ENERGETSKA EFIKASNOST

Транскрипт

1 ENERGETSKA EFIKASNOST

2 KOTLOVI

3 Osnovni zadatka kotlova je da izvrše transformaciju hemijske energije goriva u toplotnu energiju radnog fluida. Od ukupnog broja, udeo parnih kotlova u industriji je 91%. Prirodni gas, kao opciono gorivo na prvom mestu ima udeo od 52% u odnosu na sve ostale raspoložive vrste goriva u industrijskom sektoru.

4 Snižavanjem gubitaka energije u procesu proizvodnje vodene pare i njene distribucije (uključujući povrat kondenzata), nezavisno od stanja postojeće opreme moguće je značajno povećati efikasnost kotlovskog postrojenja. Gubici pored režima rada odlučujuće troškove produkcije vodene pare. utiču na Godišnjem potencijalu uštede energije primenom različitih mera poboljšanja energetske efikasnosti, pokazuje da je moguća ušteda energije od približno 7%.

5 TOPLOTNA MOĆ GORIVA Toplotna moc goriva se definiše kao odnos osloboene kolicine toplote pri potpunom sagorevanju goriva i kolicine goriva iz koje je toplota oslobođena: H=Q/m, Razlikujemo gornju i donju tolpotnu moć goriva.

6 Donja toplotna moć čvrstog goriva Hd [MJ/kg] se dobija računski iz izraza O Hd = 340C ( H ) + 105S 25W 8 gde su sa C, H, O, S i W označeni respektivno maseni udeli ugljenika, vodonika, kiseonika, sumpora i azota.

7 Odrediti donju toplotnu moć drvne biomase sledećeg sastava: C % 38,430 H % 4,660 S % 0,000 N % 0,390 O % 34,520 W % 20,000 A % 2,000 Suma 100,000

8 REŠENJE 34,52 Hd = , (4,66 ) = MJ / kg

9 STEPEN KORISNOSTI KOTLA Stepen korisnosti kotla se računski određuje kao: η = 100 qi = 100 ( q2 + q3 + q4 + q5 + q6 ) i gde su vrednosti q 2, q 3, q 4, q 5, q 6 odgovarajuću procentualni gubici u ložištu kotla.

10 Gubitak Naziv Okvirne vrednosti Usvojena vrednost q 2 Gubitak u izlaznim - 5,44% gasovima q 3 Gubitak usled hemijske nepotpunosti 0,5-1% 0,75% sagorevanja q 4 Gubitak usled mehaničke nepotpunosti 3,5-6,5% 5% sagorevanja q 5 Gubitak usled spoljašnjeg - 3,2% hlađenja q 6 Gubitak usled fizičke toplote šljake - 0

11 GUBITAK U IZLAZNIM GASOVIMA U ložištu se sagorevanjem oslobađa određena količina toplote po jedinici goriva. Dimnjak napuštaju produkti sagorevanja na temperaturi o C. Obzirom da nije sva toplota iskorišćena, otpadna Obzirom da nije sva toplota iskorišćena, otpadna toplota redstavlja gubitak.

12 UTICAJ KOEFICIJENTA VIŠKA VAZDUHA 14000, ,0 Entalpija kj/kg 10000,0 8000,0 6000,0 4000,0 1,5 1, ,0 0, Temperatura C

13 Gubitak usled hemijske nepotpunosti sagorevanja javljaju se produkti nepotpunog sagorevanja prvenstveno CO. Gubitak usled fizičke toplote šljake šljaka se zagreva na temperaturu od cca 600 o C i toplotu odnosi sa sobom. Gubitak usled mehaničke nepotpunosti sagorevanja delovi goriva ostanu u nesagorelom stanju. Gubitak usled spoljašnjeg hlađenja kotao predaje toplotu okolini.

14 PRIMER Na osnovu podataka iz tabele odrediti efikasnost kotla.

15 REŠENJE Računska vrednost koeficijenta efikasnosti kotla η iznosi η = 100 (5,44 + 0, ,2) = 85,61%

16 PRIMER Ako je kotao snage 500 kw, odrediti potrebnu kolikinu goriva na ulazu u ložište.

17 REŠENJE Ukupna potrebna toplotna snaga goriva na ulazu Q B se dobija kao Q = η 500 = 0,8561 Q B = 584, 044 kw Potrebna protok goriva B na ulazu u kotao iznosi Q B 584,044 B = = 0,045 kg / s H d

18 PRODUKTI SAGOREVANJA U razmatranju produkata sagorevanja samtra se da sagorevanjem ugljenika, dobija se ugljendioksid. vodonika, dobija se voda. sumpora, dobija se sumpordioksid. azot nepromenjen prolazi kroz proces sagorevanja (inertan gas).

19 TEORIJSKE ZAPREMINE GASOVA H d 12961,225 kj/kg Teo orijske zapremine gasova L min 3,508 Nm 3 /kg V N2 2,774 Nm 3 /kg V H2O 0,814 Nm 3 /kg V CO2 0,717 Nm 3 /kg V SO2 0,000 Nm 3 /kg V RO2 0,717 Nm 3 /kg V suvi 3,492 Nm 3 /kg

20 STVARNE ZAPREMINE ZA KOEFICIJENT VIŠKA Α α 1,3 Stvarne zapremine za koeficijent viška a L 4,5604 V N2 3,606 Nm 3 /kg V H2O 0,827 Nm 3 /kg V O2 0, Nm 3 /kg V CO2 0,717 Nm 3 /kg V SO2 0,000 Nm 3 /kg V suvi 4, Nm 3 /kg V vlažni 5,371 Nm 3 /kg

21 Котлови Зависност степена корисности котла од продукције паре Ефикасност котла у зависности од коефицијента вишка ваздуха и типичне вредности садржаја кисеоника у димном гасу у зависности од оптерећења 27

22 Ефекти уградње економајзера bez EKO sa EKO 28

23 Предности паре као носиоца топлоте У односу на друге могуће носиоце топлоте, као што су топла вода, врела вода, или термално уље, пара као носилац топлоте у системима за развод енергетских флуида у производним погонима у индустрији има следеће предности: пара је универзални грејни медијум, пара је веома ефикасан носилац топлоте, односно садржи велику количину енергије по јединици масе, што значи да се кроз цев мањег пречника може транспортовати већа количина енергије у поређењу са водом на једнаком притиску, способност да се ослобађа енергија на константној температури веома је важна за управљање осетљивим процесима у индустрији, што поједностављује пројектовање таквих процеса, чиста је, без боје и мириса, стерилна је, што омогућава њену примену у процесима стерилизације и влажења (када долази директно у додир са радним материјалом), може се директно мешати са великим бројем сировина које се загревају, може се узастопно користити у више процеса загревања на нижим температурама, дистрибутивни систем се може једноставно проширити ако постоје потребе за додавањем нових потрошача. 29

24 Дистрибуција паре а) Неправилно б) Правилно Одводњавање паровода Димензије прикључка за одводњавање паровода 30

25 Ефекти снижавања притиска, изоловања паровода и цурења паре кроз отворе 31

26 Потпуно искоришћење отпарка 33

27 Ефекти примене фреквентног регулатора

28 Компримовани ваздух Основна опрема компресорског постројења обухвата: Компресоре Припремне групе за ваздух (уклањање влаге, кондензација, сушење и др) Филтере Опрему за одстрањивање кондензата Пнеуматски систем (резервоар компр. ваздуха, развод и млазнице) Машинску салу компресорске станице

29 TURBINE

30 Parna turbina je mehanička sprava koja izdvaja termalnu energiju iz pare pod pritiskom i pretvara je u koristan mehanički rad. Pripada grupi toplotnih motora. Parna turbina spada i u grupu turbomašina zajedno sa pumpama, ventilatorima, hidrauličnim i gasnim turbinama i turbokompresorima.

31

32

33

34 Енергетска ефикасност и заштита животне средине Вежбе

35 Ефикасност конверзије енергије Ако би смо били ефикаснији са енергијом коју већ имамо, било би мање загађења, мање зависности од увезених енергената, и повећање сигурности земље. 2

36 Енергетска ефикасност 3 Улаз енергије Ефикасност = Уређај за конвертовање енергије Излаз корисне енергије Енергија која се испушта у околину Излаз кориснеенергије Улаз енергије

37 Пример 1 Електро-мотор троши 100 W (J/s) електричне снаге да би произвео 90 W механичке снаге. Одредити ефикасност уређаја? Ефикасност = Излаз кориснеенергије Улаз енергије = 90 w 100 w 100% = 90% 4

38 Ефикасност неких уређаја Уређај Ефикасност % Електромотор 90 Пећ на ложуље 65 Пећ на угаљ 55 Котао (ТЕ) 89 Термо-електрана 36 Аутомобилски мотор 25 Флуоресцентна сијалица 20 Сијалица са влакном 5

39 Ефикасност аутомобилског мотора 6 25% од горива се користи на погон аутомобила, остатак се губи у виду топлоте EGEE S. Pisupati Source: Energy Sources/Applications/Alternatives

40 Топлотна машина Топлотна машина је бико који уређај који претвара топлотну енергију у механичку. Скоро 50% свих уређаја за конверзију енергије су топлотне машине. 7

41 Ефикасност Карноове топлотне машине Максимална ефикасност коју може имати једна топлотна машина је: T okoline η(%) = 1 100% T. Температура је у келвинима. 8

42 Пример 2 У котлу у термо-електрани, температура паре високог притиска је 540 C, а температура околине, је температура воде у расхладној кули од 20 C. Срачунати ефикасност карноовог циклуса? 9 EGEE S. Pisupati

43 η T okoline (%) = 1 100% T 540 C = K = 813 K 20 C = = 293 K 293 η = = % 10

44 Закључак Највише 64% енергије горива може се претворити у рад. Да би се повећала ефикасност Карноове машине, или се треба повећати температура паре у циклусу, или се смањити температура околине! 11

45 12 Шематски диаграм термоелектране

46 Систем термоелектране Chemical Energy Input (100 BTU ) Boiler Thermal Energy (88 BTU ) Turbine Mech. Energy (36 BTU ) Generator Elec. Energy Output (10.26 Wh ) 13

47 Укупна ефикасност система Укупна еф.= Електрична енергија на излазу/ Хемијска енергија на улазу = 35 BTU/100 BTU 100%= 35% Укупна еф. сис. = топл. енер. хем. енер. мех. енер. топл. енер. ел. енер. мех. енер.

48 Рачунање укупне ефикасности Укупна еф. сис. = топл. енер. хем. енер. мех. енер. топл. енер. ел. енер. мех. енер. = = E kotla x E ciklusa x E generatora = 0,88 x 0,41 x 0,97 = 0.35 тј. = 35% 15

49 Ефикасност система Ефикасност система је једнака производу ефикасности појединачних уређаја, односно подсистема. 16

50 Системска ефикасност сијалице Корак Еф. корака Кумулативна еф. Ископавање угља 96% 96% Транспорт 98% 94% Производња ел. енергије 38% 36% Транспорт ел. енергије 91% 33% 1) Осветљење сијалице са усијаним влакном 2) Осветљење са флоур. сијалицом 5% 1.6% 20% 6.5%

51 Системска ефикасност аутомобила Корак Еф. корака Кумулативна еф. Екстракција нафте 96% 96% Рафинисање 87% 84% Транспорт 97% 81% Конверзија терм. у 25% 20% мех. енергију Губици у трансмисији Губици као последица трења котрљања 95% 19% 95% 18%

52 Eфикасност грејања на: Електричну енергију = 24% Лож уље = 53% Природни гас = 70% 19

53 Топлотна пумпа Сваки уређај који транспортује топлоту узбрдо, од ниже температуре, ка вишој температури се назива топлотна пумпа. Пример за топлотну пумпу је фрижидер. 20

54 Циклус грејања топлотне пумпе 21 EGEE S. Pisupati Source:

55 Циклус хлађења топлотне пумпе 22 EGEE S. Pisupati Source:

56 Т-s дијаграм расхладног уређаја

57 Coefficient of Performance (C.O.P) Ефикасност топлотне пумпе се изражава преко coefficient of performance (C.O.P) C. O. P. = T T T okoline 24

58 Пример 3 Срачунати идеални C.O.P. за топлотну ваздух ваздух пумпу, при чему је температура у кући 20 C, док је температура околине 0 C. 25

59 Решење T hot = 20 C = =293K T cold = 0 C = =273K C.O.P =293/( )=

60 За сваки kw утрошене снаге који покреће идеалну топлотну пумпу добија се kw топлоте. 1 kw се добија као последица рада машине; kw се добија од извора топлоте, тј он се хлади за тај износ. Извор топлоте може бити (бунарска) вода, ваздух, земљиште. Теоретски максимум се не постиже у пракси, већ се вредности C.O.P-а крећу у опсегу од 2 до 6. 27

61 More C.O.P. s Упоредити идеалне вредности C.O.P. За два места. А: t hot = 21 С, t cold = 4 С B: t hot = 21 C, t cold = -9 С 28

62 A = 294 ( ) = 17.3 B = 294 ( ) =