Η Μ Ε Ρ Ι Δ Α 2014/5 Το Φυσικό Αέριο Στο Επαγγελματικό Λύκειο ΠΕΜΠΤΗ, 15-5-2014 Λέβητες και καυστήρες αερίου Γιάννης Τσικαλάκης Διπλ. Μηχανολόγος Μηχανικός ΤHERMOVENT HELLAS A.E
Λεβητοστάσιο κεντρικής θέρμανσης φυσικού αερίου 2014/5
Λέβητας Μια μεταλλική συσκευή που σε συνδυασμό με ένα καυστήρα υγρού ή αερίου καυσίμου είναι σχεδιασμένη για την μετάδοση της παραγόμενης θερμότητας καύσης στο φορέα μεταφοράς θερμότητας (νερό)
Κατηγορίες λεβήτων Ταξινόμηση βάση: Κατασκευής Χυτοσίδηρος Χαλύβδινος Πετρελαίου Καυσίμου Αερίου Στερεού καυσίμου (βιομάζα) Νερό Φορέα θερμότητας Ατμός Αέρας Ατμοσφαιρικός Πίεσης θαλάμου καύσης Πιεστικός Υπερπιεστικός Μικρός: < 60 kw Μεγέθους ισχύος Μεσαίος: 60-400 kw Μεγάλος: > 400 kw
Πιεστικοί λέβητες πετρελαίου - αερίου Χυτοσίδηρος λέβητες Χαλύβδινος λέβητες
Κατασκευή πιεστικού λέβητα κεντρικής θέρμανσης Χαλύβδινος λέβητας Καλύμματα (περίβλημα) Χυτοσίδηρος λέβητας Πίνακας ελέγχου & λειτουργίας Μόνωση Φλογοθάλαμος (Εστία καύσης) Καυστήρας αερίου Διαδρομές καυσαερίων (Επιφάνειες συναγωγής) Πόρτα
Διαδρομές καυσαερίων σε χυτοσίδηρο λέβητα 2014/5
Θερμαντικά στοιχεία χυτοσίδηρων λέβητων Κατασκευή από χυτοσίδηρο GG20 ή GG25 Επιδαπέδιος ατμοσφαιρικός λέβητας αερίου Στοιχείο χυτοσίδηρου λέβητα αερίου ατμοσφαιρικής καύσης (φυσικού ελκυσμού) Επιδαπέδιος πιεστικός λέβητας Στοιχείο χυτοσίδηρου λέβητα πιεστικής καύσης (πιεστικό λέβητα)
Χυτοσίδηρος λέβητας Παράδοση λέβητα 1) Μικροί λέβητες < 60 kw: Συναρμολογημένος κορμός στοιχείων (δεμένος) 2) Μεσαίοι και μεγάλοι λέβητες > 60 kw: Σε λυόμενα στοιχεία, ασυναρμολόγητος (άδετος) Συναρμολόγηση κορμού λέβητα
Χυτοσίδηρος λέβητας Χυτοσίδηρο θερμαντικό στοιχείο Κορμός + περίβλημα λέβητα Κορμός λέβητα από συναρμολογημένα στοιχεία
Ελάχιστες διαστάσεις λεβητοστασίου 2014/5
Ενδεικτικό διάγραμμα υπολογισμού καπνοδόχου (Βάση DIN 4705) Διάμετρος καπνοδόχου, Φ mm 250 200 180 150 130 100 50 0 50 100 150 200 250 300 350 kw
Ταξινόμηση λεβήτων θέρμανσης και προδιαγραφές βαθμού απόδοσης 2014/5
Απλοποιημένη λειτουργία λέβητα συμπύκνωσης 98 96 94 Σημείο δρόσου καυσαερίων φυσικού αερίου Βαθμός απόδοσης λέβητα % 92 90 88 86 84 Λειτουργία συμπύκνωσης Συμβατική λειτουργία (μη συμπύκνωσης) 82 80 20 30 40 50 60 70 80 Θερμοκρασία επιστροφής λέβητα
o C 60 55 Συμπύκνωση καυσαερίων Φυσικό αέριο (95% CH 4 ) Επιρροή CO 2 % στη θερμοκρασία δρόσου Θερμοκρασία δρόσου 50 45 40 35 30 Υψηλότερο CO 2 =Υψηλότερη θερμ. δρόσου =Περισσότερη συμπύκνωση Χαμηλότερο CO 2 =Χαμηλότερη θερμ. δρόσου =Λιγότερη συμπύκνωση 25 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 CO 2 %
Βαθμός απόδοσης διαφόρων λεβήτων 2014/5
Καυστήρες αερίου Ατμοσφαιρικοί καυστήρες αερίου Καυστήρες αερίου προανάμειξης Πιεστικοί καυστήρες αερίου Πιεστικοί καυστήρες μικτής καύσης
Πιεστικοί καυστήρες αερίου Δείγματα τύπων διαφόρων κατασκευαστών
Πιεστικοί καυστήρες αερίου Τεχνικά χαρακτηριστικά Προδιαγραφές κατασκευής, λειτουργίας και χρήσης Κατηγορία χρήσης αερίων καυσίμων π.χ ΙΙ2Η3+ Μονοβάθμια, διαβάθμια, αναλογική λειτουργία Περιοχή ισχύος /πιέσης λειτουργίας Τάση λειτουργίας, μονοφασική, τριφασική Εξοπλισμός και διάταξη οργάνων αερίου Διαδικασία ρύθμισης παροχής αέρα /αερίου Μέγιστες πιέσεις αερίου Συνδυασμός καυστήρα και επιλέξιμο μήκος μπούκας Ρυθμική ευστάθεια παροχής και πίεσης αέρα Εξοπλισμός αυτόματου ελέγχου κύκλου προγράμματος Περιφερικός εξοπλισμός ασφαλείας και ελέγχου
Γενική περιγραφή κατασκευής καυστήρα αερίου Πλαίσιο κατασκευής Σύστημα τροφοδοσίας αέρα Σύστημα παροχής αερίου καυσίμου Σύστημα ανάμειξης και δημιουργίας φλόγας Σύστημα ελέγχου λειτουργίας ρύθμισης και ασφαλείας Περίβλημα, κέλυφος και λοιπά μηχανικά μέρη Κινητήρας, ανεμιστήρας, διάφραγμα, ρυθμιστής Διάταξη εξοπλισμού οργάνων γραμμής παροχής αερίου Μπούκα, φλογοκεφαλή, διασκορπιστήρας Αυτόματος καύσης, επιτηρητές (πίεσης, φλόγας) μετασχηματιστής ανάφλεξης
Βασικά μέρη καυστήρα - υπόδειγμα κατασκευής Μπούκα Συγκρότημα οργάνων αερίου Σύνδεση παροχής αερίου Φλογοκεφαλή Σερβοκινητήρας αέρα Κέλυφος Αυτόματος καύσης Φτερωτή Κινητήρας
Φλογοκεφαλή Κατασκευή καθοριστικής σημασίας για την σωστή λειτουργία του καυστήρα
Διάταξη οργάνων αερίου 2014/5
Συγκροτήματα βαλβίδων αερίου Μονοβάθμια Εξοπλισμός Multibloc Διβάθμια Φίλτρο Επιτηρητής ελαχίστης πίεσης Ρυθμιστής πίεσης Βαλβίδα ασφαλείας Βαλβίδα λειτουργίας Ρυθμιστές φορτίου εκκίνησης και λειτουργίας Μαστούς μέτρησης πίεσης Αναλογικά Αργό άνοιγμα στο φορτίο λειτουργίας. Διάγραμμα ανοίγματος. m 3 /h 2 Γρήγορο άνοιγμα στο φορτίο εκκίνησης (ρυθμιζόμενο) 1 Χρόνος
Διάταξη οργάνων σε σωληνογραμμή Διβάθμια λειτουργία Skeleton diagram 2-stage with gas solenoid valve M Αέριο Φίλτρο Ρυθμιστής πίεσης P g Σφαιρικός διακόπτης Επιτηρητής πίεσης Βαλβίδα ασφαλείας Κεντρική βαλβίδα
Ρύθμιση επιτηρητή πίεσης αερίου και αέρα Επιτηρητής αερίου Πίεση αερίου 60-80% της πίεσης λειτουργίας - + Επιτηρητής αέρα Πίεση αέρα < 80% της πίεση στραγγαλισμού για 1000 ppm (0,1%) CO - +
Η αρχή λειτουργίας επιτήρησης φλόγας με τη μέθοδο ιονισμού Ρεύμα ιονισμού Ηλεκρτόδιο ιονισμού Φίλτρο Ενισχυτής Ionisation principle Αυτόματος καύσης U
Δυνατότητες επιλογών λειτουργίας καυστήρων αερίου Ισχύς (P) Αναλογική λειτουργία - πλήρης αναλογική ή προοδευτική διαβάθμιση ισχύος P max P min ΟFF ΟFF Διβάθμια λειτουργία - Ισχύς δύο σταδίων 1 και 2 P2 max P1 min ΟFF 2 ΟΝ 1 ΟΝ ΟFF 1 ΟΝ ΟFF 2 ΟΝ 1 ΟΝ Mονοδάθμια λειτουργία - Σταθερή ισχύς ΟΝ/OFF P max ΟFF ΟΝ ΟFF ΟΝ ΟFF ΟΝ Χρόνος (t)
Υπόδειγμα διβάθμιας λειτουργίας - κύκλος προγράμματος Σήματα εισόδου Εντολές εξόδου Α Α-Β Β'-Β C C-D D Έναρξη προγράμματος Αναμονή + αερισμός Δημιουργία φλόγας Σταθεροποίηση λειτουργίας Κανονική λειτουργία Ελεγχόμενη διακοπή Χρόνοι προγράμματος tw Αναμονή t11 Άνοιγμα διαφράγματος t10 Έλεγχος LP t1 Προαερισμός τ3 Προσπινθηρισμός t3n Σπινθηρισμός TSA Χρόνος ασφαλείας t4 Β1 (ΤSA) B2 (LR)
Σχηματική διάταξη πίεσης συστήματος καυστήρα - λέβητα - καπνοδόχου Καπνοδόχος Η πίεση του καυστήρα (αντίθλιψη) πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη πίεση αντίστασης (κατάθλιψη) του λέβητα. Kαυστήρας Αέρας Καπναγωγός Λέβητας Ο ελκυσμός εξαρτάται από το ύψος και τη διατομή της καπνοδόχου και από τη θερμοκρασία των καυσαερίων και αέρα. Σε οριακή πίεση του καυστήρα χρειάζεται να γίνει μια προσαύξηση του ελκυσμού. Μέγιστη πίεση πτερωτής καυστήρα + Πίεση Πτώση πίεσης δια μέσω καυστήρα Αντίσταση λέβητα Ατμοσφαιρική πίεση - Ελκυσμός καπνοδόχου
Μήκος και διάμετρος φλόγας Διαστάσεις φλόγας καυστήρα αερίου, mm L D Μήκος φλόγας, L Διάμετρος φλόγας, D Ισχύς καυστήρα αερίου, kw
Βασικά κριτήρια επιλογής καυστήρα αερίου Προδιαγραφές εφαρμογής, καταλληλότητα και συμβατότητα Απαιτήσεις λειτουργίας, μοναβάθμια, διβάθμια, αναλογική Περιοχή ισχύος και πίεσης λειτουργία Μήκος μπούκας Διαθέσιμη πίεση παροχής αερίου Ηλεκτρική λειτουργία, 1x230 V, 3x400 V Πρόσθετος απαιτούμενος εξοπλισμός
Επιλογή καυστήρα βάση λέβητα Επιλογή καυστήρα Το σημείο λειτουργίας του λέβητα πρέπει να ευρίσκεται εντός της περιοχής λειτουργίας του καυστήρα 10-20% μεγαλύτερη ισχύς 10-20% μικρότερη αντίθλιψη Αντίθλιψη Ισχύς Καυστήραs Α Καυστήραs Β Λέβηταs 1 Λέβηταs 2 Αντίθλιψη Ισχύς
Παράδειγμα επιλογής καυστήρα Ονομαστικά στοιχεία λέβητα 1) Ισχύς = 75 kw = 64.500 kcal/h 2) Αντίθλιψη = 1,5 mbar = 15 mm Y Σ Απαιτούμενα στοιχεία καυστήρα Ισχύς καυστήρα = Ισχύς λέβητα Βαθμός απόδοσης Πίεση καυστήρα > 1,5 mbar 75 = = 0,9 83.3 kw ή 71.700 kcal/h Ελεγχος με καμπύλες λειτουργίας Επιλογή καυστήρα 1) Β G 200 407 2 ) BG 200-2 407 3) STG 146 407
Υπολογισμός παροχής αερίου καυσίμου V o = H Q u.n f ( 273 + θ) 1013 = 273 (B + P) V = V.f 0 Q = ισχύς του λέβητα, kw ή kcal/h Η u = κατώτερος θερμογόνος τιμή του αερίου χρήσης (δες πίνακα), kwh/nm 3 ή kcal/nm 3 η = βαθμός απόδοσης του λέβητα V o = παροχή αερίου σε κανονική κατάσταση, Nm 3 /h V = πραγματική παροχή αερίου, m 3 /h, σύμφωνα με το μετρητή αερίου f = συντελεστής διόρθωσης θ = θερμοκρασία αερίου, ο C Β = βαρομετρική πίεση, mbar P = πίεση παροχής αερίου, mbar
Διάγραμμα ισχύος λέβητα και απαιτούμενης παροχής αερίου Παροχή καυσίμου, m 3 /h 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Φυσικό αέριο Υγραέριο 0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000 1.000.000 V o = H Q u.n Ισχύς λέβητα, kcal/h
Ανάλυση καύσης αερίου Στοιχειομετρική καύση O 2 = 0 % CO 2 = 11.9 % Θεωρητική καύση Πολύ υψηλό CO Disadvantage with CO2 measuring περίσσεια αέρα O 2 = 8 % CO 2 = 7.5 % υψηλό CO Ελλειψη αέρα O 2 = 0 % CO 2 = 10 % υψηλό CO Συνιστούμενη περίσσεια αέρα O 2 = 3 % CO 2 = 10 % χαμηλό CO
Ρύθμιση ποιότητας καύσης CO ppm 2000 Ποιότητα καύσης Επιθυμητή περιοχή ρύθμισης Βαθμός απόδοσης 1500 1000 Αύξηση αέρα Μείωση αέρα 100 % O 2 Περίσσεια αέρα, λ % CΟ 2 %
Νομόγραμμα υπολογισμού απώλειας καυσαερίων συναρτήσει του CO 2 και της θερμοκρασίας % Απώλεια καυσαερίων 30 % Stack loss 4 5 6 7 8 9 10 11 11.9 % CO 2 25 20 15 10 CO2 = 4 % 5 % 6 % 7 % 8 % 9 % 10 % 11.9 % = CO 2 max Stack loss vs CO2 for natural gas 11 % 5 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Διαφορά θερμοκρασίας καυσαερίων - αέρος, o C Stack temp net. o C
Μετρήσεις καυσαερίων Ηλεκτρονικός αναλυτής καυσαερίων Μετρήσεις και ρύθμιση ποιότητας καύσης Οξυγόνο (Ο 2 ) Περίσσεια αέρα (λ) Διοξείδιο του άνθρακα (CΟ 2 ) Μονοξείδιο του άνθρακα (CΟ) Οξείδια του αζώτου (ΝΟ x ) Θερμοκρασία καυσαερίων Θερμοκρασία αέρα Βαθμός απόδοσης (απώλειες καυσαερίων)
Θερμική απόδοση και απώλειες λέβητα Απώλειες καυσαερίων Απώλειες ακτινοβολίας Προσαγόμενη ισχύς Ωφέλιμη θερμική ισχύς
Σχηματική διάταξη υπολογισμού βαθμού απόδοσης λέβητα Βαθμός απόδοσης o Θερμικές απώλειες ακτινοβολίας και, Ql Προσαγόμενη ισχύς, Qin qg,θg Απώλειες καυσαερίων, Qg qf, θs Q in = προσαγόμενη ισχύς q = παροχή καυσίμου H = θερμογόνος δύναμη καυσίμου Q out = ωφέλιμος αποδιδόμενη ισχύς q f = παροχή νερού θέρμανσης θ f = θερμοκρασία νερού προσαγωγής θ r = θερμοκρασία νερού επιστροφής Q a = απώλειες καυσαερίων q g = ροή καυσαερίων θ g = θερμοκρασία καυσαερίων θ a = θερμοκρασία αέρα (περιβάλλοντος) Q l = απώλειες ακτινοβολίας και μεταφοράς U = U-τιμή μόνωσης λέβητα Α = επιφάνεια περιβλήματος λέβητα Δθ = διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ νερού λέβητα αέρα περιβάλλοντος Ωφέλιμη αποδιδόμενη ισχύς, Qout θr f
Προδιαγραφές εκπομπών - καυστήρες / λέβητες αερίου Προδιαγραφή CO NOx Πρότυπο Ισχύς Παρατήρηση mg/kwh mg/kwh Ευρωπαϊκή Ενωση EN 676 100 170 - Καυστήρες αερίου EN 302-2 110 250 - Λέβητες Γερμανία DIN 4702 100 150 < 350 kw Πιεστικούς καυστήρες (Γαλάζιος Αγγελος) RAL UZ41 100 90 < 120 kw Μονάδες αερίου RAL UZ61 80 50 < 120 kw Λέβητες αερίου υγροποίησης RAL UZ80 70 60 < 120 kw Καυστήρες αερίου Ελβετία LRV 92 80 60 < 70 kw Πιεστικούς καυστήρες 110 60 70-350 kw Πιεστικούς καυστήρες 300 250 200 150 100 50 0 EN 302-2 DIN 4702 1 ppm CO ~ 1.07 mg/kwh 1 ppm NOx ~ 1.74 mg/kwh RAL UZ41 RAL UZ61 RAL UZ80 LRV 92
Προδιαγραφές εκπομπών βάσει ΕΝ 676 Κατηγορίες ταξινόμησης, class 1-3 Class NOx mg/kwh CO mg/kwh 2 nd family G20 and G25 3 rd family G30 and G31 1 170 230 100 2 120 180 100 3 80 140 100
ΟΡΙΑΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΚΑΥΣΑΕΡΙΟΥ ΛΕΒΗΤΩΝ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΕΣΤΙΩΝ ΚΑΥΣΗΣ Βάση Ελληνικής νομοθεσίας ΦΕΚ 2654 Β / 09.11.2011 Παράμετρος Οριακές τιμές Πετρέλαιο Αέρια καύσιμα Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή απωλειών θερμότητας λόγω θερμών καυσαερίων, σε % 15 15 Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή της περιεκτικότητας κατ όγκο των καυσαερίων σε μονοξείδιο του άνθρακα (CO) ανηγμένη σε οξυγόνο αναφοράς 3%, σε ppm 90 90 Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή της περιεκτικότητας κατ όγκο των καυσαερίων σε οξείδια του αζώτου (NOx) ανηγμένη σε οξυγόνο αναφοράς 3%, σε ppm 150 125 (φυσικό αέριο) 150 (Υγραέριο) Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή του Δείκτη αιθάλης, κατά Bacharach 1 0 (φυσικό αέριο) 1 (Υγραέριο) Μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή της περιεκτικότητας των καυσαερίων σε οξυγόνο (O2), σε % κ.ο. (Ισχύει μόνο για πιεστικούς καυστήρες) 7 7
Ενεργειακή ταξινόμηση συστημάτων θέρμανσης Ηλιακά θερμικά συστήματα Αντλίες θερμότητες Λέβητες συμπύκνωσης Λέβητες χαμηλής θερμοκρασίας Συμβατικοί λέβητες Παλιοί λέβητες Ηλεκτρικοί λέβητες Ηλεκτρικά σώματα
Σύγκριση κλιματικής αλλαγής συστημάτων θέρμανσης 2014/5
Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας 2014/5