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?

Energianalyse av et forbrenningsanlegg

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

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

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

CO 2 -fri gasskraft. Hva er det?

Miljøvennlig gasskraft

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

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

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

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

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

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

Feltkurs fornybar energi og treslag, elevhefte

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

Hva er deponigass? Gassemisjon

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

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

LOs prioriteringer på energi og klima

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?

MILJØREGNSKAP 3. KVARTAL 2012 NOR TEKSTIL AS

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

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

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

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

Egil Lillestøl, CERN & Univ. of Bergen

Energi. Vi klarer oss ikke uten

DAMPTURBINER. - Introduksjon -

Jord, behandling av organisk avfall og karbonbalanse

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

Slam karbonbalanse og klimagasser

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

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:

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

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

FLERVALGSOPPGAVER STØKIOMETRI

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

Norges vassdrags- og energidirektorat Kvoteprisens påvirkning på kraftprisen


Næringsliv / industri og reduksjon i utslipp av klimagasser. Øyvind Sundberg, senior miljørådgiver

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]

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

Kjøpsveileder pelletskamin. Hjelp til deg som skal kjøpe pelletskamin.

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:

N m m3 323,15 K. 29,41 kg/kmol. Massestraum, molmasse og gasskonstant er det same ved begge tilstandane, og tilstandslikninga for ideelle gassar gjev:

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

Biokraft Er teknologien effektiv nok?


Miljøkonsekvenser ved eksport av avfall til energigjenvinning

LØYSINGSFORSLAG, eksamen 21. mai 2008 i fag TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 v. Ivar S. Ertesvåg, juni 2008/april 2011

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

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

Klimagassutslipp og energibruk i Nord Fron kommune

Både besvarelsene du leverer inn og det du gjør underveis blir vurdert. (Gruppe 1 starter med oppgave 1, gruppe 2 starter med oppgave 2 osv.) 10.

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

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

Hvilke klimabidrag gir bruk av kompost/biorest

NOT Pulverlakk AS. Energi & klimaregnskap 2013

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

Utslipp fra Nyhamna Landanlegg 2015

VAREDEKLARASJON STRØM 2011

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

tirsdag 23. november 2010 BIOFYRINGSOLJE ER 100% FORNYBAR ENERGI

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

Behandling av C6+ NFOGM Temadag Forfatter: Reidar Sakariassen, MetroPartner AS

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

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

Fremtidens energiteknologi

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

Utvikling av priser og teknologi

Miljørapport - Østfold fylkeskommune

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)

VAREDEKLARASJON STRØM ENERGIKILDER, KLIMAGASSUTSLIPP OG RADIOAKTIVT AVFALL

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

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

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

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

3 MOL, STØKIOMETRI. et atom (nukleontallet) tilnærmet gir oss massen til atomet målt i u. Cl har masse ca

14. Desember Direktør Bjørn-Erik Haugan

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 august 2015 Tid: 4 timar

Biomassens rolle i fremtidens energisystemer

Institutt for energiteknikk

Opplæring og kompetansekrav, klimaforskriften. v/ Rolf Skatvedt

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

Energi og vassdrag i et klimaperspektiv

Fremtidens olje- og gassnæring i et samfunnsperspektiv

SCANIA MILJØKONFERANSEN 2013

Transkript:

1 ENERGIANALYSE AV KJEL Semesteroppgave TT1 Institutt for energi- og prosessteknikk ANSVARLIG Teori: Morten Grønli Praksis: Halvor Flatberg & Helge Laukholm

2 Energianalyse av 250 kw CEN -kjel Propan (C 3 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 )

3 Globalt forbruk av energiråvarer 1860 2000 Millioner tonn olje ekvivalenter (Mtoe) 10000 Biomasse Vannkraft Uran 8000 6000 J. Watt M. Faraday T.A. Edison N.A. Otto R. Diesel Æ. Elling H. Ford 1736-1819 1791-1867 1847-1931 1832-1891 1858-1913 1861-1949 1863-1947 Dampmaskin Elektromotor Glødelampen Bensinmotor Dieselmotor Gassturbin Bilproduksjon 1769 1831 1879 1876 1897 1903 1914 Natur gass 4000 Olje 2000 Kull 0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Sources: BP Stat. Rev. of World Energy 2000 and earlier editions. Scientific American, Sept. 1990

4 Globalt forbruk av energiråvarer 1860 2000 med framskrivninger til 2020 (Mtoe) 16000 9 8 Befolkningsutvikling, milliarder Vannkraft Uran 14000 12000 7 6 5 4 Natur gass 10000 8000 6000 3 2 1 0 Utviklingsland Industrialiserte land 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Olje 4000 Kull 2000 0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Biomasse Kilders: BP Stat. Rev. of World Energy 2000 og tidligere utgaver. Scientific American, Sept. 1990. Framskrivninger: DoE Internat. Energy Outlook, UNEP (befolk

5 Elproduksjon i Europa - 2000 Elproduksjonen i Europa var på 3100TWh Elproduksjonen i Norden var på 375TWh 62 av elproduksjonen i Norden kommer fra vannkraft

6 Hvor mye varme avgir et talglys? Energiinnhold talg (= parafin): 39 MJ/kg = 11 kwh/kg Avgitt effekt: 65 W 122 Avgitt varme (per time): 0,065 kwh 121 120 Series1 utlignet Vekt [gram] 119 118 117 116 115 114 Vekttap: 6,0 g/h y = -0.0986x + 121.05 0 10 20 30 40 50 60 70 Tid [min]

7 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.

8

9 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 80.2 3.3 2.0 1.1 0.70 31.30 8.69 338 Lignitt 42.4 2.8 12.4 0.7 0.70 16.80 4.67 333 Torv 54.5 5.6 32.0 1.4 0.24 21.00 5.83 343 Trevirke 51.8 6.1 41.2 0.3 0.01 20.89 5.80 327 Flytende brensler Parafin 86.1 13.8 0.10 46.27 12.85 246 Fyringsolje 1&2 86.4 13.4 0.19 45.76 12.71 249 Tungolje 87.8 11.2 1.00 43.38 12.05 267 Gassformige brensler Metan (CH 4 ) 75.0 25.0 55.50 15.42 178 Propan (C 3 H 8 ) 81.8 18.2 50.35 13.98 214 Naturgass fra Nordsjøen 74.7 23.7 1.0 0.6 52.18 14.49 189

10 Virkningsgrad Beskriver utnyttelsen av energien i brenslet Brensel: gass, olje, kull Effekt E [W] η = P E elektrisitet/varme Effekt P [W] brennverdi Tabulerte verdier per kg eller liter brensel Tap Måles

11 Virkningsgrader for el.produksjon i termiske kraftverk (EU) Virkningsgrad for termiske kraftverk Kilde: O. Bolland 60 Norsk gasskraftverk 58 56 54 52 50 48 46 Avansert kullkraftverk 44 Gjennomsnitt for 42 europeiske kraftverk 40 38 36 Dagens gjennomsnittlige 34 32 europeiske kullkraftverk 30 28 Kina & India 26 24 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 19992000

12 Utslipp av CO 2 fra fossile brensler Utslipp av gram CO 2 per kwhe 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Kilde: O. Bolland Kullkraftverk Gasskraftverk Metan (H/C=4) Destillatolje (H/C=2) Lignitt (brunkull) Bituminøst kull Antrasitt 0 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Virkningsgrad [%]

13 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: 0 P iv = n i R 0 T, P = P i= RT ni, P i= X i P V Konsentrasjon C i for komponent i: n n P P V = n R T, = R T, C = = V V R T i i i i i 0 Pi 0 i 0

14 Luftoverskuddstall λ; luftmengde ( m a / mf ) λ = = støkiometrisk luftmengde ( m a / mf ) st λ = 1 støkiometrisk forbrenning λ > 1 luftoverskudd (lean) λ < 1 luftunderskudd (fuel rich)

15 Sammensetning av luft KOMPONENT MOLFRAKSJON MOLVEKT MASSEFRAKSJON O 2 0.21 31.9988 0.232 N 2 0.781 28.0134 0.756 Ar+CO 2 0.009 (40) 0.012 "Atmosfærisk" N 2 (N 2 +Ar+CO 2 ) 0.790 28.150 0.768 Volum(mol)forhold: N 2 /O 2 = 79/21 = 3.76 Molvekt luft: M luft = 28.96 Tetthet luft: 28.96 kg/kmol ρ luft = 3 22.414 Nm /kmol = 1.292 kg/nm 3

16 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 + 3.76 N 2 ) b CO 2 + d H 2 O + a 3.76 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 +3.76 N 2 ) nco 2 +m/2h 2 O + (n+m/4) 3.76 N 2 Metan (CH 4 ): CH 4 + 2(O 2 + 3.76 N 2 ) CO 2 + 2 H 2 O + 2 3.76 N 2 Propan (C 3 H 8 ): C 3 H 8 + 5(O 2 + 3.76 N 2 ) 3 CO 2 + 4 H 2 O + 5 3.76 N 2

17 Forbrenning med luftoverskudd (λ>1): C n H m + λ (n + m/4)(o 2 +3.76 N 2 ) nco 2 + m/2h 2 O + (λ 1) (n+m/4) O 2 (n+m/4) 3.76 N 2 Eksempel: Metan: CH 4 + 2 λ (O 2 +3.76 N 2 ) CO 2 +2H 2 O + 2 (λ -1)O 2 + 7.52 N 2 Propan: C 3 H 8 + 5 λ (O 2 +3.76 N 2 ) 3CO 2 +4H 2 O + 5 (λ -1)O 2 + 18.80 N 2

18 Mengdemål Konsentrasjon av gasser i lufta oppgis på vektbasis eller volumbasis: Vektbasis: mg/m 3, µg/m 3 eller ng/m 3 Volumbasis: ppm, ppb eller ppt ppm: "parts per million" 1:10 6 ppb: "parts per billion" 1:10 9 ppt : "parts per trillion" 1:10 12 Vektbasis: avhengig av trykk og temperatur Volumbasis: uavhengig av trykk og temperatur Olav Bolland

19 Mengdemål - omregning Utslippskonsentrasjon C [mg/nm 3 ], omregnet fra ppm: C( mg / Nm 3 ) = C( ppm) ρc ( kg / Nm 3 ) hvor: ρ ( kg / Nm 3 C ) = M v 0 c ρ C = Gasstettheten ved Normaltilstand (0 o C, 1 atm) [kg/nm 3 ] M C = Molvekten til C [kg/kmol] v 0 = Molvolum ved normaltilstand [22.414 Nm 3 /kmol]

20 Mengdemål - omregning Omregning fra fuktig gass til tørr gass C tørr gass ( mg / Nm 3 ) = C fuktig gass ( mg vf 1 100 / Nm 3 ) v f = vol% fuktighet i røykgassen Korrigering til @ ref O 2 C C O2, ref ( mg / Nm 3 ) = C C O2, målt (21 O (21 O 2, ref 2, målt ) ) Olje og gass Bio og avfall Gassturbin @ 3 vol% O 2, tørr @ 11 vol% O 2, tørr @ 15 vol% O 2, tørr

21 Korrigering til @ ref O 2 Olje og gass Bio og avfall Gassturbin @ 3 vol% O 2, tørr @ 11 vol% O 2, tørr @ 15 vol% O 2, tørr Måling luft brensel forbrenningsprodukter Luft

22 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%) 1.0 11.6 % 15.5 % 0.0 % 72.9 % 1.1 10.6 % 14.2 % 1.8 % 73.4 % 1.2 9.8 % 13.1 % 3.3 % 73.8 % 1.3 9.1 % 12.1 % 4.6 % 74.2 % 1.4 8.5 % 11.3 % 5.7 % 74.5 % 1.5 8.0 % 10.6 % 6.6 % 74.8 % Luftoverskuddtall CO 2 (vol%) H 2 O (vol%) O 2 (vol%) N 2 (vol%) 1.0 13.8 % 0.0 % 0.0 % 86.2 % 1.1 12.4 % 0.0 % 2.1 % 85.5 % 1.2 11.3 % 0.0 % 3.8 % 84.9 % 1.3 10.4 % 0.0 % 5.2 % 84.5 % 1.4 9.6 % 0.0 % 6.4 % 84.0 % 1.5 8.9 % 0.0 % 7.4 % 83.7 %

23 Eksempel 1 Omregning fra ppm til mg/nm 3 og korrigering for O 2 100 ppm CO, målt ved tørr gass, og 6 vol% O 2, skal regnes om til mg/nm 3, ved 11 vol% O 2 ρ 28kg / kmol CO, N = = 1,25kg / 3 22,4Nm / kmol Nm 3 3 3 3 CO ( / ) = 100 1, 25 / = 125 /,6 % C mg Nm ppm kg Nm mg Nm tørr gass vol O 2 Korrigert til 11 vol% O 2, blir dette: 3 3 (21 11) 3 CCO ( mg / Nm ) = 125 mg / Nm = 83 mg / Nm tørr gass,11 vol% O (21 6) 2

24 Eksempel 2 Omregning av konsentrasjon fra fuktig til tørr røykgass: 50 mg/nm 3, TOC (som metan) fuktig gass, skal regnes om til tørr gass. Fuktigheten i røykgassen er 8 vol%. C 3 3 50( mg / Nm ) TOC tørk gass mg / Nm ) = = ( 54mg / Nm 8 (1 ) 100 3

25 Avgassmålinger Horiba PG 250 CO 0 5000 ppm CO 2 0 20 vol% O2 0 25 vol% SO 2 0 1000 ppm NO x 0 5000 ppm NB: Alle målingene gjøres på tørr røykgass

26 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 3 og korriger til 3 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.

27 Omregningsfaktorer MJ kwh TKE TOE Sm 3 Naturgass Fat råolje 1 MJ 1 0,278 0,0000341 0,0000236 0,0236 0,000176 1 kwh 3,60 1 0,000123 0,000085 0,0927 0,000635 1 TKE 29300 8140 1 0,69 695 5,18 1 TOE 42300 11788 1,44 1 1190 7,49 1 Sm 3 35,54 9,87 0,00121 0,00084 1 0,00629 1 fat råolje 5670 1569 0,193 0,134 159 1 MJ = Megajoule, 10 6 kwh = kilowattime = 3,6 MJ TKE = tonn kullekvivalent (eller SKE Steinkohle Einheit) TOE = tonn oljeekvivalent Sm 3 = standardkubikkmeter (tilstand 1 bar, 15 C) 1 fat olje = 159 liter ( fat er vanligvis 180 l)