Thermische energie: installatiecomponenten
Oefeningenles 8
Relaties tussen Ln, Vn en Hu. (Voor stochiometrische verbranding met droge lucht.)
Oefening 1:
Een stoomketel bestaat uit een economiser (ECO), een verdamper (EVA) en een superheater (SUP)
zoals hieronder afgebeeld.
De stoomketel produceert 7320 kg/h stoom op 400 °C en 40 bar waarna het naar de turbine gaat. Het
voedingswater dat de economiser binnenstroomt is 30°C. Er mag worden aangenomen dat de
economiser het water juist tot koken brengt vooraleer het naar de verdamper stroomt. De stoom die
de superheater binnengaat mag ook als gesatureerde stoom worden aangenomen. De brandstof is
kool poeder met een verbrandingswarmte van 32000 kJ/kg en dit aan 950 kg/h. De verbranding neemt
plaats met een lucht factor van 1.37 en met buitenlucht op een temperatuur van 10 °C. De gemiddelde
warmtecapaciteit van de verbrandingsgassen en de lucht zijn respectievelijk 1.557 kJ/(Nm³ K) en 1.34
kJ/(Nm³ K). De warmtecapaciteit van het water is 4.186 kJ/(kg K). De economiser en de superheater
zijn tegenstroom warmtewisselaars. We nemen ook aan dat in de burner 23% van de energie verloren
gaat door straling, maar hiervan wordt 96% gerecupereerd in de verdamper. 5% van overgedragen
warmte gaat verloren naar de omgeving. Er is geen onverbrande brandstof.
a) Er wordt niet vernoemd of de verdamper een meestroom of tegenstroom warmtewisselaar is,
heeft dit een reden? Indien ja, wat is deze reden.
b) Bereken de temperatuur van de rookgassen voor en na elke warmtewisselaar.
c) Wat is de thermische efficiëntie van deze boiler?
d) Welke aanpassingen zouden er aan de installatie kunnen gebeuren om deze efficiënter te
maken?
, Oefening 2:
Een stoomgenerator verbrandt kolen met een verbrandingswarmte van 32644 kJ/kg. De
stoomgenerator, met een warmtewisselend oppervlak van 25 m², produceert gesatureerde stoom op
een druk van 6 bar. Het voedingswater heeft een temperatuur van 18 °C, maar er mag worden
aangenomen dat het voedingswater wordt voorverwarmd tot de saturatietemperatuur in de
economiser. De gebruikte lucht heeft een temperatuur van 15 °C (h = 288.82 kJ/kg) en de verbranding
vindt plaats met een lucht factor λ van 1.6. De stralingsverliezen in de verbrander zijn 35% van de
theoretische warmte inhoud, 45% van deze straling wordt gerecupereerd door directe straling op het
warmtewisselend oppervlak. De onverbrande brandstof in de rookgassen is 2% van de theoretische
warmte inhoud van de rookgassen. Het warmteverlies naar de omgeving in de stoom generator is 3%
van de overgedragen warmte.
a) Bereken het massadebiet gebruikte lucht in kg/s.
b) Bereken de temperatuur van het rookgas voor en na de stoom generator.
c) Wat is de thermische efficiëntie van de boiler?
d) Hoeveel stoom wordt er geproduceerd in kg/h?
Oefeningenles 8
Relaties tussen Ln, Vn en Hu. (Voor stochiometrische verbranding met droge lucht.)
Oefening 1:
Een stoomketel bestaat uit een economiser (ECO), een verdamper (EVA) en een superheater (SUP)
zoals hieronder afgebeeld.
De stoomketel produceert 7320 kg/h stoom op 400 °C en 40 bar waarna het naar de turbine gaat. Het
voedingswater dat de economiser binnenstroomt is 30°C. Er mag worden aangenomen dat de
economiser het water juist tot koken brengt vooraleer het naar de verdamper stroomt. De stoom die
de superheater binnengaat mag ook als gesatureerde stoom worden aangenomen. De brandstof is
kool poeder met een verbrandingswarmte van 32000 kJ/kg en dit aan 950 kg/h. De verbranding neemt
plaats met een lucht factor van 1.37 en met buitenlucht op een temperatuur van 10 °C. De gemiddelde
warmtecapaciteit van de verbrandingsgassen en de lucht zijn respectievelijk 1.557 kJ/(Nm³ K) en 1.34
kJ/(Nm³ K). De warmtecapaciteit van het water is 4.186 kJ/(kg K). De economiser en de superheater
zijn tegenstroom warmtewisselaars. We nemen ook aan dat in de burner 23% van de energie verloren
gaat door straling, maar hiervan wordt 96% gerecupereerd in de verdamper. 5% van overgedragen
warmte gaat verloren naar de omgeving. Er is geen onverbrande brandstof.
a) Er wordt niet vernoemd of de verdamper een meestroom of tegenstroom warmtewisselaar is,
heeft dit een reden? Indien ja, wat is deze reden.
b) Bereken de temperatuur van de rookgassen voor en na elke warmtewisselaar.
c) Wat is de thermische efficiëntie van deze boiler?
d) Welke aanpassingen zouden er aan de installatie kunnen gebeuren om deze efficiënter te
maken?
, Oefening 2:
Een stoomgenerator verbrandt kolen met een verbrandingswarmte van 32644 kJ/kg. De
stoomgenerator, met een warmtewisselend oppervlak van 25 m², produceert gesatureerde stoom op
een druk van 6 bar. Het voedingswater heeft een temperatuur van 18 °C, maar er mag worden
aangenomen dat het voedingswater wordt voorverwarmd tot de saturatietemperatuur in de
economiser. De gebruikte lucht heeft een temperatuur van 15 °C (h = 288.82 kJ/kg) en de verbranding
vindt plaats met een lucht factor λ van 1.6. De stralingsverliezen in de verbrander zijn 35% van de
theoretische warmte inhoud, 45% van deze straling wordt gerecupereerd door directe straling op het
warmtewisselend oppervlak. De onverbrande brandstof in de rookgassen is 2% van de theoretische
warmte inhoud van de rookgassen. Het warmteverlies naar de omgeving in de stoom generator is 3%
van de overgedragen warmte.
a) Bereken het massadebiet gebruikte lucht in kg/s.
b) Bereken de temperatuur van het rookgas voor en na de stoom generator.
c) Wat is de thermische efficiëntie van de boiler?
d) Hoeveel stoom wordt er geproduceerd in kg/h?
