Politechnika Śląska

Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki

TECHNOLOGIE TERMICZNEJ UTYLIZACJI OSADÓW ŚCIEKOWYCH

Bilans energetyczny kotła współspalającego węgiel kamienny z osadem ściekowym

SEKCJA 13

inż. Barbara Pyrek              Prowadzący:

inż. Katarzyna Śleziak              dr inż. Sebastian Werle

Spis treści:

1.              Opis problemu              4

2.              Założenia projektowe              5

3.              Opis źródła ciepła. Dane eksploatacyjne kotła              6

4.              Obliczenia.  P1: 100% węgla + 0% osadów ściekowych              7

4.1.              Zawartość pierwiastków w paliwie              8

4.2.              Zapotrzebowanie na tlen i powietrze              8

4.3.              Jednostkowe ilości pierwiastków w spalinach              9

4.4.              Spaliny suche              10

4.5.              Określenie sprawności kotła              10

4.6.              Sprawność kotła              11

5.              Obliczenia P2 :  89% węgla + 11% osadów ściekowych              12

5.1.              Zawartość pierwiastków w paliwie              12

5.2.              Zapotrzebowanie na tlen i powietrze              12

5.3.              Jednostkowe ilości pierwiastków w spalinach              13

5.4.              Spaliny suche              13

5.5.              Określenie sprawności kotła              14

5.6.              Sprawność kotła              15

6.              Zestawienie tabelaryczne wyników obliczeń              16

6.1.              P1: 100% węgla + 0% osadów ściekowych              16

6.2.              P2: 89% węgla + 11% osadów ściekowych              17

6.3.              P3: 85% węgla + 15% osadów ściekowych              19

6.4.              P4: 78% węgla + 22% osadów ściekowych              20

7.              Analiza środowiskowa pracy instalacji              21

7.1.              Obliczanie emisji CO2              22

7.1.1.              Przy udziale 6% tlenu w gazach odlotowych              22

7.1.2.              Przy udziale 11% tlenu w gazach odlotowych              22

7.2.              Obliczanie emisji SO2              23

7.2.1.              Przy udziale 6% tlenu w gazach odlotowych              23

7.2.2.              Przy udziale 11% tlenu w gazach odlotowych              23

8.              Podsumowanie              28

9.              Literatura              30

Tabela 1. Parametry kotła OP-140.              7

Tabela 2. Strumień molowy i skład spalin suchych w zależności od wartości stosunku nadmiaru         powietrza dla P1.              16

Tabela 3.  Udziały związków chemicznych w spalinach suchych w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P1.              16

Tabela 4. Entalpia spalin w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P1.              17

Tabela 5. Strumień paliwa i sprawność kotła w zależności od stosunku nadmiaru powietrza dla P1.              17

Tabela 6. Strumień molowy i skład spalin suchych w zależności od wartości stosunku nadmiaru         powietrza dla P2.              17

Tabela 7. Udziały związków chemicznych w spalinach suchych w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P2.              18

Tabela 8. Entalpia spalin w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P2              18

Tabela 9. Strumień paliwa i sprawność kotła w zależności od stosunku nadmiaru powietrza dla P2.              18

Tabela 10. Strumień molowy i skład spalin suchych w zależności od wartości stosunku nadmiar  powietrza dla P3.              19

Tabela 11. Udziały związków chemicznych w spalinach suchych w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P3.              19

Tabela 12.  Entalpia spalin w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P3              19

Tabela 13.  Strumień paliwa i sprawność kotła w zależności od stosunku nadmiaru powietrza dla P3.              20

Tabela 14.  Strumień molowy i skład spalin suchych w zależności od wartości stosunku nadmiar  powietrza dla P4.              20

Tabela 15. Udziały związków chemicznych w spalinach suchych w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P4.              20

Tabela 16. Entalpia spalin w zależności od wartości stosunku nadmiaru powietrza dla P4              21

Tabela 17. Strumień paliwa i sprawność kotła w zależności od stosunku nadmiaru powietrza dla P4.              21

Tabela 18. Zmiana emisji zanieczyszczeń (6%) w zależności od l i udziału procentowego osadów ściekowych              24

Tabela 19. Zmiana emisji zanieczyszczeń (11%) w zależności od l i udziału procentowego osadów ściekowych              25

Rysunek 1.Schemat kotła OP-140 [1].              6

Rysunek 2. Schemat obliczeniowy – bilans energetyczny kotła.              7

Rysunek 3. Wykres zależności emisji dwutlenku węgla od zawartości biomasy w paliwie i wartości współczynnika nadmiaru powietrza l dla udziału tlenu w spalinach 6%.              26

Rysunek 4. Wykres zależności emisji dwutlenku węgla od zawartości biomasy w paliwie i wartości współczynnika nadmiaru powietrza l dla udziału tlenu w spalinach 11%.              26

Rysunek 5. Wykres zależności emisji tlenku siarki od zawartości biomasy w paliwie i wartości współczynnika nadmiaru powietrza l dla udziału tlenu w spalinach 6%.              27

Rysunek 6. Wykres zależności emisji tlenku siarki od zawartości biomasy w paliwie i wartości współczynnika nadmiaru powietrza l dla udziału tlenu w spalinach 11%.              27

Rysunek 7. Wykres obrazujący wzrost strumienia paliwa w związku ze zwiększeniem się zawartości osadu ściekowego w mieszance paliwowej przy stałej wartości produkowanego ciepła.              28

1.     Opis problemu

Energetyka jest to dział nauki i techniki zajmujący się badaniem, pozyskiwaniem, przetwarzaniem, gromadzeniem, przesyłaniem oraz użytkowaniem różnych form i nośników energii. użyteczne formy energii (mechaniczną, elektryczną oraz ciepło) uzyskuje się w wyniku przetwarzania energii pierwotnych, głównie:

29

·                Energii chemicznej paliw pierwotnych,

·                Energii jądrowej,

·                Energii wnętrza Ziemi (energii geotermicznej),

·                Energii przepływu powietrza (wiatrów),

·                Energii promieniowania Słońca (energii słonecznej);

·                Energii wód,

W Polsce podstawowym źródłem pozyskiwana energii jest spalanie paliw, i stanowi ono około 90% całkowitego potencjału energetycznego wytwarzanego w naszym kraju.
W głównej mierze spalany jest węgiel kamienny oraz węgiel brunatny, dodatkowo energię uzyskuje się poprzez spalanie gazu jednak odbywa się ono w znacząco niższej ilości niż paliwa węglowego.

Niestety tego typu rozwiązania powodują powstawanie ogromniej ilości zanieczyszczeń powietrza. Aż 75% zanieczyszczeń powietrza gazami takimi jak CO, SO2, NOX, a także 60% zanieczyszczeń pyłami i około 100% zanieczyszczeń CO2, jest spowodowane poprzez system energetyczny w Polsce.

Jest to poważny problem zwłaszcza w związku z zaostrzającymi się przepisami Unii Europejskiej dotyczącymi ograniczenia zanieczyszczeń oraz zwiększania wkładu energetycznego ze źródeł odnawialnych w krajach wspólnoty.

Za stosowaniem energetyki odnawialnej przemawia także fakt że źródła paliw kopalnych są ograniczone i już wkrótce może ich zabraknąć, jeśli nie zmniejszymy ich wydobycia.

Alternatywą w stosunku do otrzymywania energii ze spalania paliw jest energia geotermalna, słoneczna, wiatru i wód, jednak nie zawsze są odpowiednie warunki do jej wykorzystania.

Postanowiono więc wspomóc sektor energetyczny poprzez spalanie lub ...