Cetinić, Donjerković, Rengel, Vašatko – Klasični izvori energije

© GFEPCZ Modul 1 Izobrazba

Publ. no. 2009_001_HR 1

STRUČNO USAVRŠAVANJE OVLAŠTENIH INŽENJERA STROJARSTVA IX tečaj 12. i 13. studenog 2010.

1

KLASIČNI IZVORI ENERGIJE

TEHNIČKO VELEUČILIŠTE U ZAGREBUZagreb, Avenija Večeslava Holjevca 15

mr.sc.I.Cetinić; prof.dr.sc P.Donjerković;T.Rengel; Z.Vašatko


2

SADRŽAJ

IZVORI ENERGIJE I VRSTE GORIVA

ENERGIJAKLASIČNI IZVORI ENERGIJEPRIMARNA ENERGIJASEKUNDARNAENERGIJAKONAČNA ENERGIJAKONAČNA ENERGIJAPODJELA GORIVAOGRIJEVNE VRIJEDNOSTI GORIVAKRUTA GORIVATEKUĆA GORIVAPLINOVITA GORIVA


Publ. no. 2009_001_HR 2


3

ENERGIJADefinicija, mjerne jedinice


4

ENERGIJAPojavni oblici u prirodi

Osnovni pojavni oblici energije su:

Potencijalna (npr. energija vode)Kinetička (npr. energija vjetra) Toplinska (npr. geotermalna energija)Električna (oblik potencijalne energ.)Kemijska (npr. izgaranje fosilnih goriva)Nuklearna (fisija, fuzija → nekontrolirana!)

Najveći izvor energije u solarnom sustavu(Zemlja prima solarne radijacija u iznosu od 174 x 1015 W)

„Treba znati iskoristiti prirodne sile i na taj način dobiti svu potrebnu energiju. Sunčeve zrake su oblik energije, vjetar i morske struje su takoñer energija. Koristimo li ih? O, ne! Palimo šume i ugljen, kao da podstanari pale ulazna vrata naše kuće za grijanje. Živimo kao divlji doseljenici koji ne shvaćaju da ova bogatstva pripadaju svima nama.“ Thomas A. Edison, 1916.


Publ. no. 2009_001_HR 3


5



6



Publ. no. 2009_001_HR 4


7



8



Publ. no. 2009_001_HR 5


9



10



Publ. no. 2009_001_HR 6


11


Prilikom pretvorbi izvornih oblika energije u korisnu energiju za potrebe potrošača,mogu se definirati slijedeći oblici energije prema stupnju pretvorbe:

PRIMARNA ENERGIJA (u prirodnom stanju, sadržana je u fosilnim gorivima,nuklearnoj energiji radioaktivnih izotopa urana U-235 i U-238, te OIE)

SEKUNDARNA (PRETVORENA) ENERGIJA (pripremljena od opskrbljivačaenergije za potrebe krajnjeg korisnika u odreñenom tehničkom procesu. Najčešće seradi o više kombiniranih pretvorbi, kao npr. pretvorba potencijalne energije vode umehaničku energiju pomoću vodne turbine te pretvorba mehaničke energije uelektričnu energiju pomoću generatora. Najčešće korišteni oblik sekundarne energijeje električna energija! Meñutim to može biti i toplinska energija, npr. kroz sustavdaljinskog grijanja)

KORISNA ENERGIJA (kod korisnika primijenjena energija, u obliku toplinske,mehaničke, rasvjetne i kemijske energije)

Neke klasifikacije uvode i pojam KONAČNE ENERGIJE (energija na raspolaganjukorisniku, prije posljednje pretvorbe! Uključuje gubitke pretvorbe.)


12



Publ. no. 2009_001_HR 7


13



14



Publ. no. 2009_001_HR 8


15



16

KLASIČNI IZVORI ENERGIJEPrednosti i nedostatci električne energije kao

sekundarnog oblika energije


Publ. no. 2009_001_HR 9


17


Tipična pretvorba primarne energije (npr. plina) u elektičnu energiju kao sekundarni oblik energije → TERMOELEKTRANA


18



Publ. no. 2009_001_HR 10


19



20



Publ. no. 2009_001_HR 11


21



22



Publ. no. 2009_001_HR 12


23



24



Publ. no. 2009_001_HR 13


25



26



Publ. no. 2009_001_HR 14


27



28



Publ. no. 2009_001_HR 15


29



30



Publ. no. 2009_001_HR 16


31



32



Publ. no. 2009_001_HR 17


33



34



Publ. no. 2009_001_HR 18


35



36



Publ. no. 2009_001_HR 19


37



38



Publ. no. 2009_001_HR 20


39



40



Publ. no. 2009_001_HR 21


41



42

KLASIČNI IZVORI ENERGIJE-Izgaranje idimnjaci

Kotlovi proizvodeni < 1975t > 200 °C

Niskotemperaturni kotlovi 100 - 200 °C

Kondenzacijski kotlovi do 40°C


Publ. no. 2009_001_HR 22


43

KLASIČNI IZVORI ENERGIJE-Izgaranje idimnjaci

DIMOVODNI SUSTAVI

dimovodni sustavi su sastavni dio sustava grijanja i drugihenergetskih postrojenja u kojima se kemijska energija gorivaprocesom izgaranja pretvara u toplinsku energiju,

dimnjak je element sustava koji služi za kontrolirano odvoñenjedimnih plinova nastalih izgaranjem u ložištu nekog izvora topline uokolicu,

dimnjak je okomiti kanal u zgradi ili izvan nje koji se sastoji odnosive konstrukcije s jednom ili više unutarnjih cijevi za protokdimnih plinova.


44

KLASIČNI IZVORI ENERGIJE-DIMNJACI

Osnovni dijelovi dimovodnih instalacija

dimnjakzračni prostor za prolaz dimnih plinovadimovodna cijevtoplinska izolacijavanjska stijenkaomotačsekcija dimnjakavišeslojni dimnjakpriključak na dimnjakspojna dimovodna cijevureñaj za loženjeotvor za kontrolu i čišćenje


Publ. no. 2009_001_HR 23


45


OSNOVNE FUNKCIJE DIMOVODNIH SUSTAVA- neometano odvoñenje dimnih plinova u okolinu,- sprječavanje nekontroliranog ulaska dimnih plinova u prostoriju,- kontrolirana odvodnja kondenzata nastalog kondenzacijom dimnih

plinova,- osiguravanje podtlaka potrebnog za svladavanje otpora u ložištu,

dimovodnoj cijevi i dimnjaku (kod atmosferskih ložišta).

OPĆE KARAKTERISTIKE DIMNJAKA- dimnjaci se u pravilu postavljaju u unutrašnjost zgrade,- iznutra moraju biti glatki i nepropusni te konstantnog presjeka,- konstrukcija dimnjaka mora osigurati njegovu postojanost i

otpornost na temperature i koroziju,- visina dimnjaka odreñena je visinom zgrade,- za izbjeganuti utjecaj vjetra i susjednih objekata potrebno je visinu

dimnjaka prilagoditi stanju na terenu,- temperatura dimnih plinova najviša je na ulazu u dimnjak i postupno

opada prema vrhu,- potrebno je osigurati da se dimni plinovi na svom putu ne ohlade do

temperature kondenzacije.


46


UTJECAJ SUSJEDNIH OBJEKATA NA DIMNJAK

Mora se uzeti u obzir ako je:

- horizontalna udaljenost izmeñudimnjaka i objekta L > 15 m- kut pod kojim se vidi objekt s vrhadimnjaka αααα > 30°°°°- kut pod kojim se s vrha dimnjakavidi gornja granica susjednog objektaββββ > 10°°°°


Publ. no. 2009_001_HR 24


47

KLASIČNI IZVORI ENERGIJE-DIMNJACIVrste dimnjaka


48


1. Prema vrsti izrade

jednoslojnivišeslojnis ograničenom otpornošću na temperaturuneosjetljivi na vlagu (kod niskotemperaturnih i kondenzacijskih kotlova)

2. Prema izgledu presjeka:

kvadratni (jednoslojni dimnjaci od opeke)pravokutni (najviši dopušteni odnos je 1:1,5)kružni (najpovoljniji jer ima najmanju oplakivanu površinu)zaobljeni kvadratniovalni


Publ. no. 2009_001_HR 25


49


Presjek dimnog kanala u dimnjaku:1. kružni2. kvadratni3. pravokutni

Za proračun brzine strujanja dimnih plinova potrebno je izračunati hidraulički promjer dH:

A - površina presjeka kanala, [m2]O - opseg oplakivane površine kanala, [m]


50


3. Prema mjestu postavljanja:

u objektuprislonjeni uz objektsamostojeći

4. Prema materijalu unutarnje cijevi:

od opekešamotnikeramički za niskotemperaturne i kondenzacijske kotlovenehrñajućipolimerni (plastični) za kondenzacijske kotlovestakleni za niskotemperaturne i kondenzacijske kotlove

5. Prema vrsti gradnje dimnjaka:

dimnjaci iz opekedimnjaci izvedeni iz prefabriciranih elemenatadimnjaci iz više slojeva (toplinski izolirani)specijalni dimnjaci iz nehrñajućih materijala za kondenzacijske kotlove


Publ. no. 2009_001_HR 26


51


6. Prema otporu prolazu topline prema HRN DIN 18160:

Grupa I: novi višeslojni dimnjaci:

≥ 0,65 m2K/W

Grupa II: zidani dimnjaci s debljinom zida min. 24 cm i ostali višeslojni dimnjaci:

≥ 0,40 m2K/W

Grupa IIa: stariji višeslojni dimnjaci :

≥ 0,40 m2K/W

Grupa III: zidani dimnjaci s debljinom zida minimalno 11,5 cm, ostali jednoslojni dimnjaci od lakog betona od opeke:≥ 0,12 m2K/W

Grupa IV: neizolirani dimnjaci (dopušteni su samo u izuzetnim slučajevima!) :

≥ 0 m2K/W


52


PRINCIP RADA DIMOVODNOG SUSTAVA – POTLAK U DIMNJAKU

temelji se na razlici gustoće vanjskog zraka ρzr i dimnih plinova ρdp(srednja vrijednost gustoće vrućih dimnih plinova) → javlja se uzgonkoji uzrokuje strujanje dimnih plinova i podtlak dimnjaka (ako taj uzgonnije dovoljan, dimne plinove je potrebno odvoditi prisilno);

dimni plinovi imaju višu temperaturu nego okolni zrak stoga suspecifično lakši i dižu se što je veća temperaturna razlika izmeñudimnih plinova i okolnog zraka, te što je dimnjak viši, veći je i potlak;

kotlovi na kruto gorivo i kotlovi s atmosferskim plamenikom – dimnjakmora osigurati potlak dovoljan za savladavanje otpora kotla, spojnedimovodne cijevi i samog dimnjaka;

kotlovi s ventilatorskim plamenicima (pretlačni kotlovi) – plamenikstvara pretlak potreban za savladavanje otpora kotla, a dimnjakuzgonskim efektom savladava otpore u samom dimnjaku.


Publ. no. 2009_001_HR 27


53


UZGONSKI EFEKTPodtlak na ulazu dimnih plinova u dimnjak (pH) u stanju kad nema

strujanja:

gdje su:

H – djelotvorna visina dimnjaka, [m]g – ubrzanje sile teže g = 9,81 m/s2


54


DIMENZIONIRANJE DIMNJAKADimenzioniranje dimnjaka odreñuje se prema vrsti dimnjaka,poprečnom presjeku i visini dimnjaka na osnovu slijedećih podataka:

-sustav grijanja,-tip kotla,-vrsta goriva,-režim grijanja,- konfiguracija terena.

Odgovarajuće dimenzioniran dimnjak osigurava ispravnu funkcijucijelog energetskog postrojenja.Dimnjak treba imati odgovarajući presjek za nastalu količinu dimnihplinova i visinu kako bi ostvario traženi potlak.Dimnjak treba biti izgrañen od odgovarajućih materijala (ovisno ovrsti ložišta i vrsti goriva).


Publ. no. 2009_001_HR 28


55


Kombinacije ložišta i goriva s rezultirajućim temperaturama dimnih plinova


56


Za dimenzioniranje dimnjaka utjecajne su fizikalne veličine:1. TLAK2. TEMPERATURA

Ad 1. TLAKRaspoloživi podtlak na ulazu u dimnjak (PZ)odreñuje se prema izrazu:Podtlačna ložišta PZ = PH - PR - PL ≥ PW + PFV + PB = PZe [Pa]PZ ≥ PBPH + PHV = statički propuh dimnjaka i

spojne dimovodne cijevi


Publ. no. 2009_001_HR 29


57


Predtlačna ložištaPZO = PR - PH + PL ≤ PWO - PFV - PB = PZe [Pa] PZO ≤ PZexcess

Gdje slovne oznake predstavljaju:PZ korisni podtlak na ulazu u dimnjakPZO korisni predtlak na ulazu u dimnjakPH statički propuh (tlak mirovanja)PR pad tlaka zbog savladavanja otporaPL tlak vjetraPW pad tlaka u izvoru toplinePFV pad tlaka u spojnoj dimovodnoj cijeviPB pad tlaka za dovod zraka za izgaranjePZe potrebni podtlak na ulazu u dimnjakPZexcess maksimalno dozvoljeni predtlak

u dimovodnom priključku


58


Ad 2. TEMPERATURA

Prilikom dimenzioniranja dimnjaka potrebno je voditi računa o slijedećem “temperaturnom” uvjetu:

gdje je:

Tiob - najniža temperatura na unutrašnjoj stijenci dimovodne cijeviTg - granična temperaturaTp - točka rošenja (rosište dimnih plinova ili temperatura kondenzacije

dimnih plinova → kod goriva sa većim udjelom sumpora pri tomedolazi do stvaranja agresivne sumporaste kiseline koja razarastijenku dimnjaka → niskotemperaturna korozija!)

smrzavanje kondenzata!


Publ. no. 2009_001_HR 30


59


Provjera “temperaturnog uvjeta” vrši se pri relativno hladnomvremenu, s obzirom na to da je mjerodavna temperatura naunutrašnjoj stijenci dimovodne cijevi na izlazu iz dimnjaka Tiobutoliko nepovoljnija što je niža temperatura okolnog zraka!

Ako se ne ostvari 1. uvjet koji se odnosi na tlak, tj, na odnosetlakova, dolazi do anomalija na putu strujanja dimnih plinova, zbogčega će isti ulaziti, tj. vraćati se u prostoriju.

Ako se ne ostvari 2. uvjet koji se odnosi na temperaturupostoji opasnost od vlaženja dimnjaka, odnosno smrzavanjakondenzata, što u konačnici razara dimnjak i dovodi u pitanjenjegovu neporpusnost i funkciju u cjelini.


60



Publ. no. 2009_001_HR 31


61



62


Dimenzioniranjem i izgradnjom dimnjaka potrebno je maksimalno smanjiti utjecaj procesa izgaranja na okoliš.

Obavezna je primjerenost konstrukcije dimnjaka vrsti goriva.

Osigurati odgovarajućom konstrukcijom dimnjaka potreban podtlak neopodan za potpuno izgaranje u ložištu.

Osigurati da se konstrukcijom dimnjaka održava stabilnost sastava dimnih plinova sa ili bez kondenzacije (kondenzacijski kotlovi!).

Održavanje dimnjaka neophodno je u pogledu sigurnosti, zaštite od požara kao i ispravnosti rada energetskog postrojenja;

Ugradnja dimnjaka treba biti provedena prema statičkom proračunu za osiguranje stabilnosti dimnjaka i sigurnosti posluživatelja dimnjaka.

Documents

Cetinić, Donjerković, Rengel, Vašatko – Klasični izvori energije