BADANIA CIEPLNE URZĄDZEŃ KOTŁOWYCH

Prezentacja na temat: "BADANIA CIEPLNE URZĄDZEŃ KOTŁOWYCH"— Zapis prezentacji:

1 BADANIA CIEPLNE URZĄDZEŃ KOTŁOWYCH

2 Cel i zakres badań Celem 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 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

3 Wstęp Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na: Odbiorcze
Eksploatacyjne Kontrolne Specjalistyczne 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).

4 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).

5 Bilans energii urządzenia kotłowego

6 Wybór metody wyznaczania sprawności cieplnej urządzeń kotłowych
Sprawność 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.

7 Wybór metody wyznaczania sprawności cieplnej urządzeń kotłowych
Sprawność 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.

8 Uzasadnienie wyboru metody określania sprawności
Badania 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, %.

9 Straty ciepła podczas pracy badanych kotłów są przedstawione w postaci rónania

10 Suma strat ciepła

11 Strata wylotowa Strata 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.

12 Strata niecałkowitego spalania Sc
Strata 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, %.

13 Strata w żużlu Sż i przesypie Sp
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.

14 Strata w lotnym popiele
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, %.

15 Strata niezupełnego spalania
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.

16 Strata do otoczenia 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.

17 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)

18 Przygotowanie i przebieg pomiarów
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

19 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.

20 Analiza składu spalin Automatyczny 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

21 Częstość odczytów wskazań przyrządów pomiarowych
Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny) Pomiar przepływu – 3 min Pomiar temperatury min

22 Problemy występujące podczas badań:
Wyznaczenie strumienia paliwa Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu Nieszczelności kanałów spalinowych Utrzymanie stałej mocy kotła Warunki atmosferyczne

23 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 % 0,13 % pył Sl 0,14 % niecałkowitego spalania Sc 2,64 % 2,79 % Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

24 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

25 Charakterystyka badanych obiektów

26 Wyniki badań: SUMA STRAT SPRAWNOŚĆ So 1,15 % Sc 3,41 % 2,64 % Sn
Rodzaj straty K1 ściany szczelne K6 So 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 %

27 Dziękuję za uwagę