Energetika I-II. energetikai mérnök szak Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Dr. Ősz János Energetika I-II. energetikai mérnök szak PP, de sok fontos információ csak a példák megoldása közben szóban!! gyakorlat Dr. Szentannai Pál szentannai@energia.bme.hu; +36 1 482 9040 / 12

1. gyakorlat Tüzelőanyagok

C + H + S + O + N + A + HOH = 1 Elemi összetétel DIN MSZ C Ct karbontartalom kg/kg H Ht hidrogéntartalom kg/kg S St kéntartalom kg/kg O O oxigéntartalom kg/kg N N nitrogéntartalom kg/kg A A hamutartalom kg/kg HOH Wt nedvességtartalom kg/kg C + H + S + O + N + A + HOH = 1

(numerikus adatok: finn tőzeg) Elemi összetétel (numerikus adatok: finn tőzeg)

1. példa gC gH gS gO gN gA gHOH Egy erőmű egy év alatt 300 ezer tonna (mányi) szenet tüzelt el, amelynek elemi összetétele a következő: Ct Ht St O N A Wt gC gH gS gO gN gA gHOH 45,2% 3,20% 3,70% 7,10% 0,80% 18,4% 21,6% Mennyi hamu (meddő), széndioxid, kéndioxid és víz(gőz) szabadult fel? moláris tömegek: MC = 12,011 kg/kmol MO = 15,9994 kg/kmol MS = 32,06 kg/kmol MH = 1,0079 kg/kmol

Égési alapmennyiségek Ennyi vízgőz keletkezik az égés során, kg/kg Ennyi száraz levegő szükséges az égéshez, kg/kg Ennyi száraz füstgáz keletkezik az égés során, kg/kg Ennyi száraz füstgáz keletkezne, ha normál állapotba kerülne, m3/kg „normál állapot” itt:  = 0°C; p = 101,32 kPa;

2. példa 15 kg/s (már ismert mányi) szén kerül eltüzelésre egy kazánban. Mekkora levegő- és füstgáz (tömeg)áramot kell a két ventilátornak szállítani, ha a légfelesleg tényező 1,2, a környezeti levegő nedvességtartalma pedig 0,0119 kg/kg (20°C, 80%)? Ebből mennyi a (reakcióban részt nem vevő) nitrogén? a környezeti levegő összetétele: térf.% tömeg% N2: 78,084 75,510 O2 20,948 23,151

Égéshő, fűtőérték DIN MSZ Ho Qs égéshő MJ/kg Hu Qi fűtőérték MJ/kg a víz égéstermék folyadék halmazállapotú Hu Qi fűtőérték MJ/kg a víz égéstermék gőzfázisú Hu = HO – hr  HOHB hr = 2,4425 MJ/kg (= a víz párolgáshője 25°C-on)

Szilárd tüzelőanyagok jellemző fűtőértékei antracit: 32 – 35 MJ/kg fekete kőszén: 20 – 32 MJ/kg barnaszén: 15 – 20 MJ/kg lignit: 5 – 10 MJ/kg rönk fa: 8 – 14 MJ/kg termény héjak: 14 – 19 MJ/kg pelletezett lágyszárú: 14 – 16 MJ/kg héj: szotyi – dió

gC,wf gH,wf gS,wf gO,wf gN,wf gA,wf gHOH 3. példa Egy energianövény (salix) laboratóriumi elemzésének eredményei a következők: Ctd Htd Std Od Nd Ad Wt Qsd Qid gC,wf gH,wf gS,wf gO,wf gN,wf gA,wf gHOH Ho,wf Hu,wf MJ/kg 47,36% 5,51% 0,10% 43,8% 0,82% 2,40% 43,1% 20,374 19,171 Mekkora lesz a fűtőértéke, ha (a tárolás során) a nedvességtartalma 35%-ra csökken? Az eredeti tüzelőanyag tömegéből mennyi marad ekkorra?

Folyékony tüzelőanyagokra Az eddigiek használhatók – de egyszerűbben: hamuval és nedvességgel nem kell számolni héj: szotyi – dió

Gáznemű tüzelőanyagokra Az eddigiek használhatók – de másképp: az elemi összetétel helyett inkább az alkotó molekulák (szénhidrogének) részarányából indulnak ki héj: szotyi – dió

4. példa CH4,N = 0,7175 kg/m3 HuCH4,N = 35,88 MJ/m3 70% / 30% metán / széndioxid keveréknek (alacsony fűtőértékű gáznak) mennyi a sűrűsége és a fűtőértéke? térfogat arányt jelentenek a számok! térfogatra vonatkoztatott sűrűséget és fűtőértéket keresünk normál állapotban érvényes térfogatra -><- gáztechnikai normál állapot!! CH4,N = 0,7175 kg/m3 HuCH4,N = 35,88 MJ/m3 CO2,N = 1,9770 kg/m3 (fizikai normál állapot!!)

CH4 / CO2 keverék CH4,N = 0,7175 kg/m3 HuCH4,N = 35,88 MJ/m3 mol/mol itt kb.= V/V CH4,N = 0,7175 kg/m3 HuCH4,N = 35,88 MJ/m3 CO2,N = 1,9770 kg/m3 (fizikai normál állapot!!)

5. példa Mennyi CO2 keletkezik 1 MJ (termikus energia) előállítása során mányi szén, biomassza (salix), olaj, földgáz, 30% CO2-t tartalmazó biogáz eltüzelésekor?

6. példa Mennyi szilárd hulladék és CO2 keletkezik évente egy P villamos teljesítménnyel,  éves kihasználási időtartammal,  (villamos) hatásfokkal jellemezhető erőműben, ha a primer energiahordozó biomassza (salix), mányi szén, antracit, könnyű fűtőolaj, földgáz (CH4), 30% CO2-t tartalmazó biogáz, ill. (nukleáris energiaforrás)?

Füstgáz emissziók technológiai határértékek jogszabály megadási módja, pl. 440 MW erőműre: szilárd folyékony gáz szilárd anyag: 30 mg/m3 30 mg/m3 2 mg/m3 CO: 250 mg/m3 175 mg/m3 100 mg/m3 NOx (mint NO2): 200 mg/m3 200 mg/m3 75 mg/m3 SOx (mint SO2): 200 mg/m3 200 mg/m3 35 mg/m3 yO2V: 6% 3% 15% normál állapotú, száraz, adott („vonatkoztatási”) O2-tartalmú füstgázra átszámolva!!! héj: szotyi – dió

7. példa Mennyi NOx és SOx távozik évenként a levegőbe az előző példában szereplő erőművek esetében, ha azok a jogszabályi határértékeket éppen megtartják?