ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ NATIONAL TECHNICAL UNIVERSITY OF ATHENS ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ SCHOOL OF MECHANICAL ENGINEERING ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΤΜΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ & ΛΕΒΗΤΩΝ THERMAL SECTION STEAM BOILERS AND THERMAL PLANTS ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥΠΟΛΗ-ΖΩΓΡΑΦΟΥ ΗΡΩΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΥ 9 - 15780 ΑΘΗΝΑ Ε Μ Π NTUA  210-772 3604/3662 ZOGRAFOU Campus 9, HEROON POLYTECHNIOU STR., Fax: 210-772 3663 15780 ATHENS - CREECE e-mail: [email protected] [email protected] ΟΜΑΔΑ 2: Δοκιμή 2 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ: Εργαστηριακή άσκηση με θέμα: «Μετρήσεις ενεργειακής απόδοσης και ποιότητας καυσαερίου Λέβητα ζεστού νερού, ο οποίος τροφοδοτείται με στερεό βιογενές καύσιμο / καυσόξυλα οξιάς (beech log woods)». Ακαδημαϊκό Έτος 2014-15 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ................................................................................................................................................. 1 1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ ΛΕΒΗΤΑ ΖΕΣΤΟΥ ΝΕΡΟΥ............................ 3 2. ΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΤΟΥ ΚΑΥΣΙΜΟΥ. ....................................................................................... 5 3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ ΚΑΙ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΟΥ. ......................... 6 4. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. ................................................................................................... 7 ΕΜΠ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Τομέας Θερμότητας Εργαστήριο Ατμοκινητήρων & Λεβήτων Αντιρρυπαντική Τεχνολογία Θερμικών Σταθμών Εργαστήριο: «Τεχνικές Μέτρησης Ρύπων» Ακαδημαϊκό Έτος 2014-15 1. Περιγραφή της εγκατάστασης Δοκιμής Λέβητα Ζεστού Νερού.  Περιγραφή της εργαστηριακής εγκατάστασης Δοκιμής Λέβητα Ζεστού Νερού του Εργαστηρίου Ατμοκινητήρων & Λεβήτων του ΕΜΠ. Στα Σχήματα 1α) & β), που ακολουθούν απεικονίζεται η εγκατάσταση του δοκιμαστηρίου λεβήτων. Από δύο εξωτερικές δεξαμενές των 25m3 η κάθε μία, λαμβάνεται συνεχώς η ποσότητα του νερού συμπλήρωσης (θερμοκρασίας Θκ) μέσω πιεστικού συγκροτήματος (13) για την τροφοδοσία με κρύο νερό συμπλήρωσης του κυκλώματος δοκιμής. Η παροχή του νερού ρυθμίζεται από ρυθμιστική βάνα (6) και η πίεση λειτουργίας από τη ρυθμιστική βάνα (15). Η δοκιμή του λέβητα γίνεται υπό σταθερή πίεση λειτουργίας μέχρι 2bar. Το νερό (θερμοκρασίας Θα) εξέρχεται από το λέβητα και ένα μέρος του (ίσο σε ποσότητα μ’ αυτό του κρύου νερού συμπλήρωσης) οδηγείται μέσω ενός πλακοειδή εναλλάκτη (1) στη δεξαμενή αποθήκευσης. Το υπόλοιπο νερό (από την εξερχόμενη από τον λέβητα ποσότητα) μέσω του κυκλώματος ανακυκλοφορίας (διαδρομή βραχυκύκλωσης) και με τη βοήθεια του κυκλοφορητή (8) οδηγείται στο συλλέκτη ανάμειξης, όπου αναμειγνυόμενο με το κρύο νερό συμπλήρωσης, εισάγεται στο λέβητα με θερμοκρασία νερού (Θε). Στην κατάθλιψη του κυκλοφορητή υπάρχει ρυθμιστική βάνα (6) για τη ρύθμιση της παροχής του νερού ανακυκλοφορίας. Έτσι με τη βοήθεια των ρυθμιστικών βανών (6) ρυθμίζεται τόσο η παροχή του νερού συμπλήρωσης (νερό για την ψύξη του συστήματός μας) όσο και η παροχή του νερού ανακυκλοφορίας και τελικά οι θερμοκρασίες εισόδου (Θε) και εξόδου (Θα) του νερού στο λέβητα. Η ωφέλιμη θερμότητα προσδιορίζεται με τη μέτρηση της ποσότητας του νερού που διέρχεται διαμέσου του συστήματος και της αντίστοιχης διαφοράς θερμοκρασίας (Θα-Θκ). Η παροχή του κρύου νερού συμπλήρωσης μετριέται με τη βοήθεια παροχομέτρου μάζας συνδεδεμένου με Η/Υ μέσω μετατροπέα. Την εγκατάσταση συμπληρώνει το κύκλωμα παροχής καυσίμου για υγρά καύσιμα, η δεξαμενή καυσίμου (16) και οι αντίστοιχες σωληνώσεις προσαγωγής και επιστροφής. Σχήμα 1α): Σχηματικό λειτουργικό διάγραμμα της εγκατάστασης του Δοκιμαστηρίου Λεβήτων, σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 304. - σελίδα 3 από 7 - ΝΕΡΟ ΨΥΞΗΣ ΑΠΟ ΔΙΚΤΥΟ - σελίδα 4 από 7 - 12 2 11 3 15 10 Τe 4 ΕΠΙΠΕΔΟ 1 Τv 5 Τr 7 Τr 17 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ 19 ΑΥΤΟΜΑΤΟ ΕΞΑΕΡΙΣΤΙΚΟ 20 ΘΕΡΜΟΣΤΟΙΧΕΙΟ 18 ΜΕΤΡΗΤΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 9 ΛΕΒΗΤΑΣ 10 ΖΥΓΑΡΙΑ 17 ΕΞΑΕΡΙΣΤΙΚΟ ΣΤΡΟΒΙΛΙΣΜΟΥ ΡΟΗΣ 7 ΠΑΡΟΧΟΜΕΤΡΟ 15 ΒΑΛΒΙΔΑ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΠΙΕΣΗΣ 14 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ 13 ΠΙΕΣΤΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ 12 ΑΝΤΛΙΑ 11 ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΗΣ ΕΠΙΠΕΔΟ 2 8 ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ 20 9 14 ΕΠΙΠΕΔΟ 3 16 ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΚΑΥΣΙΜΟΥ 18 16 6 ΒΑΛΒΙΔΑ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ ΤΡΙΟΔΗ ΒΑΛΒΙΔΑ 4 ΒΑΝΑ 5 3 ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ 2 ΔΟΧΕΙΟ ΕΞΙΣΟΡΡΟΠΗΣΗΣ 1 ΠΛΑΚΟΕΙΔΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ Τv 1ο ΚΥΚΛΩΜΑ ΛΕΒΗΤΑΣ: 5-520 kW 19 ΚΑΥΣΙΜΟ Τe 8 ΑΝΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΖΕΣΤΟ ΝΕΡΟ ΚΡΥΟ ΝΕΡΟ 2ο ΚΥΚΛΩΜΑ ΛΕΒΗΤΑΣ: 520-1250 Κ W 6 Σχήμα 1β):Σχηματικό λειτουργικό μονογραμμικό διάγραμμα της εγκατάστασης του Δοκιμαστηρίου Λεβήτων, σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 304. 13 ΑΠΟ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΠΡΟΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗ ΔΕΞΑΜΕΝΗ 1 ΕΜΠ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Τομέας Θερμότητας Εργαστήριο Ατμοκινητήρων & Λεβήτων Αντιρρυπαντική Τεχνολογία Θερμικών Σταθμών Εργαστήριο: «Τεχνικές Μέτρησης Ρύπων» Ακαδημαϊκό Έτος 2014-15 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Τομέας Θερμότητας Εργαστήριο Ατμοκινητήρων & Λεβήτων ΕΜΠ Αντιρρυπαντική Τεχνολογία Θερμικών Σταθμών Εργαστήριο: «Τεχνικές Μέτρησης Ρύπων» Ακαδημαϊκό Έτος 2014-15 2. Χημικές αναλύσεις του καυσίμου. Η χημική ανάλυση του καυσίμου (στερεό βιογενές καύσιμο –καυσόξυλα οξιάς (beech log woods)), δίνεται στον ακόλουθο Πίνακα 1. Πίνακας 1: Στοιχειακή ανάλυση και Θερμογόνος Ικανότητα καυσίμου.  Είδος καυσίμου : Καυσόξυλα οξιάς Μέγεθος Μονάδα Τιμή Μεθοδολογία / Πρότυπο Άνθρακας C % κ.β. 45,69 CEN/TS 15104 Υδρογόνο H2 % κ.β. 5,73 Θείο S % κ.β. 0,02 CEN/TS 15104 CEN/TS 15289 Άζωτο N2 % κ.β. 0,17 CEN/TS 15104 Οξυγόνο Ο2 % κ.β. 38,33  Τέφρα % κ.β. 0,62 CEN/TS 15148  Υγρασία % κ.β. 9,43 CEN/TS 14774-1  Ανωτέρα θερμογόνος ικανότητα ως έχει. kcal/kg 4216,28  Κατωτέρα θερμογόνος ικανότητα ως έχει. kcal/kg 3862,23  Στοιχειομετρική ανάλυση καυσίμου (ως έχει). - σελίδα 5 από 7 - ΕΜΠ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Τομέας Θερμότητας Εργαστήριο Ατμοκινητήρων & Λεβήτων Αντιρρυπαντική Τεχνολογία Θερμικών Σταθμών Εργαστήριο: «Τεχνικές Μέτρησης Ρύπων» Ακαδημαϊκό Έτος 2014-15 3. Μετρήσεις ενεργειακής απόδοσης και ποιότητας καυσαερίου. Οι μετρήσεις και τα αποτελέσματα διερεύνησης της ενεργειακής απόδοσης και της ποιότητας του καυσαερίου (εκλυόμενοι αέριοι ρύποι και Αιωρούμενα Στερεά Σωματίδια (ΑΣΣ) του Λέβητα ζεστού νερού, το οποίο τροφοδοτείται με στερεό βιογενές καύσιμο καυσόξυλα οξιάς (beech log woods), παρατίθενται στον Πίνακα 2. Πίνακας 2: Πρωτόκολλο Μετρήσεων ενεργειακής απόδοσης και ποιότητας καυσαερίου. Μέγεθος Μονάδα Τιμή kPa 99,3 % 36,1 Έξοδος νερού από το λέβητα. ºC 86,1 Είσοδος νερού στο λέβητα. ºC 65,6 Κρύο νερό συμπλήρωσης. ºC 19,5 Περιβάλλον. ºC 18,8 Έξοδος καυσαερίου. ºC 262,6 ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΔΟΚΙΜΗΣ Βαρομετρική πίεση. Σχετική υγρασία περιβάλλοντος. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΕΚΠΟΜΠΗΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΡΥΠΩΝ Μονοξείδιο του άνθρακα CO vppm 2032,01 Διοξείδιο του θείου SO2 vppm 8,22 Οξείδια του αζώτου NOX vppm 95,56 % % 7,55 Υδρατμός Διοξείδιο του άνθρακα CO2 | Οξυγόνο O2 ΠΑΡΟΧΕΣ ΜΑΖΑΣ & ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΜΕΓΕΘΗ Παροχή κρύου νερού συμπλήρωσης. kg/h 10,90 | 11,06 217,090 Παροχή καυσίμου. kg/h 4,934 Θερμικές απώλειες τοιχωμάτων. kW 0,576 Θερμικές απώλειες κυκλώματος. kW 0,4185 Προσδιδόμενη ισχύς. kW 22,176 Ωφέλιμη ισχύς. kW 17,386 Άμεσος βαθμός απόδοσης. % 78,4 Δεδομένα για τον υπολογισμό συγκέντρωσης ΑΣΣ. Αύξηση βάρους στο φίλτρο του συλλέκτη σωματιδίων. Στατική πίεση | Διαφορά πίεσης στην καμινάδα. mg 14,5930 Pa -13,1 | 0,69 Χρόνος δειγματοληψίας. sec 4665,00 3 Διαφορά όγκου στο δειγματολήπτη σε συνθήκες μέτρησης. m Ενεργή πίεση αερίου στον ογκομετρητή του δειγματολήπτη. Pa Θερμοκρασία αερίου στον ογκομετρητή του δειγματολήπτη. o - σελίδα 6 από 7 - C 0,4998 0,0 20,5 ΕΜΠ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Τομέας Θερμότητας Εργαστήριο Ατμοκινητήρων & Λεβήτων Αντιρρυπαντική Τεχνολογία Θερμικών Σταθμών Εργαστήριο: «Τεχνικές Μέτρησης Ρύπων» Ακαδημαϊκό Έτος 2014-15 4. Επεξεργασία των μετρήσεων. Θα παραδοθεί έκθεση η οποία θα περιλαμβάνει:  Πρωτόκολλο μετρήσεων.  Μετατροπή των μετρούμενων συγκεντρώσεων αερίων εκπομπών με αναγωγή σε οξυγόνο αναφοράς.  Υπολογισμός της συγκέντρωσης των Αιωρούμενων Στερεών Σωματιδίων σε (mg/Νm3) υπό κανονικές συνθήκες και ανηγμένη σε οξυγόνο αναφοράς.  Υπολογισμός της συγκέντρωσης των Αιωρούμενων Στερεών Σωματιδίων σε (mg/kWh).  Παρατηρήσεις – Σχόλια. - σελίδα 7 από 7 -