Microsoft PowerPoint - ep-vaja-02-web.pptx

Transkripcija

1 Goriva, zrak, dimni plini gorivo trdno, kapljevito: C, H, S, O, N, H 2 O, pepel plinasto: H 2, C x H y, CO 2, N 2,... + zrak N 2, O 2, (H 2 O, CO 2, Ar,...) dimni plini N 2, O 2, H 2 O, CO 2, SO 2 + toplota Q g = m g H i 1

2 Zgorevanje - zrak C + O 2 CO 2 2H 2 + O 2 2H 2 O S + O 2 SO 2 1 kmol C + 1 kmol O 2 1 kmol CO kj 12,011 kg C + 31,9988 kg O 2 44,0098 kg CO kj 1 kg C + 2,6641 kg O 2 3,6641 kg CO kj 1 kg H 2 + 7,9370 kg O 2 8,9370 kg H 2 O kj 1 kg S + 0,9981 kg O 2 1,9981 kg SO kj potrebna količina kisika/zraka (kg/kg goriva ) m O,min =,6641wC + 7,9370wH + 0, 9981 m Z,min = 2 ws w mo,min 023, dejanska količina zraka (kg/kg goriva ) m Z =λm Z,min λ razmernik zraka O 2

3 Zgorevanje - zrak C + O 2 CO 2 2H 2 + O 2 2H 2 O S + O 2 SO 2 1 kmol C + 1 kmol O 2 1 kmol CO kj 12,011 kg C + 31,9988 kg O 2 44,0098 kg CO kj 1 kg C + 2,6641 kg O 2 3,6641 kg CO kj 1 kg H 2 + 7,9370 kg O 2 8,9370 kg H 2 O kj 1 kg S + 0,9981 kg O 2 1,9981 kg SO kj potrebna količina kisika/zraka (kg/s) m& = m& O,min m & = m& Z,min g g m m O,min Z,min dejanska količina zraka (kg/s) m & = m& m = m& Z g Z g λm Z,min 3

4 Zgorevanje dimni plini C + O 2 CO 2 2H 2 + O 2 2H 2 O S + O 2 SO 2 1 kmol C + 1 kmol O 2 1 kmol CO kj 12,011 kg C + 31,9988 kg O 2 44,0098 kg CO kj 1 kg C + 2,6641 kg O 2 3,6641 kg CO kj 1 kg H 2 + 7,9370 kg O 2 8,9370 kg H 2 O kj 1 kg S + 0,9981 kg O 2 1,9981 kg SO kj količina nastalih dimnih plinov (kg/kg goriva ) m CO2 = 3,6641 w C m H2O = 8,9370 w H + w H2O m SO2 = 1,9981 w S m N2 = w N + 0,77 m Z,min m zrak = (λ 1) m Z,min ogljikov dioksid voda žveplov dioksid dušik zrak = dušik + kisik 4

5 Zgorevanje dimni plini C + O 2 CO 2 2H 2 + O 2 2H 2 O S + O 2 SO 2 1 kmol C + 1 kmol O 2 1 kmol CO kj 12,011 kg C + 31,9988 kg O 2 44,0098 kg CO kj 1 kg C + 2,6641 kg O 2 3,6641 kg CO kj 1 kg H 2 + 7,9370 kg O 2 8,9370 kg H 2 O kj 1 kg S + 0,9981 kg O 2 1,9981 kg SO kj količina nastalih dimnih plinov (kg/kg goriva ) m d = m CO2 + m H2O + m SO2 + m N2 + m zrak količina nastalih dimnih plinov (kg/s) m & = m& d g m d 5

6 Zgorevanje dimni plini CO 2 H 2 O SO 2 N 2 zrak N 2 O 2 m CO2 m H2O m SO2 m N2 m zra = k CO 2 H 2 O SO 2 N 2 O 2 m CO2 m H2O m SO2 m N2c m O2 6

7 Zgorevanje - primer Gorivo: biodiesel w C = 77 % w H = 12 % w O = 11 % Razmernik zraka: λ= 1,1 Masni tok goriva:. m g = 0,2 kg/s m,min O = 2,6641 0,77 + 7,9370 0,12+ 0, ,11 = 2,89 kg/kg m Z,min m Z m& Z 2,89 = = 12,59 kg/kg 0,23 =1,1 12,59 = 13,84 kg/kg =0,2 13,84 = 2,77 kg/s m CO2 = 3,6641 0,77 = 2,82 kg/kg m H2O = 8,9370 0, = 1,07 kg/kg m SO2 = 1, = 0 kg/kg m N2 = 0 + 0,77 12,59 = 9,69 kg/kg m zrak = (1,1 1) 12,59 = 1,26 kg/kg 7

8 Zgorevanje - primer Gorivo: biodiesel w C = 77 % w H = 12 % w O = 11 % Razmernik zraka: λ= 1,1 Masni tok goriva:. m g = 0,2 kg/s m,min O = 2,6641 0,77 + 7,9370 0,12+ 0, ,11 = 2,89 kg/kg m Z,min m Z m& Z 2,89 = = 12,59 kg/kg 0,23 =1,1 12,59 = 13,84 kg/kg =0,2 13,84 = 2,77 kg/s m CO2 = 3,6641 0,77 = 2,82 kg/kg m H2O = 8,9370 0, = 1,07 kg/kg m SO2 = 1, = 0 kg/kg m N2 = 0 + 0,77 12,59 = 9,69 kg/kg m zrak = (1,1 1) 12,59 = 1,26 kg/kg m d = 2,82 + 1,07 + 9,69 + 1,26 = 14,84 kg/kg m& d =0,2 14,84 = 2,97 kg/s 8

9 Zgorevanje - toplota C + O 2 CO 2 2H 2 + O 2 2H 2 O S + O 2 SO 2 1 kmol C + 1 kmol O 2 1 kmol CO kj 12,011 kg C + 31,9988 kg O 2 44,0098 kg CO kj 1 kg C + 2,6641 kg O 2 3,6641 kg CO kj 1 kg H 2 + 7,9370 kg O 2 8,9370 kg H 2 O kj 1 kg S + 0,9981 kg O 2 1,9981 kg SO kj 9

10 Zgorevanje - toplota C + O 2 CO 2 2H 2 + O 2 2H 2 O S + O 2 SO 2 1 kmol C + 1 kmol O 2 1 kmol CO kj 12,011 kg C + 31,9988 kg O 2 44,0098 kg CO kj 1 kg C + 2,6641 kg O 2 3,6641 kg CO kj 1 kg H 2 + 7,9370 kg O 2 8,9370 kg H 2 O kj 1 kg S + 0,9981 kg O 2 1,9981 kg SO kj sproščena toplota spodnja/zgornja kurilnost (MJ/kg goriva ) wo H i = 33,9 wc + 121,4 wh + 10,5 ws 2,5 wh2o 8 H = H 2,5 m s i + H2O sproščen toplotni tok toplotna moč goriva (MW) Q & = m& H g g i 10

11 Ogljikov dioksid največji delež CO 2 v dimnih plinih volumen CO 2 (nm 3 /kg goriva ) teoretični vol. suhih dimnih plinov (nm 3 /kg goriva ) V ϕ( CO 2, max ) = V CO2 d,0, s m V = 1 w CO2 CO 2 =,8563 ρ CO2,0 V d, 0, s = VCO2 + VH2O + VSO2 C količina CO 2 na enoto sproščene energije (kg/mj) mˆ = CO2 m CO2 H i Normalni kubični meter (nm 3 ) je količina (masa) plina, ki pri normalnih pogojih (T 0 = 0 C, p 0 = 1,01325 bar) zavzema prostornino 1 m 3. 11

12 Entalpija dimnih plinov specifična entalpija (kj/kg dp ) h h h = c p T T 0 = cp T 0 ( T T ) 0 ( c w ) ( hw ) p d i = h d = T d i toplotni tok (kw) Q& = m& d ( hd,1 hd,2 ) entalpija dimnih plinov (kj/kg goriva ) H d ( h m) = i ( h h ) = m ( m h m h ) Q& = m& & Q& = m& g md d, 1 d,2 g d d,1 d d,2 ( H H ) g d,1 d,2 12

13 Entalpija dimnih plinov, diagram H d -T ,8 1,6 1,7 1,5 35 Gorivo: ogljik 38 % vodik 6 % žveplo 1 % kisik 12 % voda 30 % pepel 11 % 1,4 1,3 1,2 35 1,1 30 = 1, ,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 5 1,2 15 1,1 = 1,

14 Entalpija dimnih plinov - primer Gorivo: biodiesel w C = 77 % w H = 12 % w O = 11 % Razmernik zraka: λ= 1,1 Masni tok goriva:. m g = 0,2 kg/s Temperatura: T= 260 C m CO2 = 3,6641 0,77 = 2,82 kg/kg m H2O = 8,9370 0, = 1,07 kg/kg m SO2 = 1, = 0 kg/kg m N2 = 0 + 0,77 12,59 = 9,69 kg/kg m zrak = (1,1 1) 12,59 = 1,26 kg/kg h CO2 = 243,54 kj/kg CO2 h H2O = 496,06 kj/kg h SO2 = 176,14 kj/kg h N2 = 272,08 kj/kg h zrak = 264,15 kj/kg w CO2 = 0,190 w H2O = 0,072 w SO2 = 0,000 w N2 = 0,653 w zrak = 0,085 h d = 0,19 243,54 + 0, ,06 + 0, ,08 + 0, ,15 = 282,1 kj/kg dp H d = 2,82 243,54 + 1,07 496,06 + 9,69 272,08 + 1,26 264,15 = 4187 kj/kg goriva 14

15 Teoretična temperatura zgorevanja energijska bilanca v kurišču: m & H + m& h + m& h = m& g i g g z z d h d toplotni tok v dimnih plinih toplotni tok zaradi temperature zraka toplotni tok zaradi temperature goriva toplotni tok, ki ga odda gorivo ( mz, minrz ) hz m& gmd vhd & & = m ghi + mg λ, H i + mz hz = Hd, th H d H d,th T d,th T 15

16 Temperature dimnih plinov H d,th uparjalnik pregrevalnik pare grelnik vode grelnik zraka izgube v okolico Q UP Q PP Q GV Q GZ Q izg H d1 H d2 H d3 H d,iz T d,iz T d3 T d2 T d1 T d,th 16

17 Toplota sproščena pri zgorevanju - kurilnost gorivo + zrak (kisik) dimni plini + toplota 1 kg C + 2,6641 kg O 2 3,6641 kg CO kj 1 kg H 2 + 7,9370 kg O 2 8,9370 kg H 2 O kj 1 kg S + 0,9981 kg O 2 1,9981 kg SO kj kurilnost goriva 17

18 Dimni plini Sestava CO 2 para H 2 O voda SO 2 N 2 Toplota Q = m d c p (T T 0 ) Q = m CO2 c p,co2 (T T 0 ) + +m v c p,v (T T 0 ) +m p c p,p (T T 0 ) + m p (h h ) + + m SO2 c p,so2 (T T 0 ) + + m N2 c p,n2 (T T 0 ) + + m O2 c p,o2 (T T 0 ) O 2 18

19 Entalpija dimnih plinov Hs = Hi m H2O teoretična točka po adiabatnem zgorevanju zmanjševanje entalpije pri ohlajanju dimnih plinov entalpija v področju, kjer voda v dimnih plinih kondenzira entalpij ja navidezen potek entalpije premik krivulje v koordinatno izhodišče navidezna točka po adiabatnem zgorevanju H i H s temperatura 19

20 Naloga Gorivo ima znano sestavo: sestavina oznaka masni delež ogljik mc 0,285 vodik mh 0,023 žveplo m S 0,015 kisik m O 0,110 dušik mn 0,007 pepel m p 0,180 vlaga mh2o 0,380 V proces zgorevanja dovedemo 20 % več zraka, kot ga je potrebno za popolno zgorevanje. Sestavo goriva predstavi grafično in označi gorljive in negorljive sestavine goriva. Z uporabo zgorevalnih enačb določi: - kurilnost goriva - najmanjšo potrebno količino zgorevalnega zraka - količino produktov zgorevanja (prikaži tudi grafično) - količino nastalega CO 2 na enoto sproščene energije Z uporabo tabel z entalpijami plinov določi entalpijo dobljenih dimnih plinov pri temperaturah 580 C in 175 C. Določi teoretično temperaturo zgorevanja pri temperaturi zgorevalnega zraka 0 C. Uporabi diagram H d -T za obravnavano gorivo. 20