Rozwiązanie krok po kroku: Sprawność kotła OP 430

Tabela 1 opisuje pięć kotłów, a arkusz nie mówi wprost, który z nich jest badany. Podpowiedzią jest samo oznaczenie: w kotłach RAFAKO liczba po literach to wydajność pary w t/h (to wiedza ogólna o oznaczeniach kotłów, arkusz jej nie podaje), a wydajność 430 t/h ma w tabeli 1 tylko kocioł 1. Zgadza się to z tabelą E (gwarantowana wydajność 430 t/h, temperatura pary 540 °C) i z rysunkiem 1 - na górze po lewej stoi walczak (czerwony zbiornik), od którego opadają rury: tak wygląda kocioł z naturalną cyrkulacją. Dwa pierwsze wiersze tabeli A: rodzaj obiegu i moc cieplna kotła 1.

Kolejne trzy wiersze przepisuje się z kolumny kotła 1: temperatura pary świeżej 540 °C, ciśnienie 13,5 MPa, temperatura wody zasilającej 210 °C - zawsze z jednostką, tak jak w tabeli 1.

Sprawność kotła 1 to 90,0% (klucz przyjmuje też zapis 0,9), paliwo - węgiel kamienny, wydajność - 430 t/h. Rodzaj paliwa przyda się dalej: od niego zależą współczynniki σ = 0,65 i β = 60 we wzorach oraz krzywa b na wykresie straty promieniowania.

Przyrządy wybiera się z wykazu w tabeli 3 i wpisuje razem z typem. Temperaturę spalin wylotowych (ok. 150-175 °C) mierzy termopara typu K (NiCr-NiAl), skład spalin (CO₂, CO, NOx) - analizator spalin Ultramat 23, stężenie pyłu - pyłomierz FWE200. Przypisanie przyrządu do pomiaru to wiedza ogólna z miernictwa - nazwy w wykazie same ją podpowiadają.

Wilgotność powietrza mierzy psychrometr aspiracyjny - w wykazie arkusza zapisany jako „Aspiracyjny psychometr DER” (literówka w arkuszu, w kluczu ten sam zapis; poprawna nazwa przyrządu to psychrometr). Ciśnienie pary - przetwornik ciśnienia K01, strumień objętości gazów - ultradźwiękowy przepływomierz Flowisic 100.

Każda średnia to suma czterech pomiarów z tabeli 2 podzielona przez 4, z dwoma miejscami po przecinku: tot = (19,20 + 20,50 + 21,10 + 20,80) / 4 = 81,60 / 4 = 20,40 °C; tp = 2 153,20 / 4 = 538,30 °C; pp = 51,87 / 4 = 12,9675 ≈ 12,97 MPa; mp = 1 714 / 4 = 428,50 t/h.

B = 83,30 / 4 = 20,825 ≈ 20,83 kg/s; Ar = 98,70 / 4 = 24,675 ≈ 24,68%; Qwr = 74 395 / 4 = 18 598,75 kJ/kg - wartość opałowa też z dwoma miejscami po przecinku, choć pomiary są w liczbach całkowitych.

Cz = 7,42 / 4 = 1,855 ≈ 1,86%; Cp = 13,15 / 4 = 3,2875 ≈ 3,29%; tsp = 638,00 / 4 = 159,50 °C.

Ostatnie trzy wiersze nie mają osobnych kryteriów, ale trzeba je policzyć - wchodzą do wzorów i do tabeli E: CO₂ = 58,80 / 4 = 14,70%; CO = 0,0041 / 4 = 0,001025 ≈ 0,001% (trzy miejsca po przecinku, jak każe gwiazdka); NOx = 1 358 / 4 = 339,50 mg/m³.

Wzór 1 ma człon z CO, ale uwaga pod nim każe go pominąć, gdy CO < 0,3% - a średnia to 0,001%. Zostaje Sw = σ · (tsp − tot) / CO₂ z σ = 0,65 (węgiel kamienny): 0,65 · (159,50 − 20,40) / 14,70 = 90,415 / 14,70 = 6,15%. W tabeli D obok wyniku wpisuje się oznaczenie i jednostkę - wszystkie trzy składają się na jedno kryterium.

Sn = β · CO / (CO₂ + CO), β = 60 dla węgla kamiennego: 60 · 0,001 / 14,701 = 0,00408 ≈ 0,004% - ten wynik, jako jedyny, z trzema miejscami po przecinku (uwaga pod wzorem 2). Klucz przyjmuje 0,003 ÷ 0,005.

Czynnik przed nawiasem: 0,2 · 24,68 · 33 900 / 18 598,75 = 8,9969; nawias Cz / (100 − Cz) = 1,86 / 98,14 = 0,0190. Sz = 0,17% (klucz: 0,16 ÷ 0,19). Qcr = 33 900 kJ/kg to wartość opałowa pierwiastka węgla podana pod wzorem.

Ten sam czynnik 8,9969, w nawiasie Cp: 3,29 / 96,71 = 0,0340. Sp = 0,31%. Opis pod wzorem 4 nazywa Cp „zawartością części palnych w żużlu” - to przeniesiony błąd z wzoru 3; Cp to części palne w popiele lotnym (wiersz 9 tabeli C).

Wzór 5 każe odczytać stratę z rysunku 2 dla znamionowej mocy cieplnej kotła - z tabeli A to 200 MW = 2 · 10⁵ kW. Obie osie są logarytmiczne: idzie się pionowo od „2” w dekadzie ×10⁵ do krzywej b (węgiel kamienny), a potem poziomo do osi strat - wypada na linii 0,5: Sr = 0,50%. Linie odczytu w podglądzie są pomocnicze.

ΣS = Sw + Sn + Sz + Sp + Sr = 6,15 + 0,004 + 0,17 + 0,31 + 0,50 = 7,134 ≈ 7,13% (klucz: 7,11 ÷ 7,18).

Metoda pośrednia: ηk = 100 − ΣS = 100 − 7,13 = 92,87% (klucz: 92,82 ÷ 92,89).

Do kolumny „Średnia wartość” trafiają średnie z tabeli C (i obliczona sprawność), a wniosek to porównanie z wartością gwarantowaną. Temperatura pary 538,30 °C jest niższa od gwarantowanych 540 °C - NIE. Temperatura spalin 159,50 °C przekracza „max. 150” - NIE.

Ciśnienie 12,97 MPa < 13,00 MPa - NIE; wydajność 428,50 t/h < 430 t/h - NIE. Obie różnice są małe, ale tabela podaje jedną wartość gwarantowaną, więc każda średnia poniżej niej to parametr niedotrzymany.

NOx 339,50 mg/m³ mieści się w „max. 400” - TAK. Sprawność 92,87% jest wyższa od gwarantowanych 92% - TAK. Tabela E podaje sprawność gwarantowaną 92%, a tabela 1 dla kotła 1 - 90,0% (i ciśnienie 13,5 MPa wobec 13,00 MPa w tabeli E); wniosek wyciąga się z wartości w tabeli E, bo tak każe jej nagłówek.