OBIEKTY AERODYNAMIKI SPALANIA

Podstawowe: palniki, paleniska kotłowe, komory spalania

Pomocnicze: rurociągi młyny separatory

Zadania paleniska i palnika:

- dostarczenie do paleniska strumienia paliwa

zapewniającego moc cieplną,

- dostarczenie do paleniska strumienia powietrza

zapewniającego wymagane l,

- mieszanie powietrza z paliwem zapewniające

wymaganą formę płomienia

- utrzymanie paliwa w palenisku dostatecznie

długo dla zapewnienia wypalenia

Zależnie od charakteru przepływu wyróżnia się płomienie:

-laminarne-mieszanie ma charakter molekularny

-turbulentne-mieszanie ma chatakter turbulentny

Formowanie się pola przepływu bezpośrednio

za palnikiem wpływa na:

formowanie się płomienia,

niedopał,

zanieczyszczenia,

przekazywanie ciepła.

Przejście od płomienia laminarnego do

turbulentnego – krytyczna liczba Re

– wodór: 2000

– gaz miejski: 3000–4000

– tlenek węgla: 5000

– wodór + powietrze pierwotne: 5500–8500

– gaz miejski + powietrze pierwotne 5500–8500

– propan, acetylen: 9000–10000

– metan: 3000

WARUNEK STABILNOŚCI PŁOMIENIA

Co najmniej w jednym punkcie

składowa prędkości przepływu na

normalną do czoła płomienia jest

równa prędkości płomienia

Sposoby stabilizacji płomienia:

-w warstwie granicznej

-płomieniem pilotującym

-recyrkulacją spalin

Recyrkulacja

wewnętrzna-wywołana umieszeniem w przepływie ciał nieopływowych

zewnętrzna- może by wywołana działaniem strugi

Mieszanka palna to mieszanina powietrza z

paliwem, w którejpo zniknięciu źrodła zapłonu proces

spalania rozwija się w niej samorzutnie

Bogata Stechiometryczna Uboga

l < 1 l = 1 l > 1

Granice stęzeniowe zapłonu

Dolna i górna wartość stężenia paliwa w

mieszance paliwa z utleniaczem, poza

którymi zapłon jest niemożliwy.

DGW – dolna granica zapłonu (wybuchu),

GGW – gorna granica zapłonu (wybuchu).

Zapłon jest to spowodowanie stanu spalania przez

lokalne wywołanie intensywnej reakcji chemicznej

w mieszance palnej. -samozapłon,- zapłon wymuszony

Emin – jest to najmniejsza ilość energii, która

wywołuje zapłon w mieszance palnej [J].

Typowe Emin dla różnych paliw:

gazowe: < 1 mJ, płynne: 10-100 mJ

pyły: 0,1-1,0 mJ

Samozapłon:

jest to wywołanie stanu spalania (wybuchu) przez

przekroczenie temperatury samozapłonu w mieszance palnej.

Sposoby przenoszenia się proscesu spalania:

-deflagracja- przenoszenie sie prcesu spalnia przez płomień

-detonacja-jest to fala reakcji spalania poprzedzona falą uderzeniową

-tlenie

Płomień- jest to fala chemicznej reakcji egzotermicznej

rozchodząca się z charakterystyczną dla danej

mieszanki palnej prędkością, zwana prędkością

propagacji płomienia.

PODZIAŁ PŁOMIENI

Ze względu na charakter przepływu:

- laminarne,

- turbulentne.

Ze względu na sposób mieszania:

-kinetyczne (wymieszane)

-dyfuzyjne (nie wymieszane)

Prędkośc propagacji laminarnego płomienia kinetcznego

dla metanu= 40 cm/s

Zadaniem palnika gazowego jest dostarczenie gazu

i powietrza oraz takie zorganizowanie mieszania,

żeby ukształtować płomień o pożądanych cechach.

Cechy dobrego palnika:

- poprawna i stabilna praca w zakresie

projektowego zakresu warunków,

- mała emisja zanieczyszczeń,

- trwałość,

- mały poziom hałasu.

Rodzje palników gazowych: powszechnego użytku,

niskoemisyjne, rozpałkowe, pilotujące, specjalne

Typy pal. gazowych->inżektorowe( nis i wys ciśnienia), nadmuchowe

Istota rozpylania cieczy w strudze polega na pokonaniu napięcia

powierzchniowego cieczy przez siły zewnetrzne lub wewnętrzne:

– napręenia styczne na powierzchni strugi, wywołane różnicą

prędkości między cieczą a powietrzem, które destabilizuje strugę,

wywołuąc jej rozkład,

– siły odśrodkowe ruchu wirowego strugi, siły wywołane

wzrostem ciśnienia w kropli na skutek parowania w jej wę trzu,

-zewnętrzne siły mechaniczne, elektrostatyczne i ultradźwięków

Typy rozpylaczy oleju:

-ciśnieniowe (strumieniowe, wirowe)

-pneumatyczne(typu Y, z krzyżowym przepływem)

-obrotowe

zużycie czynnika roboczego dla pneumatycznego rozplyacza oleju

d =0,06-0,1 kg/kg

Wirowe rozpylacze regulowane dzielą się na:

-dwustopniwe

-upustowe

-z regulacją powierzchni otworów wylotowych

Parametry rozpylania:

-wydajnośc

-kąt rozpylania

-rozłożenie kropel

-jakoś rozpylania

fazy splania paliw ciekłych

a) faza parowania paliwa,

b) faza spalania par paliwa.

Cztery etapy spalania:

I – czas indukcji zapáonu – zakończony zapłonem

lekkich frakcji oleju

II – spalanie – parowanie, kraking ciężkich frakcji

oleju, formowanie się powłoki koksowej,

III – mikroeksplozja – rozerwanie koksowej powłoki,

IV – dopalanie cząstek koksu olejowego

Palniki olejowe

-Palnik blokowy jest zbudowany z trzech

zespoáów:

-rozpylania,

-aerodynamiki,

-sterowania.

Paleniska do spalnia węgla

-rusztowe,fluidlane,pyłowe,inne(cyklonowe,retortowe

,piece obrotowe)

ważniejsze sposoby organizacji spalania węgla

-w zlozu ruchomym

-w zlozu fluidalnym

-w połomieiu pyłowym

Rusztowe z rusztem:

stałym: muł,miał,drobny,gorszek,orzech,gruby

ruchomym: groszek, orzech (10-30 mm),

fludialne ze złozem pecherzykowe(<25mm), cyrkulujące(6mm)

Pyłowe dla węgla

• kamiennego: R90= 25-30%, R200<8%,brunatnego: R90= 48-55%, R200 = 25-32%, R1000<2-3%

Etapy spalania cząstki węgla:

czas indukcji zapłonu ( nagrzewanie się cząstki,oddawanie wody)

proces spalania:(wydzielanie i spalanie części lotnych, spal poz. Koksowej)

Najważniejsze cztery grupy minerałów w węglu to:

– glinokrzemiany – głównie kaolinit,

– tlenki – krzemionka SiO2 i hematyt Fe2O3,

– węglany – kalcyt CaCO3, syderyt FeCO3 i dolomit

CaCO3MgCO3,

-związki siarki – piryt FeS2 i gips CaSO4 2H2O.

Mechanizm chemiczny spalania karbonizatu :

C + O2 = CO2 – 393,5 kJ/mol (I)

C + 0,5O2 = CO – 110,5 kJ/mol (II)

C + CO2 = 2CO + 172,5 kJ/mol (III)

2CO + O2 = 2CO2 – 283,0 kJ/mole (IV)

Reżimy spalania cząstki pozostałości koksowej:

kinetyczny,przejsciowy, dyfuzyjny

Czynniki wpływające na niedopał:

-jakośc przemiału węgla

-rekatywnoś koksu

-warunki spalania

Palniki wirowe

Liczba wiru S = 0,4-0,7

prędkośc wypływu mieszanki:20-22m/s

prędkośc wypływu powietrza:26-30m/s

prędkośc wypływu z dyszy palnika stumieniowego:

mieszanki pyłowej 11-13m/s,

powietrza górnego i dolnego 45–55 m/s,

powietrza pośredniego 45–55 m/s,

powietrza rdzeniowego i chłodzącego 20–25 m/s

Złoże fludialne składa się z :

-materiału inertnego(piasek i popiół)

-sorbentu wapniowego

-2-6% węgla

-temp zloza fluidlanego 800-900 C

rozdrobnienie cząstek koksu w złożu fluidalnym

następuje na skutek:

-wzrostu porowatości,-zderzenia cząstek,ścieranie się cząstek

Fazy spalania cząstki drewna

-nagrzewanie i suszenie

-rozkład termiczny

-spalanie produktów rozkładu termicznego

-spalanie pozostałości koksowej

Mechanizm spalania pozostałości koksowej

Temperatura zapłonu koksu: 200-250 oC

Temperatura spalania w warstwie: 800-1000 oC

Temperatura spalania w płomieniu: 1200 – 1700 oC

Paleniska do spalania drewna:

-rusztowe z rusztem stalym lub ruchomym

-fluidalne(pęcherzykowe,cyrkulujące)

-retortowe

-cyklonowe

Słoma może byc spalana :

w belach,balotach, pocięta, jakobrykiety i granulaty

Typy palenisk do spalania słomy:

kotły wsadowe,kotły do spalania rozdrobnionej słomy,

kotłty do cygraowego spalania balotów

Negtywne aspekty spalania słomy w kotłach:

- korozja chlorkowa (słoma),

- spiekanie i aglomeracja popiołów

(defluidyzacja złoża fluidalnego)

- tworzenie się osadów na powierzchniach

konwekcyjnych

-zagrożenia pożarowo-wybuchowe.

Zalety paleniska pyłowego z naściennym mocowaniem

palników wirowych:

– stabilny płomień z pojedynczego palnika,

– pewny zapłon mieszanki pyłowej,

– dobre mieszanie mieszanki pyłowej z powietrzem

wtórnym,

-znaczne wypalenie w pobliżu palnika,

-możliwoś pracy kotła z małym obciążeniem.

Zjawisko fluidyzacji jest procesem dwufazowym polegającym

na zawieszeniu warstwy materiału sypkiego nad rusztem

fluidyzującym w tłoczonym od dołu strumieniu powietrza.

Warstwa fluidalna znajduje się stanie quasi-równowagi tylko w

określonym przedziale predkości przepływającego przez nie

czynnika gazowego, zależnie od rozmiarów cząstek złoża.

Warstwa fluidalna w kotle fluidlanym składa sie głównie z

cząstek materiału inertnego, jak piasek, popiół i ziarna sorbentu.

Udział cząstek węgla jest niewielki, stanowi tylko od 3 do 5%

całej masy złoża.

Podział tłokowych silników spalinowch:

ze wzgledu na zapłon:iskrowe, z zapłonem samoczynnym

ze względu na l.suwów: 2-suwowe,4-suwowe

Mieszanka palna jest zapalna wyładowaniem iskorwym.

Zapłon moze nastąpi jeżeli:

-energia iskry jest wieksza od min energ zapłonu

-odległośc miedzy elektrodami jest wieksza od odl

gaszacej danej mieszanki

-lokalny gradient predkosci jest wiekszy od ktytycznego

dla danej mieszanki(K<1)

Rodzaje mieszanek:

-Mieszanka homogeniczna (jednorodna)

-Mieszanka heterogeniczna (dwufazowa)

-Mieszanka uwarstwiona

Liczba oktanowa – liczba określająca odporność na

niekontrolowany samozapłon paliwa silnikowego do

silników z zapłonem iskrowym, który może powodować

jego spalanie stukowe (detonacyjne).

Temperatury w komorze spalania trubiny

Temepratura powietrza ze sprężarki 500-600 C

Temperatura spalania: .1870-1930

Dopuszczalna temperatura spalin na wlocie do

I-szego stopnia turbinowego: 1430

Prędkośc w komorze spalania turbiny

Prędkośc wypływu powietrza ze spężarki 120-180m/s

Prędkośc na wlocie do komory spalania 15 m/s

Turbiny gazowe mają od 7 do

16 komór spalania, z których

każda ma swój układ zasilania

paliwem, umieszczonych na

obwodzie wokół wału turbiny

w jednym z układów:

indywidulanym, sekcyjnym, pierścieniowym

Paliwa do turbin gazowych:

benzyny,nafty,oleje napędowe,oleje opałowe,

gazy ziemne,gazy sztuczne,biomasy,inne