ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO
Zagadnienia teoretyczne
(Zakres 1.9 – 1.10)
ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO
Zagadnienia teoretyczne
(Zakres 1.9 – 1.10)
1.9 Przenoszenie ciepła
•
1.9.1 – Przewodzenie ciepła
•
1.9.2 – Przejmowanie ciepła (wnikanie)
•
1.9.3 – Przenikanie ciepła
•
1,9,4 – Promieniowanie cieplne
1.9.1 Przewodzenie ciepła
•
Wymiana ciepła między bezpośrednio stykającymi się częściami
ciał, brak makroskopowego ruchu substancji.
•
Prawo Fouriego
•
Gęstość strumienia przewodzonego ciepła jest wprost
proporcjonalna do gradientu temperatury w kierunku prostopadłym
do powierzchni izotermicznej.
•
q = -
•
Współczynnik [W/mK] rośnie wraz ze wzrostem temperatury,
najlepsze wartości współczynnika mają metale, a najgorsze
izolatory (powierzchnia porowata, gazy).
•
W przypadku płynów transport ciepła odbywa się głównie przez
konwekcję, zaś na granicy faz zachodzi zjawisko wnikania ciepła.
Zatem zagadnienie przenikania ciepła przez przegrodę płaską jest
połączeniem przewodzenia i konwekcji ciepła.
•
Przewodzenie ciepła w zależności od rodzaju przegrody
Jednowymiarowe – ustalone
przewodzenie przez ścianę płaska
Przewodzenie przez warstwy o
różnych i różnych
1.9.2 – Przejmowanie ciepła
•
Wymiana ciepła między powierzchniami ciała stałego, a
omywającym go płynem.
•
Prawo Newtona
•
Gęstość strumienia przejmowanego ciepła jest wprost
proporcjonalna do różnicy temperatur powierzchni ciała stałego i
płynu.
•
q = (
•
Współczynnik przejmowania ciepła [ zależy od charakteru
przepływu (liczba Re, liczba Prandlta), rodzaju płynu i kształtu
opływanej powierzchni. Największe wartości osiąga się w
przepływach ze zmienną fazą (np. wrzenie), a najmniejsze w
konwekcji naturalnej – czynnikiem jest gaz.
•
1.9.3 Przenikania ciepła
•
Wymiana ciepła między dwoma płynami rozdzielonymi ścianą
(płaską lub walcową).
1.9.4 Promieniowanie cieplne
•
Prawo Stefana – Boltzmanna
•
Wielkość strumienia energii przenoszonego w wyniku
promieniowania cieplnego jest wprost proporcjonalne do
temperatury w czwartej potędze.
1.10 Spalanie paliw
•
1.10.1 – Pojęcia
•
1.10.2 – Paliwa stałe
•
1.10.3 – Paliwa ciekłe
•
1.10.4 – Paliwa gazowe
•
1.10.5 – Stechiometria spalania
1.10.1 - Pojęcia
•
Zapłon – intensywna reakcja egzotermiczna wywołana w mieszance
palnej, najpowszechniejszy sposób doprowadzania mieszanki palnej do
procesu spalania
•
Rodzaje zapłonu:
•
- wymuszony – mieszanka palna ulega zapłonowi pod wpływem
zewnętrznego źródła energii (np. iskra elektryczna, płomień pilotujący)
•
- samozapłon – równomierne podgrzewanie całej masy mieszaniny
palnej, dochodzi do przekroczenia temperatury samozapłonu
mieszaniny
•
Mieszanka palna – mieszanina paliwa z powietrzem, w której po
zniknięciu źródła zapłonu proces spalania rozwija się w niej
samorzutnie
•
Granice stężeniowe zapłonu – minimalne i maksymalne stężenia paliwa
w mieszance, w której nastąpić może zapłon
•
Minimalna energia zapłonu - najmniejsza ilość energii, która wywołuje
zapłon mieszanki palnej.
•
< 1 mJ – gaz, 10 – 100 mJ – ciecze, 0,1 – 1,0 J – pyły
•
1.10.2 Paliwa stałe
•
W energetyce pod uwagę brane są: węgiel, muły węglowe, koks
petrochemiczny, biomasa i odpady. Organizacja spalania oparta jest
na wielkości uziarnienia oraz rodzaju zastosowanego paliwa.
•
1) Palenisko rusztowe
•
A) ruszt stały: muł, miał, drobny groszek, orzech gruby
•
B) ruszt ruchomy: groszek, orzech (10 – 30 mm)
•
2) Złoże fluidalne
•
A) pęcherzykowe: paliwo < 25 mm, kotły mniejszej mocy
•
B) cyrkulujące: paliwo < 6 mm, energetyka zawodowa
•
3) Płomień pyłowy
•
A) Węgiel kamienny: = 25 – 30%,
•
B) Węgiel brunatny: = 48 – 55%, = 25 – 32%, = 3 – 5%
•
1. Spalanie
pojedynczej cząstki
węgla
1) Nagrzewanie
Po utracie wody
temperatura rośnie aż
do początku
termicznego rozkładu
węgla (piroliza)
2) Zapłon części
lotnych
Wydzielane z węgla
części lotne ulegają
zapłonowi i spalają się
płomieniem gazowym.
3) Spalanie
pozostałości koksowej
Pozostałość koksowa
po odgazowaniu
węgla,
bezpłomieniowo
reagująca z tlenem w
dość wolnym tępię,
temperatura: 1300-
1700
2. Spalanie pyłu
węglowego
1) Płomień pyłowy
Z dyszy palnika
wypływa turbulentna
mieszanka palna
mieszając się ze
spalinami i ulega
zapłonowi
2) Rdzeń strugi
Wydzielanie się części
lotnych na jego
brzegach formuje się
front spalania.
3) Strefa spalania
części lotnych
Silne promieniowanie ,
strefy spalania części
lotnych i pozostałości
koksowej stanowią
zasadniczy odcinek
płomienia pyłowego
4) Koniec
Strefa dopalania
większych cząstek
węgla.
3. Spalanie w
warstwie fluidalnej
Złoże cechuje się
zróżnicowanie
uziarnienia złoża.
Dolną część stanowią
gęsto upakowane
grubsze cząstki,
natomiast górną
drobniejsze.
Strefa III - dochodzi
do nagrzewnia i
odgazowania węgla ,
spalanie części
lotnych i większych
cząstek pozostałości
koksowej.
Strefa II ( splash –
zone) dochodzi do
kinetycznego spalania
części lotnych.
Strefa I – dyfuzyjne
spalanie części
lotnych
1.10.3 Paliwa ciekłe
•
Spalenie paliwa ciekłego polega na rozpyleniu i spaleniu zbioru
kropel według model sferyczno – symetrycznego.
•
1) Spalanie pojedynczej kropli paliwa
•
Cały proces ogranicza się do odparowaniu i spalaniu par. Krople
małych rozmiarów spalają się szybko, tworzą z powietrzem
homogeniczną mieszankę palną, spalają się płomieniem
kinetycznym i szybkość spalania = prędkość propagacji płomienia.
Krople średnich rozmiarów spalają się indywidualnie, wokół nich
tworzy się dyfuzyjny płomień i szybkość spalania = szybkość
parowania. Największe krople spalając się tworzą wokół siebie
warstwę utrudniającą dostęp powietrza do par, powstaje bogaty
płomień i wytwarza się sadza. Ciepło od płomienia przekazywane
jest do paliwa głównie przez promieniowanie.
2. Spalanie rozpylonego paliwa
•
Rozpylanie paliwa ciekłego w
specjalnym urządzeniu
przyspiesza proces spalania
poprzez wytworzenie
wewnętrznej strefy recyrkulacji
spali wzbogaconych paliwem
powstającej dzięki zawirowaniu
strugi powietrza.
•
Rodzaje rozpylaczy:
•
- strumieniowe
•
- wirowe
•
- strumieniowo – wirowe
•
- pneumatyczne
•
- rotacyjne
1.10.4 Paliwa gazowe
•
Paliwa gazowe zazwyczaj spalają się w formie płomienia.
•
Płomień – fala chemiczna reakcji egzotermicznej rozchodząca się z
charakterystyczną dla danej mieszanki palnej prędkością (prędkość
propagacji płomienia).
•
Rodzaje płomienia:
•
1) podział ze względu na charakter przepływu
•
A) turbulentny
•
B) laminarny
•
2) podział ze względu na sposób mieszania
•
A) Kinetyczny (wymieszanie paliwa i utleniacza)
•
B) Dyfuzyjny (brak wymieszania)
•
Palnik gazowy – urządzenie techniczne służące do uzyskania wysokich
temperatur podczas spalania paliw gazowych, paliwo i utleniacz
podawane osobno lub wymieszane w środku urządzenia. Warto wymienić
kilka rodzajów: kompaktowe, niskoemisyjne, specjalne. Wśród typów
wyróżniamy dwa: inżektorowe (nisko – i wysokociśnieniowe) i
nadmuchowe (szczelinowe i wirowe)
1.10.5 Stechiometria spalania