ćwiczenie 2

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z GEWiŚ
Cz. II
Kocioł parowy - naczynia ciśnieniowe, których zadaniem jest wytwarzanie pary wodnej z
wody o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego. W kotle wytwarza się parę nasyconą lub
przegrzaną.
Powierzchnia ogrzewalna - powierzchnia ścian omywanych bezpośrednio spalinami z jednej
strony, a z drugiej parą, wodą lub powietrzem. Powierzchnia ogrzewalna liczona jest po
stronie spalin i wyrażana w m2.
Pojemność wodna - przestrzeń w kotle, w której podczas pracy znajduje się woda.
Pojemność wodna wyraża się w m3 lub litrach.
Przestrzeń parowa - jest przestrzenią w walczaku kotła, który wypełnia para. Im większa
przestrzeń parowa, tym większa jest możliwość otrzymania bardziej suchej pary bez potrzeby
stosowania specjalnych urządzeń (np. rur osuszających, zbiorników pary itp.)
Obciążenie powierzchni parowej - ilość pary przypadającej na m3 przestrzeni na godzinę
[m3/m3/h]. Dopuszczalne obciążenie jest zależne od ciśnienia w kotle i gęstości wody
kotłowej - im woda kotłowa ma większe zasolenie, tym jest mniejsze dopuszczalne
obciążenie przestrzeni parowej.
Najniższy poziom wody - jest to poziom, przy którym kocioł nie ulega uszkodzeniu wskutek
braku wody. Poziom ten powinien być 100 mm powyżej linii spalinowej.
Wydajność kotła - ilość wyprodukowanej pary w ciągu jednostkowego czasu w kg/h lub w
t/h.
Dopuszczalne ciśnienie kotła - [at, bar] - najwyższe ciśnienie na jakie kocioł został
dopuszczony do eksploatacji przez organ dozoru technicznego.
PROCESY ENERGETYCZNE ZACHODZĄCE W KOTLE PAROWYM
Energia cieplna ze spalania paliwa jest wykorzystywana do ogrzania wody, która ulega
odparowaniu. Powstała para wodna o odpowiednim ciśnieniu i temperaturze spełnia rolę
nośnika energii cieplnej i jest transportowana rurociągiem poza obręb kotła.
Bilans kotła
Q = Qu + ΣQs
Q = B*Qw
Qu = D(ip - iw)
Qu - ilość energii cieplnej zawartej w parze wodnej
Q - ilość energii cieplnej dostarczonej w procesie spalania paliwa
ΣQs - suma strat towarzyszących procesowi spalania [kcal]
B - masa spalonego paliwa [kg]
Qw - wartość opałowa paliwa [kcal/kg]
D - ilość wytworzonej pary wodnej przy spalaniu paliwa
ip - entalpia pary wodnej [kcal/kg]
iw - entalpia wody doprowadzonej do wnętrza kotła [kcal/kg]
BQW = D(ip – iw) + ΣQS
Sprawność kotła
η=
Qu D(i p − iw )
=
Q
BQw
η - współczynnik sprawności kotła
Sprawność kotła jest tym bardziej zbliżona do jedności, im niższa jest suma strat
towarzyszących procesowi spalania.
W praktyce η = 0,5 – 0,85
Kotły z paleniskiem opalanym pyłem
węglowym, gazem itp.
Kotły z ręcznym popielnikiem
Obciążenie ekonomiczne - jest to obciążenie, przy którym osiąga się maksymalną sprawność
kotła
ve =
De
Dmax
ve - współczynnik ekonomicznego obciążenia kotła
De - obciążenie ekonomiczne [t/h]
Dmax - maksymalne obciążenie kotła [t/h]
Straty przemian energii w kotle parowym:
1. Straty w palenisku:
- strata niezupełnego spalania
- strata przesypu (popielnikowa, niecałkowitego spalania)
- straty związane ze zjawiskiem promieniowania do otoczenia.
2. Straty w kanałach spalinowych i przewodzie kominowym.
3. Straty powstałe w kotle właściwym: nieszczelności aparatury, osadzanie kamienia
kotłowego.
4. Straty przy wygaszaniu i rozruchu kotła.
Straty ciepła nieizolowanych rurociągów:
Q = k(t1 - t2) [kcal/m2h]
m2 - powierzchnia boczna rurociągu
k - współczynnik przenikania ciepła, k = 8+0,036 (t1 - ∆t) [kcal/m2h0C]
∆t - gradient temperatury (różnica temperatur między parą, a wewnętrzną ścianą rurociągu)
t1 - temperatura pary
t2 - temperatura otoczenia
∆t dla pary nasyconej = 0
∆t dla pary przegrzanej = 40 - 500C
Straty ciepła dla rurociągu izolowanego:
Q=
π (t1 − t 2 )
d
1
1
ln z +
2λ d w d z α
[kcal / mh]
λ - współczynnik przewodzenia ciepła materiałów izolacji
dz - średnica rurociągu z izolacją
dw - średnica wewnętrzna
a - grubość izolacji
α - współczynnik przejmowania ciepła z powierzchni nagrzanej do powietrza
zewnętrznego [kcal/m2h0C]
t0 - temp. otuliny (zewnętrzna powierzchnia otuliny)
α = 8,4 + 0,06 (t0 - t2)
Straty ciepła rurociągów parowych nie zależą od ilości przesyłanej pary.
Literatura:
Germański A.: Gospodarka paliwowo-energetyczna, WG Warszawa 1982.
Kudra T.: Zbiór zadań z podstaw teoretycznych inżynierii chemicznej i procesowej. PWN
1985.
Neryng A., i in: Energia i woda w przemyśle rolno spożywczym, WNT Warszawa 1990.
Wilk S.: Technika cieplna. WSiP 1975.
Wojdalski J., i in.: Energia i jej użytkowanie w przemyśle rolno-spożywczym, SGGW
Warszawa 1998
Zadania
1. Obliczyć straty ciepła nieizolowanego rurociągu parowego o φ = 125/133 i długości 100m
przez który przepływa para nasycona o ciś. 5 atm. i temp. 1510C. Temp. otoczenia 180C.
sprawność cieplna urządzenia kotłowego η = 0,7, wartość opałowa paliwa Qw = 5200
kcal/kg. Wyrazić straty ciepła, jako straty masy paliwa na godz.
2. Jak zmienią się straty ciepła rurociągu parowego z zadania 1 po zaizolowaniu go otuliną o
grubości 60 mm, λ = 0,1 kcal/mh0C, jeżeli temp. zewnętrzna powierzchni otuliny wynosi
400C?
3. Oblicz sumę strat kotła parowego podgrzewającego wodę o entalpii 15 kcal/kg i
wytwarzającego 800 ton pary wodnej o entalpii 664 kcal/kg, przy spalaniu 100000 kg
węgla o kaloryczności 5,2*106 kcal/tonę.
4. Ile węgla o kaloryczności 5,2*106 kcal/tonę należy spalić, aby wytworzyć 500 ton pary
wodnej nasyconej, w kotle o sprawności 0,7? Entalpia wody - 15 kcal/kg, pary - 664
kcal/kg.