następujące miary położenia i dyspersji:

• średnia arytmetyczna, która jest najbardziej popularną miarą przeciętnego poziomu cechy mierzalnej; jest definiowana jako iloraz globalnego funduszu wartości oraz liczby obserwacji;

• odchylenie standardowe, które jest średnią z odchyleń wartości cechy od jej średniej arytmetycznej.

W celu dokonania oceny dopasowania modelu symulacyjnego do danych empirycznych porównano wyniki otrzymane przy użyciu modelu matematycznego z wynikami uzyskanymi na drodze doświadczalnej. Dane wejściowe dla obu modeli były jednakowe. Przykładowe wyniki kotła parowego KP1, KP2 zilustrowano na figure 7, a obliczenia przedstawiono w table 2.

Fig. 7. Walidacja modelu matematycznego z danymi empirycznymi - KP1 i KP2

Jak widać na rysunku 7 pomierzone wartości efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP1 i kotła parowego KP2 leżą w pobliżu krzywej wyznaczonej na podstawie modelu matematycznego. Dane wejściowe dla obu modeli były jednakowe. Wyniki przedstawiono poniżej w table 3.

Table 3

Walidacja modelu matematycznego z danymi empirycznymi współczynnika efektywności cieplno-energetycznej kotłów parowych KP1 i KP2.

Rodzaj błędu	maksymalny	średni	odchylenie standardowe
Błąd dopasowania współczynnika efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP1, [%]	2,74	0,32	0,84
Błąd dopasowania współczynnika efektywności cieplno-energetycznej kotła parowego KP2, [%]	5,10	1,45	2,20

4. WNIOSKI

1. Zaproponowany model matematyczny kotła parowego pozwala na wyznaczenie współczynnika efektywności cieplno-energetycznej podobnych obiektów i umożliwia dokonanie oceny wpływu poszczególnych elementów (składników) na jego wielkość.

2. Przeprowadzone badania doświadczalne i symulacyjne wykazały celowość poszukiwania metod uzyskiwania maksymalnych efektywności cieplno-energetycznych w kotłach parowych.

3. Największe oszczędności energii dostarczonej do kotła można uzyskać na etapie projektowania. W fazie projektowania należy uwzględnić wyposażenie technologiczne kotłowni. Należą do nich szczególnie: ekonomizer, stacja odwróconej osmozy, odgazowywacz próżniowy. Przy podobnych kotłowniach o zróżnicowanym standardzie wyposażenia technologicznego, współczynnik efektywności może osiągać 10%-owe różnice.

4. Współczynnik efektywności cieplno-energetycznej nieznacznie się różni (od 0,2% do 0,4%) od analogicznego współczynnika cieplnego kotła parowego. Należy jednak pamiętać, że przy uwzględnieniu relacji cenowych pomiędzy poszczególnymi nośnikami energii, różnice te mogą być kilkakrotnie wyższe (od 0,8% do 1,6%).

5. Opracowany model matematyczny umożliwia analizę współczynnika cieplnego i cieplno-energetycznego w celu jego maksymalizacji na etapie projektowania i eksploatacji.

LITERATURA

[1]	Achnazarowa S.Ł., Kafarow W.W.: Optymalizacja eksperymentu w chemii i technologii chemicznej. Warszawa 1982, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[2]	Adamczak S., Makieła W.: Metrologia w budowie maszyn. Warszawa 2004, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[3]	Adamczewski J., Bratek T., Fodemski T., Gajl J., Jarosiński J., Kalina S., Kapitaniak A., Kasieczka W., Kulesza J., Mieszkowski M., Plocek M., Przybylski R., Wiejacki Z., Wiśniewski T., Żelazny J.: Pomiary cieplne. Część II. Badania cieplne maszyn i urządzeń. Warszawa 1995, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[4]	Bakinowska B., Bratek T., Deka A., Długoszowski B., Korczakowski A., Jędrzejowski S., Kasieczka W., Kulesza J., Podfilipski J., Wiejacki Z.: Pomiary cieplne. Część I. Podstawowe pomiary cieplne. Warszawa 1995, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[5]	Besler G.J, Rdzak M., Schwitalla A.: Ponad 20 lat eksploatacji bezprzeponowych gruntowych wymienników ciepła i masy według patentu Politechniki Wrocławskiej. COW, marzec 2005.
[6]	Bęczkowski W.: Rurociągi energetyczne. Warszawa 1965, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[7]	Blokh A.G.: Heat transfer in steam boiler furnaces. Berlin 1987, ISBN.
[8]	BN-86/1317-02 „Kotły grzewcze - badania cieplne”
[9]	Box G.E.P., Jenkins G.M.: Analiza szeregów czasowych. Warszawa 1983, Państwowe Wydawnictwo Naukowe.
[10]	Buchowski H., Ufnalski W.: Fizykochemia gazów i cieczy. Warszawa 1998, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[11]	Buczek K.: Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej w małych elektrociepłowniach. Krosno 2001, Wydawnictwo i Handel Książkami „KaBe”.
[12]	Budny J., Groman A.: Gospodarka energetyczna zakładu mleczarskiego. Warszawa 1974, Zakład Wydawnictw CRS.
[13]	Bujak J.: Program do obliczania objętości powietrza użytego do spalania gazu ziemnego. Bydgoszcz 2005.
[14]	Chmielnicki W.: Regulacja automatyczna urządzeń ciepłowniczych. Warszawa 1997, Unia Ciepłownictwa.
[15]	Chomicz D.: Woda w ciepłownictwie i ogrzewnictwie. Warszawa 1997, Unia Ciepłownictwa.
[16]	Cihelka J.: Ogrzewanie przez promieniowanie. Warszawa 1965, Arkady.
[17]	Czajewski J., Poniński M.: Zbiór zadań z metrologii elektrycznej. Warszawa 2000, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[18]	Cwynar L.: Rozruch kotłów parowych. Warszawa 1978, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
	Danielewicz J.: Kotły kondensacyjne czy konwencjonalne. Rynek Instalacyjny, 7/8 2004.
[19]	Foltańska-Werszko D.: Teoria systemów cieplnych. Termodynamika-podstawy. Wrocław 1997, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
[20]	Fortuna S.: Wentylatory. Kraków 1999, Techwent.
[21]	Hobler T.: Ruch ciepła i wymienniki. Warszawa 1986, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
[22]	Jankowski F.: Pompy i wentylatory w inżynierii sanitarnej. Warszawa 1975, Arkady.
[23]	Kamler W.: Ciepłownictwo. Warszawa 1976, PWN.
[24]	Koczyk H.: Ogrzewnictwo dla praktyków. Poznań 2002, Systherm Serwis.
[25]	Kołodziejczyk L., Rubik M., Mańkowski S.: Pomiary w inżynierii sanitarnej. Warszawa 1974, Arkady.
[26]	Kołodziejczyk L.: Gospodarka cieplna w ogrzewnictwie. Warszawa 1966, Arkady.
[27]	Kołodziejczyk L.: Urządzenia kotłowe ciepłownicze i technologiczne. Warszawa 1964, Arkady.

Nomenclature
E		Efekt uzyskany przy realizacji procesu
N		Nakład niezbędny do uzyskania efektu w procesie
Ec		Ciepło użyteczne odprowadzone z układu, [GJ]
E(c+e)d		Całkowite ciepło i energia elektryczna doprowadzona do układu, [GJ]
Ecd		Całkowite ciepło doprowadzone do układu, [GJ]
Energia i ciepło dostarczone do kotła parowego w postaci:
Ed-gaz		gazu ziemnego, [GJ]
Ed-pow		powietrza użytego do procesu spalania, [GJ]
Ed-wz,		wody zasilającej, [GJ]
Ed-ek		ciepła odzyskanego ze spalin w wyniku zastosowania ekonomizera, [GJ]
Ed-el		energii elektrycznej, [GJ]
Eod-para		pary nasyconej, [GJ]
Energia i ciepło odprowadzone lub utracone w postaci:
Eod-sk		spalin odlotowych jako strata kominowa, [GJ]
Eod-ns		niezupełnego spalania, [GJ]
Eod-ods		odsolin, [GJ]
Eod-odm		odmulin, [GJ]
Eod-ot		ciepła oddawanego przez zewnętrzną powierzchnię kotła do otoczenia, [GJ]
Eod-post		ciepła oddawanego przez płomienicę i płomieniówki do otoczenia po stronie spalinowej w czasie postoju palnika, [GJ]
Eod-pkom		ciepła oddawanego w czasie startu palnika w pierwszej fazie jego pracy podczas przedmuchiwania komory spalania, [GJ]
Eod-muel		pracy mechanicznej urządzeń elektrycznych i automatyki, [GJ]
Eod-kuel		Straty konwersji energii elektrycznej na pracę mechaniczną urządzeń elektrycznych i automatyki, [GJ]
Greek symbols
		współczynnik efektywności
brutto		współczynnik efektywności cieplno-energetycznej, [%]
netto		współczynnik efektywności cieplnej, [%]
Subscripts
LEP1

Janusz Bujak
tel. kom. 0501 541 185
e-mail: [e-mail]
PPM PROMONT
ul. Jagiellońska 35
85-097 Bydgoszcz
tel. [phone]
fax [phone]

15

4. Doświadczalna weryfikacja przyjętego modelu

---