POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA i ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN i URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH.

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA GLIICACH YDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOISKA i ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN i URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH artość opałowa Laboratorium miernictwa (M 8) Opracował: dr inż. Grzegorz iciak Sprawdził: dr inż. Jan Około - Kułak Zatwierdził: dr hab. inż. Janusz Kotowicz

2 1. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z sposobem oznaczania ciepła spalania i wartości opałowej paliw gazowych i ciekłych za pomocą kalorymetru JUNKERS a. Ponadto celem ćwiczenia jest praktyczne oznaczenie wartości ciepła spalania i wartości opałowej gazu. 2. iadomości wstępne. Paliwa dzielimy na naturalne sztuczne oraz paliwa gazowe ciekłe i stałe. Paliwa ciekłe i gazowe w porównaniu z paliwami stałymi wykazują szereg zalet, z którymi najistotniejsze są: łatwe i szybkie przesyłanie rurociągami na duże odległości bez przeładunku i strat, wysokie wartości opałowe, łatwe i zupełne spalanie przy niewielkim nadmiarze powietrza. Do zalet należy spalanie bez takich pozostałości jak żużel lotny, popiół i koksik wskutek czego powierzchnie ogrzewane i komora spalania pozostają zawsze czyste. Przy stosowaniu paliw gazowych istnieje możliwość łatwego nastawienia dopływu paliwa oraz uzyskiwania wysokich obciążeń cieplnych w komorze spalania.. Ciepło spalania i wartość opałowa. Najistotniejszą cechą wszystkich paliw jest ich wartość opałowa. Przy ocenie przydatności paliwa stałego rozpatruje się ponadto ciepło spalania, zawartość wody, lotnych części palnych, popiołu, charakterystykę ziarnowa, zdolność spalania się i temperaturę topliwości żużla. Ciepłem spalania g nazywana jest ilość ciepła powstała przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki masy paliwa, przy założeniu, że produkty spalania zostają ochłodzone do temperatury początkowej składników biorących udział w spalaniu, a woda ulega wykropleniu. artość opałowa d jest liczbowo równa różnicy między wartością g a ilością ciepła potrzebnego do odparowania wody zawartej w paliwie oraz powstałej ze spalania wodoru z tego paliwa. Ciepło parowania wody przy 0 C przyjmuje się w technice za 2500 /kg. gdzie: d = g 2500m m w jest całkowitą ilością kg wody powstałej przy spaleniu 1 kg paliwa. w kg Stosowana jest inna postać wzoru: gdzie: = 25,00 94 ( 8, h w) d g + w procentowa zawartość wody w paliwie h procentowa zawartośc wodoru w paliwie. kg Ciepło spalania oraz wartość opałowa można wyliczyć w sposób pośredni z wyników analizy elementarnej danego paliwa.

3 4. Oznaczanie wartości opałowej paliw gazowych i ciekłych. Pomiar wartości opałowej paliw gazowych oraz paliw ciekłych lekkich o niskiej temperaturze wrzenia przeprowadza się najdogodniej za pomocą kalorymetru Junkersa rys. 1 Zasada metody opiera się na pomiarze przyrostu temperatury znanej masy wody chłodzącej przepływającej przez płaszcz kalorymetru strumieniem o słabym natężeniu. oda ogrzewana jest gazami spalinowymi wytworzonymi przy spalaniu znanej ilości paliwa, spalanego w sposób ciągły. Zasadniczymi elementami kalorymetru są: o specjalny palnik do spalania gazu, o komora spalania otoczona dwuściennym cylindrycznym płaszczem wodnym o systemem rur kierujących spaliny przez płaszcz wodny do wylotu o cylindryczna obudowa poniklowana z zewnątrz w celu zmniejszenia wymiany ciepła przez promieniowanie oda chłodząca z sieci wodociągowej dopływa do płaszcza poprzez naczynie przelewowe 1, zawór regulacyjny A i cylindryczną komorę w której umieszczony jest czujnik temperatury 7. Termometr wskazuje temperaturę wody na wlocie do kalorymetru. Przepływająca przez płaszcz woda chłodząca odbiera ciepło wydzielone przy spalaniu znanej ilości paliwa. oda chłodząca opuszcza płaszcz wody płynąc poprzez urządzenie mieszające i drugą komorą, w której umieszczony jest czujnik termometru 8 do naczynia przelewowego 2. Termometr 8 wskazuje temperaturę wody ogrzanej na wylocie z kalorymetru. Ilość wody, jaka przepłynęła przez płaszcz od chwili rozpoczęcia pomiaru do jego zakończenia jest kierowana przez obrót kurka znajdującego się poniżej przelewu 2 do wytarowanego naczynia 7 i jest ważone. Zadaniem naczyń przelewowych 1 i 2 jest zapewnienie stałego ciśnienia, a zatem i stałego strumienia wody chłodzącej przez płaszcz wodny, niezależnie od zmian ciśnienia wody pobieranej z sieci wodociągowej. Strumień przepływającej wody reguluje się zaworkiem na wlocie tak, aby średnia arytmetyczna z temperatur wody dopływającej i odpływającej była równa temperaturze otoczenia. Optymalna dokładność pomiaru uzyskuje się przy różnicy temperatury 6-12 C. Termometry 7 i 8 mają skalę z podziałką 0,1 C. Termometry te są zamocowane obok siebie, co pozwala na pominięcie poprawki wystającego słupka rtęci. Badany gaz doprowadza się do palnika z sieci poprzez gazomierz i specjalne urządzenie dzwonowe. Urządzenie to zapewnia stałe ciśnienie, a więc i stały strumień przepływu spalonego gazu. ielkość strumienia reguluje się obciążeniem dwoma ciężarkami przy jednoczesnej obserwacji wskazań wodnego manometru różnicowego. Dopływ powietrza do palnika reguluje się tak, aby badany gaz spalał się zupełnie, (tj. płomieniem utleniającym niebieskiej barwy). ylot palnika tkwi w komorze spalania płaszcza wodnego. Do kontroli płomienia służy lusterko umożliwiające wyregulowanie dopływu powietrza. Spalanie gazu płomieniem świecącym (redukującym) jest niezupełne i powoduje wydzielanie się sadzy na ściankach kalorymetru.

4 Gaz za gazomierzem i urządzeniem dzwonowym można uważać za nasyconą parę wodna w temperaturze pokojowej. Gazy spalinowe unoszą się początkowo w komorze spalania ku górze, po czym opadają w dół przez rurki przechodzące przez płaszcz wodny do komory dolnej i dalej uchodzą wylotem 5. oda wykraplająca się w komorze dolnej z gazów spalinowych wypływa króćcem 6. odę tę zbiera się do wytarowanej zlewki i waży się. Temperatura spalin uchodzących z kalorymetru jest o kilka stopni niższa od temperatury otoczenia. ynikający stąd błąd jest niewielki i pomijamy w obliczeniach. 5. Metodyka pomiaru. Kolejność czynności pomiarowych jest następująca: a) włączyć obieg wody chłodzącej przez kalorymetr b) otworzyć zawór gazu i zapalić palnik Bunsena oraz wyregulować ilość dopływającego powietrza do palnika tak aby spalanie gazu było całkowite i zupełne c) zaworem regulacyjnym na wlocie wyregulować strumień wody chłodzącej i kondensatu d) zważyć puste i suche naczynia służące do zbierania wody chłodzącej i kondensatu e) przy każdym pełnym cyklu - spaleniu ustalonej dawki paliwa, dokonać pomiaru: - temperatury wody na wlocie do kalorymetru - temperatury wody na wylocie z kalorymetru - temperatury spalin na wylocie z kalorymetru - temperatury gazu w gazomierzu - nadciśnienia gazu na U- rurce zamontowanej na gazomierzu f) po dziesięciu cyklach zważyć naczynia z kondensatem oraz wodą chłodzącą g) powtórzyć pomiary wg punktów e) i f) h) odczytać wartości temperatury otoczenia oraz stan barometru.

5 Rys. 1 Schemat kalorymetru Junkersa Legenda do rys. 1 1 przelew wody dopływającej do kalorymetru 2 - przelew wody dopływającej z kalorymetru dopływ wody do kalorymetru 4 odpływ wody z kalorymetru 5 wylot spalin 6 rurka do skroplin wody ze spalin 7 i 8 czujniki termometrów

6 6. Opracowanie wyników pomiarów. Oznaczenia: t 0 C temperatura otoczenia t 1 C temperatura wody dopływającej do kalorymetru t 2 C temperatura wody wypływającej z kalorymetru t s C temperatura spalin na wylocie z kalorymetru t g C temperatura gazu palnego h g mmh 2 0 nadciśnienie mierzonego gazu palnego b mmhg stan barometru h p mmh 2 0 ciśnienie pary wodnej V g, V gk m rzeczywista ilość wilgotnego gazu spalonego G w kg ilość wody z kalorymetru G k kg ilość kondensatu Stan barometru przy ciśnieniu 1 at a i różnych temperaturach rtęci: t C b 1 7,5 77,4 78,0 79, Redukcja cisnienia barometrycznego do temperatury 0 C b b 0 = 75, 5 =...=...mmhg b 1 Pomiar temperatury i ciśnienia Odczyt t 1 t 2 t s t g h g Suma: Średnia: Pomiar temperatury i ciśnienia Odczyt t 1 t 2 t s t g h g Suma: Średnia:

7 Ciśnienie nasyconej pary wodnej h p dla różnych temperatur t C t C h p mmh 2 0 t C h p mmh 2 0 t C h p mmh , , , , , , , , , , , , , , , , , ,98 Pomiar ilości wody Pomiar I Pomiar II brutto kg tara kg G w kg Pomiar ilości kondensatu brutto kg tara kg G k kg Pomiar I Początkowe wskazanie gazomierza Pomiar ilości gazu palnego Końcowe wskazanie gazomierza Różnica wskazań II Ciepło spalania: g ( t t ) Gw 2średnie 1śrerdnie 4, 19 = = K = K gazu wilgotnego V m g artość opałowa: d Gk = g 2500 = K = K gazu wilgotnego V m Redukcja ciepła spalania i wartości opałowej gazu do stanu suchego i do warunków normalnych: spółczynnik redukcji: 27 R = 27 + t gśśrednie b 0 + gk ( h h ) g 1,5 760 p = K gn g d = =K = K dn = = K = K R mn R Zestawienie wyników m n Pomiar gn dn gnśr dnśr I II

8 LITERATURA [1] Szargut J., Termodynamika techniczna. PN -wa 1991 [2] Ochęduszko S., Termodynamika stosowana. NT -wa 1964 [] pod redakcją: Graczyk Cz., Dydaktyczne materiały powielane do ćwiczeń laboratoryjnych z metrologii wielkości energetycznych. yd. Gliwice 1977