Praktikumi aruanne: Kütuse põlemise arvutus (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL 
Sotsiaalteaduskond  
Inseneripedagoogika keskus 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mart  Hovi  
 
 
Praktikumi  aruanne: Kütuse põlemise arvutus 
 
Juhendas:  Rein   Paluoja  
 
 
 
 
 
Tallinn 2012 
 
 
Arvutus lähtub etteantud kütuse liigist ja selle koostisest. Näide on tehtud tüüpilise halupuidu ( kask , 
lepp,  haab ) põletamise kohta ahjus suhteliselt kõrge liigõhuteguriga. Suitsugaasi väljumis-
temperatuur korstnasse on valitud piisavalt pika lõõriga ahjule vastav. Lühikese lõõriga ahjust võivad 
tulla märgatavalt kõrgema temperatuuriga gaasid. Tööle on lisatud ka tüüpiline labortöö juhend. 
Üliõpilased on eelnevalt kuulanud loengu puidust kui kütusest ja läbinud praktilise harjutuse kütuse 
omaduste ja koguse määramise kohta. 
1.  Määratakse kütuse tarbimisaine koostise. Lähteandmetena kasutatakse mõõdetud  lehtpuu  
puidu keskmist niiskust Wt=20 %  kogumassi  suhtes.  Kuivaine  tuhasisaldust Ak=0,5%. Lehtpuu 
puidu tüve põlevaine elementaarkoostis pärineb raamatust „ Soojusgeneraatorid “ [1, lk. 23] 
Cp=50,5%, Hp=6,1%, Op=42,8% ja Np=0,6%. Väävli sisaldus on kuni 0,05%, mis jääb arvutustest 
välja. Tuha kuivaine koostise tarbimisaineks ümberarvutamiseks korrutatakse seda 0,8’ga  
 
At = Ak · (100-Wt)/100 = 0,5 · (100-20)/100 = 0,4% 
 
Teiste komponentide koostised põlevainest tarbimisaineks leitakse analoogiliselt tuhaga 
 
Ct = Cp · (100- At -Wt)/100 = 50,5 · (100—0,4-20)/100 = 40,198% 
Ht = Hp · (100- At -Wt)/100 = 6,1 · (100—0,4-20)/100 = 4,8556% 
Ot = Hp · (100- At -Wt)/100 = 42,8 · (100—0,4-20)/100 = 34,0688% 
Nt = Np · (100- At -Wt)/100 = 0,6 · (100—0,4-20)/100 = 0,4776% 
 
Kontrolli mõttes liidetakse tarbimisaine koostise  protsendid , mis peab andma terviku. 
 
Wt + At + Ct + Ht + Ot + Nt = 20% + 0,4% + 40,198% + 4,8556% + 34,0688 + 0,4776% = 100% 
 
Seega on tarbimisaine koostis 20 % niiskusega  puidule  tuvastatud ja saab jätkata sellele 
tuginevate  arvutustega . 
2.  Kütuse alumise kütteväärtuse arvutuslik määramine tugineb tarbimisaine 
elementaarkoostisele. Eelmainitud kirjandusallika [1, lk. 28] valem (2.12). Tänu tüvepuidu 
põlevaine koostise muutumatusele saab kasutada lihtsustatud valemit (2.13) 
Q t 
a = 18900 - 214 · Wt – 189 · At = 18900 – 214 · 20 – 189 · 0,4 = 14544,4 MJ/kg. 
3.  Kütuse  põlemiseks  vajalik teoreetiline õhuvajadus leitakse raamatu „ Soojustehnika  
aluskursus“ [2, lk. 424]  valemist  (10-16) 
 
V0 = 0,0889 · Ct + 0,265 · Ht + 0,033 · St – 0,0333 · Ot = 
=  0,0889 · 40,198 + 0,265 · 4,8556 + 0,033 · 0 – 0,0333 · 34,0688 = 3,722 m 3
0 /kg  
 
Tegelik õhukogus on liigõhuteguri kordsena suurem. Halupuidu põletamisel valime 
liigõhuteguri α = 2, millest tulenevalt tegelik õhuhulk kilogrammi 20% niiskusega puidu 
põletamiseks on  V = α ·  V0 = 2 · 3,722 = 7,444 m 3
0 /kg. 
4.  Suitsugaaside koostise ja koguse arvutus tugineb samuti põlemise materjalibilansile nagu ka 
vajalik õhukogus. Valemid selleks leiduvad samas kirjandusallikas  [2, lk 425].  
a.   Süsihappegaas  on kolmeaatomiliste kuivade gaaside üks  komponent . Kuna puidus 
väävlit on imevähe, siis on CO2 ainuke kolmeaatomiline kuiv  gaas . 
V
3
CO2 = 0,01866 Ct = 0,01866 40,198 = 0,750095 m0 /kg 
 
b.  Veeauru maht suitsugaasides võtab arvesse viiel  erineval   põhjusel  sinna sattunud 
H2O. Õhu- ja kütuseniiskus, kütuses  leiduva  vesiniku põlemissaadus ja tehnoloogiline 
aur, mida lisatakse näiteks küttepindade puhastamisel lendtuhast suurtes jaamades. 
 
VH2O = 0,111 · Ht +0,0124 · Wt +0,0161 · α · V0 = 
 = 0,111 · 4,8556 + 0,0124 · 20 + 0,0161 · 2 · 3,722 = 0,90682 m 3
0 /kg 
 
c.   Lämmastik  on suitsugaasides peamiselt põlemisõhus leiduva N2 tõttu. Arvutusvalem 
on koostatud kirjandusallikas [2, lk. 427] leiduvate valemite põhjal 
 
V
3
N2 = 0,79·α V0+ 0,008 Nt = 0,79 · 2 · 3,722 + 0,008 · 0,4776 = 5,8846 m0 /kg 
 
d.  Hapnik sutsugaasides tuleneb liigõhust. Seega arvutatav liigõhuteguri kaudu 
 
V
3
o2 =0,21 · (α-1)·V0 = 0,21 · (2-1) · 3,722 = 0,78162 m0 /kg 
 
Kokkuvõtvalt on 20% niiskusega lehtpuupuidu suitsugaasi kogus järgmine 
V
3
sg = VCO2 + VH2O + VN2 + Vo2 = 0,750095 + 0,90682 + 5,8846 + 0,78162 = 8,323 m0 /kg 
 
Tabel 1 20% niiskusega küttepuidu suitsugaasi  koostis liigõhuteguriga α=2 
Mahuprotsent  
Komponent 
9,012% 
CO2 
10,895% 
H2O 
70,70% 
N2 
9,391% 
O2. 
100% 
Kontroll (kõik kokku) 
 
 
Joonis 1 Suitsugaasi koostis. Jooniselt on näha, et põhilise osa moodustab lämmastik, seega 
on koldegaasid  õhuga  üpris sarnased. Ligikaudsetes arvutustes võibki sellest lähtuda. 
5.  Soojuskadudest suure osa moodustab suitsugaasi kõrgest temperatuurist tulenev q2. 
Mõõdetud suitsugaasi temperatuur on 200 ˚C. Välisõhu temperatuur 0 ˚C. Kuna suitsugaas 
lahkudes korstnast ei anna enam soojust, siis see   jahtumine , mis toimub väljas on 
soojuskadu . Kao saab arvutada lihtsa soojushulga valemiga Q2 = c’ · V · Δt – see on ühe 
kilogrammi kütuse kohta, ehk siis kaoprotsendi q
t
2 = Q2/Qa  Kuna tegemist on gaasiseguga, siis 
peaks arvesse võtma kõigi komponentide erisoojused – seega kaalutud keskmine  erisoojus . 
Kuna Veeaur sisaldab lahkudes ka aurustussoojust, siis tuleks ka see kadude poolele kanda. 
a.  Kaalutud  erisoojuse  arvutamine gaasisegule  
i 1
3 ,
7 68
29 3
, 1
kJ
c' = ∑ r c
 
i ⋅
'i = ( 0
0 9012 + 1
0 089 )
5 ⋅
+ ( 7
0 070 + 0
0 939 )
1 ⋅
= 1,38  3
3
i=n
2 ,
2 4
2 ,
2 4
K ⋅ m0
b.   Soojuskao  q2 arvutamine 
3
1 83 ⋅ 3
8 23 ⋅ 200
q =
= 15,8 %
 
2
14544
 
c.  Täiendav soojuskadu, mis tuleneb veeauru kondenseerumisest, aga see on ülemise 
kütteväärtuse teema. Kuna arvutustes kasutati alumist, siis nii jääb. 
6.  Teoreetilise põlemistemperatuuri arvutamine. Kuna põlemissündmuse tõttu tõuseb 
tekkinud suitsugaasi temperatuur koldes vastavalt selle hulgale ja kütuses peitunud 
energiale, siis saab sama valemiga, mis eelmises punktis leida maksimaalselt võimaliku 
temperatuuritõusu põlemistsoonis. Arvestades põlemisõhu temperatuuriks 20 ˚C saab 
avaldada puuduva temperatuuri valemist Q t
t
a  = c’ · Vsg · (tp – tõ) =>  tp = Qa  / (c’ · Vsg ) – tõ) 
14554
t
˚C 
p =
− 20 =
 
1244
383
1
⋅ 323
8
Kokkuvõtteks võib öelda, et tüüpilise ahjukütuse kasutamisel tüüpilistes oludes on täieliku põlemise 
korral võimalik saavutada kuni 85% kasutegurit (standardi nõue 78%) [3] ja teoreetiline 
põlemistemperatuur ületab märgatavalt standardis märgitud koldetemperatuuri 700 ˚C [3]. 
Näites põletati teoreetiliselt üks  kilogramm  halupuitu, milleks kulus 7,444 normaalkuupmeetrit õhku 
ja tekkis 8,323 normaalkuupmeetrit suitsugaasi. Kui tegelik põlemisõhk oli enam vähem samas 
mahus , siis suitsugaaside kogus korstnas tänu  kõrgele  temperatuurile tunduvalt suurem 
473,15/273,15=1,73 korda ehk 14,4  kuupmeetrit  200 °C temperatuuriga gaasi. 
Kasutatud kirjandus 
1.   Paist , A. Poobus, A. Soojusgeneraatorid TTÜ kirjastus Tallinn 2009 
2.  Ots, A. Soojustehnika aluskursus  TTÜ kirjastus Tallinn 2011 
3.  Standard EN15544-2009 Statsionaarsed kahhelahjud ja krohvitud välispinnaga ahjud –
Arvutusmetoodika 
Mart Hovi 
4.  November 2012