Sprawność paleniska

Skontaktuj się z nami!

Sprawność paleniska η_palenisko 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) q_spaliny 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 %.

Wzór na obliczenie sprawności paleniska

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
ṁ_pow	Ilość (masa) powietrza rzeczywista
ṁ_{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.

Wzór na obliczenie straty kominowej

q_A	Strata kominowa, w odniesieniu do mocy paleniska i wartości opałowej [%]
f	Współczynnik Siegerta, liniowa zależność od współczynnika nadmiaru powietrza λ [bar]
CO_2,max	Maksymalna zawartość tlenku węgla w suchych spalinach [% obj.]
O₂	Zmierzona zawartość tlenu w suchych spalinach [% obj.]
t_spal	Zmierzona temperatura spalin [°C]
t_pow	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:

Wzór na obliczenie zawartości tlenu resztkowego na podstawie zawartości tlenku węgla

O_2,r	Obliczona zawartość tlenu w suchych spalinach [% obj.]
CO₂	Zmierzona zawartość tlenku węgla w suchych spalinach [% obj.]
CO_2,max	Maksymalna zawartość tlenku węgla w suchych spalinach [% obj.]

		Współczynnik Siegerta	Współczynnik Siegerta
Paliwo	CO_2,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

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

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

	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 %)

Wstecz do "Sprawność"

Dalej do "Sprawność kotła"