Ενεργειακζσ Τεχνολογίεσ

Transcript

1 Ενεργειακζσ Τεχνολογίεσ Απόδοςθ Εγκαταςτάςεων Καφςθσ

2 Ενεργειακό Ιςοηφγιο Απόδοςθ Όπωσ ζχει αναφερκεί, το γενικό ιςοηφγιο ενζργειασ για ζνα ςφςτθμα καφςθσ είναι: HV + H f + H m + H a = Q u + Q r + Q s ι HV + H R = Q u + Q r + Q s (1) Η ςχζςθ αυτι μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τθ διερεφνθςθ τθσ απόδοςθσ του ςυςτιματοσ. Διαιςκθτικά, θ απόδοςθ μιασ ςυςκευισ όπωσ ζνασ λζβθτασ κεωρείται ωσ το ποςό τθσ χριςιμθσ κερμότθτα που εξάγεται από τθ ςυςκευι διαιροφμενο με το ποςό τθσ κερμότθτασ, υπό τθ μορφι τθσ κερμογόνου δφναμθσ του καταναλιςκόμενου καυςίμου, που παρζχεται ςτο λζβθτα. Στθ ςυγκεκριμζνθ περίπτωςθ ενόσ λζβθτα ηεςτοφ νεροφ, θ απόδοςθ δίνεται από το ρυκμό αφξθςθσ τθσ ενκαλπίασ του εργαηόμενου μζςου διαιροφμενο με το ρυκμό προςκικθσ κερμικισ ενζργειασ από το καφςιμο: mw t2 t1 θeff m HV f

3 Βακμόσ Απόδοςθσ Αν χρθςιμοποιθκεί θ κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ του καυςίμου υπολογίηεται ο κακαρόσ βακμόσ απόδοςθσ ( net efficiency ), ενϊ αν χρθςιμοποιθκεί θ κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ υπολογίηεται ο γενικευμζνοσ βακμόσ απόδοςθσ ( gross efficiency ). Ο κακαρόσ βακμόσ απόδοςθσ ζχει μεγαλφτερθ αρικμθτικι τιμι από το γενικευμζνο βακμό απόδοςθσ. Μερικοί λζβθτεσ ηεςτοφ νεροφ είναι ςχεδιαςμζνοι ϊςτε να ψφχουν τα καυςαζρια κάτω από το ςθμείου δρόςου τουσ (τυπικζσ τιμζσ γφρω ςτουσ 60 C). Αυτοί οι λζβθτεσ ςυμπφκνωςθσ επιτυγχάνουν υψθλότερουσ βακμοφσ απόδοςθσ κακϊσ ανακτοφν μζροσ τθσ λανκάνουςασ κερμότθτασ ςυμπφκνωςθσ των υδρατμϊν των καυςαερίων. Αν τα καυςαζρια ψυχκοφν ςε κερμοκραςία ςθμαντικά κάτω από το ςθμείο δρόςου, τότε ο κακαρόσ βακμόσ απόδοςθσ υπολογίηεται μεγαλφτεροσ από 100%. Γι αυτό το λόγο ο βακμόσ απόδοςθσ των ςυςτθμάτων ςυμπφκνωςθσ πρζπει να γίνεται βάςει τθσ ανϊτερθσ κερμογόνου δφναμθσ του καυςίμου.

4 Βακμόσ Απόδοςθσ Τροφοδοςία Πριν από τθν ανάπτυξθ τθσ διαδικαςίασ υπολογιςμοφ βακμοφ απόδοςθσ εγκαταςτάςεων καφςθσ, κα πρζπει να γίνει μια προςεκτικι εξζταςθ των όρων τθσ εξίςωςθσ (1) που περιγράφει το ιςοηφγιο ενζργειασ ςε μόνιμθ κατάςταςθ. (α) Ενκαλπία Αντιδρϊντων (H R ) Αν θ κερμοκραςία του αζρα και του καυςίμου είναι κοντά ςτθ κερμοκραςία αναφοράσ (25 C), τότε θ ενκαλπία των αντιδρϊντων δεν αποτελεί ςθμαντικό όρο του ιςοηυγίου. Σε άλλεσ περιπτϊςεισ, όπωσ όταν τι καφςιμο και ο αζρασ ζχουν προκερμανκεί, μπορεί να ζχει ςθμαντικι ςυνειςφορά ςτθν εξίςωςθ. Όταν χρθςιμοποιείται ατμόσ διαςποράσ, υπάρχει ςυνειςφορά ςτθν ενκαλπία των αντιδρϊντων λόγω τθσ υψθλισ του ενζργειασ. Όπωσ κα φανεί αργότερα, όταν θ κερμοκραςία του αζρα και του καυςίμου είναι διαφορετικι από τουσ 25 C, μπορεί να αντιςτακμιςτεί εν μζρει κεωρϊντασ ωσ κερμοκραςία αναφοράσ αυτιν του καυςίμου και του αζρα. Αυτό είναι αποδεκτό, υπό τον όρο ότι οι όροι ροισ κερμότθτασ κερμικισ ικανότθτασ (παροχι ειδικι κερμότθτα μίγματοσ) του μίγματοσ αζρα/καυςίμου που ειςζρχονται ςτο ςφςτθμα και τα προϊόντα τθσ καφςθσ που εξζρχεται από το ςφςτθμα είναι περίπου ίςοι.

5 Βακμόσ Απόδοςθσ Τροφοδοςία Για τισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ υπολογιςμϊν, ο αζρασ καφςθσ κεωρείται ωσ μίγμα ξθρϊν αερίων. Η ενκαλπία του αζρα καφςθσ πάνω ι κάτω από τθ κερμοκραςία αναφοράσ των 25 C προςδιορίηεται από τισ κερμότθτεσ των ςυςτατικϊν του μίγματοσ (μάηα ειδικι κερμότθτα) επί τθ διαφορά κερμοκραςίασ μεταξφ τθσ κερμοκραςίασ του μίγματοσ και των 25 C. Κατά τθν ανάπτυξθ τθσ διαδικαςίασ υπολογιςμοφ του βακμοφ απόδοςθσ ςτθν περιοχι τθσ ςυμπφκνωςθσ (λζβθτεσ ςυμπφκνωςθσ), λαμβάνεται υπόψθ και θ παρουςία υγραςίασ ςτον αζρα καφςθσ και θ ςχετικι λανκάνουςα κερμότθτα κα περιλθφκεί ςτθ ςυνολικι τιμι τθσ H R.

6 Βακμόσ Απόδοςθσ Απώλειεσ (β) Απϊλειεσ Θερμότθτασ Εγκατάςταςθσ (Q r ) Σε απλοφσ κερμοδυναμικοφσ υπολογιςμοφσ ο όροσ παραμελείται ςυχνά, κακϊσ θ μεταφορά κερμότθτασ από τισ εξωτερικζσ επιφάνειεσ του λζβθτα είναι μικρι ςε ςφγκριςθ με τθ δυναμικότθτα τθσ εγκατάςταςθσ. Ο όροσ αυτόσ είναι φκίνουςασ ςθμαςίασ όςο αυξάνει το μζγεκοσ και θ δυναμικότθτα του λζβθτα. Μια πρόχειρθ εκτίμθςθ δίνει μία τιμι περίπου 3 5% τθσ ςυνολικισ δυναμικότθτασ του λζβθτα. Προφανϊσ αυτόσ ο όροσ κα είναι φκίνουςα ςθμαςία κακϊσ το μζγεκοσ του λζβθτα αυξάνεται, αλλά μια πρόχειρθ εκτίμθςθ του αρικμοφ είναι περίπου 3-5% τθσ παραγωγισ του λζβθτα. Εάν υπάρχουν άκαυςτα ςτα καυςαζρια, αυτό ςθμαίνει απϊλεια ενζργειασ για το ςφςτθμα. Ζνασ ςθμαντικόσ ςτόχοσ του ςχεδιαςμοφ του καυςτιρα είναι να επιτυγχάνει τθν πλιρθ καφςθ των καυςίμων, ωσ εκ τοφτου καλόσ ςχεδιαςμόσ και καλι λειτουργία διατθροφν αυτόν τον όρο ςε αμελθτζα επίπεδα.

7 Καφςθ Καυςτιρασ Μία εγκατάςταςθ παραγωγισ κερμικισ ενζργειασ με καφςθ μπορεί να κεωρθκεί ωσ ζνα ςφςτθμα δφο ςυςτατικϊν. Το πρϊτο ςυςτατικό, ο καυςτιρασ, ζχει ωσ ςτόχο τθ μετατροπι τθσ χθμικισ ενζργειασ του καυςίμου ςε κερμότθτα ςτθ φλόγα όςο το δυνατόν πιο αποδοτικά. Για να γίνει αυτό, δεν πρζπει να υπάρχουν κακόλου άκαυςτα ςτα καυςαζρια και το καφςιμο πρζπει να καεί ςε μια αναλογία αζρα/καυςίμου όςο πιο κοντά ςτθ ςτοιχειομετρικι αναλογία είναι δυνατόν. Η περίςςεια αζρα απλϊσ περνάει μζςα από το ςφςτθμα ωσ αδρανζσ ςυςτατικό που κερμαίνεται ςτθ διαδικαςία, θ οποία οδθγεί αναπόφευκτα ςε μείωςθ τθσ απόδοςθσ του ςυςτιματοσ. Σε ζνα ςφςτθμα που βαςίηεται ςτθ ροι, όπωσ ζνασ οικιακόσ λζβθτασ φυςικοφ αερίου, θ ενζργεια για τθν ανάμιξθ των ροϊν καυςίμου και αζρα είναι χαμθλι, επομζνωσ χρθςιμοποιοφνται μεγάλεσ ποςότθτεσ περίςςειασ αζρα για να αποφεφγεται θ ζξοδοσ άκαυςτου καυςίμου από τον λζβθτα. Σε αυτιν τθν περίπτωςθ το άκαυςτο καφςιμο βρίςκεται ωσ μονοξείδιο του άνκρακα, επομζνωσ υπάρχουν και κζματα αςφάλειασ λόγω τοξικότθτασ πζραν τθσ κερμικισ απόδοςθσ.

8 Εναλλαγι Θερμότθτασ Το δεφτερο ςυςτατικό του ςυςτιματοσ είναι ο εναλλάκτθσ κερμότθτασ που μεταφζρει τθ κερμότθτα από τα καυςαζρια ςτο εργαηόμενο μζςο. Ο εναλλάκτθσ κερμότθτασ ζχει ζτςι ζνα αζριο ςτθν πλευρά καφςθσ του και ενδεχομζνωσ ζνα αζριο, υγρό ι υγρό ςε κατάςταςθ βραςμοφ από τθν άλλθ πλευρά. Με πρϊτθ ματιά φαίνεται ότι ο εναλλάκτθσ κερμότθτασ κα πρζπει να είναι όςο μεγάλοσ απαιτείται για να απορροφιςει όςο το δυνατόν περιςςότερθ κερμότθτα από το ςφςτθμα. Στθν πραγματικότθτα, υπάρχουν μια ςειρά από περιοριςμοφσ ςχετικά με το μζγεκοσ του εναλλάκτθ. Η αποδοτικότθτα ενόσ εναλλάκτθ κερμότθτασ εξαρτάται κυρίωσ από το ςυνολικό ςυντελεςτι μεταφοράσ κερμότθτασ και από τθν επιφάνεια εναλλαγισ (άρα το μζγεκοσ του εναλλάκτθ). Όςο μεγαλφτερθ θ επιφάνεια του εναλλάκτθ κερμότθτασ τόςο υψθλότερο κα είναι το κόςτοσ εγκατάςταςθσ, και επίςθσ κα αυξιςει τθν ενζργεια που απαιτείται για να οδθγιςει τα καυςαζρια μζςα από αυτόν (πτϊςθ πίεςθσ).

9 Εναλλαγι Θερμότθτασ Αφξθςθ του ςυντελεςτι μεταφοράσ κερμότθτασ (για παράδειγμα, μζςω ανακλαςτιρων για αφξθςθ τθσ τφρβθσ) κα αυξιςει επίςθσ τθν ενζργεια που απαιτείται απαραίτθτθ για τθ διατιρθςθ τθσ ροισ μζςω του εναλλάκτθ. Οι τελευταίοι περιοριςμοί αφοροφν τισ χαμθλζσ κερμοκραςίεσ αερίων που πρζπει να ςυνοδεφουν υψθλι ανάκτθςθ κερμότθτασ ςτον εναλλάκτθ κερμότθτασ. Η κερμοκραςία ειςόδου του υγροφ (ρευςτό προσ κζρμανςθ) πρζπει να είναι πάντα χαμθλότερθ από τθ κερμοκραςία των καυςαερίων ςτθν ζξοδο. Η ςυνζπεια αυτοφ είναι ότι οι πολφ υψθλζσ αποδόςεισ του λζβθτα μποροφν να πραγματοποιθκοφν μόνο όταν υπάρχει ηιτθςθ κερμότθτασ χαμθλισ ςτάκμθσ. Στθν περίπτωςθ αυτι, υπάρχουν λίγεσ εφαρμογζσ, αν και θ κζρμανςθ κτιρίων αποτελεί ςθμαντικι εξαίρεςθ ςε αυτό. Τζλοσ, είναι ςθμαντικό να αποφευχκεί θ πικανότθτα διάβρωςθσ που προκφπτει από μθ προγραμματιςμζνθ ςυμπφκνωςθ που ςυμβαίνει ςτθν εςτία καφςθσ, τον εναλλάκτθ κερμότθτασ ι τον καπναγωγό. Αυτι θ κεϊρθςθ είναι ιδιαίτερα ςθμαντικι για τα καφςιμα που περιζχουν κείο, κακϊσ οποιοδιποτε τζτοιο ςυμπφκνωμα είναι όξινο και ςυνεπϊσ εξαιρετικά διαβρωτικό.

10 Άμεςοσ Προςδιοριςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Οι απαιτοφμενεσ βαςικζσ μετριςεισ είναι θ παροχι και οι κερμοκραςίεσ του κερμαινόμενου ρευςτοφ κατά τθν είςοδο (επιςτροφι) και τθν ζξοδο (ροι) και τθν παροχι του καυςίμου. Η τιμι του βακμοφ απόδοςθσ που επιτυγχάνεται από τζτοιεσ δοκιμζσ εξαρτάται από τρεισ παράγοντεσ: τθν παροχι του ρευςτοφ, τθ κερμοκραςία επιςτροφισ και τθ φόρτιςθ τθσ εγκατάςταςθσ, το οποίο κα κακορίςει τθν ταχφτθτα παροχισ καυςίμου. Είναι ςαφζσ ότι θ χαμθλι κερμοκραςία επιςτροφισ μαηί με υψθλι παροχι δίνει χαμθλι μζςθ κερμοκραςία υγροφ ςτθν ψυχρι πλευρά του εναλλάκτθ κερμότθτασ, μεγιςτοποιϊντασ ζτςι τθν ταχφτθτα μεταφοράσ κερμότθτασ. Οι περιςςότεροι λζβθτεσ μικροφ μεγζκουσ ζχουν απλό τρόπο λειτουργίασ ενεργοποίθςθσ/απενεργοποίθςθσ, ςτον οποίο ο καυςτιρασ είτε λειτουργεί ςε ςτακερι παροχι καυςίμου είτε απενεργοποιείται. Η υςτζρθςθ που είναι εγγενισ ςε τζτοιου τφπου ρφκμιςθ δίνει μια μεταβολι τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ ςτο λζβθτα γφρω από το ςθμείο ρφκμιςθσ.

11 Άμεςοσ Προςδιοριςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Η μεταβολι τθσ απόδοςθσ με το φορτίο είναι διαφορετικι για ζναν τυπικό οικιακό λζβθτα (διακόπτθσ on/off) και μια μεγαλφτερθ μονάδα εμπορικοφ μεγζκουσ (ςυνεχισ διαμόρφωςθ τθσ ςχζςθσ αζρα/καυςίμου). Φαίνεται ότι ο βακμόσ απόδοςθσ μειϊνεται ςθμαντικά ςτισ χαμθλζσ φορτίςεισ των λεβιτων.

12 Ζμμεςοσ Προςδιοριςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Ο ζμμεςοσ προςδιοριςμόσ του βακμοφ απόδοςθσ βαςίηεται ςε ενδείξεισ που επιτρζπουν τθ ςυςχζτιςθ των απωλειϊν κερμότθτασ (ενκαλπίασ) ςτα καυςαζρια (ανά μονάδα μάηασ καυςίμου) με τθν κερμογόνο δφναμθ του καυςίμου. Με αναδιάταξθ τθσ εξίςωςθσ (1), και υποκζτοντασ ότι το Q r είναι αμελθτζο, προκφπτει: HV = (Q s H R ) + Q u Ο όροσ ςτθν παρζνκεςθ αντιπροςωπεφει τθ διαφορά μεταξφ τθσ ενκαλπίασ του μίγματοσ αζρα/καυςίμου και τθσ ενκαλπίασ των προϊόντων καφςθσ, μετροφμενθ ωσ προσ τθ κερμοκραςία αναφοράσ των 25 C. Δεδομζνου ότι o βακμόσ απόδοςθσ του ςυςτιματοσ ορίηεται από το λόγο Q u /HV, θ ςχζςθ μπορεί να γραφεί ωσ: Qs HR θeff 1 HV Γνωρίηοντασ τθ κερμογόνο δφναμθ του καυςίμου, πρζπει να προςδιοριςτοφν οι τιμζσ των Q s και H R. Για να υπολογιςτοφν αυτζσ οι τιμζσ, είναι απαραίτθτθ θ γνϊςθ τθσ κερμοκραςίασ και τθ ςφςταςθσ των καυςαερίων και του μίγματοσ αζρα/καυςίμου.

13 Ζμμεςοσ Προςδιοριςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Πρζπει να ιςχφουν οι ακόλουκεσ ςυνκικεσ: Είναι γνωςτι θ ςφςταςθ του καυςίμου. Η καφςθ είναι πλιρθσ. Υπάρχει αμελθτζο μονοξείδιο του άνκρακα ςτα καυςαζρια. Η μζτρθςθ οποιουδιποτε από τα ςυςτατικά που υπάρχουν ςτα καυςαζρια κα επιτρζψει τον υπολογιςμό τθσ ςχζςθσ αζρα/καυςίμου κατά τθν είςοδο, μαηί με τθ ςφςταςθ των καυςαερίων. Αφοφ γίνει γνωςτι θ ςφςταςθ των καυςαερίων, είναι γνωςτι θ μάηα κάκε ςυςτατικοφ και επομζνωσ θ ενκαλπία των καυςαερίων πάνω από το ςθμείο αναφοράσ. Τα καυςαζρια κα περιζχουν και μια ςυγκεκριμζνθ μάηα υδρατμϊν. Εάν ςτθν ενκαλπία των καυςαερίων περιλαμβάνεται και ο όροσ τθσ λανκάνουςασ κερμότθτασ αυτϊν των υδρατμϊν, τότε πρζπει να χρθςιμοποιθκεί θ τιμι τθσ ανϊτερθσ κερμογόνου δφναμθσ του καυςίμου και το αποτζλεςμα κα είναι ο γενικευμζνοσ βακμόσ απόδοςθσ τθσ εγκατάςταςθσ.

14 Υπολογιςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Παράδειγμα 1: Ζνασ λζβθτασ που χρθςιμοποιεί προπάνιο λειτουργεί εγκατεςτθμζνοσ ςε χϊρο όπου θ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ είναι 15 C. Οι μετριςεισ ςτθν ζξοδο του λζβθτα ζδειξαν κερμοκραςία καυςαερίων 240 C και 9% O 2. Να υπολογιςτεί ο γενικευμζνοσ και ο κακαρόσ βακμόσ απόδοςθσ του λζβθτα. Η κατϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ του προπανίου είναι 46,48 MJ/kg. Λφςθ: Σε αυτιν τθν άςκθςθ κα χρειαςτοφν δεδομζνα τόςο ογκομετρικισ ςφςταςθσ όςο και ςφςταςθσ κατά μάηα. Η ςτοιχειομετρικι εξίςωςθ τθσ καφςθσ χρθςιμοποιείται ωσ ςθμείο εκκίνθςθσ: C 3 H 8 + 5O N 2 3CO 2 + 4H 2 O N 2 1 kg 3,636 11,97 3 1,636 11,97 Τα καυςαζρια περιζχουν: 3 όγκουσ CO 2 18,81 όγκουσ N 2 x όγκουσ περίςςειασ αζρα, που αποτελοφνται από 0,21 x όγκουσ O 2 and 0.79 x όγκουσ N 2

15 Υπολογιςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Επομζνωσ, αφοφ τα καυςαζρια περιζχουν 9% O x 100 x 3 18,81 θ επίλυςθ δίνει: x = 16,36 όγκοι αζρα Ο ςτοιχειομετρικά απαιτοφμενοσ αζρασ είναι: 5 23,81 όγκοι 0,21 16,36 επομζνωσ θ περίςςεια αζρα είναι: 100% 66,7% 23,81 Οι ποςότθτεσ αντιδρϊντων και προϊόντων ςε βάςθ μάηασ είναι: Αντιδρϊντα: 1 kg C 3 H 8 3,636 kg ςτοιχειομετρικό O 2 2,50 kg περίςςεια O 2 20,19 kg N 2

16 Υπολογιςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Προϊόντα: 3 kg CO 2 1,636 kg H 2 O 2,5 kg O 2 20,19 kg N 2 Υπολογιςμόσ ενκαλπιϊν αντιδρϊντων και προϊόντων Αντιδρϊντα (μζςθ κερμοκραςία 25 C) ειδικζσ κερμότθτεσ (kj/kg K): C 3 H 8 1,60 O 2 0,91 N 2 1,04 H R = (15 25) {(1 1,60) + (6,1 0,91) + (20,19 1,04)} = kj/kg καυςίμου Προϊόντα (μζςθ κερμοκραςία 133 C): ειδικζσ κερμότθτεσ (kj/kg K): CO 2 0,94 kj/kg/k H 2 O 1,92 O 2 0,95 N 2 1,05

17 Υπολογιςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ H P = (240 25) {(3,0 0,94) + (1,636 1,92) + (2,5 0,95) + (20,19 1,05)} = 6.350,2 kj/kg καυςίμου H P H R = 6.350, ,5 = 6.731,7 kj/kg καυςίμου Η μζςθ κερμοκραςία ςε αυτι τθ κερμοκραςιακι περιοχι ( ) είναι 113 C και οι ειδικζσ κερμότθτεσ (kj/kg K) ςε ςε αυτι τθ κερμοκραςία είναι: CO 2 0,92 H 2 O 1,90 O 2 0,94 N 2 1,04 Επομζνωσ: H P H R = (240 15) {(3,0 0,92) + (1,036 1,90) + (2,5 0,94) + (20,19 1,04)} = kj/kg καυςίμου Το ςφάλμα που προκφπτει από αυτι τθν παραδοχι, που οφείλεται ςτισ κερμοχωρθτικότθτεσ (μάηα ειδικι κερμότθτα) των ςυςτατικϊν των καυςαερίων που διαφζρουν από εκείνεσ του αζρα και του καυςίμου, ανζρχεται ςε περίπου 1% ςε αυτιν τθν περίπτωςθ.

18 Υπολογιςμόσ Βακμοφ Απόδοςθσ Ο κακαρόσ βακμόσ απόδοςθσ του λζβθτα υπολογίηεται: (H P H R) 6.731,7 θeff,n 1 100% 1 100% 85,5% NHV Για να υπολογιςτεί ο γενικευμζνοσ βακμόσ απόδοςθσ, πρζπει να προςτεκεί θ λανκάνουςα κερμότθτα των υδρατμϊν που ιςοφται με τθ μάηα των παραγόμενων υδρατμϊν (1,636 kg ανά kg καυςίμου) πολλαπλαςιαςμζνθ επί τθ λανκάνουςα κερμότθτα εξάτμιςθσ του νεροφ ςτουσ 25 C (2.422 kj/kg), δθλαδι kj. Ο όροσ (H P H R ) γίνεται τϊρα (6.731, ) = ,7 kj και θ ανϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ του καυςίμου είναι ( ) = kj/kg. Ο γενικευμζνοσ βακμόσ απόδοςθσ του λζβθτα είναι: ,7 θeff,g 1 100% 78,9%

19 Βακμόσ Απόδοςθσ και Θερμοκραςία Καυςαερίων Η κερμοκραςία εξόδου των καυςαερίων από τθν εγκατάςταςθ καφςθσ κακορίηει ςαφϊσ το βακμό απόδοςθσ: παραλείποντασ τισ παράπλευρεσ απϊλειεσ ςτο περιβάλλον, όςο χαμθλότερθ είναι θ κερμοκραςία των προϊόντων καφςθσ κατά τθν ζξοδο, τόςο μεγαλφτεροσ κα είναι ο βακμόσ απόδοςθσ του ςυςτιματοσ. Η ςχζςθ μεταξφ του βακμοφ απόδοςθσ και τθσ κερμοκραςίασ των καυςαερίων για ζνα ςφςτθμα καφςθσ με ςτακερι περίςςεια αζρα είναι πτωτικι όςο αυξάνει θ κερμοκραςία εξόδου των καυςαερίων.

20 Σθμείο Δρόςου Καυςαερίων Ζνασ από τουσ απλοφςτερουσ τρόπουσ εφρεςθσ τθσ κερμοκραςίασ ςθμείου δρόςου των καυςαερίων βαςίηεται ςτο ογκομετρικό ποςοςτό υδρατμϊν ςτα προϊόντα καφςθσ. Με βάςθ τουσ νόμουσ των ιδανικϊν αερίων, αν x% το ποςοςτό ςτο μίγμα αερίων δεδομζνου ςυςτατικοφ (π.χ. υδρατμοί), τότε κα αςκοφν το x% τθσ ςυνολικισ πίεςθσ του μίγματοσ. Για παράδειγμα, αν θ ςφςταςθ των υγρϊν καυςαερίων περιζχει 10% υδρατμοφσ και τα καυςαζρια είναι ςε ατμοςφαιρικι πίεςθ, τότε θ μερικι πίεςθ των υδρατμϊν είναι 0,1 atm. Οι υδρατμοί κα αρχίςουν να ςυμπυκνϊνονται όταν θ κερμοκραςία πζςει ςε τζτοιο επίπεδο ϊςτε θ μερικι πίεςθ να είναι ίςθ με τθν πίεςθ κορεςμοφ των ατμϊν ςε αυτι τθ κερμοκραςία.

21 Σθμείο Δρόςου Καυςαερίων Η ςχζςθ μεταξφ πίεςθσ κορεςμοφ ατμϊν και κερμοκραςίασ λαμβάνεται ςυνικωσ από πίνακεσ ατμοφ. Εναλλακτικά, θ πίεςθ κορεςμοφ ατμϊν (ςε kpa) μπορεί να υπολογιςτεί από: ,31 logp s = 30, ,2logT + 2, T (2) Τ όπου: P s = πίεςθ κορεςμοφ (kpa) T = κερμοκραςία (K) Κατά τθν εξζταςθ τθσ ςυμπφκνωςθσ υδρατμϊν από τα καυςαζρια, είναι ςκόπιμο (και πιο ακριβζσ) να λαμβάνεται υπόψθ θ υγραςία που υπάρχει ςτον αζρα καφςθσ. Συνικωσ ποςοτικοποιείται θ υγραςία τθσ ατμόςφαιρασ με βάςθ τθ ςχετικι υγραςία του αζρα. Η ςχετικι υγραςία είναι μια ιδιότθτα που επθρεάηει τθν αίςκθςθ άνεςθσ. Εάν θ ςχετικι υγραςία είναι μικρότερθ από 30%, το περιβάλλον κα φαίνεται υπερβολικά ξθρό, εάν θ ςχετικι υγραςία αυξθκεί πάνω από 70%, δθμιουργείται πνιγερι ατμόςφαιρα με αίςκθςθ ζωσ και δυςφορίασ.

22 Σθμείο Δρόςου Καυςαερίων Η περιεκτικότθτα ςε υγραςία ςυμβολίηεται ςυχνά ωσ g και ορίηεται ωσ θ μάηα υδρατμϊν (ςε kg) ςυνδεδεμζνθ με 1 kg ξθροφ αζρα. Η περιεκτικότθτα ςε υγραςία κατά τον κορεςμό μπορεί να υπολογιςτεί, με ικανοποιθτικι ακρίβεια από τθ ςχζςθ: 0,624 Ps gs P 1,004 P atm s Αν το αζριο μίγμα βρίςκεται ςε ατμοςφαιρικι πίεςθ (1,01325 bar) θ ςχζςθ αυτι γίνεται: 0,624 Ps g s (3) 1, ,004 P s Για παράδειγμα, ςτουσ 15 C θ πίεςθ κορεςμοφ του αζρα ςε νερό είναι 0,01704 bar. Η αντικατάςταςθ τθσ τιμισ αυτισ ςτθν εξ. (3) δίνει περιεκτικότθτα ςε υγραςία 0,017 kg H 2 O/kg ξθροφ αζρα. Μια τυπικι τιμι για τθ ςχετικι υγραςία του ατμοςφαιρικοφ αζρα είναι 60%. Ο αζρασ με ςχετικι υγραςία 60% ςε κερμοκραςία 15 C κα ζχει περιεκτικότθτα ςε υγραςία περίπου 0,01 kg/kg.

23 Σθμείο Δρόςου Καυςαερίων Παράδειγμα 2: Να υπολογιςτεί το ςθμείο δρόςου των καυςαερίων από τθν καφςθ προπανίου με 25% περίςςεια αζρα (όπωσ ςτο Παράδειγμα 1 τθσ ενότθτασ). Λφςθ: Από τον υπολογιςμό ςτο Παράδειγμα 1, θ ςτοιχειομετρικι καφςθ 1 kg προπανίου απαιτεί 15,6 kg αζρα (που είναι ξθρόσ). Για περιεκτικότθτα ςε υγραςία 0,01 kg/kg ξθροφ αζρα, αυτι θ ποςότθτα αζρα κα περιζχει 0,156 kg υδρατμϊν. Αν το καφςιμο καίγεται με 25% περίςςεια αζρα, κα εμφανιςτοφν 0,195 kg υδρατμϊν ςτο καυςαζριο από τθν παροχι αζρα. Επομζνωσ, θ ςυνολικι ποςότθτα υδρατμϊν ςτα καυςαζρια κα είναι: Από τθν καφςθ του καυςίμου: 1,636 kg Από τον αζρα: 0,195 kg Σφνολο: 1,831 kg

24 Σθμείο Δρόςου Καυςαερίων Η καφςθ 1 kg C 3 H 8 παράγει: 3,0 kg CO 2 1,831 kg H 2 O 0,909 kg O 2 ( ) 14,96 kg N 2 ( ) Ο αρικμόσ των moles κάκε ςυςτατικοφ είναι: CO 2 (3,0/44) 0,068 H 2 O (1,831/18) 0,102 O 2 (0,909/32) 0,028 N 2 (14,96/28) 0,534 Σφνολο 0,732 Το γραμμομοριακό κλάςμα των υδρατμϊν είναι: 0,102/0,732 = 0,139. Η μερικι πίεςθ των υδρατμϊν ςτα καυςαζρια είναι: 0,139 1,01325 = 0,141 bar. Από πίνακεσ ατμοφ θ αντίςτοιχθ κερμοκραςία κορεςμοφ είναι 52,6 C. Επομζνωσ το ςθμείο δρόςου των καυςαερίων είναι 52,6 C.

25 Βακμόσ Απόδοςθσ Λζβθτα Συμπφκνωςθσ Η ςθμαςία του ςθμείου δρόςου, όςον αφορά τθν απόδοςθ ενόσ λζβθτα, είναι ότι εάν τα προϊόντα καφςθσ ψφχονται κάτω από αυτι τθ κερμοκραςία, κα αξιοποιθκεί και θ λανκάνουςα κερμότθτα ςυμπφκνωςθσ πζραν τθσ αιςκθτισ κερμότθτασ κατά τθν ψφξθ των καυςαερίων. Ο βακμόσ απόδοςθσ ενόσ λζβθτα ςτθ ηϊνθ ςυμπφκνωςθσ μπορεί να υπολογιςτεί απευκείασ από το ιςοηφγιο ενζργειασ, ςυμπεριλαμβάνοντασ τον όρο τθσ λανκάνουςασ κερμότθτασ ςτθν εξίςωςθ: (H P H R) θeff,g 1 100% HHV Η κερμοκραςία αναφοράσ για τουσ όρουσ HV και H R είναι 25 C. Αυτό οδθγεί ςτθν ακόλουκθ ζκφραςθ για τθν αιςκθτι κερμότθτα τθσ ενκαλπίασ των αντιδρϊντων: (m C P) R(t 25) Η παρουςία υδρατμϊν μπορεί να λθφκεί υπόψθ ςε όρουσ κερμοδυναμικισ προςκζτοντασ ςτθν αιςκθτι κερμότθτα ζναν όρο λανκάνουςασ κερμότθτασ ίςο με τθ μάηα των υφιςτάμενων υδρατμϊν επί τθ λανκάνουςα κερμότθτα εξάτμιςθσ του νεροφ ςτουσ 25 C (2.442 kj/kg).

26 Βακμόσ Απόδοςθσ Λζβθτα Συμπφκνωςθσ Αυτό δίνει τθν ακόλουκθ ςχζςθ ζκφραςθ για τθν αξιολόγθςθ τθσ ςυνολικισ (αιςκθτι + λανκάνουςα) ενκαλπίασ του μίγματοσ αερίων: H (m C ) (t 25) 2.442m P R H O 2 Η πίεςθ κορεςμοφ ατμϊν P s μπορεί να βρεκεί από πίνακεσ ατμοφ ι τθν εξίςωςθ (2), αλλά είναι απαραίτθτο να βρεκεί θ αντίςτοιχθ μάηα υδρατμϊν ςτο μίγμα αερίων. Υποκζτοντασ ότι υπάρχουν n moles υδρατμϊν και N moles ξθρϊν καυςαερίων και ότι θ ςυνολικι πίεςθ του ςυςτιματοσ είναι P τότε ςτθν κατάςταςθ κορεςμοφ s μπορεί να γραφτεί θ ακόλουκθ ζκφραςθ για τθν πίεςθ κορεςμοφ ατμϊν P s : Ps ns P ns N θ οποία μπορεί να γραφεί και ωσ: Ps ns N PPs Οπότε θ μάηα υδρατμϊν ςε κορεςμό που υπάρχει ςτα προϊόντα είναι: 18 Ps ms N PP s

27 Βακμόσ Απόδοςθσ Λζβθτα Συμπφκνωςθσ Παράδειγμα 3: Να υπολογιςτεί ο βακμόσ απόδοςθσ ενόσ λζβθτα που χρθςιμοποιεί προπάνιο με 25% περίςςεια αζρα όταν τα καυςαζρια ψφχονται ςτουσ 40 C. Λφςθ: Οι ςτοιχειομετρικζσ ποςότθτεσ ζχουν υπολογιςτεί ςτα προθγοφμενα παραδείγματα, οπότε κα χρθςιμοποιθκοφν αυτζσ οι τιμζσ. Τα ξθρά προϊόντα τθσ καφςθσ είναι: μάηα (kg) MΒ moles CO 2 3,0 44 0,0682 O 2 0, ,0284 N 2 14, ,5343 Σφνολο (N) 0,6309 Η πίεςθ κορεςμοφ των υδρατμϊν ςτουσ 40 C είναι 0,07375 bar (από πίνακεσ ατμϊν). Η αντίςτοιχθ μάηα νεροφ ςτα καυςαζρια είναι: 18P 180,07375 s mho N 0,6309 0,891 kg 2 P Ps 1, ,07375

28 Βακμόσ Απόδοςθσ Λζβθτα Συμπφκνωςθσ Η ςυνολικι μάηα του νεροφ που παράγεται είναι 1,831 kg και οι ειδικζσ κερμότθτεσ των αερίων (και του ατμοφ) είναι: CO H 2 O 1.87 O N Η ενκαλπία των προϊόντων, ςυμπεριλαμβανομζνθσ τθσ λανκάνουςασ κερμότθτασ ωσ προσ τθ κερμοκραςία αναφοράσ των 25 C είναι: H P = (40 25) {(3 0,86) + (1,831 1,87) + (0,909 0,91) + (14,96 1,04)} + (0, ) = kj/kg καυςίμου Η ενκαλπία των αντιδρϊντων για το ςυγκεκριμζνο ςφςτθμα είναι: H R = (15 25) {(1 1,60) + (0,1951 1,87) + (4,545 0,91) + (14,96 1,04)} + (0, ) = 190,6 kj/kg καυςίμου Επομζνωσ: H P H R = ,6 = 2.320,4 kj/kg Η ανϊτερθ κερμογόνοσ δφναμθ του προπανίου είναι kj/kg, επομζνωσ ο γενικευμζνοσ βακμόσ απόδοςθσ είναι: (H P H R) 2.320,4 θeff,g 1 100% 1 100% 95,4% HHV

29 Βακμόσ Απόδοςθσ Λζβθτα Συμπφκνωςθσ Η καμπφλθ του γενικευμζνου βακμοφ απόδοςθσ αυτοφ του ςυςτιματοσ ςυναρτιςει τθσ κερμοκραςίασ του νεροφ ειςόδου εμφανίηει απότομθ αςυνζχεια ςτο ςθμείο δρόςου των καυςαερίων κακϊσ αρχίηει να πραγματοποιείται θ ςυμπφκνωςθ και ςτθ ςυνζχεια θ καμπφλθ γίνεται αςυμπτωτικι ςε πολφ χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Υπάρχει μια μικρι απόκλιςθ από το 100%, ακόμθ και όταν τα καυςαζρια ψυχκοφν ςτθ κερμοκραςία αναφοράσ των 25 C. Η διαφορά οφείλεται ςτθν ικανότθτα του αζρα καφςθσ και των καυςαερίων να ςυγκρατοφν υδρατμοφσ. Στο Παράδειγμα 3 ο αζρασ καφςθσ περιείχε το 60% των υδρατμϊν που μποροφςε να ςυγκρατιςει και θ ψφξθ των καυςαερίων κάτω από τουσ 25 C δε ςυμπυκνϊνει όλουσ τουσ υδρατμοφσ που παράχκθκαν από τθν καφςθ του καυςίμου, αν και θ λανκάνουςα κερμότθτα που ςχετίηεται με αυτοφσ τουσ υδρατμοφσ ςυμπεριλαμβάνεται ςτθν κατϊτερθ κερμογόνο δφναμθ του καυςίμου.

30 Βακμόσ Απόδοςθσ Εγκατάςταςθσ (%) Βακμόσ Απόδοςθσ Λζβθτα Συμπφκνωςθσ Περιοχι Χωρίσ Συμπφκνωςθ Σθμείο Δρόςου 88 Περιοχι Συμπφκνωςθσ Θερμοκραςία Νεροφ Ειςόδου ( C)

31 Όξινο Σθμείο Δρόςου Τα περιςςότερα υγρά και τα ςτερεά καφςιμα περιζχουν κειοφχεσ ενϊςεισ. Οι κειοφχεσ ενϊςεισ παραμζνουν μετά τα ςτάδια τθσ επεξεργαςίασ των καυςίμων και κατά τθν καφςθ παράγουν οξείδια του κείου (SOx). Τα οξείδια του κείου αποτελοφν ςυςτατικά των καυςαερίων όλων των καυςαερίων που περιζχουν κείο. Θειοφχεσ ενϊςεισ ςτα καυςαζρια: Μονοξείδιο του κείου (SO) Πρϊτο ςτάδιο οξείδωςθσ Μικρι διάρκεια ηωισ, οξειδϊνεται άμεςα ςε SO 2 Διοξείδιο του κείου (SO 2 ) Το SO 2 παράγεται ςτθ φλόγα με ρυκμό αντίςτοιχο αυτοφ του H 2 O, και γρθγορότερα από το CO 2, και θ ςυγκζντρωςι του αυξάνει γριγορα μεταξφ 200 και 2000 ppm. Το SO 2 μπορεί να αντιδράςει με H 2 O προσ παραγωγι κειϊδουσ οξζοσ (H 2 SO 3 ): SO 2 H2O H2SO3 Η ποςότθτα του H 2 SO 3 που παράγεται δεν είναι προβλθματικι λόγω πολφ μικρισ διαλυτότθτασ ςτο νερό ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ που μειϊνεται ςε υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ.

32 Όξινο Σθμείο Δρόςου Τριοξείδιο του κείου (SO 3 ) Η περαιτζρω οξείδωςθ του SO2 οδθγεί ςτο ςχθματιςμό SO 3 Η μετατροπι του SO 2 ςε SO 3 ςε ςυνικθ ςυςτιματα καφςθσ ποικίλει, ανάλογα με το είδοσ τθσ εγκατάςταςθσ: Σε ατμολζβθτεσ οι τιμζσ κυμαίνονται ςυνικωσ μεταξφ 0,5% και 2,5%, με ςυγκεντρϊςεισ SO 3 ςυνικωσ κάτω από τα 50 ppm. Οι μεγάλοι ατμολζβθτεσ παρουςιάηουν μετατροπι κοντά ςτο 1%. Στα καυςαζρια των αεριοςτροβίλων θ ςυγκζντρωςθ του SO 3 βρίςκεται ςυνικωσ μεταξφ 7 και 11 ppm λόγω μεγάλθσ αραίωςθσ. Ζχουν αναφερκεί όμωσ και περιπτϊςεισ με βακμό μετατροπισ ζωσ 20%. Υπολογιςμοί βαςιςμζνοι ςτθ κερμοδυναμικι δείχνουν ότι θ κεωρθτικι μετατροπι SO 2 ςε SO 3 ςτθ κερμοκραςία τθσ φλόγασ είναι μικρότερθ από 0,1%. Ο άμεςοσ ςχθματιςμόσ SO3 λόγω αντίδραςθσ με οξυγόνο SO 2 O SO 3 SO 2 O 2 SO 3 O είναι ςχεδόν απόλυτα μετατοπιςμζνθ προσ τα αριςτερά ςε τυπικζσ κερμοκραςίεσ καφςθσ (πάνω από C), επομζνωσ θ μετατροπι του SO 2 ςε SO 3 κεωρθτικά είναι πολφ μικρι.

33 Όξινο Σθμείο Δρόςου Στισ κερμικζσ εγκαταςτάςεισ θ ποςότθτα του SO 3 που παράγεται ςτθ φλόγα είναι μεγαλφτερθ τθσ προβλεπόμενθσ από τθν ιςορροπία μεταξφ SO 2 και οξυγόνου ςτθ κερμοκραςία τθσ φλόγασ. Επομζνωσ θ αντίδραςθ υποβοθκείται από τθν φπαρξθ αςτακϊν ςυςτατικϊν ςτθ φλόγα. Η μετατροπι του SO 2 ςε SO 3 εξαρτάται από αρκετζσ παραμζτρουσ: Περίςςεια οξυγόνου: Σε ςχζςεισ αζρα/καυςίμου κάτω από το ςτοιχειομετρικό δεν παράγεται κακόλου SO 3, ενϊ αφξθςθ του οξυγόνου από 0 ςε 1% περίςςεια, προκαλεί απότομθ αφξθςθ και καμία ςθμαντικι αφξθςθ από εκεί και μετά. Περιεκτικότθτα του καυςίμου ςε κείο: Όςο χαμθλότερθ είναι θ περιεκτικότθτα του καυςίμου ςε κείο, άρα χαμθλότερθ και θ ποςότθτα του SO 2, τόςο υψθλότερθ είναι θ μετατροπι ςε SO 3. Η μετατροπι ςε SO 3 δεν εξαρτάται από τθν αρχικι ςυγκζντρωςθ του SO 2. Καταλυτικι δράςθ ςυςτατικϊν: Κατά τθν καφςθ μαηοφτ, ςθμαντικό ρόλο ςτθ μετατροπι του SO 2 ςε SO 3 παίηει θ ετερογενισ κατάλυςθ από χαλφβδινεσ επιφάνειεσ και το πεντοξείδιο του βαναδίου (V 2 O 5 ). Επίςθσ ζχει παρατθρθκεί αφξθςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ SO 3 λόγω τθσ φπαρξθσ αποκζςεων τζφρασ και άλλων ςωματιδίων.

34 Όξινο Σθμείο Δρόςου O ςχθματιςμόσ SO 3 ςε μεγάλουσ ατμολζβθτεσ καταλφεται από αποκζςεισ τζφρασ και άνκρακα ςτουσ αυλοφσ ( C). Όταν αφαιρεκοφν αυτζσ οι αποκζςεισ, μειϊνεται θ μετατροπι του SO 2 ςε SO 3 Διεργαςίεσ ανάμιξθσ και καφςθσ Χρόνοσ παραμονισ των καυςαερίων ςτο ςφςτθμα Σχεδιαςμόσ του καυςτιρα Τα καυςαζρια περιζχουν πάντα υδρατμοφσ. Το SO 3 και το νερό ζχουν μεγάλθ ςυνάφεια μεταξφ τουσ: Όταν οι κερμοκραςίεσ μειϊνονται ςτο ςθμείο δρόςου, τα δφο ςυνδυάηονται γριγορα για να ςχθματίςουν κειικό οξφ (H 2 SO 4 ). Το ςυμπυκνωμζνο κειικό οξφ ζχει επίςθσ ιςχυρι ςυνάφεια με το νερό ςτο βακμό που οι ςυγκεντρϊςεισ κειικοφ οξζοσ που εμφανίηονται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ ςθμείου δρόςου είναι ζντονα διαβρωτικζσ. Περαιτζρω, αν το αζριο ψφχεται κάτω από αυτό το ςθμείο δρόςου με ακτινοβολία ι ςυναγωγι, ςχθματίηεται ζνα νζφοσ διαβρωτικϊν ςταγονιδίων οξζοσ που είναι πολφ διαβρωτικι για τουσ εναλλάκτεσ κερμότθτασ.

35 Όξινο Σθμείο Δρόςου Κατά τθν καφςθ, μζροσ του αηϊτου οξειδϊνεται προσ διοξείδιο του αηϊτου (ΝΟ 2 ). Το ΝΟ 2 ςτον καπναγωγό αντιδρά επίςθσ με νερό για να δϊςει νιτρικό οξφ (HNO 3 ) και με διοξείδιο του κείου και νερό για να ςχθματιςτεί περιςςότερο κειικό οξφ: SO3 H2O H2SO 4 4NO 2H O O 4HNO NO2 SO2 H2O H2SO4 NO Το όξινο ςθμείο δρόςου ορίηεται ωσ θ υψθλότερθ κερμοκραςία ςτθν οποία οι ατμοί H 2 SO 4 (SO 3 + H 2 O) βρίςκονται ςε ιςορροπία με υγρό H 2 SO 4 ςε δεδομζνθ πίεςθ. Τυπικζσ τιμζσ είναι γφρω ςτουσ 130 C, και αυξάνουν (δθλαδι προκαλείται ευκολότερα ςυμπφκνωςθ) κακϊσ αυξάνουν οι ποςότθτεσ SO 3 και υγραςίασ ςτα καυςαζρια. Επίςθσ θ κερμοκραςία του όξινου ςθμείου δρόςου μπορεί να αυξθκεί από τθν παρουςία ςτερεϊν ςωματιδίων ςτα καυςαζρια.

36 Υπολογιςμόσ Όξινου Σθμείου Δρόςου Για τθ ςφςταςθ των καυςαερίων αναφορικά με τισ κειοφχεσ ενϊςεισ, πρζπει να εξεταςτεί θ ιςορροπία μεταξφ O 2, SO 2 και SO 3. Η ιςορροπία εκφράηεται μζςω των μερικϊν τουσ πιζςεων: pso 3 (4) KP 0.5 pso p 2 O2 Η ςτακερά ιςορροπίασ υπολογίηεται από τθ ςχζςθ: ,0031 lnkp 10,942T* 0,0702T* 0,0108 T* ln1000 T* T* T* (5) όπου: Τ* = Τ(Κ)/1000 Ο ςχθματιςμόσ SO 3 ευνοείται ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ, αλλά όχι κάτω από τουσ C, γιατί απαιτεί υψθλι ενζργεια ενεργοποίθςθσ. Επομζνωσ κεωρείται ότι θ ςυγκζντρωςθ SO 3 ςτα καυςαζρια ιςοφται με τθ ςυγκζντρωςθ ιςορροπίασ ςτουσ C.

37 Υπολογιςμόσ Όξινου Σθμείου Δρόςου Σχζςθ Haase: tdp ,6 logpso 18,7 logp (6) 3 H2O όπου: t DP = ςθμείο δρόςου, C p = μερικι πίεςθ, atm Επειδι θ εξίςωςθ [4] εμφανίηει ςφάλματα ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, προτάκθκε θ ακόλουκθ ςχζςθ, για τθ διόρκωςθ των ςφαλμάτων (ςχζςθ Verhoff Vanchero): 1 0, , lnph 2O 0, lnpso 3 tdp 273 (7) 0, lnp lnp H O SO 2 3 όπου: t DP = ςθμείο δρόςου, C p = μερικι πίεςθ, mmhg Η ςχζςθ Verhoff Vanchero (εξ. 5) ζχει κετικι απόκλιςθ τουλάχιςτον 4 C ςτθν περιοχι C ενϊ ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ προβλζπει ςθμεία δρόςου πολφ χαμθλότερα από τα πραγματικά. Σχζςθ Okkes: 2,19 t (8) DP 203,25 27,6 logph 2O logpso 1,06 (logp 3 SO 8) 3 όπου: t DP = ςθμείο δρόςου, C p = μερικι πίεςθ, atm

38 Υπολογιςμόσ Όξινου Σθμείου Δρόςου Παράδειγμα 4: Να υπολογιςτεί το ςθμείο δρόςου των καυςαερίων αερίου καυςίμου με ςφςταςθ: 75% CH 4, 4,3% C 2 H 6, 1,3% C 3 H 8, 0,4% C 4 H 10, 17,3% N 2 και 1,7% H 2 S. Η περίςςεια αζρα ιςοφται με 10%. Λφςθ Η ςφςταςθ του αερίου καυςίμου ςτα επιμζρουσ ςυςτατικά είναι θ ακόλουκθ: moles C H N S CH 4 0,750 0,750 3,000 C 2 H 6 0,043 0,086 0,258 C 3 H 8 0,013 0,039 0,104 C 4 H 10 0,004 0,016 0,040 N 2 0,173 0,346 H 2 S 0,017 0,034 0,017 Σφνολο 1,000 0,891 3,436 0,346 0,017 Στοιχειομετρικά απαιτοφμενο Ο 2 : 0, ,436/4 + 0,017 = 1,767 moles Συνολικό O 2 : 1,1 1,767 = 1,944 N 2 αζρα: 3,76 1,944 = 7,308

39 Υπολογιςμόσ Όξινου Σθμείου Δρόςου Η ςφςταςθ των καυςαερίων για καφςθ με 10% περίςςεια αζρα είναι θ ακόλουκθ: Συςτατικό moles Αναλογία Μερικι Πίεςθ (atm) (mmhg) CO 2 0,891 0,0866 0, ,85 H 2 O 1,718 0,1670 0, ,96 N 2 7,481 0,7275 0, ,88 O 2 0,177 0,0172 0, ,06 SO 2 0,017 0,0017 0,0017 1,26 Σφνολο: 1,000 1,000 1, ,00 Σαν κερμοκραςία ιςορροπίασ ςχθματιςμοφ SO 3 κεωρείται θ κερμοκραςία των 1000 C. Ζτςι, από τθν εξ. (5), για Τ* = 1,273 υπολογίηεται θ ςτακερά ιςορροπίασ: 2 10,9421,273 0,07021,273 12,12 lnkp 0,0031 1,7731 1,273 0,0108 1,273ln1000 1,273 T* K 0,16981 P

40 Υπολογιςμόσ Όξινου Σθμείου Δρόςου Θεωρϊντασ ότι θ πίεςθ του ςυςτιματοσ είναι θ ατμοςφαιρικι (πίεςθ εξόδου των καυςαερίων ςτθν ατμόςφαιρα) οι μερικζσ πιζςεισ των SO 2 και O 2 είναι ίςεσ με 0,0017 και 0,0172 atm (1,26 και 13,06 mmhg) αντίςτοιχα. Για τον υπολογιςμό τθσ μερικισ πίεςθσ του SO 3 χρθςιμοποιείται θ εξίςωςθ [4]. Ο υπολογιςμόσ δίνει: pso KP p 0.5 SO K 3 P pso p 2 O 1,69810,0017 0,0172 3,6810 atm 2 p p SO O 2 2 Επομζνωσ, το ςθμείο δρόςου υπολογίηεται: Σχζςθ Haase: t ,6 logp 18,7 logp DP SO H O ,6 log 3, ,7log 0,1670 tdp 118,1 C Σχζςθ Verhoff Vanchero: 1 0, , lnph 2O 0, lnpso 3 t 273 DP DP 0, lnp H O lnp SO , , ln126,96 0, ,028 t 273 0, ln126,96 ln0,028 t 155,5 C DP

41 Υπολογιςμόσ Όξινου Σθμείου Δρόςου Σχζςθ Okkes: 2,19 t 203,25 27,6 logp logp 1,06 (logp 8) DP H O SO SO t 203,25 27,6 log0, log3, ,06 (log3, ) 5 5 2,19 DP t 150,9 DP Οι ςχζςεισ Verhoff Vanchero και Okkes δίνουν κοντινζσ τιμζσ όξινου ςθμείου δρόςου, ενϊ θ ςχζςθ Haase πολφ χαμθλότερθ τιμι.