1.1: Eficiencia de la caldera

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Objetivos de aprendizaje

Opere la Planta en los siguientes modos y calcule la Eficiencia Térmica de la Caldera

230 MW HFO de Quema
80% de biocombustible de combustión de carga
80% de carbón de combustión de carga
80% de Carbón Quemador de Carga con hollín acumulado.

Teoría

Primero definimos la eficiencia. Hay muchas formas de presentarlo, por ejemplo, la eficiencia es la capacidad de hacer algo sin desperdiciar energía, esfuerzo o tiempo. Póngalo matemáticamente, es la relación entre la salida útil y la entrada de energía térmica. La persona común a menudo usa los términos eficiencia y efectividad indistintamente, sin embargo, la eficiencia tiene que ver con minimizar el desperdicio y la efectividad para hacer con maximizar la producción (más sobre esto en Heat Interchangers Lab). La eficiencia de la caldera a veces se define como la eficiencia de combustión que se calcula por la relación de la capacidad del quemador para quemar combustible completamente con el combustible no quemado y el exceso de aire en el escape. La eficiencia térmica, por otro lado, indica la capacidad del intercambiador de calor (es decir, de la caldera) para transferir calor del proceso de combustión al agua o vapor en la caldera. En general, la máxima eficiencia de la caldera alcanzable a partir de una caldera depende de factores tales como el método de combustión del combustible, el diseño del horno y las superficies de transferencia de calor. Además, el tipo de combustible, la carga de la caldera y las prácticas operativas influyen en la eficiencia de la caldera. En este laboratorio, nos enfocamos en el tipo de combustible, la carga de la caldera y las mejores prácticas.

Eficiencia Térmica de Caldera

A continuación expresamos la Eficiencia Térmica de Caldera de la siguiente manera:

\[\eta_{b o i l e r}=\frac{\text{Energy to steam}}{\text {Energy from fuel}}\]

Donde la energía al vapor es la transferencia de calor requerida para formar vapor. Vamos,

h ₂ =entalpía específica del vapor formado, [kJ/kg],
h ₁ =entalpía específica del agua de alimentación, [kJ/kg].

Debido a que el vapor se forma a presión constante, la transferencia de calor requerida para formar 1 kg de vapor en la caldera es

\[\text{Energy to Steam}= (h_2-h_1) [kJ]\]

La energía del combustible se calcula a partir de la masa de combustible utilizada y su valor calorífico (calorífico). Para el carbón este es el valor calorífico medido en un calorímetro de bomba y corresponde a la energía interna de combustión. Si

m _f = masa de combustible quemado en un tiempo dado
m _s = masa de vapor generado en el mismo tiempo
HV= valor calorífico del combustible [kJ/kg]
Energía del combustible= m _f x alto voltaje [kJ]

Entonces podemos escribir:

\[\eta_{\text {boiler}}=\frac{m_{\mathrm{s}}\left(h_{2}-h_{1}\right)}{m_{f} H V} 100 \%\]

Instrucciones de laboratorio

Ejecutará 4 condiciones iniciales diferentes en este laboratorio:

I10 230 MW HFO de Quema
Biocombustible I15 80% de combustión de carga
I14 80% de carbón de combustión de carga
I14 80% Cargue Quema de Carbón y use MD250 para configurar variables de hollín.

Para cada condición recoger los datos relevantes para computar la Eficiencia Térmica de la Caldera.

Sugerencias y consejos

Para la recolección de datos, use las tendencias que se muestran a continuación:

Muestra de tendencias

Además de diversos valores de presión, temperatura y flujo, deberá registrar las siguientes etiquetas en sus tendencias:

Valor calorífico H00810 HFO
H00870 Valor calorífico de pellets (biocombustible)
H00830 Valor calorífico de carbón

Para calcular los valores de entalpía, puede usar una aplicación o herramienta en línea como la tabla de vapor sobrecalentado: https://goo.gl/GdVM4U

Para la operación de carbón con hollín acumulado, use MD250 y establezca fallas de funcionamiento de la siguiente manera:

Ajustes de mal funcionamiento MD250.

Entregables

Su informe de laboratorio debe incluir lo siguiente:

Parcelas de tendencia: Abastecer todas las parcelas tomadas para cada una de las 4 condiciones,
Computación: Utilice MATLAB o MS Excel y calcule la eficiencia térmica de la caldera para las 4 condiciones especificadas,
Conclusión: Escriba un resumen (máx. 500 palabras, en un cuadro de texto si usa Excel) comparando sus resultados y sugerencias para un estudio posterior.

Lectura adicional:

Fundamentos de la termodinámica clásica Versión SI de G. J. Van Wylen y R. E. Sonntag: Evaluación de los Procesos de Combustión Real.
Ingeniería Térmica por H.L. Solberg, O.C. Cromer y A.R. Spalding: Capacidad y Eficiencia de las Unidades Generadoras de Vapor.
Ingeniería Básica Termodinámica en Unidades SI por R. Joel: Cálculos de calderas.