Dampfkessel 2 - fürs labor die pflichtaufgaben PDF

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fürs labor die pflichtaufgaben...

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FH-Darmstadt 02.11.1999

Anlagentechnik-Labor Dampfkessel

Andreas Deisel Matr. Nr.:511379

INHALTSVERZEICHNIS

1

ZIEL UND AUFBAU DES VERSUCHES............................................2

2

VERSUCHSPROTOKOLL..................................................................4

3

MESSPROTOKOLL...........................................................................4

4

MESSAUSWERTUNG........................................................................7 4.1 BESTIMMUNG DES KESSELWIRKUNGSGRADES......................................7 4.2 ABGASVERLUST UND FEUERUNGSTECHNISCHER WIRKUNGSGRAD........8 4.3 WÄRMEVERLUST DES KESSELS...........................................................8

5

FEHLERABSCHÄTZUNG, DISKUSSION UND VERSUCHSKRITIK 9 5.1 FEHLERABSCHÄTZUNG........................................................................9 5.2 VERSUCHSDISKUSSION.....................................................................10 5.3 VERSUCHSKRITIK..............................................................................10

Seite 1

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Anlagentechnik-Labor

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Dampfkessel

Andreas Deisel Matr. Nr.:511379

1 Ziel und Aufbau des Versuches Der Versuch „Dampfkessel“ soll an einem Dampfkessel der Firma Loos / Offenbach durchgeführt werden. Dieser Kessel der zur Versorgung einer kleinen Dampfturbine dient, ist als Dreizugkessel ausgeführt. Die genau Funktionsweise diese Dampfkessels wurde bereits ausführlich in der Einführung dieses Versuches besprochen, und soll hier deshalb nur kurz mit Hilfe der Schnittzeichnungen und den technischen Eckdaten erläutert werden. Der Dampfkessel soll in unserem Versuch genauer hinsichtlich seines Wirkungsgrades und seiner Verlustquellen untersucht werden.

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Andreas Deisel

Dampfkessel

Der Kessel hat folgende Daten Zulässiger Betriebsüberdruck: Zulässiger Dampfmassenstrom: Zulässige Dampftemperatur: Wasserinhalt bis N.W.: Überhitzerinhalt: Überhitzerheitzfläche: Kesselheizfläche:

Matr. Nr.:511379

30 bar 1,25 t/h 400 °C 2995 m3 26l 3,53 m2 25 m2

Um die Verluste später genau auswerten zu können, werden Messungen an folgenden Stellen durchgeführt.

1. Meßstelle: Temperatur und Volumen des Speisewassers 2. Meßstelle: Druck und Temperatur des Dampfes am Überhitzeraustritt 3. Meßstelle: Temperatur, Druck und Volumen des Erdgases 4. Meßstelle: Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft 5. Meßstelle: Temperatur des Abgases, CO2 – O2 Anteil, Schadstoffe Zusätzlich: Dampfmassenstrom an der Turbine, Umgebungsdruck, Speisewassertemperatur, Speisewasserdruck

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2 Versuchsprotokoll Zur Erfassung der Meßwerte wurde in einem Zeitraum von 15 Minuten, 16 Meßwerte im Abstand von jeweils einer Minute aufgenommen, wobei zu erwähnen ist daß aufgrund der großen Geräuschkulisse bei einigen Versuchsteilnehmern zwischen dem 1. und “2.“ Meßwert eine Zeitspanne von 3 Minuten verstrich und somit nur 14 Meßwerte aufgenommen wurden.

3 Meßprotokoll 1. Meßstelle

Meßpunkt Einheit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

t

[sec] 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900

VSpw [m3] 142,325

142,5066

2. Meßstelle: Seite 4

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Meßpunkt Einheit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Mittelwert

Dampfkessel

peD [bar] 22

D [°C] 358

22 23 23,4 23,6 23,4 23,2 23,2 22,8 22,8 22,8 22,8 22,7 22,6 22,6 22,9

353 352 350 377 343 325 330 331 332 333 333 334 334 342

3. Meßstelle und 4. Meßstelle:

Meßpunkt Einheit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Mittelwert

G [°C] 24,8 24,7 24,7 24,7 24,6 24,6 24,6 24,6 24,7 24,6 24,5 24,4 24,5 24,5 24,4 24,5 24,6

peG [bar] 0,695

VG [m3] 6433,51

0,695 0,695 0,695 0,695 0,695 0,695 0,69 0,69 0,69 0,695 0,695 0,7 0,695 0,694

6436,51 6437,48 6438,47 6439,44 6440,42 6441,41 6442,39 6443,38 6444,37 6445,35 6446,34 6447,32 6448,32 -

5. Meßstelle: Seite 5

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L [°C] 28,3

28,5

28,7

28,8 28,6

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Meßpunkt Einheit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Mittelwert

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RG [°C] 248,2

CO2,tr [%] 11,0

O2,tr [%] 1,5

NO [Ppm] 48

NOx [mg/kWh] 95

O2 [%] 1,5

251

11,0

1,4

49

97

1,4

250,3

11,0

1,4

50

101

1,4

250 249,9

11,0 11,0

1,5 1,45

50 49,3

98 97,8

1,5 1,45

Zusätzliche Meßstellen:

Meßpunkt Einheit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Mittelwert

Spw [°C] 26

26 26 26 26 26 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,25 26,5 26,2

pKessel [bar] 23,0 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0 24,0 23,5 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,5

Verlust [%] 9,4



9,5

90,5

57

9,4

90,6

57

9,5 9,45

90,6 90,6

57 57

Taupunkt [%] [°C] 90,6 57

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

Zug mD [-] [hPa] [t/h] 1,07 -0,06 0,59 0,6 0,62 0,64 0,64 1,07 -0,05 0,78 0,8 0,85 0,8 0,79 1,07 -0,05 0,79 0,79 0,79 0,79 0,8 1,07 -0,04 0,8 1,07 -0,05 0,74

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4 Meßauswertung 4.1

Bestimmung des Kesselwirkungsgrades

k 

QN Q Br

 spw ( h D  hSpw ) Q N m

 Spw  m

 Spw  m

 V Spw t

 Spw( 1)

kg kg t (142,5066  142,325) m 3 997 3 0,2012 0,7242 m s h 900s

hSpw  c pm ( 1)  1 mit cp m aus Diagramm für 26, 2 K hSpw 4,1912 26, 2 K 109,81

kJ kg

hD aus HS Diagramm für p 2 22,9bar und  2 342 C 3125 Q N  0,2012

kJ kg

kg  kJ kJ   606,66kW  3125  109,81 s  kg kg 

QBr V Br Hu T p QBr V Br  n  G Hu n TG p n m3 (6448,32  6433,51)m 3 273,15K (1,0015  0,694) bar   0,0253 V Brn  s 900s (273,15  24,6) K 1,01325bar

Q Br  0,0253

K 

m3 kJ 36180 3 915,354kW s mn

Q N 606,66 kW  0,662 66,3%  QBr 915,354kW

wesentlich zu gering !

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4.2

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Abgasverlust und Feuerungstechnischer Wirkungsgrad

qA 

 Q Abg  QBr

zugeschnittene Größengleichung für Erdgas H   A1 q A  %  ( RG   L )   B   CO 2 ,tr [%]  0,37  qA  %  (249,9  28, 6) K   0,009 9,44% 11 , 0 [% ]  

 F 1 q A 100%  9,44% 90,56%

Q Abg q A Q Br 0, 0944 915,354kW 86,41kW

4.3

Wärmeverlust des Kessels

(Abkühlkurve und Abstrahlverlust vom 25.05.1998)

kA   Zeit 12:00 11:00

m

W

c pW  mSt c pSt  d    S     dt

hüNw [mm] 78 -

s [K] -3,02

ps [mV] 19,2 20,5

L [C°] 19,2 -

t [s] 3600

ps [bar] 16,36 17,4

s [C°] 202,31 205,33

/t [K/s] 8,39*10-4

mW  W ( ) VW mW  862,08

kg 3,241m 3 2794kg m3

mSt 4875 kg

Seite 8

‘W() [kg/m3] 862,08

s-L [K] 183,11

c‘p() c‘St() [kJ/kgK] [kJ/kgK] 4,502 0,541

KA [W/K] ?

VW [m3] 3,241

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 kJ  kJ  4875kg 0,541  2794kg 4,502  kgK  kgK K kW  ( kA)  8,3910 4  0,06972 s K (202,31  19,2) K  V ( kA) ( S   ) Q    0,06972kW (223,4  28, 6)K 13,58 kW Q V K

Da die Kesseltemperatur nah am Wert liegt für den die Abkühlkurve aufgezeichnet wurde, ist die Annahme eines linearen Verlaufes der Abkühlkurve zulässig.

5 Fehlerabschätzung, Diskussion und Versuchskritik 5.1

Fehlerabschätzung

 915,354 kW Q Br   606,66 kW Q n  Q Abg  86, 41kW  Q Ver  13,58 kW

 Q 0  Q  (915,354 

606,66  86, 41 13,58) kW 208, 7 kW

Dies bedeutet einen relativen Fehler von 23%

5.2

Versuchsdiskussion

Aufgrund der Annahme daß die Summe aller Wärmeströme ungefähr bis auf wenige kW gleich Null sein sollte, und durch unsere Rechnung ein Wärmestrom von mehr als 200 kW fehlt, muß von einem gravierenden Fehler ausgegangen werden. Mögliche Fehlerursachen: -

schlechte Interpolation aus Diagrammen und Tabellen: aufgrund der Höhe des Fehlers, spielt diese Fehlerquelle nur eine nebensächliche Rolle. Seite 9

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-

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Rechenfehler: nach mehrmaliger Überprüfung jedes Rechengangs, ist auch diese Fehlerursache auszuschließen.

-

Fehlerhafte Meßwertaufnahme: da bei einigen Versuchsteilnehmern nur 14 Meßwerte anstelle der 16 Meßwerte aufgenommen wurden, kann davon ausgegangen werden daß der Fehler durch eine falsche Aufnahme der Meßwerte verursacht wurde. Hierbei

sind

die

wahrscheinlichste

Speisewasservolumenstrom,

da

beim

Fehlerquelle

der

Gasvolumenstrom

Gas-

mehrere

und

Meßwerte

aufgenommen wurden, kann die Fehlerursache beim Speisewasservolumenstrom vermutet werden. Fehler im Bereich der Abgas- und Verlustwärmeströme sind durch die Größe

des

Fehlers

und

ihrem

geringen

Anteil

am

gesamten

Wärmestrom

unwahrscheinlich. Für eine genaue Fehlerbestimmung wäre eine Versuchswiederholung unbedingt erforderlich.

5.3

Versuchskritik

Um

Fehlerhafte

Meßwertaufnahmen

durch

schlechte

Abstimmung

der

einzelnen

Versuchsteilnehmer zu vermeiden, sollte zum Zeitpunkt der Meßwertaufnahme ein akustisches Signal ertönen (an der Turbine bereits realisiert). Die Volumenströme für Gas und Speisewasser sollten nicht nur am Versuchsbeginn und am Versuchsende aufgenommen werden sondern auch mit einigen Zwischenwerten mit deren Hilfe eine Überprüfung besser möglich ist.

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