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

Transkrypt

1 POLIECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH WYZIAŁ INŻYNIERII ŚROOWISKA i ENERGEYKI INSYU MASZYN i URZĄZEŃ ENERGEYCZNYCH Kocioł arowy I Kocioł arowy II Laboratorium omiarów maszyn cielnych PM 9 PM Oracował: dr inż. Katarzyna Janusz-Szymańska Srawdził: dr inż. Grzeorz Wiciak

2 . Ois instalacji technicznej Badana siłownia cielna znajduje się w Hali Maszyn Cielnych Wydziału Inżynierii Środowiska i Eneretyki w Gliwicach. Zbudowana jest wedłu schematu klasycznej siłowni kondensacyjnej - składa się z kotła turbiny eneratora oraz chłodni kominowej. Zamontowanym kotłem jest kocioł tyu Velox analizowaną turbiną jest turbina arowa tyu VG - 5/ natomiast enerator jest rodukcji firmy Mather & Platt Ltd. ty S. Schemat instalacji rzedstawiono na rys.. Rys. Schemat instalacji siłowni cielnej w budynku Hali Maszyn Cielnych Politechniki Śląskiej. Cel i zakres badania kotła aroweo "VELOX" Badania dydaktyczne kotła turbiny eneratora rowadzone w laboratorium Hali Maszyn Cielnych umożliwiają studentom raktyczne oznanie odstawowych maszyn i urządzeń elektrowni cielnej rzez uczestniczenie w rozruchu i rowadzeniu ruchu tych maszyn wykonanie omiarów i sorządzenie bilansów enerii.. ane techniczne badaneo kotła Kocioł arowy tyu VELOX Producent BROWN BROWERI Ciśnienie robocze kg/cm ( at = 9 bar = 9 MPa) Ilość ary 5 t/h Rok rodukcji - 98 emeratura znamionowa ary C Paliwo - az CH o ciśnieniu 8 MPa.Budowa i działanie kotła "VELOX" Badany kocioł jest kotłem arowym rodukującym arę rzerzaną o wydajności nominalnej 5 M/h. Początkowo kocioł ten był oalany olejem oałowym nastęnie azem miejskim koksowniczym jednak ostatecznie został on zaadatowany do oalania azem ziemnym. Na rys. rzedstawiona została sylwetka kotła.

3 Rys. Kocioł tyu Velox Kocioł tyu "Velox" obok odstawoweo zadania jakim jest eneracja ary realizuje obie turbiny azowej. W ciąu salinowym kotła realizowany jest obie turbiny azowej która naędza srężarkę owietrza. Schemat zesołu kotłoweo obrazuje rys.. Komora aleniskowa kotła stanowi jednocześnie komorę salania dla obieu azoweo dlateo anuje w niej odowiednio wysokie ciśnienie - około 5 bar. W stroie komory aleniskowej umieszczony jest alnik azowy (). Komora aleniskowa ma kształt cylindra utworzoneo rzez ołomki ustawione na jej obwodzie jedna rzy druiej. Ołomki mają średnicę 6 mm i wewnątrz umieszczone koncentrycznie łomieniówki o średnicy mm do których saliny wływają od dołu. Górą saliny ouszczają łomieniówki i kierowane są do turbiny zesołu ładująceo. Na turbinie () uleają eksansji i wykonują racę nastęnie wływają do odrzewacza wody (6). Po ouszczeniu odrzewacza saliny łyną do komina.

4 Rys. Schemat zesołu kotłoweo - Oddzielacz wody i ary; - Poma rzewałowa (obieowa); - Palnik azowy; - Kocioł z aleniskiem; 5- Sito rzed turbiną azową; 6- Podrzewacz kondensatu; 7- Odazowywacz; 8- Poma zasilająca kocioł; 9- Zbiornik kondensatu; - Zesół ładujący; - Zbiornik i oma olejowa; - Chłodnica olejowa; - Zawory bezieczeństwa; - Pierścień zbiorczy ary rzerzanej; 5- Pierścień zbiorczy ary nasyconej. Kocioł oalany jest azem ziemnym z sieci miejskiej. Powietrze do salania dostarczane jest rzez srężarkę wchodzącą w skład zesołu ładująceo (). Jest ona naędzana rzez turbinę azową. Cała moc turbiny azowej jest zużywana do naędu srężarki zesołu ładująceo. Nadmiar mocy turbiny azowej nad moc naędową srężarki stanowi efekt racy obieu azoweo i jest zamieniany na enerię elektryczną w eneratorze naędzanym od wsólneo wału turbiny i srężarki. Wyżej wsomniany enerator może racować zarówno jako rądnica i jako silnik. Jako silnik racuje w fazie rozruchowej kotła. Gaz zasilający alnik kotła obierany jest z zewnętrznej sieci. Zanim jednak trafi do alnika musi rzejść rzez zawór ręczny zawór reulacji rzeływu azu i zawór dorowadzający az do alnika. Palnik zastosowany w kotle jest dwu-łomieniowy rozałkoweo i zasadniczeo łomienia. Kocioł "Velox" jest kotłem z wymuszonym obieiem o arowniku za omocą omy rzewałowej (). Poma ta zasysa wodę z searatora i tłoczy od dołu do ołomek. Mieszanka arowo-wodna owraca do searatora. Z uwai na ionowe ustawienie searatora i wynikająca stąd małą owierzchnię rozdziału wody od ary zabudowano urządzenie cyklonowe. Para nasycona z searatora doływa do kolektora zbiorczeo i stąd wyływa do siralnych rurek rzerzewacza aroweo umieszczonych wewnątrz łomieniówek. Kocioł zasilany jest kondensatem owracającym z turbiny arowej. Kondensat wraz z wodą uzuełniającą odawany jest do odazowywacza (7). Odazowana woda romadzona jest w zbiorniku wody zasilającej i tłoczona rzez omy wody zasilającej (8) do kotła. Poma wody zasilającej (8) odaje czynnik który rzeływa rzez odrzewacz kondensatu (6) skąd trafia do walczaka (). Pod walczakiem znajduje się oma rzewałowa () (oma

5 wewnętrzneo obieu kotła) która omuje wodę do kolektorów u óry aleniska. Woda zostaje rozrowadzona do łomienic a nastęnie onownie do walczaka (walczak oma walczak). Para jest odawana do kolektorów arowych i do rurek rzerzewacza ary. W ierwszej kolejności narzewa się woda w rurce otem w łomienicy. Z rzerzewacza ara jest kierowana do turbiny a o rozrężeniu w turbinie i skroleniu czynnik trafia do dolneo zbiornika a stamtąd za omocą omy kierowany jest do zbiornika órneo. Jeśli woda zasilająca osiąnie około C rzeuszczana jest rzez odazowywacz. W walczaku reulowany jest oziom wody jeśli staje się on zbyt niski zawór reulujący jej oziom otwiera się. Możliwa jest także ręczna reulacja oziomu wody w walczaku. Schemat obieu wody w rurach łomienicowych obrazuje rys.. Rys. Schemat obieu wody w rurach łomienicowych - Pierścień zbiorczy ary rzerzanej; - Pierścień zbiorczy ary nasyconej; - Przerzewacz ary.

6 5. Bilans kotła Obliczanie entalii azu abela omiarowa I Wartości obliczane L. Przeływ azu m Δτ s ΔV m V m /s Wartość średnia 8 n = 75 K n = 5 MPa = 985 K = 8 MPa n n V n n kmol. al. n s Entalia dewaluacji metanu: MWd CH 8 I ch I ch n MJ kmol MWd CH 8 I ch 998 kw Entalia fizyczna azu wynosi dyż dla azów w temeraturze oniżej 5 o C (985 K) rzyjmuje się entalię fizyczną równą. I Strumień entalii całkowitej wynosi: I I f I ch I 998 I 988 kw f

7 Strumień entalii ary na wylocie z rzerzewacza Obliczenia wykonujemy dla wartości średnich wyznaczonych w tabeli omiarowej II. Obliczamy strumień masy skrolin wykorzystując omiar rzyrostu oziomu wody w zbiorniku mierniczym o znanych wymiarach oraz omiar temeratury skrolin. L.. Poziom wody w zbiorniku [cm] ABELA POMIAROWA II em skrolin [m] t [ o C] [K] Odstę czasu Δτ [s] ΔH [m] wartości średnie 95 odrzucono Wymiary odstawy zbiornika: a = [m] b = 6 [m] Przyrost objętości wody w zbiorniku omiarowym ΔV SK : a b H Strumień skrolin V SK : V SK V SK 6 76 m V SK 6 76 m V SK m V SK 6 9 m. V SK VSK 76 m 6 s V SK

8 Średni strumień skrolin V SKś : 76 m 6 s V SK 68 m 57 s V SK 9 m 76. s V SK V SKś n V i n m 65 s Objętość właściwa wody (skrolin) odczytana z tablic dla temeratury średniej śr 95 K wynosi: V SKś SKi m v w 95 k natomiast ęstość: k w m Strumień masy skrolin wynosi więc: m V m SK SK w SK k m SK 6 s Ze wzlędu na dużą niedokładność omiaru strumienia skrolin wynikającą z rzyjętej metody omiaru rzyjmujemy że strumień skrolin wyływających ze skralacza będzie równy strumieniowi ary doływającej do turbiny: m SK m P Stąd (o obliczeniach w nastęnym unkcie): k m SK 589 s

9 Obliczanie strumienia masy ary orzez omiar sadku ciśnienia na kryzie Ciśnienie ary manometryczne em ary t ABELA POMIAROWA III em Ciśń. ary k rzed skrolin t kryzą manometr. [kg/cm ] [MPa] [ o C] [ o C] [kg/cm] [MPa] ŚRENIA Różnica ciśnień na kryzie ΔH k H - H O [mm] Poziom wody w zbiorniku ΔH/Δτ [m/s] Obliczenia wykonano w olskiej normy PN-9/M-595/. Średnica wewnętrzna rurociąu: = [mm] Średnica kryzy: d = 675 [mm] Przewężenie kryzy β: d Ciśnienie absolutne rzed kryzą Różnica ciśnień na kryzie : k abs : k abs k man 78 5 (rzyjęto b = n ) k abs k abs 88 MPa o obliczeń rzyjęto: k k m H 56 H m O 98 m. s H k emeratura ary rzed kryzą H b H O [ MPa] k = 569K (9598 o C). la tej wartości odczytano z tablic: Lekość dynamiczna ary w temeraturze 9598 o C

10 [ Pa s] Objętość właściwa ary (dla ciśnienia 88 MPa ) k abs m v k Gęstość ary k 7 m Wykładnik izentroy ary w temeraturze 9598 o C. Wsółczynnik rzeływu kryzy C: L ' L Re C Liczba Reynoldsa odniesiona do średnicy rurociąu R e : m Re Re 6 Re 6757 Ponieważ mamy rzytarczowy odbiór ciśnienia wartości L i L ' są równe zero. Wsółczynnik rzeływu kryzy w ierwszym rzybliżeniu wynosi: C Liczba eksansji : Strumień masy ary: C Re m C ( 5 ) m C d k k m 589 s

11 Wyznaczenie entalii ary świeżej (korzystamy z wykresu i - s dla ary ) la ciśnienia k abs 88 MPa i temeratury k = 569 K (9598 o C) odczytano entalię właściwą ary: Strumień entalii ary świeżej I ; Stechiometria salania I kj i 7 k I m ABELA POMIAROWA IV i I 798[ kw] L.. [%] [%] O [%] λ [-] ŚRENIA odrzucono Skład salin na wylocie z komory aleniskowej: ' kmol C n C CH kmol. s. ' kmol H n H CH kmol. s. ' ' kmol O no n 5 5 min C nh kmol. s. n a min no min kmol ow 95.. kmol s ' kmol ow na na min kmol. s. ' kmol ow. n n a na 9 5 s

12 Bilans salin: n sw n n n O n N n H O kmol O n no min O kmol. s. ' kmol H O n n kmol. s H O H. ' kmol N n 79n N a kmol. s. n n O sw O 6 56 kmol s. w kmol s 6 kmol n" n" sw.. kmol s kmol n" n" sw.. kmol s Cząstkowe strumienie azów salinowych: n i n n kmol O n n O no 6 9 s kmol N n n N nn 95 s kmol H O n n H O nh O s kmol n n n 87 8 s kmol n n n s Entalie cząstkowe azów salinowych L.. em. salin za aleniskiem [ o C] em. salin rzed turbiną azową [ o C] ŚRENIA i ABELA POMIAROWA V em. salin za turbiną azową [ o C] em. owietrza rzed dmuchawą [ o C] em. owietrza za dmuchawą [ o C] em. salin za odrzewaczem [ o C] em. ary za kotłem [ o C]

13 Entalie cząstkowe wyznacza się z tablic dla oszczeólnych składników azów salinowych rzy czym entalia całkowita dla jest sumą entalii fizycznej i chemicznej. la ozostałych składników entalię całkowitą stanowi entalia fizyczna. Cząstkowe entalie fizyczne wyznaczamy dla średniej temeratury salin rzed turbiną azową s. s 55[ K] kj Mi 78 kmol O O kj Mi 7566 kmol N N kj Mi 66 kmol kj kmol Mi 7598 MWd kj 898 kmol kj Mi 888 H O kmol H O Jednostkowy strumień entalii salin rzed turbiną azową : I I s " s n O Mi n Mi n Mi n Mi MWd O N N I " kj 5777 s kmol. s Strumień entalii salin rzed turbiną azową : I n I s s I s 5777 I s 56[ kw] Strumień entalii owietrza rzy temeraturze ow 5 5K : kj 95 Mi ow. I n kmol ow. Mi. ow. a ow I ow 5 95 I ow 88[ kw]. nh O Mi HO Bilans zesołu ładująceo Strumień entalii salin na wylocie z turbiny azowej dla temeratury s = 55 K: kj Mi 78 kmol O O

14 kj Mi 759 kmol N N kj Mi 667 kmol kj kmol Mi 765 MWd kj 898 kmol kj Mi 89 HO kmol H Jednostkowy strumień entalii salin za turbiną azową : I s I n " s O Mi n Mi n Mi n Mi MWd O N N I " kj 65 s kmol. s I n I s s O I s 65 57[ kw ] I s Strumień entalii owietrza na wlocie do dmuchawy: Średnia temeratura na wlocie do dmuchawy wynosi: I n Mi X a a. nh O Mi HO K ow ow Mi X Mi Mi X ow a H O a ow X więc: Mi Mi a X ow kj Mi ow 6 ow kmol ow. kj Mi 6 X a I a kmol ow. Mi X a na I 5 6 I 859[ kw ] Bilans odrzewacza wody Średnia temeratura salin na wylocie z odrzewacza wody s = 66 K. kj Mi 76 kmol O O kj Mi 79 kmol N N

15 kj Mi 586 kmol kj kmol Mi 7 MWd kj 898 kmol kj Mi 5. HO kmol H O Jednostkowy strumień entalii salin za odrzewaczem wody : I I " s s n O Mi n Mi n Mi n Mi MWd O N N I " kj 799 s kmol. s I s n I s nh O Mi HO I s 799 I s 9[ kw] Strumień entalii wody zasilającej na wlocie do odrzewacza wody : Średnia temeratura salin na wylocie z odrzewacza wody w = 65K. Srawność kotła brutto I w K 6. Oracowanie wyników omiarów Wyełnić tabele omiarowe. Sorządzić bilans enerii. Wyznaczyć srawność kotła 7. Srawozdanie Srawozdanie owinno zawierać: kj i w 8 7 k I i m w w sk I w 996[ kw ] K I I I I w ow K 68

16 Stronę tytułową (nazwę ćwiczenia numer sekcji nazwiska i imiona ćwiczących oraz datę wykonania ćwiczenia). ane znamionowe badaneo układu. Schemat układu omiaroweo. abele wyników omiarowych i obliczenia. Uwai i wnioski.