badania cieplne urzĄdzeŃ kotŁowych
DESCRIPTION
BADANIA CIEPLNE URZĄDZEŃ KOTŁOWYCH. Cel i zakres badań. Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w ciepłowniach objętych projektem, w tym: analiza składu spalin pod kątem zawartości O 2 , CO 2 , CO, SO 2 , NO x , wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach, - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
BADANIA CIEPLNE URZĄDZEŃ KOTŁOWYCH
Cel i zakres badańCelem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach, sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.
Określenie sprawności badanych obiektów zostanie przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”
Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:OdbiorczeEksploatacyjneKontrolneSpecjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa, modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).
Sprawność brutto urządzenia kotłowego
W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.
Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby własne urządzenia kotłowego (napędy zespołów pomocniczych).
B
Dk Q
Q
Wybór metody wyznaczania sprawności cieplnej urządzeń kotłowychSprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią lub pośrednią.
Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności paliwa mogą podlegać zmianom.
Wybór metody wyznaczania sprawności cieplnej urządzeń kotłowychSprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią lub pośrednią.
Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności paliwa mogą podlegać zmianom.
Uzasadnienie wyboru metody określania sprawnościBadania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia oraz opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest równa 100 minus suma strat ciepła.
gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.
%100 Sk
Suma strat ciepła
ocnw SSSSS
gdzie:
wS – strata wylotowa, %;
nS – strata niezupełnego spalania, %;
cS – strata niecałkowitego spalania, %;
oS – strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.
Strata wylotowaStrata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg (m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie temperatur od ts
do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.
%1000
tt
Q
cVcVS sj
r
pwwpsssw
Strata niecałkowitego spalania ScStrata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka węgla, czyli 33 829 kJ/kg.
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.
,%lpżc SSSS
Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.
,%
33829rj
żż
BQ
ŻCS
,%
33829rj
pp
BQ
PCS
Strata w żużlu Sż i przesypie Sp
Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z równania
gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.
,%
33829rj
ll
BQ
LCS
Strata w lotnym popiele
Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm. W
przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.
,%
12644rj
ssn
Q
COVS
Strata niezupełnego spalania
Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
gdzie:C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
- maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.
,%7,0No QCS
NQ
Strata do otoczenia
Graficzne przedstawienie bilansu wykres Sankey’a
Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)
• Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien znajdować się kocioł podczas pomiarów• Kontrolne nawęglenie kotła• Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem badań)
• Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)
• Przeprowadzenie pomiarów
Przygotowanie i przebieg pomiarów
Wielkości mierzone
•Strumień masy paliwa,•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i odpływie z kotła,•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania (termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin PG-250,•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.
Analiza składu spalinAutomatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)
DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości NOx / SO2 / CO / CO2 / O2
Metody pomiaru NOx: CLD (Chemiluminescencja)SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny
•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)•Pomiar przepływu – 3 min•Pomiar temperatury - 10 min
Częstość odczytów wskazań przyrządów pomiarowych
Problemy występujące podczas badań:
•Wyznaczenie strumienia paliwa•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu•Nieszczelności kanałów spalinowych•Utrzymanie stałej mocy kotła •Warunki atmosferyczne
Wpływ strumienia paliwa na wielkość straty niecałkowitego spalania
Rodzaj straty
Zmierzona ilość paliwa(95 t / 24 h)
Zwiększona ilość paliwa o 5 ton (+ 5,5%)
Zmniejszona ilość paliwa o 5 ton (- 5,5%)
żużel Sż 2,38 % 2,28 % 2,52 %
przesyp Sp 0,12 % 0,12 % 0,13 %
pył Sl 0,13 % 0,12 % 0,14 %
niecałkowitego spalania Sc
2,64 % 2,52 % 2,79 %
Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania
Strata niezupełnego spalania w zależności od ilości tlenku węgla w spalinach
Tlenek węgla [CO] ppm
Strata niezupełnego spalania %
50 0,028
100 0,057
1000 0,57
2000 1,14
3000 1,7
4000 2,27
5000 2,84
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Zawartość CO [ppm]
Str
aty
nie
zu
pełn
ego
spala
nia
[%
]
Charakterystyka badanych obiektówLp. Miejscowość Moc cieplna
zainstalowana /MW/
Liczba kotłów na
paliwo stale
Liczba kotłów po
badaniach
1 Olsztyn 179,80 6 2
2 Biała
Podlaska 77,77 3 0
3 Iława 57,010 4 1
4 Mrągowo 50,04 4 0
5 Ostróda 46,15 4 0
6 Kętrzyn 39,80 4 1
7 Bartoszyce 36,20 4 1
8 Działdowo 19,02 4 2
9 Morąg 18,60 2 1
10 Nidzica 13,50 2 2
ŁĄCZNIE 37 10
Rodzaj stratyK1
ściany szczelne
K6
So 1,15 % 1,15 %
Sc 3,41 % 2,64 %
Sn 0,01 % 0,03 %
Sw 6,51 % 7,78 %
SUMA STRAT 11,08 % 11,60 %
SPRAWNOŚĆ 88,92 % 88,4 %
Wyniki badań:
Dziękuję za uwagę