ENERGIANALYSE AV KJEL Semesteroppgave TT1 Institutt for energi- og prosessteknikk



Like dokumenter
ENERGIANALYSE AV KJEL Semesteroppgave TT1 Institutt for energi- og prosessteknikk

FORBRENNINGSANLEGG I BRENSEL OG UTSLIPP

Forurensningsfrie gasskraftverk en illusjon?

Nobio. Utslippskrav til eksisterende anlegg fra Mulige tiltak for å oppfylle kravene. Driftsseminar oktober 2013

Energianalyse av et forbrenningsanlegg

Fremtidige energibehov, energiformer og tiltak Raffineridirektør Tore Revå, Essoraffineriet på Slagentangen. Februar 2007

CO 2 -fri gasskraft. Hva er det?

Side 3 av 3/nyn. Bruk van der Waals likning p = Vedlegg: 1: Opplysningar 2: Mollier h-x-diagram for fuktig luft

Potensialet for konvertering fra olje til gass i næringsbygg og industri. Siv.ing. Arne Palm Mentor Energi AS

Miljøvennlig gasskraft

VOLVO LASTEBILER Energi- og utslippsvirkninger av produksjon av Volvo FH og FM lastebiler

MILJØREGNSKAP 3. KVARTAL 2012 NOR TEKSTIL AS

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK august 2017 Tid:

LOs prioriteringer på energi og klima

Jordas energikilder. Tidevann. Solenergi Fossile. Vind Gass Vann Olje Bølger År

Hva er deponigass? Gassemisjon

Bioenergi - mer enn peiskos. Morten Grønli Institutt for energi- og prosessteknikk E-post: morten.g.gronli@ntnu.no Tlf:

HVORFOR HYDROGEN? Hydrogen som element finnes i store mengder bundet til oksygen (vann, organiske forbindelser)

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK mai 2015 Tid:

Egil Lillestøl, CERN & Univ. of Bergen

Fordeler med bioenergi! Hvordan man får et anlegg som fungerer godt.

Naturgass i et klimaperspektiv. Tom Sudmann Therkildsen StatoilHydro Naturgass Gasskonferansen i Bergen, 30. april 2009

VOLVO 8500 Energi- og utslippsvirkninger av produksjon av Volvo 8500 busser

Effekt på CO2-binding i skog ved hogst versus å la skogen stå? Jørgen Randers Professor Senter for klimastrategi Handelshøyskolen BI

HVILKE LØSNINGER HAR POTENSIAL TIL Å MØTE SKIPSFARTENS KLIMAUTFORDRINGER?

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 måndag 15. august 2011 Tid:

NOREGS TEKNISK-NATURVITSKAPLEGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg

Energi. Vi klarer oss ikke uten

Jord, behandling av organisk avfall og karbonbalanse

Slam karbonbalanse og klimagasser

Egil Lillestøll, Lillestøl,, CERN & Univ. of Bergen

DAMPTURBINER. - Introduksjon -

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK august 2018 Tid:

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 måndag 16. august 2010 Tid:

2) Finn entropiproduksjonsraten i blandeprosessen i oppgåve 1. (-rate= per tidseining)

Energiforbruk i fastlands Norge etter næring og kilde i Kilde SSB og Econ Pöyry

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 18. august 2012 Tid:

Side 1 av 2/nyn. MIDTSEMESTEREKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Fredag 20. februar 2013 Tid:

Kjøpsveileder pelletskamin. Hjelp til deg som skal kjøpe pelletskamin.

LØYSINGSFORSLAG, eksamen 20. mai 2015 i fag TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 v. Ivar S. Ertesvåg, mai 2015/sist revidert 9.juni 2015.

Krogstad Miljøpark AS. Energi- og klimaregnskap. Utgave: 1 Dato:

Norges vassdrags- og energidirektorat Kvoteprisens påvirkning på kraftprisen


Miljøkonsekvenser ved eksport av avfall til energigjenvinning

Biokraft Er teknologien effektiv nok?

Oppsummering og vurdering av teknologier rundt CO 2 -fjerning

7 t 11 t 14 t kr. 350 t kr. 1 Returkraft mottar avfall 2 [FUNKSJONER PÅ RETURKRAFT HEFTE B]

tirsdag 23. november 2010 BIOFYRINGSOLJE ER 100% FORNYBAR ENERGI

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

NOT Pulverlakk AS. Energi & klimaregnskap 2013

GLOBALE ENERGITRENDER OG NORSKE MULIGHETER. Statkrafts Lavutslippsscenario Kjetil Lund

Kapittel 12. Brannkjemi Brannfirkanten

Side 1 av 4/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK mai 2018 Tid:

TEKNISK RAPPORT FRANZEFOSS MILJØKALK AS UTSLIPPSMÅLINGER RAPPORT NR REVISJON NR. 01 DET NORSKE VERITAS

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I FAG TERMISKE KRAFTSTASJONER. Fredag 12. mai 2000 Kl

Hvilke klimabidrag gir bruk av kompost/biorest

Den norske gasskonferansen Klima- og Miljøregnskap for energigass nå og i 2020

Fremtidens energiteknologi


Utslipp fra Nyhamna Landanlegg 2015

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

Utvikling av priser og teknologi

Opplæring og kompetansekrav, klimaforskriften. v/ Rolf Skatvedt

T 2. + RT 0 ln p 2 K + 0, K ln. kg K. 2) Først må vi nne massestraumen av luft frå energibalansen: 0 = ṁ 1 (h 1 h 2 ) + ṁ 3 (h 3 h 4 ) kg s

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK juni 2016 Tid:

Vedtak om tildeling av klimakvoter til Yara Norge AS, Yara Porsgrunn

Kjernekraftens rolle i kampen mot klimaendringene

1 BAKGRUNN. Forventet utslippsprofil for CO 2 hvis vi i tiden fremover følger scenarioet business-asusual. Pg=10 12 g=1 Gt. (Lindeberg, 1998a)

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 4. juni 2011 Tid:

Diesel Tuning Module Teknikk

Rapport etter Fylkesmannens tilsyn av forbrenning med rene brensler ved Sykehuset i Vestfold HF, Bygg og eiendomsavdelingen, Tønsberg, den 6.2.

VAREDEKLARASJON STRØM 2011

VAREDEKLARASJON STRØM ENERGIKILDER, KLIMAGASSUTSLIPP OG RADIOAKTIVT AVFALL

Innledning:...2 HVA ER FOSSILE BRENSLER?...2 HVORDAN ER OLJE OG GASS BLITT DANNET?...3 HVA BRUKER VI FOSSILE BRENSLER TIL?...4

Generelt sett er det et stort og omfattende arbeid som er utført. Likevel mener vi resultatet hadde blitt enda bedre hvis en hadde valgt:

NOx og SO2 utslipp til luft. Håkon Rygh AS Ønsker velkommen til fagteknisk seminar innen Utslipp til luft av NOx og SO2

Biomassens rolle i fremtidens energisystemer

Energi og vassdrag i et klimaperspektiv

Miljø. MATERIAL EN1 Materialforbruk Enhet

DRIFTSKONFERANSEN SEPTEMBER 2010.

Environmental Declaration ISO/CD Type III. Denne miljødeklarasjonen omfatter produktets fulle livsløp, fra råvareuttak til avhending.

Skog og miljø - En fremtidsskissekog og miljø - synspunkter bioenergi, arealbruk og verneprosesser" marius.holm@bellona.no

Data til bruk i Breeam-sertifisering for kunder av Statkraft Varme i Stjørdal

Smøla, sett fra Veiholmen, 10 km fra vindparken. Næringslivet og optimismen på Smøla blomstrer. Folketallet øker. Bestanden av havørn øker.

Overblikk - fornybar energi.

Data til bruk i Breeam-sertifisering for kunder av Statkraft Varme i Harstad

Data til bruk i Breeam-sertifisering for kunder av Statkraft Varme i Ås

Kjernekraft i klimaendringens tid. Sverre Hval Forskningsleder, Institutt for energiteknikk (IFE)

LNG som drivstoff for skip

Data til bruk i Breeam-sertifisering for kunder av Statkraft Varme i Gardermoen

Innhold. Ø. Holter, F. Ingebretsen og H. Parr: Fysikk og energiressurser. A Enheter 269. B Utledning av nøytronfluxen 272

14. Desember Direktør Bjørn-Erik Haugan

NOT Pulverlakk AS. Energi & klimaregnskap 2011

Institutt for energiteknikk

Bioenergi marked og muligheter. Erik Trømborg og Monica Havskjold Institutt for naturforvaltning, UMB

Fremtidens energikilder

16. oktober 2007 av Yngvar Dalen side 1

Energiutfordringen & kjernekraft & thorium. Jan Petter Hansen Institutt for Fysikk og Teknologi, Universitetet i Bergen

Transkript:

1 ENERGIANALYSE AV KJEL Semesteroppgave TT1 Institutt for energi- og prosessteknikk ANSVARLIG Teori: Morten Grønli Praksis: Halvor Flatberg & Helge Laukholm 2 Energianalyse av 25 kw CEN -kjel Propan (C H 8 ) Burner l 2 water outlet P T T expansion valve to chimney water outlet Luft movable rear wall (water cooled) water inlet water inlet GASSANALYSE CO/CO 2 O 2 NOx (NO, NO 2 )

Innhold Globalt energiforbruk Brensler Forbrenning Virkningsgrad Avgassmålinger Mengdemål Omregninger Laboppgaven 4 Globalt forbruk av energiråvarer 186 2 Millioner tonn olje ekvivalenter (Mtoe) 1 Biomasse Vannkraft Uran 8 6 J. Watt M. Faraday T.A. Edison N.A. Otto R. Diesel Æ. Elling H. Ford 176-1819 1791-1867 1847-191 182-1891 1858-191 1861-1949 186-1947 Dampmaskin Elektromotor Glødelampen Bensinmotor Dieselmotor Gassturbin Bilproduksjon 1769 181 1879 1876 1897 19 1914 Natur gass 4 Olje 2 Kull 186 188 19 192 194 196 198 2 Sources: BP Stat. Rev. of World Energy 2 and earlier editions. Scientific American, Sept. 199

5 Globalt forbruk av energiråvarer 186 2 med framskrivninger til 22 (Mtoe) 16 14 12 1 8 6 4 9 Befolkningsutvikling, milliarder 8 7 6 5 4 2 Utviklingsland 1 Industrialiserte land 186 188 19 192 194 196 198 2 22 Biomasse Vannkraft Uran Natur gass Olje Kull 2 186 188 19 192 194 196 198 2 22 Kilders: BP Stat. Rev. of World Energy 2 og tidligere utgaver. Scientific American, Sept. 199. Framskrivninger: DoE Internat. Energy Outlook, UNEP (befolk 6 Elproduksjon i Europa - 2 Elproduksjonen i Europa var på 1TWh Elproduksjonen i Norden var på 75TWh 62 av elproduksjonen i Norden kommer fra vannkraft

7 8 Kjemisk sammensetning av brensler C H O N S Øvre Brennverdi CO2-utslipp [vekt %] [vekt %] [vekt %] [vekt %] [vekt %] [MJ/kg] [kwh/kg] [g CO 2 /kwh] Faste brensler Bituminøst kull 8.2. 2. 1.1.7 1. 8.69 8 Lignitt 42.4 2.8 12.4.7.7 16.8 4.67 Torv 54.5 5.6 2. 1.4.24 21. 5.8 4 Trevirke 51.8 6.1 41.2..1 2.89 5.8 27 Flytende brensler Parafin 86.1 1.8.1 46.27 12.85 246 Fyringsolje 1&2 86.4 1.4.19 45.76 12.71 249 Tungolje 87.8 11.2 1. 4.8 12.5 267 Gassformige brensler Metan (CH 4 ) 75. 25. 55.5 15.42 178 Propan (C H 8 ) 81.8 18.2 5.5 1.98 214 Naturgass fra Nordsjøen 74.7 2.7 1..6 52.18 14.49 189

9 Hvor mye varme avgir et talglys? Energiinnhold talg (= parafin): 9 MJ/kg = 11 kwh/kg Avgitt effekt: 65 W Avgitt varme (per time):,65 kwh Vekt [gram] 122 121 12 119 118 Vekttap: 6, g/h Series1 utlignet 117 116 115 y = -.986x + 121.5 114 1 2 4 5 6 7 Tid [min] 1 Omregningsfaktorer MJ kwh TKE TOE Sm Naturgass Fat råolje 1 MJ 1,278,41,26,26,176 1 kwh,6 1,12,85,927,65 1 TKE 29 814 1,69 695 5,18 1 TOE 42 11788 1,44 1 119 7,49 1 Sm 5,54 9,87,121,84 1,629 1 fat råolje 567 1569,19,14 159 1 MJ = Megajoule, 1 6 kwh = kilowattime =,6 MJ TKE = tonn kullekvivalent (eller SKE Steinkohle Einheit) TOE = tonn oljeekvivalent Sm = standardkubikkmeter (tilstand 1 bar, 15 C) 1 fat olje = 159 liter ( fat er vanligvis 18 l)

11 Forbrenning brensel CO 2 Kjemisk reaksjon O 2 H 2 O Energi Forbrenning involverer hurtige kjemiske reaksjoner. Komponenter vil forbrukes og dannes, men de elementære grunnstoffer som komponentene består av vil bevares. 12 Definisjoner Massefraksjon Y i for komponent i: mi ni M i Y i =, Y i mi ni M = 1 i Molfraksjon X i for komponent i: ni X i, X i ni = 1 Partialtrykk P i for komponent i: P iv n i R T, P = P i= RT ni, P i= X i P V Konsentrasjon C i for komponent i: P V n R T, n R T, C n P V V R T i i i i i Pi i

1 Luftoverskuddstall λ; luftmengde ( m a / mf ) = = støkiometrisk luftmengde ( m a / mf ) st λ = 1 støkiometrisk forbrenning λ > 1 luftoverskudd (lean) λ < 1 luftunderskudd (fuel rich) 14 Sammensetning av luft KOMPONENT MOLFRAKSJON MOLVEKT MASSEFRAKSJON O 2.21 1.9988.22 N 2.781 28.14.756 Ar+CO 2.9 (4).12 "Atmosfærisk" N 2 (N 2 +Ar+CO 2 ).79 28.15.768 Volum(mol)forhold: N 2 /O 2 = 79/21 =.76 Molvekt luft: M luft = 28.96 Tetthet luft: 28.96 kg/kmol 22.414 Nm /kmol luft = 1.292 kg/nm

15 Forbrenning - støkiometri Den støkiometriske likningen beskriver en sammenheng mellom endring av antall mol av hver komponent som følge av den kjemiske reaksjon Generell (støkiometrisk) reaksjonslikning: Luft Ca. 79 vol% Nitrogen, 21 vol% Oksygen C n H m + a (O 2 +.76 N 2 ) b CO 2 + d H 2 O + a.76 N 2 Elementbalanser: C: n = b b = n H: m = 2d d = m/2 O: 2a = 2b+d a = n + m/4 C n H m + (n + m/4)(o 2 +.76 N 2 ) nco 2 +m/2h 2 O + (n+m/4).76 N 2 Metan (CH 4 ): CH 4 + 2(O 2 +.76 N 2 ) CO 2 + 2 H 2 O + 2.76 N 2 Propan (C H 8 ): C H 8 + 5(O 2 +.76 N 2 ) CO 2 + 4 H 2 O + 5.76 N 2 16 Forbrenning med luftoverskudd (λ>1): C n H m + λ (n + m/4)(o 2 +.76 N 2 ) nco 2 + m/2h 2 O + (λ 1) (n+m/4) O 2 (n+m/4).76 N 2 Eksempel: Metan: CH 4 +2λ (O 2 +.76 N 2 ) CO 2 +2H 2 O+2(λ -1)O 2 +7.52N 2 Propan: C H 8 + 5 λ (O 2 +.76 N 2 ) CO 2 +4H 2 O + 5(λ -1)O 2 + 18.8 N 2

17 Virkningsgrad Beskriver utnyttelsen av energien i brenslet Brensel: gass, olje, kull Effekt E [W] P E elektrisitet/varme Effekt P [W] brennverdi Tabulerte verdier per kg eller liter brensel Tap Måles 18 Virkningsgrader for el.produksjon i termiske kraftverk (EU) Virkningsgrad for termiske kraftverk Kilde: O. Bolland 6 58 56 54 52 5 48 46 44 42 4 8 6 4 2 28 26 Gjennomsnitt for europeiske kraftverk Norsk gasskraftverk Avansert kullkraftverk Dagens gjennomsnittlige europeiske kullkraftverk Kina & India 24 199 1991 1992 199 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2

19 Utslipp av CO 2 fra fossile brensler Utslipp av gram CO 2 per kw he 1 12 11 1 9 8 7 6 5 4 2 1 Kilde: O. Bolland Kullkraftverk Gasskraftverk Metan (H/C=4) Destillatolje (H/C=2) Lignitt (brunkull) Bituminøst kull Antrasitt 5 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 1 Virkningsgrad [%] 2 Avgassmålinger Horiba PG 25 CO 5 ppm CO 2 2 vol% O2 25 vol% SO 2 1 ppm NO x 5 ppm NB: Alle målingene gjøres på tørr røykgass

21 Mengdemål Konsentrasjon av gasser i lufta oppgis på vektbasis eller volumbasis: Vektbasis: mg/m, g/m eller ng/m Volumbasis: ppm, ppb eller ppt ppm: "parts per million" 1:1 6 ppb: "parts per billion" 1:1 9 ppt : "parts per trillion" 1:1 12 Vektbasis: avhengig av trykk og temperatur Volumbasis: uavhengig av trykk og temperatur Olav Bolland 22 Mengdemål - omregning Utslippskonsentrasjon C [mg/nm ], omregnet fra ppm: C( mg / Nm ) C( ppm) C ( kg / Nm ) hvor: ( kg / Nm C ) M v c C = Gasstettheten ved Normaltilstand ( o C, 1 atm) [kg/nm ] M C = Molvekten til C [kg/kmol] v = Molvolum ved normaltilstand [22.414 Nm /kmol]

2 Mengdemål - omregning Omregning fra fuktig gass til tørr gass C tørr gass ( mg / Nm C ) fuktig gass ( mg / Nm vf 1 1 ) v f = vol% fuktighet i røykgassen 24 Mengdemål - omregning Korrigering til @ ref O 2 C C O2, ref ( mg / Nm ) C C O2, målt (21 O (21 O 2, ref ) 2, målt ) Olje og gass Bio og avfall Gassturbin @ vol% O 2, tørr @ 11 vol% O 2, tørr @ 15 vol% O 2, tørr

25 Hvorfor korrigering til @ ref O 2? Olje og gass Bio og avfall Gassturbin @ vol% O 2, tørr @ 11 vol% O 2, tørr @ 15 vol% O 2, tørr Måling luft brensel forbrenningsprodukter Luft 26 Røykgassammensetning ved forbrenning av Propan (beregnet ved støkiometri) Fuktig gass Tørr gass Luftoverskuddtall CO 2 (vol%) H 2 O (vol%) O 2 (vol%) N 2 (vol%) 1. 11.6 % 15.5 %. % 72.9 % 1.1 1.6 % 14.2 % 1.8 % 7.4 % 1.2 9.8 % 1.1 %. % 7.8 % 1. 9.1 % 12.1 % 4.6 % 74.2 % 1.4 8.5 % 11. % 5.7 % 74.5 % 1.5 8. % 1.6 % 6.6 % 74.8 % Luftoverskuddtall CO 2 (vol%) H 2 O (vol%) O 2 (vol%) N 2 (vol%) 1. 1.8 %. %. % 86.2 % 1.1 12.4 %. % 2.1 % 85.5 % 1.2 11. %. %.8 % 84.9 % 1. 1.4 %. % 5.2 % 84.5 % 1.4 9.6 %. % 6.4 % 84. % 1.5 8.9 %. % 7.4 % 8.7 %

27 Eksempel 1 Omregning fra ppm til mg/nm og korrigering for O 2 1 ppm CO, målt ved tørr gass, og 6 vol% O 2, skal regnes om til mg/nm, ved 11 vol% O 2 28 kg / kmol CO, N 1,25 kg / 22,4Nm / kmol Nm C mg Nm ppm kg Nm mg Nm tørr gass vol O CO ( / ) 1 1, 25 / 125 /,6 % 2 Korrigert til 11 vol% O 2, blir dette: (2111) CCO ( mg/ Nm ) 125 mg/ Nm 8 mg/ Nm tørrgass,11 vol% O (21 6) 2 28 Eksempel 2 Omregning av konsentrasjon fra fuktig til tørr røykgass: 5 mg/nm, TOC (som metan) fuktig gass, skal regnes om til tørr gass. Fuktigheten i røykgassen er 8 vol%. C TOC tørk gass 5( mg / Nm ) ( mg / Nm ) 54mg / Nm 8 (1 ) 1

29 Oppgave Oppgave før laboratoriet: Les gjennom utdelt litteratur og sett opp en plan for målingene, dvs. hvilke parametere trenger dere å måle for å regne ut virkningsgraden og røykgasstapet Oppgave i laboratoriet: Gjennomfør målingene på kjelen Mål CO, NO og O 2 - innholdet i røykgassen ved ulik lufttilførsel Oppgave etter laboratoriet: Regn om CO-verdiene og NO fra ppm til mg/nm og korriger til vol% O 2. Hvorfor øker CO-innholdet i røykgassen når lufttilførselen reduseres? Beregn kjelvirkningsgraden Beregn røykgasstapet dersom du har 2 volum% av O 2 på våtbasis.