1.)

Ciepło spalania (Q

c

)

– ilość ciepła, jaka powstaje przy spalaniu

całkowitym i zupełnym jednostki masy lub jednostki objętości
analizowanej substancji w stałej objętości, przy czym produkty
spalania oziębia się do temperatury początkowej, a para wodna
zawarta w spalinach skrapla

się zupełnie. Jednostką ciepła spalania

jest J/kg.
Wartość opałowa - jest to ilość ciepła wydzielana przy spalaniu
jednostki masy lub jednostki

objętości paliwa przy jego całkowitym i

zupełnym spalaniu, przy założeniu, że para wodna zawarta w
spalinach nie ulega

skropleniu, pomimo że spaliny osiągną

temperaturę początkową paliwa.
Temperatura punktu rosy lub punkt rosy

– temperatura, w której,

przy danym składzie gazu lub mieszaniny gazów i ustalonym
ciśnieniu, może rozpocząć się proces skraplania gazu lub
wybranego składnika mieszaniny gazu.
Temperatu

ra zapłonu - charakterystyczna temperatura substancji

chemicznych. Określa ona przy jak dużej temperaturze ciśnienie par
substancji jest na tyle wysokie, aby utworzyć z powietrzem
mieszaninę palną.
Temperatura mięknięcia - temperatura przy której materiał zaczyna
zmieniać się z ciała stałego w masę plastyczną.
SPRAWN

OŚĆ KOTŁA – jest to strumień energii

̇ dostarczany z

paliwem do paleniska jest równoważny strumieniowi energii

̇ przyjmowanemu przez czynniki termodynamiczne (parę i wodę)

oraz strumieniami strat energii w kotle

̇ . Pojęcie to dotyczy

ustalonych

warunków pracy.

̇

̇

̇

̇

Natomiast jeżeli straty określa się w procesach doprowadzanego
ciepła to dla kotła parowego :

̇

̇ (

)

̇ (

),

a dla kotła wodnego :

̇

̇ (

) oraz

̇

̇

Gdzie :

̇ ,

̇ - strumień masy pary pierwotnej i wtórnej w [kg/s],

̇ - strumień masy paliwa dostarczanego do kotła w [kg/s],

-

entalpia pary pierwotnej na wylocie z kotła, pary na wlocie

i wylocie przegrzewacza wtórnego w [kJ/kg],

-

entalpia wody na wylocie z kotła wodnego w [kJ/kg],

-

wartość opałowa paliwa w [kJ/kg].

2.)

a. ) Niska wartość opałowa w przeliczeniu na jednostkę objętości

(konieczność operowania kilkukrotnie większymi objętościowo
ilościami biomasy w celu dostarczania do procesu takiej samej ilości
energii jak w węglu)
b.) Wysoka zawartość wilgoci w surowej biomasie (45-60%) wpływa
negatywnie na

efektywność procesu spalania.

c.) Wysoka zawartość części lotnych (2,5-krotnie wyższa niż w
węglu kamiennym) drastycznie zmienia warunki zapłonu i spalania.
d.) Zawartość popiołu w energetycznej przydatnej słomie jest
podobnego rzędu jak w węglu kamiennym, natomiast dla roślin
energetycznych mieści się w zakresie 2-6% a jedynie dla odpadów
drzewnych zawartość popiołu jest bardzo niska i wynosi ≤ 1%.
e.) Zawartość azotu i siarki w biomasie jest niska, ale duża jest
zawartość chloru, szczególnie w przypadku słomy, co stwarza duże
ryzyko występowania korozji.
f.) Skład substancji mineralnej węgla i biomasy różni się znacznie.
Głównymi składnikami popiołu z węgla kamiennego są SiO

2

, Al

2

O

3

i

Fe

2

O

3

, natomiast dla biomasy oprócz dużej ilości K

2

O i SiO

2

stwierdza si

ę duże ilości CaO.

g.) Większość typów stałych biopaliw wykazuje stosunkowo niskie
temperatury mięknięcia i topnienia popiołu w porównaniu z węglem,
głownie z powodu dużej zawartości związków metali alkaicznych.
3.) Tlenki azotu

łączą się z wodą tworząc kwasy azotowe. Unoszą

się do atmosfery tworząc kwaśne deszcze. Niszczą w ten sposób
roślinność przedmioty martwe, hemoglobinę w organizmach żywych.
Utleniając się z ozonem O

3

niszczą warstwę ozonową naszej

planety. Tlenki azotu powstają przy spalaniu wszystkich rodzajów
paliw energetycznych (przy spalaniach w kotłach udział dwutlenków
azotu jest rzędu 5-10%). W rezultacie utleniania azotu zawartego w
powietrzu doprowadzonym do spalania powstają NO

X

termiczne :

Tlenki NO

X

paliwowe, których udział jest największy w ogólnej emisji

NO

X

z kotła powstają z azotu zawartego w paliwie i bardzo łatwo

wchodzi w reakcję z tlenem. Tlenki NO

X

paliwowe powstają w

znacznie niższej temperaturze niż NO

X

termiczne. Podczas

podgrzewania i odgazowywania części lotnych z paliwa w pierwszym
etapi

e spalania części azotu paliwowego przechodzą do fazy

gazowej postaci cyjanowodoru HCN i amoniaku NH

3

, a część

zostaje zatrzymana w postaci koksowej.

Następnie w wyniku

złożonego łańcuch przemian poprzez rodniki HCN i NH

3

, zależnie od

atmosfery otaczającej spalające się paliwo może dojść do :
-

Powstania NO, przy atmosferze utleniającej (λ>1) :

2HCN+2,5O

2

→2NO+2CO+2H

2

O

2NH

3

+2,5O

2

→2NO+3H

2

O

-

Redukcja tlenku NO powstałego w pierwszym etapie spalania do

azotu molekularnego N

2

, przy atmosferze silnej redukcji

(λ≈0,7) :

2HCN+2NO+0,5O

2

→2N

2

+2CO+2H

2

O

Utlenianie NH

3

lub N zawartych w pozostałościach koksu prowadzi

również do powstania NO.

Dalsza redukcja NO zachodzi przy pojawieniu się rodników
węglowodorowych (np. : metanu CH

4

)

2NO+2CH

4

+3O

2

→N

2

+2CO

2

+4H

2

O

lub na powierzchni cząstek węgla :
2NO+C→N

2

+CO

2

2NO+2C→ N

2

+CO

Ograniczanie tworzenia się NO

X

termicznych jest

możliwe poprzez zapobieganie powstawania w płomieniu lokalnie
temperatury powyżej 1300

o

C i zmniejszenie

udziału O

2

w strefie

najwyższych temperatur. Pogorszenie warunków powstawania
tlenków azotu otrzymujemy poprzez :
a.) Zmniejszenie obciążania cieplnego powierzchni ogrzewalnych w
komorze paleniskowej.
b.) Bardziej równomierne rozłożeni obciążania cieplnego w
przestrzeni komory paleniskowej (w wyniku stosowania palników
narożnych).
c.) Spowodowanie procesu spalania przez lokalne obniżenie
temperatury na powierzchni cząstek paliwa przy jednoczesnym
zmniejszeniu koncentracji wolnego tlenu w bezpośrednim ich
otoczeniu.
d.) Zastosowanie recyrkulacji spalin.
e.) Zastosowanie palenisk fluidalnych.
Istnieją jeszcze dwie metody obniżania emisji tlenków azotu :
a.) Metoda stopniowania powietrza (realizowana na podział
powietrza na trzy stopnie : powietrze pierwotne tr

ansportujące pył,

powietrze wtórne i powietrz doprowadzające).
b.) Metoda stopniowania paliwa i powietrza.

4.)

Zalety odsiarczania spalin metodą mokrą :

a.) Najbardziej skuteczna ze wszystkich metod usuwania SO

2

poniżej 200mg/m

3

. J

ej skuteczność wynosi 90-95% przy małym

nadmiarze absorbentu oraz dużej niezawodności ruchowej instalacji.
b.) Z

e spalin są usuwane również związki HCl i HF oraz popiół.

c.) Odzysk ciepła ze spalin przed ich odsiarczeniem w wymiennikach
(spaliny/spaliny) statycznych lub obrotowych podgrzewaczy
regeneracyjnych.
d.) Z metody mokrej uzyskuje

się materiały budowlane.

e.) Małe koszty eksploatacyjne.
Wady odsiarczania spalin metodą mokrą :
a.) Mała rozpuszczalność kamienia wapiennego CaCO

3

w wodzie w

porównaniu z wapnem palonym lub kredą, gdy stosujemy CaCO

3

jako absorbent.
b.) Powstawanie ścieków, które należy oczyszczać. W skład ścieków
wchodzi chlor i fluor, które powstają w procesie odwadniania gipsu.
c.) Absorber oraz kanały spalin wprowadzają na drodze dodatkowe
opory i do ich pokonania instaluje się wspomagający wentylator
spalin, który wraz z innymi urządzeniami pomocniczymi instalacji
powiększa zużycie energii na potrzeby własne bloku
energetycznego.
d

.) Duże zużycie wody w stosunku do metod suchych i półsuchych.

e

.) niewiele większa emisja pyłów do atmosfery w stosunku do

metod suchych

i półsuchych.

f

.) Duże koszty inwestycyjne.

Aby uniknąć korozji kanałów ciągu spalin przy tak

niskich temperaturach spalin oczyszczone spaliny muszą być
ponownie podgrzewane o min. 10K w stosunku do temperatury
punktu rosy kwasu siarkowego. Temperaturę spalin oczyszczonych
można podnieść (najczęściej do 95

o

C) przy mieszaniu spalin

oczyszczonych odpowiednią objętością strumienia spalin gorących
(nieoczyszczonych), pobieranych z kotła, lub z ciepłym powietrzem
pobranym zza obrotowego podgrzewacza powietrza.

Zalety odsiarczania spalin metodą półsuchą :
a.)

Sorbent w postaci wodnej zawiesiny rozpyla się bezpośrednio w

strumieniu spalin. Nawilżeni spalin powoduje obniżeni ich
temperatury. Im niższa jest temperatura spalin, tym otrzymuje się
większą skuteczność odsiarczania.
b.) W metodzie półsuchej dozujemy tak strumień wody, aby końcowy
produkt procesu był suchy, a temperatura spalin była powyżej
wodnego punktu rosy. Co powoduje, że nie musimy podgrzewać
spalin przed wprowadzeniem ich do komina.
c.) Wykorzystanie zjawiska absorpcji (zatrzymanie zanieczyszczę
gazowych na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej ciała stałego).
d.) Niektóre metody półsuche dają możliwość wielokrotnej
recyrkulacji sorbentu, poprawia to efektywność metody.
e.) Nie występują ścieki.
f.) Mniejsze zużycie wody w porównaniu do metody mokrej.
g.) Średni i małe koszty inwestycyjne.
Wady odsiarczania spalin metodą półsuchą :
a.) W tej metodzie stosuje się Ca(OH)

2

, który jest 2-3 razy droższy

od CaCO

3

.

b.) Mniejsza skuteczność odsiarczania spalin w porównaniu do
metody mokrej.

Pociąga to za sobą zwiększoną emisję SO

2

do

atmosfery.
c.) Mniejsza skuteczność usuwania chloru i fluoru (HCl i HF).
d.) Duże koszty eksploatacyjne.

Wyróżnia się wiele odmian IOS z wykorzystaniem metody półsuchej,
różniących się rozwiązaniami aparaturowymi oraz wskaźnikami
techniczno-ekonomicznymi.
5.) Odpylacz cyklonowy

– są stosowane najczęściej do odpylania

spalin za kotłami rusztowymi. Do górnej cylindrycznej części cyklonu
doprowadza się zapylone spaliny z odpowiednią prędkością, aby
wlot następował stycznie do płaszcza cyklonu. Na ziarno pyłu
działają dwie siły. Siła odśrodkowa (bezwładności) F

0

i siła

dynamiczna oporu ośrodka F

s

.

Ziarno pyłu o większej masie, dla

którego siła bezwładności jest większa od siły dynamicznej oporu
ośrodka zostaje odrzucone w kierunku płaszcza cyklonu i po
zetchnięciu się ze ścianką wytraca swoją prędkość wskutek tarcia, a
następnie ruchem spiralnym wpadają do zbiornika pyłu. Lżejsze
ziarna poruszają się torem spiralnym, zostaną unoszone przez
spaliny do centralnie umieszczonego komina, na zewnątrz
odpylacza. Obraz zjawisk zachodzących w cyklonie jest bardzo
złożony ponieważ ziarna pyłu mogą się łączyć z większymi ziarnami
lub na skutek wzajemnego tarcia zmniejszając swoje wymiary.

6.)

Na nieruchomej płycie rusztowej znajduje się rozdrobniona

mieszanina węgla (2-3%), sorbetu odsiarczającego i inertu (piasek,
popiół) tworząc złoże. Doprowadzone od dołu powietrze przepływa w
wolnej przestrzeni kanałami między cząstkami stałymi przez
nieruchome złoże. Przy zwiększaniu strumienia przepływu powietrza
złoże pozostaje nieruchome, wzrasta spadek ciśnienia w złożu. Gdy
nadciśnienie powietrza zrówna się z ciśnieniem statycznym słupa
ciała stałego (zrównanie spadku ciśnienia w złożu z ciężarem
materiału złoża) wówczas zaobserwujemy rozszerzanie się złoża.
Dalsze zwiększanie prędkości powietrza (prędkość krytyczna
fluidyzacji) powodu

je zwiększeni złoża przy stałym nadciśnieniu

powietrza.

W pewnym przedziale prędkości przepływu powietrza

materiał w złożu osiągnie taki stan rozluźnienia, że ziarna ciał
stałych zaczynają wykonywać ruch i przesuwają się względem
siebie.

Zauważa się wtedy proces fluidyzacji. Przy dalszym

zwiększaniu prędkości powietrza materiał w złożu zaczyna
cyrkulować (podobnie jak wrząca ciecz). W takich warunkach złoże
składa się z dwóch faz (fazy gęstej i fazy pęcherzyków powietrza
wolnych od cząsteczek). Gdy prędkość powietrza przekroczy
prędkość swobodnego opadania ziaren ciał stałych wówczas kończy
się proces i następuje uniesienie cząstek stałych ze złoża (całkowite
uniesienie złoża). Zapłon złoża odbędzie się za pomocą palnika
pyłowego, olejowego bądź gazowego ogrzewającego złoże od góry,
bądź doprowadzenie od dołu gorących spalin o t=800

o

C. Początek

procesu spalania przebiega w niższych temperaturach niż w kotle
rusztowym.

Spalanie odbywa się w przedziale temperatury 750 do

950

o

C. Poniżej przedziału pogarszają się warunki utleniania węgla,

powyżej przedziału następuje spiekanie i mięknięcie popiołu.
Optymalną temperaturą jest wartość 850

o

C, gdyż przy niej najlepiej

siarka wiąże się z kamieniem wapiennym.

Spalanie paliwa w warunkach cyrkulacyjnej warstwy fluidalnej
przebiega w dwóch obszarach : redukcyjnym w dolnej strefie komory
paleniskowej i utleniającym ponad poziomem doprowadzania
powietrza wtórnego. Taki rozdział powietrza sprzyja niskiej emisji
NO

X

. W dolnej części komory tworzy się gęsta warstwa, która

zachowuje się podobnie jak warstwa pęcherzykowa. Recyrkulujący
strumień masy odbiera ciepło z dolnej części komory paleniskowej w
celu utrzymania temperatury w tej strefie na poziomie 850

o

C,

przenosi to ciepło i przekazuje do powierzchni ogrzewalnych wzdłuż
komory paleniskowej. Po drodze następuje transport
przereagowanego i nieprzereagowanego

sorbentu wiążącego

dwutlenek siarki oraz procesy wypalania ziaren paliw.