Sprawność paleniska

Sprawność paleniska ηpalenisko wyraża jawną (odczuwalną) energię cieplną wytwarzaną w palenisku w procesie spalania paliwa doprowadzonego do paleniska. Oblicza się ją jako stratę ciepła unoszonego przez spaliny (strata kominowa) qspaliny w odniesieniu do temperatury otoczenia. Przy spalaniu oleju i gazu nie bierze się pod uwagę strat cieplnych w wyniku niedopalenia składników paliwa, ponieważ w praktyce nie występują one w wielkościach mających wpływ dla obliczeńz.

Informacje o Wartość opałowa, ciepło spalania i ciepło kondensacji


Sprawność paleniska odnosi się do wartości opałowej paliwa, oblicza się ją odejmując stratę kominową od maksymalnych możliwych do uzyskania 100 %.

 
Berechnung

Wzór na obliczenie sprawności paleniska

 
Information

Współczynnik nadmiaru powietrza

Współczynnik nadmiaru powietrza wyraża stosunek rzeczywistej ilości (masy) powietrza doprowadzonego do spalania do ilości stechiometrycznie potrzebnej do spalenia paliwa:

Uproszczone równanie do przeliczenia zawartości tlenu w spalinach dotyczy tylko stosunku spaliny/powietrze ~ 1.

Rys. "Zależność między zawartością tlenu w suchych spalinach, współczynnikiem nadmiaru powietrza i współczynnikiem Siegerta"

λ

Współczynnik nadmiaru powietrza

pow

Ilość (masa) powietrza rzeczywista

pow, st

Ilość (masa) powietrza stechiometryczna

O2

Zawartość tlenu [% obj.]

 

Do obliczenia straty kominowej określa się zawartość CO2 lub O2 w spalinach i różnicę między temperaturą spalin i temperaturą otoczenia. Dodatkowo są potrzebne maksymalna zawartość CO2 w spalinach właściwa dla danego paliwa i współczynnik Siegerta f zależny od zmierzonej zawartości O2.

 
Berechnung

Wzór na obliczenie straty kominowej

qA

Strata kominowa, w odniesieniu do mocy paleniska i wartości opałowej [%]

f

Współczynnik Siegerta, liniowa zależność od współczynnika nadmiaru powietrza λ [bar]

CO2,max

Maksymalna zawartość tlenku węgla w suchych spalinach [% obj.]

O2

Zmierzona zawartość tlenu w suchych spalinach [% obj.]

tspal

Zmierzona temperatura spalin [°C]

tpow

Stała temperatura odniesienia i temperatura powietrza do spalania 25 °C zgodnie z normą EN 12953 Część 11

Jeśli w suchych spalinach jest mierzona tylko zawartość dwutlenku węgla, stosuje się następujące przeliczenie:

 
Berechnung

Wzór na obliczenie zawartości tlenu resztkowego na podstawie zawartości tlenku węgla

O2,r

Obliczona zawartość tlenu w suchych spalinach [% obj.]

CO2

Zmierzona zawartość tlenku węgla w suchych spalinach [% obj.]

CO2,max

Maksymalna zawartość tlenku węgla w suchych spalinach [% obj.]

   

Współczynnik Siegerta

Współczynnik Siegerta

Paliwo

CO2,max

f1 = f (O2 = 0 %)

f2 = f (O2 = 5 %)

Gaz ziemny zaazotowany

11,67 %

0,4792

0,4530

Gaz ziemny wysokometanowy

11,94 %

0,4731

0,4469

Olej opałowy lekki

15,31 %

0,4535

0,4342

Olej opałowy o niskiej
zaw. siarki

16,02 %

0,4570

0,4389

Propan

13,69 %

0,4575

0,4352

Propan-Butan

13,78 %

0,4570

0,4349

Butan

13,99 %

0,4563

0,4346

Gaz ziemny GZ35

11,12 %

0,4871

0,4611

Gaz ziemny GZ41,5

11,67 %

0,4604

0,4358

Gaz ziemny GZ50

11,67 %

0,4835

0,4569

Olej średni HL
Schwechat

15,72 %

0,4534

0,4348

Olej średni CLU 3

16,11 %

0,4458

0,4285

Wartości współczynników Siegerta dla różnych paliw

 

Information

Obliczanie współczynnika Siegerta dla dowolnej zawartości tlenu w suchych spalinach O2:

Zależność między zawartością tlenu w suchych spalinach, współczynnikiem nadmiaru powietrza i współczynnikiem Siegerta

Zależność między zawartością tlenu w suchych spalinach, współczynnikiem nadmiaru powietrza i współczynnikiem Siegerta

21 % (21 % – O2)

Gaz ziemny zaazotowany

Gaz ziemny
wysokometanowy

Olej opałowy lekki

Olej opałowy o niskiej
zawartości siarki

Gaz ziemny zaazotowany

Gaz ziemny
wysokometanowy

Olej opałowy lekki

Olej opałowy o niskiej
zawartości siarki

Propan

Propan-Butan

Butan

Gaz ziemny GZ35

Gaz ziemny GZ41,5

Gaz ziemny GZ50

Olej średni HL Schwechat

Olej średni CLU 3

Uwagi:

  • Do współczynnika nadmiaru powietrza: gaz ziemny GZ 41,5/50, propan, butan, propan-butan niemalże pokrywają się z gazem ziemnym zaazotowanym, dlatego nie są zilustrowane na wykresie;
  • Olej średni CLU 3 i olej średni HL Schwechat znajdują się między krzywymi oleju opałowego lekkiego i oleju opałowego o niskiej zawartości siarki, dlatego nie są zilustrowane na wykresie.
W kotle parowym sprawność paleniska rośnie od pełnego obciążenia do około 35 % częściowego obciążenia. Nadmiar powietrza, a wraz z nim zmierzona zawartość CO2 w suchych spalinach, wzrastają tylko nieznacznie, podczas gdy temperatura spalin spada dzięki lepszemu wykorzystaniu powierzchni wymiany ciepła w kotle. Przy obciążeniu częściowym < 35 % przeważa natomiast niezbędny tu większy nadmiar powietrza, a sprawność paleniska ponownie maleje.

Sprawność paleniska może być obliczona podczas pomiaru emisji przez kominiarza lub przez serwisanta. Nie uwzględnia się tu strat ciepła przez promieniowanie i przewodzenie na powierzchni kotła.

Wykres poniżej przedstawia zależność sprawności paleniska od temperatury spalin przy różnych współczynnikach nadmiaru powietrza dla gazu ziemnego wysokometanowego. Im wyższa temperatura spalin, tym mniejsza sprawność.

Na wykresie wyraźnie widać, że zwłaszcza przy wysokich temperaturach spalin odzysk ciepła jest szczególnie efektywny dzięki mniejszemu nadmiarowi powietrza, a więc mniejszym wartościom współczynnika λ.

Przebieg sprawności w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza λ bez kondensacji, na przykładzie gazu ziemnego
wysokometanowego

Przebieg sprawności w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza λ bez kondensacji, na przykładzie gazu ziemnego wysokometanowego

λ = 1 (O2 = 0 %)

λ = 1,1 (O2 = 2,14 %)

λ = 1,15 (O2 = 3,09 %)

λ = 1,2 (O2 = 3,96 %)

λ = 1,25 (O2 = 4,77 %)

λ = 1,3 (O2 = 5,52 %)