ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΤΜΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ & ΛΕΒΗΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥΠΟΛΗ-ΖΩΓΡΑΦΟΥ ΗΡΩΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥ 9-15780 ΑΘΗΝΑ Ε Μ Π NTUA 210-772 3604/3662 Fax: 210-772 3663 e-mail: ekak@central.ntua.gr sotokar@mail.ntua.gr NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF ATHENS SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING THERMAL SECTION STEAM BOILERS AND THERMAL PLANTS ZOGRAFOU Campus 9, HEROON POLYTECHNIOU STR., 15780 ATHENS - CREECE ΟΜΑΔΑ 3: Δοκιμή 1 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ: Εργαστηριακή άσκηση με θέμα: «Μετρήσεις ενεργειακής απόδοσης και ποιότητας καυσαερίου Λέβητα ζεστού νερού, ο οποίος τροφοδοτείται με στερεό βιογενές καύσιμο / καυσόξυλα πουρναριού (oak log woods)». ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 1 1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ ΛΕΒΗΤΑ ΖΕΣΤΟΥ ΝΕΡΟΥ... 3 2. ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΤΟΥ ΚΑΥΣΙΜΟΥ.... 5 3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΚΑΙ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΟΥ.... 6 4. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ.... 7
1. Περιγραφή της εγκατάστασης Δοκιμής Λέβητα Ζεστού Νερού. Περιγραφή της εργαστηριακής εγκατάστασης Δοκιμής Λέβητα Ζεστού Νερού του Εργαστηρίου Ατμοκινητήρων & Λεβήτων του ΕΜΠ. Στα Σχήματα 1α) & β), που ακολουθούν απεικονίζεται η εγκατάσταση του δοκιμαστηρίου λεβήτων. Από δύο εξωτερικές δεξαμενές των 25m 3 η κάθε μία, λαμβάνεται συνεχώς η ποσότητα του νερού συμπλήρωσης (θερμοκρασίας Θκ) μέσω πιεστικού συγκροτήματος (13) για την τροφοδοσία με κρύο νερό συμπλήρωσης του κυκλώματος δοκιμής. Η παροχή του νερού ρυθμίζεται από ρυθμιστική βάνα (6) και η πίεση λειτουργίας από τη ρυθμιστική βάνα (15). Η δοκιμή του λέβητα γίνεται υπό σταθερή πίεση λειτουργίας μέχρι 2bar. Το νερό (θερμοκρασίας Θα) εξέρχεται από το λέβητα και ένα μέρος του (ίσο σε ποσότητα μ αυτό του κρύου νερού συμπλήρωσης) οδηγείται μέσω ενός πλακοειδή εναλλάκτη (1) στη δεξαμενή αποθήκευσης. Το υπόλοιπο νερό (από την εξερχόμενη από τον λέβητα ποσότητα) μέσω του κυκλώματος ανακυκλοφορίας (διαδρομή βραχυκύκλωσης) και με τη βοήθεια του κυκλοφορητή (8) οδηγείται στο συλλέκτη ανάμειξης, όπου αναμειγνυόμενο με το κρύο νερό συμπλήρωσης, εισάγεται στο λέβητα με θερμοκρασία νερού (Θε). Στην κατάθλιψη του κυκλοφορητή υπάρχει ρυθμιστική βάνα (6) για τη ρύθμιση της παροχής του νερού ανακυκλοφορίας. Έτσι με τη βοήθεια των ρυθμιστικών βανών (6) ρυθμίζεται τόσο η παροχή του νερού συμπλήρωσης (νερό για την ψύξη του συστήματός μας) όσο και η παροχή του νερού ανακυκλοφορίας και τελικά οι θερμοκρασίες εισόδου (Θε) και εξόδου (Θα) του νερού στο λέβητα. Η ωφέλιμη θερμότητα προσδιορίζεται με τη μέτρηση της ποσότητας του νερού που διέρχεται διαμέσου του συστήματος και της αντίστοιχης διαφοράς θερμοκρασίας (Θα-Θκ). Η παροχή του κρύου νερού συμπλήρωσης μετριέται με τη βοήθεια παροχομέτρου μάζας συνδεδεμένου με Η/Υ μέσω μετατροπέα. Την εγκατάσταση συμπληρώνει το κύκλωμα παροχής καυσίμου για υγρά καύσιμα, η δεξαμενή καυσίμου (16) και οι αντίστοιχες σωληνώσεις προσαγωγής και επιστροφής. Σχήμα 1α): Σχηματικό λειτουργικό διάγραμμα της εγκατάστασης του Δοκιμαστηρίου Λεβήτων, σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 304. - σελίδα 3 από 7 -
ΠΡΟΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΑΠΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ 13 ΕΠΙΠΕΔΟ 1 2ο ΚΥΚΛΩΜΑ ΛΕΒΗΤΑΣ: 520-1250 Κ W ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΠΛΑΚΟΕΙΔΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ ΔΟΧΕΙΟ ΕΞΙΣΟΡΡΟΠΗΣΗΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ 5 ΤΡΙΟΔΗ ΒΑΛΒΙΔΑ ΒΑΛΒΙΔΑ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ 1ο ΚΥΚΛΩΜΑ ΛΕΒΗΤΑΣ: 5-520 kw ΕΜΠ Τ e Τ v Τ e Τ r ΚΑΥΣΙΜΟ ΒΑΝΑ 12 11 10 ΖΥΓΑΡΙΑ Τ v Τ r 1 ΝΕΡΟ ΨΥΞΗΣ ΑΠΟ ΔΙΚΤΥΟ 2 3 15 4 5 6 7 8 19 16 ΚΡΥΟ ΝΕΡΟ ΖΕΣΤΟ ΝΕΡΟ ΑΝΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ 1 2 3 4 6 7 8 9 10 ΠΑΡΟΧΟΜΕΤΡΟ ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ ΛΕΒΗΤΑΣ 17 18 20 11 12 13 14 15 ΒΑΛΒΙΔΑ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 16 17 18 19 20 ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΗΣ ΑΝΤΛΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ ΕΞΑΕΡΙΣΤΙΚΟ ΣΤΡΟΒΙΛΙΣΜΟΥ ΡΟΗΣ ΜΕΤΡΗΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΕΞΑΕΡΙΣΤΙΚΟ ΘΕΡΜΟΣΤΟΙΧΕΙΟ 14 9 ΠΙΕΣΤΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ Σχήμα 1β): Σχηματικό λειτουργικό μονογραμμικό διάγραμμα της εγκατάστασης του Δοκιμαστηρίου Λεβήτων, σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 304. ΕΠΙΠΕΔΟ 3 ΕΠΙΠΕΔΟ 2 - σελίδα 4 από 7 -
2. Χημικές αναλύσεις του καυσίμου. Η χημική ανάλυση του καυσίμου (στερεό βιογενές καύσιμο καυσόξυλα πουρναριού (oak log woods)), δίνεται στον ακόλουθο Πίνακα 1. Πίνακας 1: Στοιχειακή ανάλυση και Θερμογόνος Ικανότητα καυσίμου. Είδος καυσίμου : Καυσόξυλα πουρναριού Μέγεθος Μονάδα Τιμή Μεθοδολογία / Πρότυπο Στοιχειομετρική ανάλυση καυσίμου (ως έχει). Άνθρακας C % κ.β. 41,09 CEN/TS 15104 Υδρογόνο H 2 % κ.β. 4,90 CEN/TS 15104 Θείο S % κ.β. 0,02 CEN/TS 15289 Άζωτο N 2 % κ.β. 0,26 CEN/TS 15104 Οξυγόνο Ο 2 % κ.β. 32,74 Τέφρα % κ.β. 2,94 CEN/TS 15148 Υγρασία % κ.β. 18,04 CEN/TS 14774-1 Ανωτέρα θερμογόνος ικανότητα ως έχει. kcal/kg 3736,84 Κατωτέρα θερμογόνος ικανότητα ως έχει. kcal/kg 3375,92 - σελίδα 5 από 7 -
3. Μετρήσεις ενεργειακής απόδοσης και ποιότητας καυσαερίου. Οι μετρήσεις και τα αποτελέσματα διερεύνησης της ενεργειακής απόδοσης και της ποιότητας του καυσαερίου (εκλυόμενοι αέριοι ρύποι και Αιωρούμενα Στερεά Σωματίδια (ΑΣΣ) του Λέβητα ζεστού νερού, το οποίο τροφοδοτείται με στερεό βιογενές καύσιμο - καυσόξυλα πουρναριού (oak log woods), παρατίθενται στον Πίνακα 2. Πίνακας 2: Πρωτόκολλο Μετρήσεων ενεργειακής απόδοσης και ποιότητας καυσαερίου. Μέγεθος Μονάδα Τιμή ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΔΟΚΙΜΗΣ Βαρομετρική πίεση. kpa 99,0 Σχετική υγρασία περιβάλλοντος. % 39,5 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ Έξοδος νερού από το λέβητα. ºC 85,0 Είσοδος νερού στο λέβητα. ºC 62,7 Κρύο νερό συμπλήρωσης. ºC 20,0 Περιβάλλον. ºC 19,7 Έξοδος καυσαερίου. ºC 250,8 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ Μονοξείδιο του άνθρακα CO vppm 1126,05 Διοξείδιο του θείου SO 2 vppm 16,76 Οξείδια του αζώτου NO X vppm 138,25 Υδρατμός % 11,25 Διοξείδιο του άνθρακα CO 2 Οξυγόνο O 2 % 13,64 7,15 ΠΑΡΟΧΕΣ ΜΑΖΑΣ & ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Παροχή κρύου νερού συμπλήρωσης. kg/h 178,1 Παροχή καυσίμου. kg/h 4,932 Θερμικές απώλειες τοιχωμάτων. kw 0,585 Θερμικές απώλειες κυκλώματος. kw 0,392 Προσδιδόμενη ισχύς. kw 19,370 Ωφέλιμη ισχύς. kw 13,869 Άμεσος βαθμός απόδοσης. % 71,6 Δεδομένα για τον υπολογισμό συγκέντρωσης ΑΣΣ. Αύξηση βάρους στο φίλτρο του συλλέκτη σωματιδίων. mg 27,9890 Στατική πίεση Διαφορά πίεσης στην καμινάδα. Pa -15,9 0,64 Χρόνος δειγματοληψίας. sec 5345,17 Διαφορά όγκου στο δειγματολήπτη σε συνθήκες μέτρησης. m 3 0,5788 Ενεργή πίεση αερίου στον ογκομετρητή του δειγματολήπτη. Pa 0,0 Θερμοκρασία αερίου στον ογκομετρητή του δειγματολήπτη. o C 21,5 - σελίδα 6 από 7 -
4. Επεξεργασία των μετρήσεων. Θα παραδοθεί έκθεση η οποία θα περιλαμβάνει: Πρωτόκολλο μετρήσεων. Μετατροπή των μετρούμενων συγκεντρώσεων αερίων εκπομπών με αναγωγή σε οξυγόνο αναφοράς. Υπολογισμός της συγκέντρωσης των Αιωρούμενων Στερεών Σωματιδίων σε (mg/νm 3 ) υπό κανονικές συνθήκες και ανηγμένη σε οξυγόνο αναφοράς. Υπολογισμός της συγκέντρωσης των Αιωρούμενων Στερεών Σωματιδίων σε (mg/kwh). Παρατηρήσεις Σχόλια. - σελίδα 7 από 7 -