Pomiary wentylatorem spalin WPWs 50/1,8 w PEC Sp. z o.o. w Nowym Dworze Gdańskim

Transkrypt

1 BIURO USŁUG TECHNICZNYCH I HANDLOWYCH , ul. Wiosenna 32, tel. (34) tel./fax (34) , ekokal@go2.pl Temat: Pomiary wentylatorem spalin WPWs 50/1,8 Wykonano dla Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej Sp. z o. o Nowy Dwór Gdański, ul. Jantarowa 5 Zamówienie mailowe z dnia r. Nr ewidencyjny pracy P-372/2017 Opracował: mgr inż. Ryszard Parys mgr inż. Tomasz Parys, styczeń 2017 r.

2 Spis treści strona 2 1. Wstęp Podstawa wykonania pracy Wykonawca Badany obiekt, cel i zakres pomiarów Opis instalacji i dane techniczne, stan techniczny wentylatora Sposób pomiaru, użyta aparatura Zestawienie wyników pomiarów Omówienie wyników pomiarów Punkty pracy wentylatora Charakterystyka sieci współpracującej z wentylatorami Ilość spalin za kotłem w zależności od pracy kotła Inne zjawiska i uwagi Uwagi końcowe Załącznik Wstęp W najbliższym czasie planuje się wykonanie nowej instalacji odpylania spalin za kotłem zainstalowanym w PEC Sp. z o. o. w Nowym Dworze Gdańskim. W związku z powyższym postanowiono wykonać pomiary wentylatora wyciągowego spalin (WPWs 50/1,9 o obrotach 1470 obr/min) w celu wyznaczenia jego charakterystyki oraz sprawdzenia parametrów pracy. Niniejsze opracowanie jest sprawozdaniem z tych pomiarów. 2. Podstawa wykonania pracy Podstawą wykonania prac było zamówienie mailowe z dnia r. Przedsiębiorstwa Energetyki Cieplnej Sp. z o.o Nowy Dwór Gdański, ul. Jantarowa 5 dla Biura Usług Technicznych i Handlowych EKOKAL , ul. Wiosenna Wykonawca Prace wykonała grupa pracowników Biura Usług Technicznych i Handlowych EKOKAL , ul. Wiosenna 32, tel/fax 34/ , tel. 34/ , ekokal@go2.pl,

3 4. Badany obiekt, cel i zakres pomiarów strona 3 Badanym obiektem był wentylator spalin WPW 50/1,8 (o obrotach 1470 obr/min) w PEC Sp. z o. o. w Nowym Dworze Gdańskim. Celem pomiarów było określenie aktualnych parametrów pracy wentylatora przy różnych warunkach pracy kotła odpowiadających różnemu wysterowaniu wentylatora spalin (częstotliwość prądu silnika wentylatora 31,6 Hz, 50 Hz, 42,2 Hz i 45,1 Hz) oraz dla każdego wysterowania wentylatora wykonano pomiar przy trzech położeniach klapy w kanale spalin za kotłem. W tablicy 4.1 scharakteryzowano sposób pracy instalacji podczas poszczególnych pomiarów (kolejność pomiarów zgodna z kolejnością realizacji poszczególnych ustawień na obiekcie). Tablica 4.1. Sposób pracy instalacji podczas pomiarów. Lp. Data pomiaru Kolejne pomiary Jednostka Pom. 1 Pom. 2 Pom. 3 Pom. 4 Pom. 5 Pom. 6 1 Data pomiaru r. 2 Położenie dźwigni w kanale spalin środek góra dół dół środek góra 3 Przysłonięcie klapy w kanale spalin % 50% zamkn otw otw 50% zamkn 4 Czestotliwość prądu silnika wentylatora Hz 31,6 31,6 31,6 50,0 50,0 50,0 5 Przybliżona moc silnika wentylatora kw 4,70 4,60 4,70 11,60 11,50 11,00 6 Przybliżona moc kotła kw Lp. Data pomiaru Kolejne pomiary Jednostka Pom. 7 Pom. 8 Pom. 9 P. 10 P. 11 P Data pomiaru r. 2 Położenie dźwigni w kanale spalin góra środek dół dół środek góra 3 Przysłonięcie klapy w kanale spalin % zamkn 50% otw otw 50% zamkn 4 Czestotliwość prądu silnika wentylatora Hz 42,2 42,2 42,2 45,1 45,1 45,1 5 Przybliżona moc silnika wentylatora kw 7,75 7,95 8,00 9,10 9,20 8,70 6 Przybliżona moc kotła kw Opis instalacji i dane techniczne, stan techniczny wentylatora Na rys. 5.1 pokazano fotografię badanego wentylatora wraz z zaznaczonymi miejscami pomiarowymi a na 5.2 schemat kotła oraz zaznaczono miejsca pomiarowe, w załączniku na rys. Z1 i Z2 fotografie badanego wentylatora. Spaliny wychodzące z paleniska i części konwekcyjnej kotła przechodzą przez odpylacz końcowy do wentylatora spalin i dalej do komina. Badany wentylator - istniejący (wg słabo widocznej tabliczki znamionowej): 1. Typ WPWs 56/1,8 2. Nr fabryczny Rok produkcji Obroty 24 obr/s 5. Typ silnika Sf 180M4 6. Napęd silnik zasilany przez falownik 7. Temperatura pracy 300 o C Silnik badanego wentylatora (wg tabliczki znamionowej): 1. Typ Sf 180M4 2. Nr fabryczny

4 3. Obroty 1470 obr/min 4. Napięcie 380 V 5. Cos ϕ 0,87 6. Moc 18,5 kw 7. Częstotliwość 50 Hz strona 4 Kocioł, za którym pracował wentylator: Kocioł płomienicowo-płomieniówkowy, węglowy Typ KRm 125 Moc 2,9 MW Rok produkcji 1987 Ruszt zastosowany w kotle (wg tabliczki znamionowej): Producent ZAMER Kraszewo Typ PRW 3000 Nr fabryczny 273 Rok budowy 2016 Odpylacz za kotłem (wg tabliczki znamionowej nieczytelnej, pokrytej farbą): Typ MGK 12 (grawitacyjny) Rok produkcji p 2. p 4.p, w 3. p, t, A Rys. 5.1 Fotografia badanego wentylatora z zaznaczonymi miejscami pomiarowymi

5 strona 5 Rys Schemat kotła KRm i instalacji spalin z zaznaczonymi punktami pomiarowymi

6 strona 6 Sposób sterowania wentylatora, zmiany oporów instalacji. Instalacja spalin posiadała klapę za kotłem oraz klapę za wentylatorem spalin. Zmian wydajności i spiętrzenia wentylatora dokonywano głównie poprzez zmiany obrotów wentylatora przy pomocy falownika. Natomiast opory przepływu zmieniono przysłaniając częściowo wylot spalin w kanale za kotłem. Stan techniczny wentylatora. Ogólnie, instalacja odpylania spalin była stara, choć podczas oględzin nie stwierdzono widocznych nieszczelności. Wentylator był stary. Nie przeprowadzano przeglądu wewnętrznego wentylatora (gdyż kocioł był w ruchu ciągłym). Dla dokonania przeglądu wentylatora wewnątrz obudowy, potrzeba było odstawić instalację, co w okresie pomiarów było niemożliwe, dlatego brak informacji o stanie wirnika i wnętrza wentylatora. Na podstawie zewnętrznych oględzin można stwierdzić, że obudowa wentylatora była w dobrym stanie, nieznacznie skorodowana, wentylator nie posiadał izolacji termicznej, pozostała część instalacji była izolowana (patrz w załączniku rys. Z5). Na wlocie do wentylatora był nie używany aparat kierowniczy (według służb technicznych pozostawiony w pozycji całkowicie otwartej). 6. Sposób pomiaru, użyta aparatura Pomiary i obliczenia wykonano wg wytycznych normy PN-M Wentylatory kotłowe. Pomiary aerodynamiczne. Sposób pomiaru poszczególnych wielkości opisano poniżej. Miejsce pomiaru zaznaczono na schemacie rys Ciśnienie statyczne przed odpylaczem oraz przed i za wentylatorem spalin mierzono manometrami typu U-rurka napełnionymi wodą. Natomiast w przekroju pomiarowym w kanale za wentylatorem spalin (przed kominem) mierzono przy pomocy mikromanometru cyfrowego w przyrządzie THERM B. Prędkość przepływu powietrza mierzono w kanale za wentylatorem spalin (przed kominem) przy pomocy rurki spiętrzającej Prandtla i mikromanometru cyfrowego w przyrządzie THERM B. Na tej podstawie określono wydajność wentylatora. Temperaturę w kanale za wentylatorem spalin w miejscu pomiaru przepływu mierzono i rejestrowano przy pomocy sondy opartej na płaszczowej termoparze NiCr-Ni w połączeniu z rejestratorem wielokanałowym YC-747UD firmy YCT (Yu Ching Technology Co., Ltd. Taiwan). Skład spalin w kanale za wentylatorem spalin w miejscu pomiaru przepływu oraz jednorazowo w kanale przed odpylaczem, mierzono i rejestrowano przenośnym analizatorem spalin MULTILYZER STe firmy AFRISO działającego w oparciu o cele elektrochemiczne. Gęstość spalin określono przyjmując dla warunków umownych wartość 1,28 kg/m 3 i przeliczając w zależności od temperatury i ciśnienia. Obroty wentylatora mierzono tachometrem optycznym wykorzystującym modulację promieniowania czerwonego typ AT-8 firmy CEM. Moc pobieraną przez silnik wentylatora oraz częstotliwość prądu silnika odczytano z falownika w kotłowni. Moc produkowana przez kocioł oraz temperatury wody przed i za kotłem odczytano z licznika. Ze wskaźnika za kotłem odczytano temperaturę spalin za kotłem oraz odnotowano położenie dźwigni zmieniającej położenie klapy w kanale spalin za kotłem. 7. Zestawienie wyników pomiarów W tablicy 7.1 zestawiono średnie wartości wielkości zmierzonych na obiekcie i obliczonych.

7 Tablica 7.1. Średnie wartości wielkości zmierzonych i obliczonych strona 7 Lp. Wielkość Oznaczenie Jedn. Pomiar 1 Pomiar 2 Pomiar 3 Pomiar A. Dane ogólne, sposób pracy instalacji 1 Data pomiaru r. 2 Ciśnienie barometryczne p ot hpa 996,1 3 Położenie dźwigni w kanale spalin % środek góra dół dół 4 Czestotliwość prądu silnika wentylatora Hz 31,56 31,56 31,56 50,00 5 Przybliżona wydajność kotła wg licznika kw Temperatura wody przed kotłem o C 73,8 74,0 74,0 74,7 7 Temperatura wody za kotłem o C 110,8 110,5 110,7 113,7 8 Temperatura spalin za kotłem (wg szafy AKPiA) o C 191,5 192,5 197,0 207,0 B. Parametry spalin w instalacji (wg przyrządów dodatkowych) 9 Przed instalacja odpylania - pkt 1: ciśnienie p podp mmh 2 O Przed wentylatorem spalin - pkt 2: ciśnienie p pws mmh 2 O ,5 11 Za wentylatorem spalin - pkt 3: ciśnienie p zws mmh 2 O , Temperatura t sws o C 124,2 124,7 128,8 137,9 13 W miejscu pomiaru przepływu - pkt 4: ciśnienie p pp mmh 2 O Temperatura t pp o C 123,0 123,2 129,1 136,9 15 Zawartość tlenu w spalinach O 2pp % 13,0 10,9 11,1 13,8 16 Zawartość CO CO pp ppm Zawartość NO No pp ppm Zawartość CO 2 w spalinach CO 2pp % 7,1 9,0 8,8 6,4 19 Gęstość spalin w warunkach jak w kanale ρ kg/m 3 0,867 0,866 0,854 0, W jednostkach SI: ciś. w miejscu pom. przepływu p pp Pa Ciśnienie przed instalacja odpylania p podp Pa Ciśnienie przed wentylatorem p pws Pa Ciśnienie za wentylatorem p zws Pa C. Zmierzona ilość spalin w przekroju pomiarowym 24 Przysłonięcie klapy w kanale spalin 50% zamkn otw otw 25 Ilość spalin V m 3 /h V N Nm 3 /h v m 3 /s 2,16 1,87 2,20 3,04 28 Prędkość w przekroju pomiarowym m/s 8,8 7,6 9,0 12,4 D. Parametry elektryczne silnika wentylatora i obroty 29 Moc pobierana przez sil. went. (wg falownika) P el kw 4,70 4,60 4,70 11,60 30 Obroty silnika wentylatora (wg częstotliwości) n obr/min Obroty silnika wentylatora (pomiar optyczny) n obr/min E. Parametry wentylatora 32 Wydajność V m 3 /s 2,16 1,87 2,20 3,04 33 Ciśnienie statyczne przed wentylatorem p pws Pa Ciśnienie statyczne za wentylatorem p zws Pa Spiętrzenie statyczne p zws -p pws Pa Ciśnienie dynamiczne na wlocie do wentylatora p d1 Pa Ciśnienie dynamiczne na wylocie z wentylatora p d2 Pa Spiętrzenie dynamiczne p d Pa Spiętrzenie całkowite p c Pa Gęstość czynnika przed wentyl. ρ kg/m 3 0,856 0,855 0,847 0, Wysokość podnoszenia (praca jednostkowa) p c /ρ J/kg Moc użyteczna (w strumieniu M* p c /ρ) P u kw 2,2 1,8 2,0 7,2 42 Sprawność zespołu (P u /P el ) η z - 0,47 0,39 0,43 0,62

8 Tablica 7.1. Średnie wartości wielkości zmierzonych i obliczonych - ciąg dalszy strona 8 Lp. Wielkość Oznaczenie Jedn. Pomiar 5 Pomiar 6 Pomiar 7 Pomiar A. Dane ogólne, sposób pracy instalacji 1 Data pomiaru r. 2 Ciśnienie barometryczne p ot hpa 996,1 3 Położenie dźwigni w kanale spalin % środek góra góra środek 4 Czestotliwość prądu silnika wentylatora Hz 50,00 50,00 42,25 42,25 5 Przybliżona wydajność kotła wg licznika kw Temperatura wody przed kotłem o C 74,7 74,0 73,2 72,8 7 Temperatura wody za kotłem o C 113,4 111,0 109,3 108,5 8 Temperatura spalin za kotłem (wg szafy AKPiA) o C 203,0 200,0 199,0 201 B. Parametry spalin w instalacji (wg przyrządów dodatkowych) 9 Przed instalacja odpylania - pkt 1: ciśnienie p podp mmh 2 O Przed wentylatorem spalin - pkt 2: ciśnienie p pws mmh 2 O -237,5-245,5-178, Za wentylatorem spalin - pkt 3: ciśnienie p zws mmh 2 O -2, Temperatura t sws o C 139,2 136,5 134,1 136,9 13 W miejscu pomiaru przepływu - pkt 4: ciśnienie p pp mmh 2 O Temperatura t pp o C 138,3 135,9 134,2 136,0 15 Zawartość tlenu w spalinach O 2pp % 14,0 13,8 12,8 12,7 16 Zawartość CO CO pp ppm Zawartość NO No pp ppm Zawartość CO 2 w spalinach CO 2pp % 6,2 6,4 7,3 7,4 19 Gęstość spalin w warunkach jak w kanale ρ kg/m 3 0,835 0,840 0,843 0, W jednostkach SI: ciś. w miejscu pom. przepływu p pp Pa Ciśnienie przed instalacja odpylania p podp Pa Ciśnienie przed wentylatorem p pws Pa Ciśnienie za wentylatorem p zws Pa C. Zmierzona ilość spalin w przekroju pomiarowym 24 Przysłonięcie klapy w kanale spalin 50% zamkn zamkn 50% 25 Ilość spalin V m 3 /h V N Nm 3 /h v m 3 /s 2,98 2,67 2,39 2,70 28 Prędkość w przekroju pomiarowym m/s 12,2 10,9 9,8 11,0 D. Parametry elektryczne silnika wentylatora i obroty 29 Moc pobierana przez sil. went. (wg falownika) P el kw 11,50 11,00 7,75 7,95 30 Obroty silnika wentylatora (wg częstotliwości) n obr/min Obroty silnika wentylatora (pomiar optyczny) n obr/min E. Parametry wentylatora 32 Wydajność V m 3 /s 2,98 2,67 2,39 2,70 33 Ciśnienie statyczne przed wentylatorem p pws Pa Ciśnienie statyczne za wentylatorem p zws Pa Spiętrzenie statyczne p zws -p pws Pa Ciśnienie dynamiczne na wlocie do wentylatora p d1 Pa Ciśnienie dynamiczne na wylocie z wentylatora p d2 Pa Spiętrzenie dynamiczne p d Pa Spiętrzenie całkowite p c Pa Gęstość czynnika przed wentyl. ρ kg/m 3 0,814 0,819 0,829 0, Wysokość podnoszenia (praca jednostkowa) p c /ρ J/kg Moc użyteczna (w strumieniu M* p c /ρ) P u kw 6,9 6,3 4,0 4,5 42 Sprawność zespołu (P u /P el ) η z - 0,60 0,57 0,52 0,63

9 Tablica 7.1. Średnie wartości wielkości zmierzonych i obliczonych ciąg dalszy strona 9 Lp. Wielkość Oznaczenie Jedn. Pomiar 9 Pom. 10 Pom. 11 Pom A. Dane ogólne, sposób pracy instalacji 1 Data pomiaru r. 2 Ciśnienie barometryczne p ot hpa 996,1 3 Położenie dźwigni w kanale spalin % dół dół środek góra 4 Czestotliwość prądu silnika wentylatora Hz 42,25 45,11 45,11 45,11 5 Przybliżona wydajność kotła wg licznika kw Temperatura wody przed kotłem o C 71,7 69,3 68,3 65,3 7 Temperatura wody za kotłem o C 107,0 98,9 92,8 87,0 8 Temperatura spalin za kotłem (wg szafy AKPiA) o C B. Parametry spalin w instalacji (wg przyrządów dodatkowych) 9 Przed instalacja odpylania - pkt 1: ciśnienie p podp mmh 2 O Przed wentylatorem spalin - pkt 2: ciśnienie p pws mmh 2 O -174, ,5 11 Za wentylatorem spalin - pkt 3: ciśnienie p zws mmh 2 O -4, Temperatura t sws o C 137,6 136,8 135,4 129,5 13 W miejscu pomiaru przepływu - pkt 4: ciśnienie p pp mmh 2 O Temperatura t pp o C 136,6 136,1 134,5 129,7 15 Zawartość tlenu w spalinach O 2pp % 13,1 13,7 13,9 12,9 16 Zawartość CO CO pp ppm Zawartość NO No pp ppm Zawartość CO 2 w spalinach CO 2pp % 7,0 6,5 6,3 7,2 19 Gęstość spalin w warunkach jak w kanale ρ kg/m 3 0,838 0,839 0,842 0, W jednostkach SI: ciś. w miejscu pom. przepływu p pp Pa Ciśnienie przed instalacja odpylania p podp Pa Ciśnienie przed wentylatorem p pws Pa Ciśnienie za wentylatorem p zws Pa C. Zmierzona ilość spalin w przekroju pomiarowym 24 Przysłonięcie klapy w kanale spalin otw otw 50% zamkn 25 Ilość spalin V m 3 /h V N Nm 3 /h v m 3 /s 2,67 3,00 2,76 2,53 28 Prędkość w przekroju pomiarowym m/s 10,9 12,2 11,3 10,3 D. Parametry elektryczne silnika wentylatora i obroty 29 Moc pobierana przez sil. went. (wg falownika) P el kw 8,00 9,10 9,20 8,70 30 Obroty silnika wentylatora (wg częstotliwości) n obr/min Obroty silnika wentylatora (pomiar optyczny) n obr/min E. Parametry wentylatora 32 Wydajność V m 3 /s 2,67 3,00 2,76 2,53 33 Ciśnienie statyczne przed wentylatorem p pws Pa Ciśnienie statyczne za wentylatorem p zws Pa Spiętrzenie statyczne p zws -p pws Pa Ciśnienie dynamiczne na wlocie do wentylatora p d1 Pa Ciśnienie dynamiczne na wylocie z wentylatora p d2 Pa Spiętrzenie dynamiczne p d Pa Spiętrzenie całkowite p c Pa Gęstość czynnika przed wentyl. ρ kg/m 3 0,823 0,823 0,826 0, Wysokość podnoszenia (praca jednostkowa) p c /ρ J/kg Moc użyteczna (w strumieniu M* p c /ρ) P u kw 4,4 5,5 5,1 5,0 42 Sprawność zespołu (P u /P el ) η z - 0,62 0,67 0,61 0,63

10 8. Omówienie wyników pomiarów 8.1. Punkty pracy wentylatora strona 10 Na rys pokazano podstawową charakterystykę badanego wentylatora, to znaczy zależność całkowitej pracy właściwej (jednostkowej pracy użytecznej) od wydajności dla poszczególnych punktów odpowiadającym trzem seriom, przy trzech położeniach klapy w kanale spalin za kotłem, przy położeniu górnym, dolnym i środkowym. Wentylator posiadał silnik o obrotach 1470 obr/min i dlatego są to również nominalne obroty wentylatora. Na wykresie zamieszczono dodatkowo linie odpowiadające charakterystyce katalogowej wentylatora WPPO 50/1,8 produkcji OWENT Olkusz (wentylatora odpowiadającego wentylatorowi WPWs 50/1,8) przy różnych obrotach. Katalogową charakterystykę wentylatora WPPO 50/1,8 zamieszczono w załączniku na rys. Z3. Na rys pokazano zależność mocy użytecznej, czyli mocy w przetłaczanym strumieniu w zależności od wielkości tego strumienia. Ze względu na duże opory sieci strumienie przetłaczane są małe a więc również moce w strumieniach są mniejsze od mocy wynikającej z nominalnego punktu pracy. Ze względu na małą dokładność wyznaczenia mocy pobieranej przez silnik (oraz ze względu na brak danych o sprawności silnika i falownika) nie analizowano pobieranej mocy elektrycznej a także sprawności wentylatora i sprawności zespołu wentylatora z silnikiem. p/ρ [J/kg] Rys Charakterystyka wentylatora WPPO 50 (odpowiednik WPWs 50) ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 800 V[m 3 /s] 1000 otwarte pkt wg danych zamkniete środkowe 1470 obr/min 1250 Z rysunku wynika, że: wyznaczone punkty pracy wentylatora układają się w pobliżu odpowiednich linii charakterystyki katalogowej co świadczy, że charakterystyka badanego wentylatora jest zbliżona do charakterystyki katalogowej wentylatora WPPO 50/1,8, zmiana oporów przepływu poprzez zmianę położenia klapy za kotłem w niezbyt dużym stopniu zwiększyło opory przepływu całej instalacji, wyznaczone punkty pracy wentylatora leżą z lewej strony katalogowego obszaru pracy wentylatora (na lewo od obszaru o najwyższych sprawnościach), tak więc dla

11 strona 11 występujących podczas pomiarów warunków można powiedzieć, że wentylator pracował przy dużych oporach sieci, przy nominalnych obrotach silnika (1470 obr/min), przy kanale całkowicie odsłoniętym, wydajność wentylatora wyniesie ok. V 3,04 m 3 /s a jednostkowa praca użyteczna p/ρ 2359 J/kg, silnik wentylatora podczas pomiarów nie ulegał przeciążeniu. Podczas pomiarów kocioł pracował z wydajnością ok. 2 MW, co rzutowało na ilość spalin. Przy takim obciążeniu kotła wystarcza praca wentylatora z obrotami ok. 940 obr/min (częstotliwość prądu silnika ok. 31,6 Hz, a moc pobierana przez silnik ok. 4,7 kw). Według obsługi kotła największym obciążeniem silnika wentylatora spalin było ok. 6 7 kw, co odpowiada częstotliwości mniejszej niż 42 Hz (obroty 1230 obr/min). Tak więc zapas wydajności jaki posiada wentylator wynosi ok. 16%, a zapas spiętrzenia prawie 30%. 8,0 Rys Moc użyteczna (przetłaczanego czynnika) dla badanego wentylatora 6,0 otwarte zamkniete środkowe Pu [kw] 4,0 2,0 0,0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 V[m 3 /s] 8.2. Charakterystyka sieci współpracującej z wentylatorem Na rys pokazano spadki ciśnień na ssaniu wentylatora czyli łączne spadki na kotle, klapie za kotłem (przy trzech jej ustawieniach) oraz na odpylaczach oraz oddzielnie (brązowa linia) spadki ciśnienia na odpylaczach. Na rys pokazano spadki ciśnień na kotle (do wylotu z kotłowni) i oddzielnie na samych odpylaczach i kanałach. Z rysunków tych wynika, że spadki ciśnienia na kotle (razem z klapą za kotłem) są większe od spadków ciśnienia na odpylaczach. Dla uniknięcia wpływu zmian gęstości spalin w poszczególnych pomiarach na rys pokazano zamiast ciśnień energię jednostkową traconą przy przepływie spalin przez całą instalację. Na obu tych rysunkach na osi odciętych podano ilość spalin zmierzoną (w warunkach rzeczywistych).

12 strona 12 Rys Spadki ciśnienia na ssaniu wentylatora oraz na odpylaczach p [Pa] otwarty kanału za kotłem zamkniety kanał za kotłem kanał otwarty w połowie spadek ciś na odpylaczach y = 305,64x 2-208,86x y = 345,69x 2-267,34x y = 430,42x 2-272,75x 500 y = 105,77x 2-2,0024x 0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 przepływ gazu za WS [m 3 /s] Rys Spadki ciśnienia na kotle oraz na odpylaczach 2500 y = 209,08x 2-221,99x 2000 p [Pa] otwarty kanału za kotłem zamkniety kanał za kotłem kanał otwarty w połowie spadek ciś na odpylaczach y = 299,87x 2-206,76x y = 105,77x 2-2,0024x 0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 przepływ gazu za WS [m 3 /s]

13 4500 Rys Energia jednostkowa tracona przy przepływie spalin przez całą instalację strona otwarty kanału za kotłem zamkniety kanał za kotłem kanał otwarty w połowie p/ρ [J/kg] ,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 przepływ gazu za WS [m 3 /s] Na podstawie rysunków oraz wcześniej zestawionych danych można sformułować następujące uwagi dotyczące sieci współpracującej z wentylatorem: instalacja współpracująca z wentylatorem daje spadki ciśnienia na poziomie ok Pa przy przepływie ok. 3 m 3 /s dla temperatury czynnika za wentylatorem ok. 135 o C, w związku z różnicami temperatur przy wyznaczaniu poszczególnych punktów pomiarowych wygodniej jest porównywać moc jednostkową traconą przy przepływie ( p/ρ [J/kg]) czyli tzw. stratę wysokości podnoszenia, w całej instalacji przy otwartej klapie za kotłem moc tracona przy przepływie ok. 3 m 3 /s wynosiła ok J/kg, a przy klapie zamkniętej była większa, strata na odpylaczach (od wylotu z budynku do króćca kolanowego wentylatora spalin) stanowiła ok % w/w wartości, czyli większa część ciśnienia była tracona na kotle (zazwyczaj jest odwrotnie, większe spadki ciśnienia są na odpylaczach) Ilość spalin za kotłem w zależności od pracy kotła Myśląc o doborze nowego wentylatora spalin lub o pozostawieniu istniejącego, należy oszacować ilość spalin za kotłem i dalej po ewentualnych dossaniach ilość spalin przepływających przez wentylator wyciągowy w zależności od wydajności kotła. Na rys zestawiono ilość spalin przepływających przez wentylator w poszczególnych pomiarach (w przeliczeniu na warunki normalne Nm 3 /h) oraz oszacowane ilości spalin w zależności od

14 strona 14 zawartości tlenu wyliczone przy założeniu sprawności kotła 80%. W poszczególnych pomiarach były różne stężenia tlenu, temperatury spalin i ciśnienia. Przy doborze wentylatora należy uwzględnić rzeczywiste warunki (wydajność i jednostkową pracę podnoszenia, które zależą od gęstości czynnika i dossań). Ze względu na oszacowania, proste podane na rys należy traktować jako przybliżone, gdyż uzależniają one jedynie ilość spalin od ciepła w paliwie nie uwzględniają natomiast specyfiki paliwa i szeregu innych mniej znaczących czynników. Niemniej można stwierdzić, że chcąc pracować kotłem z wydajnością ok. 2,5 MW (a nawet przy przeciążeniu z wydajnością 3 MW) należy się liczyć przy stężeniu tlenu w spalinach 7 13% z ok Nm 3 /h spalin (a przy 3 MW ok Nm 3 /h), co w zależności od parametrów gazu może wymagać wydajności wentylatora ok. 4,2 m 3 /s (dla 3 MW, O 2 ok. 13% i gęstości spalin ok. 0,8 kg/m 3 ). Przy takich wydajnościach wentylator spalin powinien mieć spiętrzenia co najmniej 5000 Pa (dla częściowo zamkniętej klapy za kotłem) nie licząc zapasu spiętrzenia i wydajności. Takich parametrów nie uzyska obecny wentylator, chyba, że obniży się znacząco zawartość tlenu w spalinach z 13% np. do 7% za wentylatorem i wtedy ilość spalin będzie dużo mniejsza. Z rys wynika, że obecnie eksploatowany wentylator powinien dla stężenia tlenu w spalinach O 2 =10% wystarczyć do osiągnięcia mocy ok. 2,9 MW, a przy O 2 =7% do 3,8 MW. Rys Ilość spalin za wentylatorem w zależności od wydajności kotła oraz oszacowana ilość spalin teoretyczna przy sprawności kotła 80% podczas pomiarów ilość spalin [Nm3/h] teoret. przy O2=13% [Nm3/h] teoret. przy O2=10% [Nm3/h] teoret. przy O2=7% [Nm3/h] ilość spalin [Nm 3 /h] y = 1695,6x ,5 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 wyd kotła [MW] Chcąc dokładnie obliczyć ilości spalin należałoby przyjąć założenia odnośnie jakości paliwa, osiąganej przez kocioł wydajności, założenia dotyczące czynników decydujących o sprawności kotła, o wielkości dossań i parametrów spalin oraz innych i na tej podstawie przeprowadzić wariantowe obliczenie bilansowe. Istotny jest też sposób prowadzenia kotła i jego stan techniczny (np. zabrudzenie, nieszczelności kanałów spalin).

15 8.4. Inne zjawiska i uwagi strona 15 Podczas ostatniego pomiaru jednorazowo zmierzono zawartość tlenu przed odpylaczem i za wentylatorem spalin. Zawartość tlenu przed odpylaczem wynosiła 11,1% a za odpylaczem 12,6% oznacza to, że w odpylaczach następowało przyssanie wynoszące ok. 24% teoretycznej ilości powietrza potrzebnego do spalania ( λ). Z tablicy obok kotła odczytywano temperaturę spalin za kotłem (czujnik oporowy), która w porównaniu z temperaturą w kanale przed odpylaczem wyznaczoną przy pomocy termopary typu K była o ok. 40 o C wyższa. Należy sprawdzić obwód pomiaru temperatury spalin za kotłem (kompensacją przewodów) i przy planowanej ewentualnej zabudowie dodatkowego podgrzewacza wody uwzględnić właściwe parametry spalin. Spadki ciśnienia spalin przy przepływie przez kocioł (do kanału przed odpylaczem czyli do punktu 1 na rys. 5.1) były dosyć duże, dlatego warto sprawdzić czy po drodze nie ma jakiegoś przewężenia lub gwałtownych zmian kierunku. Przy zabudowie ewentualnego nowego odpylacza należy również zwrócić uwagę przy projektowaniu na możliwe ograniczanie oporów przepływu (łagodne łuki, odpowiednie przekroje kanałów itp.). 9. Uwagi końcowe 1. Wyznaczone punkty pracy wentylatora układają się z lewej strony na katalogowym obszarze pracy wentylatora WPPO 50/1,8 produkcji OWENT Olkusz ( dopasowanego jako wentylator podobny do wentylatora WPWs 50/1,8). Oznacza to, że wentylator spalin współpracuje z siecią o dużych oporach przepływu. Punkty współpracy leżą w obszarze dużych spiętrzeń i małych wydajności. 2. Zastosowany wentylator nie stanowi ograniczenia dla wzrostu wydajności kotła do ok. 2,5 MW przy stężeniu tlenu w spalinach w relonie wentylatora wynoszącym jak podczas pomiarów ok. 13%, dla stężenia tlenu w spalinach O 2 =10% powinien wystarczyć do osiągnięcia mocy ok. 2,9 MW, a przy O 2 =7% do 3,8 MW. 3. Podczas pomiarów przy pracy kotła z wydajnością ok. 2 MW, przy częściowo przymkniętej klapie spalin za kotłem, wentylator spalin był wysterowany ok. 64% (częstotliwość prądu silnika wentylatora wynosiła ok. 31,6 Hz a obroty znamionowe 940 obr/min, moc silnika ok. 4,7 kw) i wtedy wydajność wentylatora wynosiła 2,16 m 3 /s (5245 Nm 3 /h) a spiętrzenie 1020 Pa (co odpowiada jednostkowej pracy podnoszenia p/ρ= 1189 J/kg). 4. Strata ciśnienia na odpylaczach (od wylotu z budynku do króćca kolanowego wentylatora spalin) stanowiła ok % w/w wartości, czyli większa część ciśnienia wytwarzanego była tracona na kotle (zazwyczaj jest odwrotnie, większe spadki ciśnienia są na odpylaczach). Warto sprawdzić czy w kotle lub po drodze do kanału przed odpylaczem nie ma jakiegoś przewężenia lub gwałtownych zmian kierunku, gdzie mogą powstawać duże straty ciśnienia. 5. Silnik wentylatora podczas pomiarów nie ulegał przeciążeniu, przy maksymalnym wysterowaniu pobierał moc ok. 11,6 kw. Według obsługi kotła podczas normalnej eksploatacji silnik wentylatora nie osiąga wiecej niż 6 7 kw, co odpowiada częstotliwości mniejszej niż 42 Hz (obroty 1230 obr/min). Tak więc zapas wydajności, jaki posiada wentylator wynosi ok. 16%, a zapas spiętrzenia prawie 30%. 6. W sposób przybliżony można stwierdzić, że chcąc pracować kotłem z wydajnością ok. 2,5 MW (a nawet przy przeciążeniu z 3 MW) należy się liczyć przy stężeniu tlenu

16 strona 16 w spalinach 7 13% z ok Nm 3 /h spalin (a przy 3 MW ok Nm 3 /h), co w zależności od parametrów gazu może wymagać wydajności wentylatora ok. 4,2 m 3 /s (dla 3 MW, O 2 ok. 13% i gęstości spalin ok. 0,8 kg/m 3 ). Przy takich wydajnościach wentylator spalin powinien mieć spiętrzenia co najmniej 5000 Pa (dla częściowo zamkniętej klapy za kotłem) nie licząc zapasu spiętrzenia i wydajności. Takich parametrów nie uzyska obecny wentylator, chyba, że obniży się znacząco zawartość tlenu w spalinach z 13% np. do 7% za wentylatorem i wtedy ilość spalin będzie dużo mniejsza. 7. Obecnie eksploatowany wentylator powinien dla stężenia tlenu w spalinach O 2 =10% wystarczyć do osiągnięcia mocy ok. 2,9 MW, a przy O 2 =7% do 3,8 MW. 8. Chcąc dokładnie policzyć parametry dobieranego wentylatora należy założyć szereg parametrów, od których zależy ilość spalin za kotłem. Z bilansu policzyć ilość spalin wariantowo dla przyjętych wcześniej wartości i dalej na podstawie charakterystyki z rys wyznaczyć wymagane spiętrzenie wentylatora. 9. Zawartość tlenu przed odpylaczem wynosiła 11,1% a za odpylaczem 12,6% oznacza to, że w odpylaczach następowało przyssanie wynoszące ok. 24% teoretycznej ilości powietrza potrzebnego do spalania ( λ). 10. Temperatura spalin za kotłem wskazywana przez ruchowy układ pomiarowy była wyższa o ok. 40 o C od temperatury mierzonej zainstalowanym czujnikiem. Należy sprawdzić ruchowy układ pomiaru temperatury spalin za kotłem (m.in. kompensacją przewodów). Temperatura ta jest ważna przy projektowaniu i ocenie opłacalności ewentualnego dodatkowego podgrzewacza wody za kotłem.

17 EKOKAL strona Załącznik Rys. Z1. Widok badanego wentylatora oraz istniejącej instalacji odpylania spalin Rys. Z2. Widok wentylatora i wylotu do komina

18 strona 18 Rys. Z4. Charakterystyka wentylatora WPPO 50/1,8 produkcji OWENT Olkusz (odpowiednik WPWs 50/1,8) odpowiadająca charakterystyce badanego wentylatora

19 strona 19 Rys. Z4 (poniżej). Wydruki z analizatora spalin (za wentylatorem spalin pomiar 1 do 12) oraz dla pomiaru 12 przed instalacja odpylania

20 strona 20

21 strona 21 Rys. Z5 (poniżej). Wyniki przeglądu termowizyjnego instalacji

22 strona 22