background image

 

1.1.

 

Badanie  wpływu  zmiany  wartości  współczynnika  

λλλλ

 na jakość procesu spalania 

1.1.1.

 

Cel ćwiczenia 

Celem  ćwiczenia  jest  zbadanie  wpływu  zmiany  wartości  współczynnika  

λ

 na sprawność kotła i skład emitowanych spalin. 

1.1.2.

 

Wprowadzenie teoretyczne 

P

ROCES SPALANIA

 

Spalaniem  nazywa  się  proces  gwałtownego  utleniania  składników  palnych 

zawartych  w  paliwie,  któremu  towarzyszą  egzotermiczne  efekty  cieplne.  Proces  ten 

powinien  przebiegać  w  wysokich  temperaturach.  Warunki,  jakie  powinny  być 

spełnione, aby zagwarantować prawidłowy przebieg procesu, są następujące: 

*

 

dobre  wymieszanie  paliwa  z  powietrzem  w  taki  sposób,  aby  wszystkie 

części  palne  znalazły  w  swoim  otoczeniu  dostateczną  ilość  tlenu  niezbędną  do  ich 

całkowitego i zupełnego spalenia, 

*

 

dostateczne  podgrzewanie  tworzącej  się  mieszaniny  paliwowo-

powietrznej do temperatury odpowiadającej temperaturze zapłonu. 

Konstruowanie  palenisk  powinno  zatem  przebiegać  w  taki  sposób,  aby  oba 

powyższe  warunki  spełnione  były  możliwie  optymalnie.  Warunki  te  uzasadniają 

podział  palenisk  na  paleniska  do  spalania  paliw  stałych,  ciekłych  i  gazowych. 

Paleniska  do  spalania  paliw  gazowych  będą  zawsze  paleniskami  komorowymi,  

w których gaz jest spalany przy użyciu różnego rodzaju palników. Podobnie będzie w 

przypadku palenisk do spalania paliw ciekłych, natomiast paleniska do spalania paliw 

stałych mogą być wyposażone w różnego rodzaju ruszty. 

Ze  względu  na  różne  sposoby  dostarczania  powietrza  potrzebnego  do  spalania 

rozkład gęstości strumienia powietrza w komorze będzie niejednorodny i z reguły nie 

odpowiadający  jego  lokalnemu  zapotrzebowaniu.  W  tych  warunkach  wytworzenie 

background image

 

mieszaniny  paliwowo-powietrznej  o  składzie  zapewniającym  całkowite  i  zupełne 

spalenie,  nawet  przy  dostarczeniu  dostatecznej  ilości  powietrza,  będzie  bardzo 

utrudnione. Dlatego też, aby wyrównać lokalne niedobory powietrza, dostarcza się go 

w  nadmiarze.  Niezbędny  nadmiar  powietrza  musi  być  tym  większy,  im  trudniej  dla 

danego rodzaju paliwa i w danym palenisku uzyskać jego równomierny rozdział. 

Stosunek  rzeczywistej  ilości  powietrza  dostarczanego  do  komory  spalania  do 

teoretycznej jest oznaczony literą 

λ

 i nazywa się stosunkiem nadmiaru powietrza 

 

λ

=

=

=

P

P

n

n

n

n

rz

t

a

a

o

o

'

'

min

min

 

λ

>

gdzie: 

P

rz

, n’

a

  -  ilość  powietrza  rzeczywiście  dostarczona  do  komory 

spalania w 

m

m

3

3

 pow.

kg pal.

 lub 

 pow.

m  gazu

3

kmol pow.

kmol pal.

 



 , 

n’

o

 

-  ilość tlenu rzeczywiście dostarczona do komory spalania, 

P

t

n

amin

 

-  minimalna  ilość  powietrza  potrzebna  do  spalenia  paliwa  w 

warunkach  spalania  całkowitego  i  zupełnego  (teoretyczna 

ilość powietrza), 

n

omin

 

-  minimalna ilość tlenu (teoretyczna ilość tlenu). 

Największy  nadmiar  wystąpi  niewątpliwie  przy  spalaniu  paliw  stałych  

w paleniskach warstwowych (rusztowych). Znacznie lepsze warunki mieszania paliwa 

z  powietrzem  wystąpią  przy  spalaniu  paliw  ciekłych,  a  jeszcze  lepsze  przy  spalaniu 

paliw gazowych. Stosunek nadmiaru powietrza nie powinien być ani nadmiernie duży, 

ani  zbyt  mały.  Zwiększanie  ilości  powietrza  powoduje  zwiększanie  się  ilości  spalin, 

bowiem  cały  nadmiar  dostarczonego  powietrza  jako  niewykorzystany  przechodzi  do 

spalin  zwiększając  ich  strumień,  co  z  jednej  strony  obniża  temperaturę  spalania,  a  z 

drugiej 

zwiększa 

entalpię 

spalin 

odprowadzanych 

do  

otoczenia.  Zmniejszenie  ilości  dostarczanego  do  spalania  powietrza  może  z  kolei 

doprowadzić  do  wystąpienia  spalania  niezupełnego,  ujawniającego  się  nadmierną 

zawartością  tlenku  węgla  w  spalinach.  W  każdych  konkretnych  warunkach 

background image

 

określanych rodzajem paliwa i konstrukcją paleniska (palnik, komora spalania) należy 

dobrać  taką  optymalną  wartość  stosunku  nadmiaru  powietrza 

λ

,  która  zapewni 

minimalną stratę energii(tzw. strata wylotowa) przy równoczesnym nie przekroczeniu 

dopuszczalnej  określonej  odpowiednimi  normami  granicy  zawartości  tlenku  węgla  w 

spalinach. stosowane  wartości 

λ

, dla różnych warunków organizacji procesu spalania 

paliw, wynoszą: 

dla kotłów pyłowych 

λ

 = 1,2-1,3 

dla kotłów rusztowych ruchomych 

λ

 > 1,3 

dla kotłów gazowych i olejowych 

λ

1. 

M

AKSYMALNY UDZIAŁ 

CO

2

 W SPALINACH SUCHYCH

 

Jest on wyrażany wzorem: 

 

[

]

CO

n

n

CO

ss

2

1

2

max

"

"

=

=

λ

 

gdzie: 

[

]

CO

2 max

 

-  maksymalna zawartość dwutlenku węgla w spalinach 

n

CO

"

2

 

-  liczba 

kilomoli 

dwutlenku 

węgla 

spalinach 

( )

kmol CO

2

kg  m  pal.

 

3

  

n

ss

"  

-  liczba kilomoli spalin suchych  

Ponieważ  w  warunkach  spalania  zupełnego  i  całkowitego  z  minimalną  ilością 

powietrza 

λ

=1 składnikami spalin suchych będą jedynie dwutlenek węgla, dwutlenek 

siarki  i  azot,  wartość 

[

]

CO

2 max

  będzie  zależna  jedynie  od  składu  paliwa  i  jest  jego 

funkcją 

 

[

]

CO

n

n

n

n

n

n

n

CO

CO

N

C

C

N

O t

2

2

2

2

2

2

79

21

max

"

"

"

'

'

'

'

=

+

=

+

+

 

gdzie: 

background image

 

[

]

CO

2 max

  -  maksymalna zawartość dwutlenku węgla w spalinach, 

n

CO

"

2

 

-  liczba kilomoli dwutlenku węgla w spalinach, 

n

N

"

2

 

-  liczba kilomoli azotu w spalinach, 

n

C

'  

-  liczba kilomoli węgla w substratach procesu spalania, 

n

N

'

2

 

-  liczba kilomoli azotu w substratach procesu spalania, 

n

O t

'

2

 

-  teoretyczne zapotrzebowanie na tlen. 

S

KRÓCONA INSTRUKCJA OBSŁUGI ANALIZATORA 

T

ESTO 

33.

 

[10] 

Przed  uruchomieniem  analizatora  należy  sprawdzić  połączenie  linii  analizator-

komputer, zasilacza i sondy pomiarowej oraz sprawdzić położenie zwory celi tlenowej 

(czerwone  pokrętło  pod  częścią  wyświetlającą  analizatora),  sprawdzić  podłączenie 

drukarki  i  jej  zasilanie,  a  następnie  skalibrować  go  i  w  opcji  „rodzaj  paliwa” 

(brennstoff) menu analizatora podać rodzaj paliwa: 

R

ODZAJ PALIWA

 

Heizöl 

olej opałowy 

Erdgas 

gaz ziemny 

Flüssiggas 

gaz ciekły (propan-butan) 

Holz/Koks 

drewno/koks 

Brikett 

brykiety 

Braunkohle 

węgiel brunatny  

Steinkohle 

węgiel kamienny 

Kokereigas 

gaz koksowniczy 

Stadtgas 

gaz miejski 

Prüfgas 

gaz czadnicowy 

 

Po  wykonaniu  tych  czynności  analizator  jest  gotowy  do  pracy  -  rozpoczęcie  i 

zakończenie  analizy  dokonuje  się  za  pomocą  przycisku  „start-stop”  na  części 

wyświetlającej analizatora. 

Przy wykorzystywaniu komputera do zapisywania wyników pomiarów należy z 

poziomu  Windows  uruchomić  aplikację  TESTO,  a  następnie  skonfigurować  program 

do  współpracy  z  analizatorem.  W  tym  celu  należy  wybrać  z  menu  opcję 

background image

 

„einstellungen”,  skąd  przez  funkcję  „gerateauswahl”  podać  rodzaj  urządzenia  (  testo 

33)  i  przetestować  połączenie.  Po  pojawieniu  się  na  ekranie  ikony  części  sterującej, 

zapis  inicjuje  się  przyciskiem  „start”  (po  wystartowaniu  zapisu  podać  rodzaj 

prezentacji  danych  „tabele”),  zatrzymuje  się  przyciskiem  „stop”,  natomiast 

kontynuowanie zapisu po przerwie - przyciskiem „weiter”. 

Przy wykonywaniu pomiarów należy uważać na ilość tlenku węgla w spalinach 

(zakres  analizatora  automatycznego  -  8000  ppm),  a  przy  małym  współczynniku 

nadmiaru  powietrza  kontrolować  na  bieżąco  wskazania  CO,  a  przy  przekroczeniu 

zakresu (8000 ppm) przewentylować analizator aż do osiągnięcia 0 ppm (w przypadku 

przekroczenia  powyżej  15000  ppm  przewentylować  analizator  przez  ok.  5  min.  I  na 

nowo skalibrować). 

Po  zakończeniu  pomiarów  analizatorem  automatycznym  wydrukować  wyniki 

pomiarów lub zapisać je na dyskietkę (opcja - „datei”; zapis - „speichern”; drukowanie 

- „drucken”). 

W przypadku korzystania z drukarki zapisywać czas wprowadzania do pamięci 

poszczególnych protokołów i/lub drukować je na papierze. 

Przekazywanie  danych  z  drukarki  do  komputera  z  pośrednictwem  sprzęgu 

szeregowego, części wyświetlającej i oprogramowania (opcja „laden”). 

Po zakończeniu pomiarów zewrzeć celę tlenową (położenie zwory „0”), wylać 

wodę z filtra na wężu sondy i naładować akumulatory. 

background image

 

Dane techniczne obsługi analizatora Testo 33 

Pomiar temperatury  Zakres pomiarowy 

-40...+1200 

°

 

Max Błąd 

0,5 

°

C (-40...+100

°

C) 

 

 

±

0,5% (pow. +100

°

C) 

Pomiar O

2

 

Zakres pomiarowy 

0...21 obj.% 

 

Max Błąd 

0,1 obj.% 

Pomiar CO

2

 

Zakres pomiarowy 

0...CO

2max

 

 

Max Błąd 

0,2 obj.% 

Pomiar CO 

Zakres pomiarowy 

0...20.000ppm 

 

Max Błąd 

±

20 ppm (do 400 ppm) 

 

 

±

5 % (do 2000 ppm) 

 

 

±

10 % (od 2000 ppm) 

Pomiar NO 

Zakres pomiarowy 

0...2000 ppm 

 

Max Błąd 

±

20 ppm (do 400 ppm) 

 

 

±

5 % (od 400 ppm) 

Pomiar NO

2

 

Zakres pomiarowy 

0...100 ppm 

 

Max Błąd 

±

10 ppm 

Pomiar SO

2

 

Zakres pomiarowy 

0...2000 ppm 

 

Max Błąd 

±

20 ppm (do 400 ppm) 

 

 

±

5 % (od 400 ppm) 

 

W

YZNACZANIE WSPŁÓCZYNNIKA NADMIARU POWIETRZA

 

Współczynnik nadmiaru powietrza można wyznaczyć na podstawie zawartości 

dwutlenku węgla w spalinach 

[

]

CO

2

 korzystając ze wzoru: 

 

[

]

[

]

λ

=

CO

CO

2

2

max

 

gdzie: 

[

]

CO

2 max

  -  maksymalna  zawartość  dwutlenku  węgla  w  spalinach 

obliczona ze wzoru na 

[

]

CO

2 max

 

background image

 

n

CO

"

2

 

-  liczba kilomoli dwutlenku węgla w spalinach, 

 

Jak  widać,  przy  znanej  zawartości 

[

]

CO

2 max

,  której  wcześniejsze  obliczenie 

wymaga  znajomości  składu  paliwa,  do  ruchowego  wyznaczenia 

λ

  wystarczy  jedynie 

oznaczenie zawartości 

[

]

CO

2

 w spalinach. 

Współczynnik  nadmiaru  powietrza  można  również  wyznaczyć  na  podstawie 

zawartości tlenu w spalinach

[ ]

O

2

 korzystając ze wzoru: 

 

[ ]

[ ]

λ

=

=

0 21

0 21

21

21

2

2

,

,

%

O

O

 

gdzie: 

[ ]

O

2

  -  zawartość tlenu w spalinach 

[ ]

O

2 %

 

-  procentowa zawartość tlenu w spalinach 

Wzór  ten  pozwala  na  ruchowe  określenie  współczynnika 

λ

  wyłącznie  

na  podstawie  pomiaru  zawartości  tlenu 

[ ]

O

2

  w  spalinach  suchych,  bez  znajomości 

składu  paliwa.  Przy  ciągłym  pomiarze  zawartości 

[ ]

O

2

  istnieje  możliwość  ciągłej 

kontroli 

λ

 

1.1.3.

 

Sposób wykonania ćwiczenia 

 

na podstawie składu paliwa wyznaczyć 

[

]

CO

2 max

 

 

analizatorem  spalin  dokonać  pomiaru  składu  spalin  dla  pięciu  nastaw  ilości 

powietrza 

 

wyznaczyć  wartość  współczynnika 

λ

  na  podstawie  pomiarów 

[

]

CO

2

  

[ ]

O

2

 

 

określić w jaki sposób zależy skład spalin od wartości współczynnika 

λ