Ene , Kuivatus- ja haihdutusprosessit teollisuudessa, Laskuharjoitus 5, syksy 2015

Transkriptio

1 Ene , Kuivaus- ja haihduusprosessi eollisuudessa, asuharjoius 5, sysy 2015 Tehävä 4 on ähiehävä Tehävä 1. eijuerrosilassa poleaan rinnain uora ja urvea. Kuoren oseus on 54% ja uiva-aineen ehollinen eli alempi lämpöarvo 18,7 MJ/g. Turpeen oseus on 50% ja uiva-aineen ehollinen lämpöarvo 19,3MJ/g. Koseaa uora poleaessa uoren massavira ilaan on 4,5g /s ja urpeen 3,8g /s. Kailan yheyeen raenneaan ehaan seundäärilämmöllä oimiva uivuri, jossa uori uivaaan loppuoseueen 35%. Kailan ja uivurin äyöunni ova 8100 unia vuodessa. Voimalaiosen raennusase on 0,26, ilahyöysuhde oseaa poloainea poleaessa 0, ja savuasujen ulosulolämpöila 140 o C. Kaii oseude on ilmoieu oonaismassaa ohi. Määriä lähöieojen peruseella seuraava asia A) Voimalaiosen sähön- ja lämmönuoano. B) Kuin mona uiva-aineonnia urpeen uluus vähenee vuodessa uivausen seurausena, jos ilahyöysuheen oleeaan pysyvän samana uin oseaa uora poleaessa. C) Kuin mona uiva-aineonnia urpeen uluusa vähenee vuodessa uivausen seurausena, jos savuasujen ulosulolämpöila on sama uin oseaa uora poleaessa. Säeilyhäviön ja ilmaeroimen oleeaan pysyvän muuumaomina ja savuasujen esimääräinen c p lämpöilavälillä o C on 1,3 J/gK. D) Miä ova uivausen vuouise sääsö B-ohdassa, un urpeen hina saapumisilassa on 9 /MWh, hiilidiosidionnin hina 23 / ja sähön hina 45 /MWh? Seundäärilämmön äyösä ei aiheudu usannusia ja uivurin sähönuluus on 500 W. Turpeen pääsöerroin on 105,89g CO2 /GJ HV. Raisu A) Muueaan anneu oseude oseussuheisi w 0, 54 Kosean uoren oseussuhde u 1 1 w 1 0, = 1,17 g/g 54 0, 5 Turpeen oseussuhde u 1 1 0, = 1 g/g 5 Kosean uoren alempi lämpöarvo 1 = i 2,443u 1 = 18,7-1,172,443 = 15,84MJ/g Turpeen alempi lämpöarvo = i 2,443u 1 = 19,3-1,02,443 = 16,MJ/g Sähön- ja lämmönuoano saadaan voimalaiosen energiaaseen ja raennusaseen peruseella

2 Q Q pa => Q m m 1 4, 5 15, 84 3, 816, 0, = 92,4MW 1 0, 26 Sähönuoano P Q = 0,2692,4 = 24,0MW B) Kuivaun uoren oseussuhde 0, 35 = 0,54 g/g u 2, Kuivaun uoren alempi lämpöarvo 2 = i 2,443u 2 = 18,7-0,542,443 = 17,38 MJ/g Turpeen uluusen muuos aiysiössä saadaan seuraavasi: m Q Q η m 2 Q Q η m 1 Kos ilahyöysuhde ei muuu uivausen seurausena, sievenee yläpuolinen lausee m m m 2 443u 2, 443u 4, 5 0, , 1 2 i, 1 i 2 2, , = -0,411g/s = -0, /1000 = /a Muuosen lasennasa nähdään, eä urpeen uluusen väheneminen ei riipu biopoloaineen uiva-aineen ehollisesa lämpöarvosa, jos ilahyöysuhde ei uivausen seurausena muuu. C) Jos savuasun loppulämpöila on sama uivan ja osean poloaineen apausessa, muuuu ilahyöysuhde. Määrieään uusi ilahyöysuhde. Kailan häviö oseaa uora poleaessa häv1 = (1-1 ) pa1 = (1-1 )(m + m )= (1-0,)(4,515,84+3,816,) = 18,59MW Kun poloainea uivaaan, saadaan uudesi häviösi u u c 25 häv2 häv1 m 2 1 ps s, ou = ,5(0,54-1,17)1,3(140-25) = 18167W

3 Uudesi ilahyöysuheesi saadaan: 2 1 häv2 pa 2 häv2 1 m m , 1 4, 517, 38 3, 816, = 0,872 Turpeen uluusen muuos aiysiössä saadaan seuraavasi: Q Q m 2 Q Q m 1 m = η2 η1 92, 4 0, 26 92, 4 4, 517, 38 92, 4 0, 26 92, 4 4, 515, 84 = 0, , 16, 0, 16, 16, -0,512g/s = -0, /1000 = /a D) Vuouise sääsö = urpeen uluusen vähenemisesä aiheuuva sääsö + CO 2 -pääsöjen vähenemisesä aiheuuva sääsö uivurin äyöusannuse ämmönäyösä ei aiheudu usannusia => Sääsö = g /a 16,MJ/g 1/36009 /MWh g 0,016GJ/g 0,10589 CO2 /GJ23 / CO2 500/ /MWh = /a Kun uivurin invesoiniusannuse iedeään, saadaan alusava arvio uivuriinvesoinnin aisinmasuajasa ja nnaavuudesa.

4 Tehävä 2. Tehaalla suunniellaan vanhan uljeinraisun modifioinia mesähaeen uivauseen. Kuljeimen piuus on 19m ja leveys 3,5m. Mesähaea on aroius uivaa 4,0 /h aluoseudesa 60% vähinään loppuoseueen 30% (oseude osea massaa ohi). Mesähaeen uiva-aineen iroiheys on 160g/m 3 -i. Kuivauseen on äyeävissä 60 o C veä 80g/s, 70 o C veä 30g/s, 1 bar:in höyryä 1,3g/s ja 2bar:in höyryä 1,6 g/s. Mesähaeelle on miau eräperiaaeella oimivassa iinopeiuivurissa uvan 1 uivumisäyrä erilaisilla ilman sisäänulolämpöiloilla. Kuivauseen äyeään uloilmaa, jon lämpöila on 10 o C ja oseus suurin piirein sama uin uvan 1 uivumisäyrien apausessa. Miä edellä mainiuisa lämmönläheisä sopiva uivurin lämmönläheesi? Pedin oreus 200mm, ilman nopeus vapaaa Bed poiipina-alaa heigh 200mm, ohi air v elociy ennen peuivuria r free-secional 0,65m/s area 0.65m/s Bar moisure [g/gdm] Pee db 50 C 70 C 90 C 110 C 130 C 150 C C 130 C 110 C 90 C 70 C 50 C Drying ime [s] Kuva 1. Mesähaeen uivumisäyrä eri ilman sisäänulolämpöiloilla db Raisu: Muueaan oseude oseussuheisi u in 0,6 = 1,5 g/g 1 0,6

5 u ou 0,3 = 0,43 g/g 1 0,3 aseaan uljeinuivurin mioiusyhälön avulla haeen viipymäai uivurissa äyämällä haepedin oreuena arvoa 0,2m (s. uva 1): m τ ρ ZW ρ ZW τ m 160 0,2 3, = 1915 s 4000 Haeen viipymäai uivurissa saa olla on n s. Kuvasa 1 nähdään, eä lämpöilalla 90 o C hae ehii vielä uivua vähinään loppuoseueen 30% (0,43g/g ). ämpöilalla 70 o C haea ehii uivua ainoasaan n. loppuoseussuheeseen 0,55 g/g. iian alhaisen uivauslämpöilan vuosi vesiä ei voida äyää uivurin lämmönläheenä. Tariseaan seuraavasi, riiääö saaavilla oleva höyrymäärä lämmiämään uivausilman massavirran. Kuvan 1 peruseella vähinään 90 o C ilma riiää uivaamaan haeen alle 30%:n, joen äyeään siä uivausilman lämpöilana. Ilman iheys lämpöilassa 90 o C on n. 0,96g/m 3. Kuivausilman massavira: Höyryjen lauhumislämmö m Wvρ = 3,5190, = 41,5g/s i i l v (1bar) = 2258 J/g l v (2bar) = 2202 J/g Ilman massavirra, jo saadaan höyryillä lämmieyä: 1bar 2bar m m i i c c pi pi m l h v 1, , m l h v 1, , = 36,7g/s < 41,5 g/s, eli ei äy = 44,0g/s > 41,5, eli sopii. ämmönläheisä ainoasaan 2bar:in höyryä voidaan äyää uivauseen. Käyännössä myös 1 bar:in höyryä voiaisiin äyää uivauseen esim. esilämmiämällä se jommallaummalla vedellä ja johamalla se sen jäleen höyrylämmönvaihimeen. Myös uivurin poisoilman lämmönalenoolla voiaisiin mahdollisesi pienenää höyrynuluusa sen verran, eä lämmiys onnisuisi 1 bar:in höyryllä.

6 Tehävä 3. Tehaalla uivaaan uora aluoseudesa 1,55g/g loppuoseueen 0,6g/g. Kuivaus oeueaan jauvaoimisella uljeinuivurilla, jossa uoripedin oreus on 250mm. Kuivausasuna äyeään 90 o C ilmaa. Kuvassa 1 on esiey uoren uivumisäyrä 90 o C:lle ilmalle. Kuivaus voidaan oeuaa hdella vaihoehoisella avalla, jo on esiey uvassa 2. Kuvan 2a apausessa oo vira uivaaan loppuoseueen 0,6. Vasaavasi uvan 2b apausessa ainoasaan 2/3 osa uorivirrasa uivaaan ja 1/3 osa ohjaaan uivurin ohi ja seoieaan ämän jäleen uivauun viraan sien, eä uorivirran esimääräinen oseus on seoiusen jäleen on 0,6g/g. Kummassa vaihoehdossa uivurin invesoiniusannuse muodosuva pienemmäsi, un ne ova suoraan verrannollisia uljeimen poiipina-alaan? Ilman sisäänulolämpöila 90 C Pedin oreus 250mm Ilman virausnopeus 0,7m/s Koseussuhde (g/g) Ai (s) Kuva 1. Kuivumisäyrä

7 Kuva 2. Kuivausvaihoehdo Raisu Kuivurin invesoiniusannuse ova suoraan verrannollise uivurin poiipina-alaan. Poiipina-ala vaihoehdon 1 ja 2 uivureille ova A A 1 2 m ρ τ1 Z 2/3m τ ρ Z 2 Koonaismassavira (m ), uiva-aineen iroiheys ( ) ja pedinoreus (Z) ova ummasain apausessa sama, eli niillä ei ole vaiuusa poiipina-alojen väliseen eroon. Poloaineen oseus uivurin jäleen vaihoehdossa 2 saadaan seoiuspiseen vesiaseen peruseella: u2/3m + 1,551/3m = 0,6m

8 0,6 1,551/3 => u = 0,125 g/g 2/3 Määrieään seuraavasi uivumisaja uvan 1 uivumisäyrän peruseella. Kuoren aluoseus on suurin piirein sama uin uivumisäyrän ilmoiama oseus heellä 0 seunia. Tapaus 1: uivumisai n s Tapaus 2: uivumisai n s Sijoieaan uivumisaja pina-alojen lauseeisiin ja verraaan niiden suhdea A A 1 2/ = 1, Pina-alojen suheesa nähdään, eä uivuri on apausessa 2 lähes 1,5 eraa suurempi uin apausessa 1. Yleiseynä ulos aroiaa, eä uoreuivausessa osaviroja ei ole järevää uivaa uivemmasi ja seoiaa se sen jäleen osean poloaineen sean, vaan oo vira nnaaa uivaa erralla avoieoseueen. Tämä johuu siiä, eä uivumisnopeus hidasuu voimaasi oseuspioisuuden alenuessa. *Tehävä 4. Kuvassa 1 on esiey suora höyryuivuri, jo on inegroiu CHP voimalaioseen. Höyryuivuri uivaa puuhaea ennen uin se johdeaan poloon. CHP laios uoaa sähöä 34,5MW ja uolämpöä. Määriä uvan 1 arvojen peruseella seuraava asia: A) Voimalaiosen uolämpöeho B) Miä on haeen pinalämpöila vaiouivumisalueella? C) Kuivurin ominaislämmönuluus, un uolämmönvaihimilla siiryvää lämpöehoa ei vähenneä uivurin lämmönuluusesa ja apausessa, jossa siiryvä lämpöeho huomioidaan. D) Voimalaiosen sähönuoano, miäli höyryuivuria ei olisi ja uolämpöeho pysyisi samana uin A)-ohdassa. E) Kuin paljon sähöä voimalaios uoaisi, miäli biopoloaine uivaaisiin ulopuolisella lämmönläheellä samaan loppuoseueen uin uvassa 1, ja ii uolämpö ehäisiin 2,2 bar:in vasapainehöyryllä? Olea, eä uolämpöeho on sama uin A)-ohdassa, ja 2,2bar:in lauhdea voidaan arviaessa äyää uolämpöveden lämmiyseen, miäli lauhumislämpö ei siihen riiä.

9 Kuva 1. CHP- laioseen inegroiu höyryuivuri