Slide 1

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 2

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 3

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 4

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 5

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 6

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 7

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 8

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 9

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 10

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 11

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 12

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 13

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 14

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 15

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 16

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 17

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 18

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 19

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 20

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 21

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 22

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 23

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 24

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty


Slide 25

Cel i zakres badań
Celem prac jest wyznaczenie sprawności kotłów w
ciepłowniach objętych projektem, w tym:
 analiza składu spalin pod kątem zawartości O2, CO2, CO, SO2,
NOx,
 wyznaczenie strat energii cieplnej w kotłach,
 sporządzenie bilansu cieplnego i wykresu Sankey’a.

Określenie
sprawności
badanych
obiektów
zostanie
przeprowadzone zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie
PN-EN 12952-15 „Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze”

Wstęp
Badania cieplne urządzeń kotłowych dzieli się na:
 Odbiorcze
 Eksploatacyjne
 Kontrolne
 Specjalistyczne
Celem badań kontrolnych jest ocena pracy urządzeń kotłowych w
określonych warunkach eksploatacyjnych np.: zmianie jakości paliwa,
modernizacji, remoncie oraz stwierdzenia zmian osiągów
eksploatacyjnych wynikających z naturalnego starzenia się
technicznego kotłów (zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych).

W założeniach badań przyjęto wykonanie bilansu cieplnego
urządzenia kotłowego, w związku z czym wyznaczone
sprawności są sprawnościami brutto rozumianymi jako
stosunek strumienia ciepła przekazanego czynnikowi
roboczemu w urządzeniu kotłowym QD do strumienia energii
chemicznej paliwa doprowadzonego do tego urządzenia QB.

Sprawność brutto nie uwzględnia zużycia energii na potrzeby
własne
urządzenia
kotłowego
(napędy
zespołów
pomocniczych).

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Sprawność brutto może być wyznaczona metodą bezpośrednią
lub pośrednią.

Metoda bezpośrednia – zalecana w przypadku zapewnienia z
dostateczną dokładnością pomiaru masy spalanego paliwa i
wyznaczania uśrednionej wartości tego paliwa.
Metoda pośrednia – zalecana dla paliw stałych gdzie jest
niemożliwe lub wyjątkowo trudne przeprowadzenie pomiaru
strumieni masy przepływów i w przypadku gdy własności
paliwa mogą podlegać zmianom.

Badania kontrolne są w większości przypadków prowadzone dla
zestawienia bilansu energii umożliwiającego analizę wartości
poszczególnych strat ciepła. Znajomość występujących strat
umożliwia podjęcie działań w celu ich ograniczenia
oraz
opracowania zaleceń w odniesieniu do koniecznych zmian
warunków eksploatacyjnych , sposobu obsługi i poprawy stanu
technicznego
Wybrana do badań metoda pośrednia zwana metodą określenia
strat polega na określeniu wszystkich obliczalnych strat ciepła i
strumienia energii zawartej w paliwie, przy czym sprawność jest
równa 100 minus suma strat ciepła.

 k  100   S %

gdzie:
ΣS – suma strat ciepła, %.

S  S w  S n  S c  S o
gdzie:
Sw

– strata wylotowa, %;

Sn

– strata niezupełnego spalania, %;

Sc

– strata niecałkowitego spalania, %;

So

– strata ciepła do otoczenia zwana często stratą promieniowania, %.

Strata wylotowa powstająca w skutek występowania za ostatnią
powierzchnią ogrzewalną wyższej temperatury spalin niż
temperatura powietrza doprowadzonego do urządzenia kotłowego.
Sw 

V ss c ps  V w c pw
Q

j
r

t s

 t 0   100 %

gdzie:
Vss – ilość spalin suchych za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, m3/kg;
Vw – ilość pary wodnej w spalinach za ostatnią powierzchnią ogrzewalną, m3/kg
(m3 w normalnych warunkach fizycznych);
cps – średnie ciepło właściwe spalin suchych przy stałym ciśnieniu w zakresie
temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
cpw – średnie ciepło właściwe pary wodnej w spalinach przy stałym ciśnieniu w
zakresie temperatur od ts do t0 w normalnych warunkach fizycznych, kJ/(m3 K);
ts – temperatura spalin za ostatnią powierzchnia ogrzewalną, °C;
t0 – temperatura powietrza doprowadzanego do paleniska, °C.

Strata niecałkowitego spalania, zwana też stratą niedopału jest
wywołana obecnością nie spalonych cząstek paliwa
w odpadach takich jak żużel, przesyp i lotny popiół.
Przy określeniu tej straty zostanie przyjęte, że wartość
opałowa części palnych w odpadach jest taka jak pierwiastka
węgla, czyli 33 829 kJ/kg.

S c  S ż  S p  S l ,%
gdzie:
Sż – strata w żuzlu, %;
Sp – strata w przesypie (palenisko rusztowe), %;
Sl – strata w lotnym popiele, %.

Strata w żużlu i przesypie spowodowana zawartością
nieopalonych cząstek paliwa jest obliczona z równania:
Sż 

ŻC ż  33829
BQ

r
j

,%

Sp 

PC

p

 33829

BQ

gdzie:
Ż – masa żużla, kg/s;
Cż – zawartość części palnych w żużlu, %;
P – masa przesypu, kg/s;
Cp – zawartość części palnych w przesypie, %.
B – strumień spalanego paliwa, kg/s;
Qrj – wartość opałowa paliwa w stanie roboczym kJ/kg.

r
j

,%

Strata w lotnym popiele, która jest spowodowana drobnymi
cząstkami koksu (po odgazowaniu paliwa) unoszonymi razem
z lotnym popiołem z paleniska zostanie wyznaczona z
równania
Sl 

LC l  33829
BQ

r
j

,%

gdzie:
L – masa lotnego popiołu, kg/s;
Cl – zawartość części palnych w lotnym popiele, %.

Ten rodzaj strat jest wywołany obecnością w spalinach CO, H2, CnHm.
W przypadku braku możliwości wyznaczenia zawartości wodoru
i węglowodorów w spalinach dopuszcza się założenie, że głównym
produktem spalania niezupełnego jest tlenek węgla.
Strata niezupełnego spalania zostanie obliczona z równania:
Sn 

V ss  12644 CO 
r
Qj

,%

gdzie:
Vss – objętość spalin suchych dla danego λ, m3/kg;
[CO] – zawartość tlenku węgla w spalinach suchych, %;
wielkość liczbowa (12644) – iloczyn gęstości i wartości opałowej CO, kJ/m3.

Ponieważ pomiar strat ciepła, których przyczyną jest
promieniowanie i konwekcja, zwykle nie jest możliwy, to
stosowane są wartości empiryczne.
Strata do otoczenia zostanie wyznaczona na podstawie równania
0,7

S o  C Q N ,%

gdzie:
C - współczynnik, który dla kotłów na węgiel kamienny wynosi 0,022
Q N - maksymalna moc cieplna użyteczna, MW.

Qd – 100 % (Ciepło doprowadzone w paliwie)
Qu – 88,3 % (Ciepło użyteczne)
Sw – 6,6 % (Strata wylotowa)
Sc – 3,9 % (Strata niecałkowitego spalania)
So – 1,2 % (Strata do otoczenia)
Sn – 0,0 % (Strata niezupełnego spalania)

•

Ustalenie warunków technicznych w jakich powinien
znajdować się kocioł podczas pomiarów
•
•

•

•

Kontrolne nawęglenie kotła
Ustalony stan cieplny (praca kotła min 3 godziny przed
rozpoczęciem pomiarów z mocą cieplną ustaloną programem
badań)
Ponowne kontrolne nawęglenie kotła (po 24 h lub 12 h)

Przeprowadzenie pomiarów

•Strumień masy paliwa,
•Strumień masy wody chłodzącej oraz temperatura na dopływie i

odpływie z kotła,
•Strumień masy odprowadzonego żużla, przesypu, pyłu,
•Temperatura spalin na wylocie (miernik cyfrowy EMT55),
•Temperatura i zawartość wilgoci w powietrzu do spalania
(termohigrometr H560),
•Skład spalin (zawartość CO2, O2, CO, NOx, SO2) – analizator spalin
PG-250,
•Wartość opałowa, ciepło spalania, zawartość wilgoci i popiołu oraz
elementarny skład paliwa (C, H2, S, O2, N2),
•Zawartość niespalonych części palnych w żużlu, przesypie, pyle.

Automatyczny analizator gazów PG-250 (Horiba).
Analizator PG-250 spełnia wymagania „Rozporządzenia
Ministra Środowiska z dnia 4 listopada 2008r. w sprawie
wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości
emisji oraz pomiarów ilości pobieranej wody”
(Dz.U. 206/2008 poz.1291)

DANE TECHNICZNE
Mierzone wielkości

NOx / SO2 / CO / CO2 / O2

Metody pomiaru

NOx: CLD (Chemiluminescencja)
SO2 / CO / CO2: NDIR (Absorpcja w podczerwieni)
O2: Celka galwaniczna / Detektor paramagnetyczny

•Analiza spalin – 1 min (zapis automatyczny)
•Pomiar przepływu – 3 min
•Pomiar temperatury - 10 min

•Wyznaczenie strumienia paliwa
•Wyznaczenie strumienia żużlu, przesypu i pyłu
•Nieszczelności kanałów spalinowych
•Utrzymanie stałej mocy kotła

•Warunki atmosferyczne

Rodzaj straty

Zmierzona
ilość paliwa
(95 t / 24 h)

Zwiększona
ilość paliwa o
5 ton (+ 5,5%)

Zmniejszona
ilość paliwa o
5 ton (- 5,5%)

żużel Sż

2,38 %

2,28 %

2,52 %

przesyp Sp

0,12 %

0,12 %

0,13 %

pył Sl

0,13 %

0,12 %

0,14 %

niecałkowitego
spalania Sc

2,64 %

2,52 %

2,79 %

Zmiana ilości paliwa o 5 % ≈ 0,15 % zmiana strat niecałkowitego spalania

Straty niezupełnego spalania
[%]

3

Tlenek węgla
[CO] ppm

2.5
2

Strata
niezupełnego
spalania %

50

0,028

100

0,057

0.5

1000

0,57

0

2000

1,14

3000

1,7

4000

2,27

5000

2,84

1.5
1

0

1000

2000
3000
Zawartość CO [ppm]

4000

5000

Lp. Miejscowość

1

Olsztyn

2

Biała
Podlaska

Moc cieplna

Liczba kotłów na

Liczba kotłów po

zainstalowana /MW/

paliwo stale

badaniach

179,80

6

2

77,77

3

0

3

Iława

57,010

4

1

4

Mrągowo

50,04

4

0

5

Ostróda

46,15

4

0

6

Kętrzyn

39,80

4

1

7

Bartoszyce

36,20

4

1

8

Działdowo

19,02

4

2

9

Morąg

18,60

2

1

13,50

2

2

ŁĄCZNIE

37

10

10 Nidzica

K1
ściany
szczelne

K6

So

1,15 %

1,15 %

Sc

3,41 %

2,64 %

Sn

0,01 %

0,03 %

Sw

6,51 %

7,78 %

SUMA STRAT

11,08 %

11,60 %

SPRAWNOŚĆ

88,92 %

88,4 %

Rodzaj straty