ZADANIE I

Obliczyć o ile zmniejszy się zużycie energii i paliwa w zakładzie wykorzystującym badany wymiennik ciepła przez 8 godzin dziennie przez 300 dni w roku, jeżeli zwiększymy współczynnik regeneracji ciepła o 10% w stosunku do współczynnika regeneracji ciepła odpowiadającego parametrom maksymalnego strumienia masowego. W zakładzie zainstalowany jest kocioł parowy opalany węglem o wartości opałowej 18000 kJ/kg i sprawności 65%. Para wodna produkowana w tym kotle wykorzystywana jest do przygotowania gorącej wody zużywanej w badanym wymienniku.

ZADANIE II

O ile zmniejszy się emisja CO₂ w ciągu roku dla tych warunków?

• ZADANIE I

Dane:

M_max = 0,167 kg/s

R = 79,1%

R' = 1,1R = 1,1 * 79,1% = 87,0%

 = 0,65

W = 18000 kJ/kg

c_w = 4,19kJ/kg*K

Obliczam efektywny czas pracy wymiennika w zakładzie:

Przeliczenie jednostek z [sek] na skalę [rok] - w 1 min. 60 sek. , w 1 h - 60 min., urządzenie pracuje 8 godzin dziennie przez 300 dni w roku, 60 · 60 · 8 · 300 = 8 640 000 = 8,64 · 10⁶

• Obliczam ilości ciepła dostarczonego:

Q_d = M · c_w · (t₁ - t₂),

gdzie:

M - strumień masowy produktu,

c_w - ciepło właściwe wody;

t₁ - temperatura produktu tuż po pasteryzacji,

t₂ - temperatura produktu nie spasteryzowanego na wejściu do sekcji regeneracji

Q_d = 0,167 · 4,19 · (54 - 12) = 29,39 kJ/s

Obliczam ilość ciepła poddanego regeneracji korzystając z definicji współczynnika regeneracji ciepła:

R =
=> Qr = R · Qd

1. dla R (R - współczynnik regeneracji dla maks. strumienia masowego produktu,warunki regeneracji uzyskane na ćwiczeniach)

Qr = 0,791· 29,39 = 23,25 kJ/s

W ciągu roku uzyskujemy:

Qr = 23,25· 8640000 =200880000 kJ/rok = 200880 MJ/rok

2. dla R' (zmienione warunki regeneracji)

Qr = 0,870 · 29,39 = 25,57 kJ/s

W ciągu roku uzyskujemy:

Qr' = 25,57 · 8640000=220924800 kJ/rok = 220924,8 MJ/rok

Obliczam, ile węgla kamiennego zostałoby zużyte na uzyskanie ciepła odzyskiwanego w procesie regeneracji:

Qr = P · W ·  => P =
;

gdzie:

P - ilość zużytego paliwa (węgla kamiennego)

W - wartość opałowa paliwa [kJ/kg],

 - sprawność kotła

1. dla R

P = 23,25 /( 18 000 · 0,65) = 1,99· 10^-3 kg węgla kamiennego/s

• Ilość oleju opałowego zaoszczędzonego dzięki regeneracji w ciągu roku:

P = 1,99· 10^-3 · 8 640 000 = 17193,6 kg/rok = 17,2 t węgla kamiennego/rok

• Ilość energii uzyskanej podczas spalenia obliczonej ilości zaoszczędzonego węgla kamiennego:

• E = P · W

E = 1,99· 10^-3 · 18 000 = 35,82 kJ/s

W ciągu roku:

35,82 * 8 640 000 =309484800 kJ/rok = 309484,8 MJ/rok

2. dla R'

P' =
;

P' = 25,57 /( 18 000 · 0,65) = 2,2 · 10^-3 kg węgla kamiennego/s

• Ilość węgla kamiennego zaoszczędzonego dzięki regeneracji w ciągu roku:

P' = 2,2 · 10^-3 · 8 640 000 = 19008 kg/rok = 19 t węgla kamiennego/rok

• Ilość energii uzyskanej podczas spalenia obliczonej ilości zaoszczędzonego węgla kamiennego:

E' = P' · W

E' =2,2 · 10^-3 ·18 000 = 39,6 kJ/s

W ciągu roku:

39,6 * 8 640 000 = 342144000 kJ/rok = 342144 MJ/rok

• =>Obliczam oszczędność paliwa :

P' - P = 19008-17193 = 1815 kg/rok = 1,8 t węgla kamiennego/rok

=>Obliczam oszczędność energii:

E' - E = 342144,0-309484,8 = 32659,2 MJ/rok

• ZADANIE II

e = 0,33 kg CO₂/ kWh (emisja właściwa CO₂ dla węgla kamiennego)

Obliczam emisję CO₂/rok :

E_CO2 = (E * e_CO2) / 3600,

gdzie:

E - emisja CO₂ [kg/rok];

E - energia uzyskana w wyniku spalenia zaoszczędzonej dzięki regeneracji ilości węgla kamiennego

e - emisja CO₂ [kg/ 1kWh];

3600 - gdyż 1 kWh = 3600 kJ

1. dla R

E _CO2 = (309484800*0,33) / 3600 = 28369,44 kg CO₂/rok

2. dla R'

E _`CO2 = (342144000*0,33) / 3600 = 31363,2 kg CO₂/rok

=>Obliczam o ile zmniejszy się emisja CO₂ (w skali roku):

E _`CO2 - E _CO2 = 31363,2 -28369,44 =2993,76= 2,99 t CO₂/rok

Z obliczeń wykonanych w zadaniu wynika, że 10% wzrost współczynnika regeneracji ciepła daje oszczędność ok. 1,8 tony węgla kamiennego rocznie, oraz zmniejsza emisję dwutlenku węgla do atmosfery nawet o ok. 3 tony rocznie. Wynika z tego, że odzyskiwanie ciepła jest bardzo ważne ze względów zarówno ekonomicznych i ekologicznych, dlatego powinno się stosować w przemyśle spożywczym technologie i urządzenia o jak najwyższym współczynniku regeneracji ciepła.

1

---