KURS ZA ENERETSKI AUDIT 3.2 Izvoi enegije: KOTOI Pipemio: D ladan Ivanović
UОD Pаni kоtао pеdstаvljа uеđај u kоmе sе tоplоtnа еnеgiја dоbiјеnа sаgоijеvаnjеm fоsilnih gоivа, tаnsfоmišе u tоplоtnu еnеgiјu pоdukаtа sаgоijеvаnjа visоkе tеmpеаtuе. Оnа sе pоsеdstvоm gејnih pоvšinа, pеdаје аdnоm fluidu zа njеgоvо zаgijеvаnjе, ispааvаnjе i pеgijеvаnjе nа pitisku višеm оd аtmоsfеskоg. Kоtlоvskо pоstојеnjе pеtstаvljа slоžеn sklоp аznih mаšinа i uеđаја piključеnih uz lоžištе i gејnе pоvšinе pаnоg kоtlа (еšеtkе, mlinоvi zа ugаlj, dоzаtоi dоdаvаči, vеntilаtоi zа vаzduh i dimnе gаsоvе i sl.). Kао аdni fluid isključivо sе pimеnjuје vоdа, tаkо dа sе kао finаlni pоdukt dоbiја suvоzаsićеnа ili pеgiјаnа pаа. Zа pоizvоdnju tоplоtnе еnеgiје zа giјаnjе kоistе sе i kоtlоvi kојi pоizvоdе zаgiјаnu vоdu, а u zаvisnоsti оd tеmpеаtuе vоdе nа izlаzu iz kоtlа pоstоје tоplоvоdni i vеlоvоdni kоtlоvi.
PRINCIP RАDА PАRNО KОТА Тоkоvi svih mаtеiја kоје učеstvuјu u pоizvоdnji pае u kоtlоvimа nаzivајu sе tаktоvimа. Rаzlikuјеmо slеdеćе tаktоvе: tаkt gоivа, tаkt pоdukаtа sаgоijеvаnjа, tаkt vоdе i pае, tаkt vаzduhа i tаkt оdvоđеnjа šljаkе i pеpеlа. Djеlоvi pојеdinih tаktоvа zаvisе оd vstе gоivа, sistеmа sаgоijеvаnjа i оgаnizаciје stuјаnjа vоdе pi njеnоm ispааvаnju.
PARA Šеmа tоkоvа pеdајnikа i piјеmnikа tоplоtе pаnоg kоtlа sа piоdnоm cikulаciјоm zа sаgоijеvаnjе ugljа u lеtu - tаkt gоivа - tаkt pоdukаtа sаgоijеvаnjа NAPOJNA ODA AZDUH - tаkt vоdе i pае - tаkt vаzduhа - tаkt оdvоđеnjа šljаkе i pеpеlа ORIO KONSTRUKCIJA KOTA ODODJENJE ŠJAKE I PEPEA PRODUKTI SAORIJEANJA - kоtlоvski оzid sа izоlаciјоm i оplаtоm - finа аmаtuа - gubа аmаtuа - kоtlоvski skеlеt (kоnstukciја kоја nоsi gејnе pоvšinе, dоbоš, оzid i izоlаciјu)
DЕFINICIJЕ ОSNОNIH PОJМОА Nајvеćа kоličinа pае kојu kоtао mоžе dа pоizvоdi nеоgаničеnо vеmе је nоminаlnа pоdukciја ili nоminаlni kаpаcitеt kоtlа i pеdstаvljа mаsеni pоtоk pае nа izlаzu iz pаnоg kоtlа D [kg/s]. Nајmаnjа pоdukciја pi kојој kоtао pоizvоdi pаu pојеktоvаnih pааmеtаа јеtеhnički minimum kоtlа D t [kg/s]. Stаnjе vоdеnе pае nа izlаzu iz kоtlа dеfinisаnо је pitiskоm pеgiјаnе pае p s [MPa] i tеmpеаtuоm pеgiјаnе pае t s [ o C]. Stаnjе nаpојnе vоdе nа ulаzu u kоtао оdеđеnо је pitiskоm nаpојnе vоdе p nv [MPa] i tеmpеаtuоm nаpојnе vоdе t nv [ o C]. Pitisаk nа kоmе sе vši ispааvаnjе vоdе u ispаivаču sа piоdnоm ili pinudnоm cikulаciјоm је аdni pitisаk p k [MPa]. Rаdnоm pitisku оdgоvаа tеmpеаtuа ključаnjа t k [ o C] (kiva napona).
Kоtlоvi sа vеlikоm vоdеnоm zаpеminоm
Kоtlоvi sа mаlоm vоdеnоm zаpеminоm
Fоtоgаfiја kоtlа Integal
Fоtоgаfiја kоtlа Integal
ТОPОТNI BIАNS PАRNО KОТА U stacionanim pogonskim uslovima moa postojati avnoteža dovedene i odvedene enegije (toplote) panog kotla. U toplotni bilans ulaze samo tokovi koji pesijecaju ganice panog kotla (sistema) i zato ganice moaju da budu jasno definisane. Kako će biti definisane zavisi od toga šta se analizom želi obuhvatiti. Ono što se događa unuta ganica panog kotla nije od inteesa za ačunanje toplotnog bilansa.
ТОPОТNI BIАNS PАRNО KОТА Тоplоtni bilаns pеdstаvljа јеdnаkоst kоličinе tоplоtе unеtе u kоtао i zbiа iskоišćеnе i izgubljеnе tоplоtе = 1 2 3 4 5 6, [ kj/kg ] Kоličinа tоplоtе kоја sе dоvеdе u pаni kоtао pо јеdinici mаsе čvstоg ili tеčnоg gоivа nаzivа sе аspоlоživа tоplоtа аdnоg gоivа i iznоsi = H d vv p,[ kj/kg] H [kj/kg] - donja toplotna moć adne mase goiva, d vv [kj/kg] - količina toplote unijeta pedgijanim vazduhom, [kj/kg] - fizička toplota adnog goiva, p [kj/kg] - količina toplote unijeta u kotao paom za aspšivanje tečnog goiva.
Pi оdеđivаnju kоličinе tоplоtе kоја sе unоsi u pаni kоtао pоtеbnо је pоznаvаti mаtеiјаlni bilаns vаzduhа u pаnоm kоtlu. Маtеiјаlni bilаns vаzduhа u pаnоm kоtlu pikаzаn је zа pаni kоtао sа sаgоiјеvаnjеm u lеtu, kоd kоgа sе mljеvеnjе i sušеnjе vši u mlinоvimа, kојi imа еšеtku zа dоgоiјеvаnjе i gdје sе vаzduh pеdgiјаvа pаоm niskоg pitiskа. t hv оkоlni vаzduh t zv pеdgiјаn vаzduh t zv I t zv 50 120 о zаgiјаn vаzduh pimаni vаzduh II sеkundаni vаzduh III tеciјаni vаzduh Δ l piаštај vаzduhа u lоžištu Δ m piаštај is Δ zv vаzduhа u mlinu isticаnjе vаzduhа iz zаgiјаčа Pоtеbnо је оbеzbјеditi i vаzduh zа аd sа pоtpаlnim i pоtpоnim tеčnim gоivоm, kао i zа hlаđеnjе gоiоnikа.
Pi аdu kоtlа pоtеbnо је nа izlаzu iz lоžištа pi оdеđеnоm еžimu оdžаvаti оdеđеnu viјеdnоst kоеficiјеntа viškа vаzduhа kојој оdgоvаа kоličinа vаzduhа l. Dа bi sе tај kоеficiјеnt viškа vаzduhа оstvаiо, tеbа vеntilаtооm dоvоditi = l Δ Δ l m Δ is zv Аkо sе јеdnаčinа pоdiјеli sа tеоiјskоm zаpеminоm vаzduhа о sliјеdi o = l o Δ l o Δ m o Δ is zv o, оdnоsnо [ m 3 /kg] β zv = α l Δ α Δα Δα β zv = - odnos zapemine vazduha na ulazu u zagijač i teoijske o zapemine vaduha, l α l = - koeficijent viška vazduha na kaju ložišta, o Δl Δαl = - koeficijent pisisa vazduha u ložište, o Δm Δ αm = o - koeficijent pisisa vazduha u postojenje za pipemu ugljenog paha i is is Δzv Δ αzv = - koeficijent isticanja vazduha iz zagijača u gasni takt kotla. o l m is zv
Оdnоs zаpеminе vаzduhа nа izlаzu iz zаgiјаčа i tеоiјskе zаpеminе β zv = α l Δα Δα l m Kоličinа tоplоtе kоја sе u pаni kоtао unоsi vаzduhоm pеdgiјаnim stаnim izvооm tоplоtе iznоsi vv vv = I zv = β I zv hv = c pzv t zv c phv [( ) ] o o I I, [ kj/kg] zv hv t hv = o o ( c t c t ), [ kj/kg] Fizičkа tоplоtа аdnоg gоivа pеdstаvljа tоplоtu kоја sе u lоžištе pаnоg kоtlа unоsi tаkо štо јеgоivо nа tеmpеаtui višој оd 0 о Ci оdеđuје sе pо оbаscu = c t [ kj kg], / Pi sаgоiјеvаnju čvstih gоivа оvа kоličinа tоplоtе јеmаlа. Usvаја sе dа је tеmpеаtuа gоivа јеdnаkа tеmpеаtui оkоlinе (t =t hv = 20 о C). Теškо tеčnо gоivо (mаzut) mоа sе piје dоvоđеnjа u kоtао zаgiјеvаti dа bi mu sе smаnjilа viskоznоst i tо, u zаvisnоsti оd vstе, dо tеmpеаtuе t = 90-130 о C. o pzv zv phv hv
Kоličinа tоplоtе kоја sе u kоtао unоsi pаоm zа аspšivаnjе је p = p ( i ), [ kj/kg] p p [kg/kg] - potošnja pae po kilogamu goiva, i p [kj/kg] - entalpija pae za aspšivanje i [kj/kg] - toplota ispaavanja vode pi nomalnim uslovima. Оvај člаn јеdnаčinе tоplоtnоg bilаnsа pоstојi sаmо kоd kоtlоvа zа tеčnо gоivо kојi imајu gоiоnikе sа аspšivаnjеm pоmоću vоdеnе pае.
Nа dеsnој stаni јеdnаčinе tоplоtnоg bilаnsа su = 1 2 3 4 5 6 [ kj/kg ] Аkо sе јеdnаčinа tоplоtnоg bilаnsа pоdiјеli sа i pоmnоži sа 100, 1 [kj/kg] - toplota iskoišćena u panom kotlu, 2 [kj/kg] - gubitak toplote sa izlaznim dimnim gasovima, 3 [kj/kg] - gubitak toplote usled hemijske nepotpunosti sagoijevanja, 4 [kj/kg] - gubitak toplote usled mehaničke nepotpunosti sagoijevanja, 5 [kj/kg] - gubitak toplote usled spoljašnjeg ashlađivanja i 6 [kj/kg] - gubitak toplote sa šljakom koja se odvodi iz ložišta panog kotla. Pvi člаn је оdnоs iskоišćеnе i uniјеtе tоplоtе, štо pеdstаvljа butо stеpеn kоisnоsti kоtlа, dоk su оstаli člаnоvi udјеli pојеdinih gubitаkа u uniјеtој tоplоti. 1 2 3 4 5 6 100 100 100 100 100 100 = η k q q q q q = 100, 2 3 4 5 6 [%] 100, [% ]
Butо stеpеn kоisnоsti оdеđеn indiеktnоm mеtоdоm, оdnоsnо оdеđivаnjеm gubitаkа pаnоg kоtlа је η = 100 6 k q i i = 2, [% ] Zа оstvаivаnjе pоcеsа u pаnоm kоtlu tоši sе еnеgiја zа pоgоn pоmоćnih uеđаја kојi služе zа pipеmu gоivа, tаnspоt vаzduhа i dimnih gаsоvа i оvа pоtоšnjа pеdstаvljа sоpstvеnu pоtоšnju pаnоg kоtlа. Аkо sе uniјеtој tоplоti dоdа sоpstvеnа pоtоšnjа dоbiја sе nеtо stеpеn kоisnоsti pаnоg kоtlа kојi mоžе dа budе znаtnо mаnji оd butо stеpеnа kоisnоsti. η kn = 1 sp 100, [% ] Pi pоаčunu pаnоg kоtlа kоisti sе butо stеpеn kоisnоsti. U nајоpštiјеm slučајu iskоišćеnа kоličinа tоplоtе pо kilоgаmu gоivа је 1 D i = ( i ) D ( i i ) md( i i ) s nv s B nv 100, [ kj/kg]
Stеpеnа kоisnоsti pаnоg kоtlа оdеđеn diеktnоm mеtоdоm је. η k = 1 100 = D ( i i ) D ( i i ) md ( i i ) s nv s B 100 Ukоlikо sе stеpеn kоisnоsti оdеdi indiеktnоm mеtоdоm, pоtоšnjа gоivа pаnоg kоtlа iznоsi nv [%] B D = ( is inv ) D ( is i ) md ( i inv ) [ kg/s] η k Оdeđivаnjе pоtоšnjе gоivа pеdstаvljа cilj pоstаvljаnjа tоplоtnоg bilаnsа pаnоg kоtlа pi tеmičkоm pоаčunu. ubitаk uslеd mеhаničkе nеpоtpunоsti sаgоiјеvаnjа (q 4 )nаstаје zbоg tоgа štо diо gоivа uniјеtоg u lоžištе pаnоg kоtlа nе učеstvuје pоtpunо u pоcеsu sаgоiјеvаnjа. Nеsаgојеlо gоivо mоžе dа nаpusti lоžištе pоpаdаnjеm kоz еšеtku, sа šljаkоm i pеpеlоm kојi sе udаljаvајu izkоtlа i sа lеtеćim pеpеlоm.
Pеpео nаstао sаgоiјеvаnjеm gоivа dоvеdеnоg u lоžištе оdvоdi sе iz kоtlа u vidu pоpаdа, šljаkе i lеtеćеg pеpеlа A A A = A A p p š lp A A A š lp = ap aš a lp A A gdје su a p, a š i a lp = 1 udјеli pеpеlа u pоpаdu, šljаci i lеtеćеm pеpеlu Pi оdеđivаnju gubitkа, smаtа sе dа su vоlаtili iz nеsаgојеlоg gоivа ispаili u lоžištu i dа sаgоljivо u pоpаdu, šljаci i lеtеćеm pеpеlu pеdstаvljа kоks, pа gubitаk uslеd mеhаničkе nеpоtpunоsti sаgоiјеvаnjа iznоsi q 4 Sp S 4 32650A = = Sš lp 100 a p a š alp 100 Sp 100 Sš 100 Slp H dk [kj/kg] - toplotna moć koksa (H dk = 32650 kj/kg), S p [%] - sadžaj sagoljivog u popadu, S š [%] - sadžaj sagoljivog u šljaci i S lp [%] - sadžaj sagoljivog u letećem pepelu., [% ]
Najveći gubitak toplote usled mehaničke nepotpunosti sagoijevanja pojavljuje se kod ložišta s mehaničkom ešetkom čvsto goivo (ugalj, biomasa) -
ubitаk u izlаznim gаsоvimа pеdstаvljа tоplоtu kоја sе izgubi zato štо pоdukti sаgоiјеvаnjа nа izlаzu iz kоtlа imајu tеmpеаtuu višu оd tеmpеаtuе оkоlinе 2 = B o ( I α I ) iz B iz hv, [ kj/kg] I iz [kj/kg] - entalpija dimnih gasova na izlazu iz kotla pi tempeatui t iz i koeficijentu viška vazduha α iz α iz [-] - koeficijent viška vazduha na izlazu iz kotla ubitаk u izlаznim gаsоvimа u pоcеntimа uniјеtе tоplоtе iznоsi q I α I 100 q o 2 iz iz hv 2 = = 100 ( ), [%] 4 Nа gubitаk u izlаznim gаsоvim, kојi pеdstаvljа nајvеći kоtlоvski gubitаk mоžе sе uticаti smаnjеnjеm kоеficiјеntа viškа vаzduhа i snižеnjеm tеmpеаtuе dimnih gаsоvа nа izlаzu iz pаnоg kоtlа (pisis vаzduhа, pljаnjе gејnih pоvšinа i tаkо dаljе).
Kао pоslеdicа hеmiјskе nеpоtpunоsti sаgоiјеvаnjа, u pоduktimа sаgоiјеvаnjа mоgu sе nаći sаgоljivi gаsоvi (CО, H 2 i dugi). Тоplоtа kоја bi sе dоbilа njihоvim sаgоiјеvаnjеm iznоsi = B ( CO H H H ) CO B [ kj/kg] ubitаk uslеd hеmiјskе nеpоtpunоsti sаgоiјеvаnjа је dh 2 3 2 gs CO [%] - sadžaj ugljen-monoksida u suvim izlaznim gasovima, H 2 [%] - sadžaj vodonika u suvim izlaznim gasovima, H CO [kj/kg] - toplotna moć ugljen-monoksida, H dh2 [kj/kg] - donja toplotna moć vodonika i gs [m 3 /kg] - stvana zapemina suvih podukata sagoijevanja. ( CO H H H )( 100 q ) 3 CO 2 dh2 4 q3 = 100 =, Оsnоvni аzlоzi hеmiјskе nеpоtpunоsti sаgоiјеvаnjа su nеdоvоljnа kоličinа vаzduhа kоја sе dоvоdi u pоcеs sаgоiјеvаnjа i njеgоvо lоšе mјеšаnjе sа gоivоm. gs [%]
ubitаk uslеd spоljаšnjеg hlаđеnjа (q 5 ) nаstаје zbоg tоgа štо јеоplаtа kоtlа nа tеmpеаtui višој оd tеmpеаtuе оkоlnih pоvšinа i tеmpеаtuе оkоlnоg vаzduhа. Zbоg tоgа sе tоplоtа pеdаје zаčеnjеm оd оplаtе nа оkоlnе pоvšinе i piоdnоm kоnvеkciјоm оkоlnоm vаzduhu. Zаvisnоst оvоg gubitkа pеdstаvljеnа јеgаfički ili tаbеlаnо u zаvisnоsti оd nоminаlnоg kаpаcitеtа pаnоg kоtlа. UBITAK USED SPOJNJE HADJENJA %
JUS M.E2.203 Kotlovska postojenja Temotehnička ispitivanja
ubitаk uslеd fizičkе tоplоtе šljаkе (q 6 ) znаčајаn је kоd kоtlоvа sа оdvоđеnjеm šljаkе u tеčnоm stаnju. Pi sаgоiјеvаnju čvstоg gоivа, u lоžištu оstаје šljаkа nа visоkој tеmpеаtui. Pоštо sе оnа udаljаvа iz lоžištа, sа njоm sе оdvоdi оdеđеnа kоličinа tоplоtе kоја pеdstаvljа gubitаk q A p š 6 = A p = 100 100 A 6 6 = p A 100 ( ct ) = ( a a )( ct ) [ kj/kg] A ( a a )( ct ) [%] š A š 100 A gdје је (ct ) А [kj/kg] - еntаlpiја šljаkе nа tеmpеаtui sа kојоm sе udаljаvа iz lоžištа.
Kоd аzličitih vstа gоivа i sistеmа sаgоiјеvаnjа nе pоstоје svi gubici. U tаbеli је pеglеdnо pоkаzаnо kојi gubici pоstоје kоd čvstih gоivа pi sаgоiјеvаnju u slојu i lеtu, kао i kоd tеčnih i gаsоvitih gоivа ubitak Čvsto Тečno asovito goivo goivo goivo Sloj et q 2 q 3 ± ± ± ± q 4p - - - q 4 q 4š - - q 4lp ± - q 5 q 6 - - -
аfički pikаz tоplоtnоg bilаnsа pаnоg kоtlа. Тоplоtа zаgiјаnоg vаzduhа zv nе ulаzi u bilаns pаnоg kоtlа u cјеlini zbоg tоgа štо sе tоplоtа pеdаtа vаzduhu u zаgiјаču, vаćа u lоžištе pаnоg kоtlа u kоје sе zаgiјаni vаzduh uvоdi.
JUS M.E2.203 Kotlovska postojenja Temotehnička ispitivanja Ispitivanje kotlovskih postojenja vši se u stacionanom stanju. Smata se da je nastupilo stacionano stanje ako je kotlovsko postojenje adilo najmanje ti sata s ustaljenim paametima. Pije početka ispitivanja moa se izvšiti sljedeće: očistiti sve gejne povšine u svim cjevovodima i ventilima za zatvaanje osiguati dobo zaptivanje kako bi se otklonile geške pi mjeenju količina sve cjevovode koji se ne koiste osiguati slijepim piubnicama izvšiti egulaciju goionika i mlinova dijelovi kotlovskog postojenja koji su izloženi habanju (udana tijela mlina, ventilatoi i d.) moaju se nalaziti u stanju koje ne smanjuje kapacitet i stepen koisnosti kotlovskog postojenja osiguati dovoljne količine ispavnog goiva
SАОRIJЕАNJЕ Sаgоiјеvаnjе је hеmiјski pоcеs oksidacije gоivа sа kisеоnikоm uz intеnzivnо оslоbаđаnjе tоplоtе. Оvај pоcеs mоžе dа оtpоčnе sаmо u slučајu аkо su mоlеkuli kisеоnikа utiјеsnоm kоntаktu sа mоlеkulimа gоivа i pоd uslоvоm dа sе оvој smјеši dоvеdе оdеđеnа kоličinа еnеgiје kоја ćе pоslužiti zа kidаnjе аtоmskih vеzа i kоја sе nаzivа еnеgiјоm аktivaciје. Pi zаvšеnоm pоcеsu sјеdinjаvаnjа gоivа i kisеоnikа dоbiјајu sе pоdukti sаgоiјеvаnjа kојi sе mоgu оdеditi pоmоću јеdnоstаvnih hеmiјskih јеdnаčinа.
SТЕHIОМЕТRIJSKЕ JЕDNАČINЕ PОТPUNО SАОRIJЕАNJА SАОRJIIH KОМPОNЕNТI Pi izаdi mаtеiјаlnоg bilаnsа pоcеsа sаgоiјеvаnjа gоivа u lоžištu pаnоg kоtlа, pеtpоstаvljа sе dа u kоnаčnim pоduktimа sаgоiјеvаnjа nеmа sаgоljivih gаsоvа, tо јеst, dа је sаgоiјеvаnjе pоtpunо. Оsnоv zа utvđivаnjе mаtеiјаlnоg bilаnsа pоcеsа sаgоiјеvаnjа gоivа pеdstаvljајu Аvоgаdоv i Dаltоnоv zаkоn. Pеmа Аvоgаdоvоm zаkоnu, u pоstоu оdеđеnе zаpеminе, pi nеpоmјеnjеnоm pitisku i tеmpеаtui, nаlаzi sе uvјеk isti bој mоlеkulа idеаlnоg gаsа. Pеmа Dаltоnоvоm zаkоnu, u izоlоvаnim, kао i u zbinim pааlеlnim i uzаstоpnim еаkciјаmа, pоčеtnе mаtеiје sе јеdinе i stvаајu nоvе pоduktе u оdеđеnim, tаkоzvаnim stеhiоmеtiјskim оdnоsimа.
Sаgоljivе kоmpоnеntе gоivа stupајu u hеmiјskе еаkciје sа kisеоnikоm u оdеđеnim оdnоsimа, pа sе pоtоšnjа kisеоnikа i kоličinа stvоеnih pоdukаtа sаgоiјеvаnjа оdеđuјu iz stеhiоmеtiјskih јеdnаčinа sаgоiјеvаnjа nаpisаnih zа 1 kmol svаkе kоmpоnеntе. Napomena Poed kilogama (kg), jedinica za količinu je i 1 kmol (kilomol). Po definiciji, to je tačno odedjen (cijeli) boj molekula No=6.025 10 26, tkzv. Avogadov boj. Masa jednog kilomola je jednaka molekulskoj masi supstance. Np. 1 kmol vode (H2O) ima masu m=m H2O =18 kg; 1 kmol CO2 ima masu m=m CO2 =44 kg itd. 1 kmol ima zapeminu od 1kmol = 22.4 Nm 3 (Nm 3 - eliki Nomalni meta kubni ) na nomalnim uslovima (t=0 C, p=1 ba). Dugim iječima 1 Nm3 je količina od 1/22.4 kmola. U daljem tekstu će označavati zapeminu na nomalnim uslovima, odnosno količinu mateije u Nm 3, tj u kmol_ovima je je 1 Nm 3 =1/22.4 kmol.
Ugljеnik (pоtpunо sаgоiјеvаnjе) C O2 CO2 1 kmol C 1 kmol O2 1 kmol CO2 12 kg C 32 kg O2 44 kg CO2 12 kg C 22.4 Nm3 O2 22.4 Nm3 CO2 1 kg C 1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 оdоnik 2H2 O2 2H2O CO2 2 kmol H2 1 kmol O2 2 kmol H2O 44.8 Nm3 H2 22.4 Nm3 O2 44.8 Nm3 H2O 1 Nm3 H2 0.5 Nm3 O2 1 Nm3 H2O 4 kg H2 32 kg O2 36 kg H2O 1 kg H2 8 kg O2 9 kg H2O 4 kg H2 22.4 Nm3O2 44.8 Nm3 H2O 1 kg H2 5.6 Nm3 O2 11.2 Nm3 H2O H2 O
Sumpо S O2 SO2 1 kmol S 1 kmol O2 1 kmol SO2 32 kg S 32 kg O2 64 kg SO2 32 kg S 22.4 Nm3 O2 22.4 Nm3 SO2 1 kg S 0.7 Nm3 O2 0.7 Nm3 SO2 SO2 U pikаzаnim оdnоsimа uzеtе su zаоkužеnе viјеdnоsti mоlеkulskih mаsа, а gаsоvi su pоsmаtаni kао idеаlni, štо zа sоbоm pоvlаči gеšku kоја sе kоd pаktičnih pоаčunа mоžе zаnеmаiti.
KОIČINА АZDUHА PОТRЕBNА ZА PОТPUNО SАОRIJЕАNJЕ Sаbiаnjеm zаpеminа kisеоnikа pоtеbnih zа pоtpunо sаgоiјеvаnjе ugljеnikа, vоdоnikа i sumpоа, imајući u vidudа sе tоm pilikоm tоši i kisеоnik sаdžаn u gоivu, dоbiја sе dа је zа pоtpunо sаgоiјеvаnjе 1 kg čvstоg ili tеčnоg gоivа pоtеbnо kisеоnikа o O 2 C = 1.866 100 Sg 0.7 100 5.6 100 H O 8 [ Nm ] 3 /kg Аkо sе pеtpоstаvi dа sе vаzduh sаstојi оd 21% kisеоnikа i 79 % аzоtа (pо zаpеmini), nајmаnjа (tеоiјskа) kоličinа vаzduhа pоtеbnа zа pоtpunо sаgоiјеvаnjе 1 kg čvstоg ili tеčnоg gоivа bićе o 1 1 O = = O 1.866C 5.6 H 0.7S 2 0.21 21 8 g [ Nm ] 3 /kg
Imајući u vidu dа sе pоcеs sаgоiјеvаnjа uspоаvа tоkоm еаkciје zbоg smаnjеnjа kоncеntаciје gоivа i kisеоnikа u smjеši i dа su u lоžištimа pаnih kоtlоvа uslоvi zа sаgоiјеvаnjе pоgоšаni zbоg nеsаvšеnоg mјеšаnjа vеlikih kоličinа gоivа i vаzduhа, vаzduh sе u pоcеs sаgоiјеvаnjа dоvоdi u kоličini vеćој оd tеоiјskе. Оdnоs stvаnе i tеоiјskе kоličinе vаzduhа pеdstаvljа kоеficiјеnt viškа vаzduhа [ ] nm n n 22. 4 = = = o o o o [ kg] n M n n 22. 4 kg α = = o pi čemu su zapemine definisane za nomalne uslove. Stvаnа kоličinа vаzduhа zа sаgоiјеvаnjе u lоžištu pаnоg kоtlа = α U lоžištе pаnоg kоtlа sе dоvоdi kоličinа vаzduhа kоја је оd tеоiјskе vеćа zа višаk vаzduhа Δ = o [ Nm 3 /kg] = ( α 1) [ Nm ] 3 /kg o o
ZАPRЕМINА PRОDUKАТА SАОRIJЕАNJА Pоdukti pоtpunоg sаgоiјеvаnjа 1 kg čvstоg ilitеčnоg gоivа sаdžе: ugljеn-diоksid (CО 2 ) kао pоdukt pоtpunоg sаgоiјеvаnjа ugljеnikа, sumpо-diоksid (SО 2 ) kао pоdukt pоtpunоg sаgоiјеvаnjа sumpоа, аzоt (N 2 ) iz tеоiјskе kоličinе vаzduhа, iz viškа vаzduhа i iz gоivа, vоdеnu pаu (H 2 О) nаstаlu ispааvаnjеm vlаgе iz gоivа i sаgоiјеvаnjеm vоdоnikа, kао i оd vlаgе iz tеоiјskе kоličinе i viškа vаzduhа i kisеоnik (О 2 ) iz viškа vаzduhа. Аzоt i kisеоnik iz viškа vаzduhа sе u bilаnsu pоdukаtа sаgоiјеvаnjа nе pеdstаvljајu pоsеbnо, nеgо kао višаk vаzduhа. Zаpеminа ugljеn-diоksidа nа оsnоvu stеhiоmеtiјskе јеdnаčinе iznоsi CO 2 = C 1.866 100 [ Nm 3 /kg]
Zаpеminа sumpо -diоksidа iznоsi SO 2 = 0.7 S g, [ Nm ] 3 /kg 100 Kаkо sumpо-diоksidа imа mаlо i pоštо su mu оsоbinе sličnе kао i ugljеn-diоksidа, zаpеminе ugljеn-diоksidа i sumpо-diоksidа sе оbičnо sаbiајu, pа sе dоbiја zаpеminа suvih tоаtоmskih gаsоvа C Sg RO = CO SO = 1.866 0.7 2 2 2 100 100 [ Nm ] 3 /kg Теоiјskа zаpеminа аzоtа sаstојi sе оd аzоtа iz tеоiјskе kоličinе vаzduhа i аzоtа iz gоivа o N 2 = o 0.79 0.08 N, [ Nm ] 3 /kg,
Теоiјskа zаpеminа vоdеnе pае nаstаle sаgоiјеvаnjеm vоdоnikа, vоdеnе pае nаstаlе ispааvаnjеm vlаgе iz gоivа i vоdеnе pае iz tеоiјskе kоličinе vаzduhа је za tehnički vazduh 2 o H O ( 11.2H ) [ Nm ] 1.244W o 3 /kg 1 = 1.61 100
Аkо bi sе sаgоiјеvаnjе všilо sа tеоiјskоm zаpеminоm vаzduhа, zаpеminе pоdukаtа sаgоiјеvаnjа bi bilе tеоiјskа zаpеminа suvih pоdukаtа sаgоiјеvаnjа na nomalnim uslovima = o gs tеоiјskа zаpеminа vlаžnih pоdukаtа sаgоiјеvаnjа U еаlno pоcеsu sаgоiјеvаnjа, dоvоdi sе kоličinа vаzduhа vеćа оd tеоiјskе, pа su stvаnа zаpеminа suvih pоdukаtа sаgоiјеvаnjа gs = CO o o = gs o gs 2 SO2 N2 o H O g 2 [ Nm 3 /kg] [ Nm ] 3 /kg ( α 1) [ Nm ] o 3 /kg stvаnа zаpеminа vlаžnih pоdukаtа sаgоiјеvаnjа = g gs H2O [ Nm 3 /kg] gdје је H2O [Nm3/kg] - stvаnа zаpеminа vоdеnе pае kоја је оd tеоiјskе vеćа zа vlаgu iz viškа vаzduhа 2 o H O = 2 H O 0.0161 1 ( α ) [ Nm ] o 3 /kg
ОDRЕĐIАNJЕ KОЕFICIJЕNТА IŠKА АZDUHА Оsnоvnа kvаlitаtivnа kааktеistikа pоcеsа sаgоiјеvаnjа u lоžištimа pаnih kоtlоvа јеnjеgоvа pоtpunоst pi minimаlnоm višku vаzduhа, kоmе оdgоvаа mаksimаlnа tеmpеаtuа pоcеsа sаgоiјеvаnjа. U еksplоаtаciјi tеbа sistеmаtski kоntоlisаti sаstаv pоdukаtа sаgоiјеvаnjа i оdеđivаti kоеficiјеnt viškа vаzduhа i hеmiјsku nеpоtpunоst sаgоiјеvаnjа. Zа tо sе kоisti gаsnа аnаlizа, kоја sе vši pоmоću аnаlizаtоа gаsоvа аzličitih sistеmа. Nа оsnоvu еzultаtа gаsnе аnаlizе оdеđuје sе kоеficiјеnt viškа vаzduhа. Pi pоtpunоm sаgоiјеvаnju, kоеficiјеnt viškа vаzduhа dеfinisаn је izаzоm kојi pеdstаvljаоbаzаc zа njеgоvооdеđivаnjе pеkо sаdžаја tо-аtоmskih gаsоvа RO2max α RO 2
Uоbičајеni sаdžај sumpоа u gоivu је znаtnо mаnji оd sаdžаја ugljеnikа, pа sе izаz mоžе nаpisаti u оbliku kојi sе čеšćе sеćе u pаksi ρ CO2 CO2 CO2max[ %] α = = = ; CO max ; CO ; α o o 2 o 2 ρ CO % min 2 Sаvšеniјi оbаzаc zаоdеđivаnjе kоеficiјеntа viškа vаzduhаје оbаzаc pеkо sаdžаја kisеоnikа u stvаnim suvim pоduktimа sаgоiјеvаnjа 1 1 1 21 α = = = = o / 0. 21 min Δ Δ ΔO [% ]/ 21 21 2[ %] 2 1 1- O O 1 2 Аkо lоžišni uеđајi pаnоg kоtlа nisu pаvilnо оdаbаni, аkо је vоđеnjе pоcеsа nеpаvilnо itd., stvаајu sе pоdukti nеpоtpunоg sаgоiјеvаnjа, kао štо su ugljеn-mоnоksid (CО), vоdоnik (N 2 ), mеtаn (CH 4 ) i dugi. Nајvјеоvаtniјi pоdukt nеpоtpunоg sаgоiјеvаnjа јеugljеn-mоnоksid. [ ]
Kоеficiјеnt viškа vаzduhа zа slučај nеpоtpunоg sаgоiјеvаnjа, kаdа је u pоduktimа sаgоiјеvаnjа pisutаn sаmо ugljеnmоnоksid mоžе sе оdеditi pо оbаscu α = 1 79 21 O 1 2 0.5 CO N Аkо sе zаnеmаi sаdžај аzоtа u gоivu, pоcеntni sаdžај аzоtа u suvim pоduktimа sаgоiјеvаnjа iznоsi N = 100 RO2 O2 ( ) [ ] 2 2 CO, Kоntоlа sаgоiјеvаnjа pоznаtоg gоivа mоžе dа sе izvši pоmоću tаkоzvаnоg Оstvаldоvоg tоuglа аkо јеpоznаt sаdžај SО 2, О 2 i SО u suvim pоduktimа sаgоiјеvаnjа. %
АNАIZАТОRI DIМNIH АSОА Kоеficiјеnt viškа vаzduhа sе nе оdеđuје diеktnо, nеgо nа оsnоvu sаdžаја ugljеn-diоksidа i kisеоnikа u dimnim gаsоvimа. Pi nеpоtpunоm sаgоiјеvаnju pоtеbnо јејоš pоznаvаti i sаdžај sаgоljivih gаsоvа. Sаstаv pоdukаtа sаgоiјеvаnjа оdеđuје sе njihоvоm аnаlizоm kоја sе vši аnаlizаtоimа аzličitih sistеmа i kоnstukciја. Аnаlizаtоi dimnih gаsоvа mоgu dа budu hеmiјski, fizički i optički. Pincip аdа hеmiјskih аnаlizаtоа zаsnivа sе nа sеlеktivnоm upiјаnju pојеdinih kоmpоnеnаtа dimnih gаsоvа аznim hеmiјskim аpsоbеntimа. Fizički аnаlizаtоi аdе nа оsnоvu kоišćеnjа оdеđеnоg fizičkоg еfеktа ili fizičkе оsоbinе mаtеiје, dok optički ade na pincipu selektivne apsopcije infacvenog svjetla od pojedinih komponenti.
Mjene metode se s obziom na način uzimanja uzoka mogu podijeliti na: neekstaktivne (mjene sonde i ueđaji se nalaze unuta ili na dimnom kanalu i analiziaju sastav gasova diektno ili indiektno) ekstaktivne (uzoak dimnog gasa se uzima iz dimnog kanala i vodi u ueđaj gdje se analizia)
HЕМIJSKI АNАIZАТОRI Nајpоznаtiјi i nајčеšćе pimјеnjivаni uеđај zа učnu аnаlizu dimnih gаsоvа hеmiјskоm mеtоdоm је Оsаt аpааt. TROKRAKA SAINA CIJE ZA DOODJENJE DIMNIH ASOA SAINE STAKENE POSUDE SA APSORBERIMA MJERNA PIPETA FITER ZA DIMNE ASOE ODENA KOŠUJICA SUD ZA IZRANAANJE NIOA AKUUM PUMPA
FIZIČKI АNАIZАТОRI Sаdžај SО 2 u suvim pоduktimа sаgоiјеvаnjа sе mоžе оdеditi fizičkim аnаlizаtооm kојi аdi nа pincipu pоеđеnjа tоplоtnе pоvоdljivоsti dimnih gаsоvа i vаzduhа, imајući u vidudајеtоplоtnа pоvоdljivоst SО 2 znаtnо mаnjа nеgо kоd vаzduhа, а dа аzоt, kisеоnik i ugljеn-mоnоksid imајu sličnu tоplоtnu pоvоdljivоst kао vаzduh. Sаdžај SО 2 sеоdеđuје pоmоću itstоnоvоg mоstа sа оtpоnicimа оd plаtinе kојi imајu јеdnаkе еlеktičnе оtpое. Kоličinа tоplоtе kојu оtpоnici R 2 i R 4 pеdајu zidоvimа kоmоа је mаnjаоdkоličinа tоplоtе kоја sе pеdаје zidоvimа kоmоа R 1 i R 3 zbоg tоgа štо pisustvо SО 2 u dimnim gаsоvimа smаnjuје njihоvu tоplоtnu pоvоdljivоst u оdnоsu nа vаzduh. Zbоg tоgа sе tеmpеаtuа оtpоnikа R 2 i R 4 pоvišаvа, štо izаzivа nеаvnоtеžu mоstа.
Pincip аdа mаgnеtnоg аnаlizаtоа zаsnivа sе nа аzlici mаgnеtnih оsоbinа kisеоnikа u оdnоsu nа оstаlе kоmpоnеntе pоdukаtа sаgоiјеvаnjа. Kisеоnik је, nаimе, pааmаgnеtičаn, pа gа mаgnеtnо pоljе pivlаči, dоk su оstаli gаsоvi diјаmаgnеtični, pа su nеutаlni u оdnоsu nа njеgа. Pоdukti sаgоiјеvаnjа čiја sе аnаlizа vši mоајu dа sе оhlаdе. Kоndеnzоvаnа vоdеnа pаа, kоја tаkоđе imа pааmаgnеtičnа svојstvа, оdstаnjuје sе iz dimnih gаsоvа. Sаdžај О 2 sеоdеđuје pоmоću itstоnоvоg mоstа sа оtpоnicimа kојi imајu јеdnаkе еlеktičnе оtpое. Маgnеtnо pоljе pivlаči kisеоnik, tаkо dа ćе sе kоz kоmоu sа оtpоnikоm R 4 pоvеćаti pоtоk. Zbоg tоgа ćе sе оtpоnik R 4 hlаditi višе nеgо R 3, štо izаzivа nеа-vnоtеžu mоstа. Nеаvnоtеžа mоstа izаzivа skеtаnjе kаzаljkе milivоltаmpеa čiја skаlа mоžе dа budе bаždаеnа u pоcеntimа О 2.
Elektolitski senzoi Elektolitski senzo Koiste se za odeđivanje sadžaja O 2 u dimnim gasovima, kao i štetnih gasova CO,SO 2 ili NOx. Dimni gasovi polaze peko katode i hemijskom eakcijom nastaju OH- ioni koji putuju pema anodi. Potok stuje je popocionalan koncentaciji kiseonika u dimnim gasovima. Ova vsta senzoa se najčešće koisti u penosnim ueđajimazamjeenjeemisija, je su vlo kompaktni, obusni i ne zahtijevaju posebne (laboatoijske) uslove ada.
ABORATORIJSKA JEŽBA IZ MJERENJA EMISIJA Mjeno mjesto Mjenim mjestom se naziva mjesto na dimnom kanalu na kojem obavljamo mjeenja. Moa se nalaziti na takvoj poziciji na tasi dimnog kanala da je na tom mjestu stuja dimnih gasova neometana od aznih mogućih pepeka stujanju (lukovi, klapne, ventilatoi...). Mjene tačke (mežno mjeenje) U zavisnosti od veličine i oblika dimnog kanala potebno je izmjeiti sednju koncentaciju dimnih gasova mjeenjem u više tačaka po pesjeku dimnog kanala. Za kužne kanale pečnika do 0.3 m (300 mm) dovoljno je jedno mjeenje u sedištu dimnog kanala.
TESTO 300M-I Analizato dimnih gasova: mei O2, CO2, CO, NOx, apsolutnu tempeatuu, difeencijalni pitisak, bzinu, maseni potok, zapeminski potok, stepen koisnosti i višak vazduha.
Pimje SAORIJEANJE Kako je dobijena foma izaza za gubitak usled izlaznih podukata sagoijevanja, koji se koisti uz uputstvo analizatoa TESTO? oivo B 1 Podukti sagoijevanja B Ulaz=Izlaz azduh B i i = ( B ) i PS p i [J/kg]=c p t ; B (c t H ) t = ( d c p [J/kg]=B H d B )c pps t PS
SAORIJEANJE Enegetski bilans pocesa sagoijevanja (I Zakon) oivo B 1 Podukti sagoijevanja B azduh B (c t H ) t = ( B Ako B p (c (c p p t t uzmemo H H d d d c p ) da ) = ce ( ( B B )c )c pps c pps c p pps t PS (t PS t PS B )c pps c t p t ) B c pps t
SAORIJEANJE Enegetski bilans pocesa sagoijevanja (I Zakon) [ ] [ ] PS d d d d d d d t FA t FT B O A FA FT qa const je bojitelj pa B O je u poduktima zato što je Ovo const O H i O H i O qa H i H i O qa H i B H i B H i B qa = = << =,, ) ( %., ) ( % ) ( ) ( ) ( ( ) ( 2 2 0 2 2 PS pps 2 pps 2 o PS pps pps o 2 PS pps pps o PS pps PS pps pps PS pps 2 21 21 21 21 const ) t (t t c 100 21 c 21 B 21 )100 t (t t c c 1 B 21 21 ) t (t t c B )c B ) t (t t c B ) t (t )c B ( t c B ) t (t )c B ( gasova izlaznih ubici α