Temat: Struktura płomienia olejowego.

Cel: Celem ćwiczenia laboratoryjnego był pomiar temperatury i stężeń składników w płomieniu olejowym, jak również pomiar emisji sadzy w spalinach w zależności od wartości współczynnika nadmiaru powietrza oraz uzyskanie podstawowej wiedzy na temat budowy i działania palnika olejowego.

1. Wstęp - opis:

W praktyce spalanie paliw ciekłych odbywa się w formie rozdrobnionej na krople, którą tworzy struga rozpylonego paliwa w powietrzu. Tak się dzieje w cylindrze silnika z zapłonem samoczynnym lub za palnikiem olejowym. Struktura płomienia rozpylonego paliwa ciekłego jest bardziej skomplikowana niż płomienia gazowego, ponieważ występują w nim zjawiska dyspersji i parowania cieczy, a ponadto oddziaływanie kropel ze sobą. W płomieniu za palnikiem olejowym dzieją się bardziej złożone procesy, ponieważ warunki spalania w chmurze kropel różnią się od spalania pojedynczej kropli.

Charakterystyczną cechą płomienia olejowego jest jego silne świecenie w kolorze żółtym. Żółta barwa jest spowodowana znaczną zawartością sadzy w płomieniu olejowym. Ciężkie węglowodory, które są składnikiem olejów, rozkładają się termicznie z wydzielaniem sadzy, sprzyja temu zwłaszcza dyfuzyjny charakter spalania.

2. Pomiar temperatury i stężeń składników w płomieniu olejowym i pomiar emisji sadzy:

2.1 Wyniki pomiarów (dane zarejestrowane w czasie pomiarów i zestawione w tabeli):

Λ (nieprawidłowa)	Ilość tlenu w spalinach [ %]	CO zmierzone [ppm]	NOx zmierzone [ppm]	Tpł. [°C]	Tspalan. [°C]	Il. sadzy
1,8	2,37	74	120	576	500	0
1,6	2,33	70	124	630	517	0
1,5	2,23	64	124	640	526	0
1,4	1,64	73	117	650	528	0
1,2	1,51	85	115	660	535	0
1,2	1,16	90	110	660	545	0
1,2	0,84	100	105	680	547	0
1,2	0,52	80	99	680	553	1
1,2	0,41	295	85	690	553	2
1,1	0,33	378	87	700	555	3
1,1	0,11	7247	54	670	535	6
1,1	0,09	11254	15	640	511	8

Ilość sadzy odczytywaliśmy za pomocą stopni Bacharacha.

2.2 Schematy i układy pomiarowe:

Schemat stanowiska do badania temperatury i stężeń składników w płomieniu olejowym oraz pomiaru emisji sadzy.

Opis:

1 - filtr

2 - palnik olejowy

3 - potencjometr

4 - analizator

5 - komora spalania

6 - płomień

7 - termopara ( pomiar temperatury płomienia)

8 - ilość sadzy

9 - termopara ( pomiar temperatury spalin)

2.3 Przykłady obliczeń:

1) CO rzeczywiste = CO zmierzone *( 21% - 3%)/ (21% - ilość tlenu w spalinach%)

2) NO x rzeczywiste = NO x zmierzone * (21% - 3%)/ (21% - ilość tlenu w spalinach%)

3) λ = 21% / (21% - ilość tlenu w spalinach%), gdzie: λ - współczynnik nadmiaru powietrza.

Przykład:

Dla 1 - ego przypadku:

CO rzeczywiste = 74 * (21% - 3%) / (21% - 2,37%) = 71,4 ppm

NO x rzeczywiste = 120 * (21% - 3%) / (21% - 2,37%) = 115,9 ppm

λ = 21% /( 21% - 2,37%) = 1,13

Dla 2 - ego przypadku:

CO rzeczywiste = 70 *( 21% - 3%) / (21% - 2,33%) = 67,4 ppm

NO x rzeczywiste = 124 *( 21% - 3%) / (21% - 2,33%) = 119,8 ppm

λ = 21% / (21% - 2,33%) = 1,12

Dla 3 - ego przypadku:

CO rzeczywiste = 64 * (21% - 3%) / (21% - 2,23%) = 61,3 ppm

NO x rzeczywiste = 124 * (21% - 3% )/ (21% - 2,23%) = 118,9 ppm

λ = 21% /( 21% - 2,23%) = 1,11

2.4 Wyniki badań (zestawione w tabeli):

NOx rzeczywiste [ppm]	CO rzeczywiste [ppm]	λ
115,9	71,4	1,13
119,8	67,4	1,12
118,9	61,3	1,11
108,7	67,8	1,08
106,2	78,5	1,07
99,8	81,6	1,05
93,8	89,2	1,04
87,0	70,3	1,02
74,3	257,9	1,02
75,8	329,2	1,01
46,5	6244,4	1,00
12,9	9687,8	1,00

2.5 Wykres wykonany komputerowo:

a) zależność ilości sadzy od λ :

b) zależność CO od λ :

c) zależność NO od λ :

d) zależność t płomienia od λ :

e) zależność t spalania od λ :

2.6 Wnioski i uwagi:

Zależności wielkość emisji NOx od nadmiaru powietrza podczas spalania jest dość złożona i zależy od paru czynników, a przede wszystkim od rodzaju płomienia (kinetyczny, dyfuzyjny) oraz od tego czy w paliwie znajduje się azot paliwowy Nf. W ubogich płomieniach (duży nadmiar powietrza) azot paliwowy szybko się utlenia do NOx, natomiast w bogatym płomieniu (niedomiar powietrza) Nf w dużym stopniu ulega konwersji do N2.

Ograniczenie udziału 02 w spalinach natychmiast objawia się zmniejszeniem udziału NOx w spalinach, tzn. gdy zmniejszamy stopniowo dostęp powietrza zmniejsza nam się NOx w spalinach.

W miarę zmniejszania nadmiaru powietrza wzrasta udział CO w spalinach.

C + 02 = CO2 ( po całkowitym spalaniu węgla produktem jest dwutlenek węgla)

C + 1/2O2 = CO ( przy niedomiarze tlenu spalanie będzie niezupełne, wówczas w spalinach dodatkowo wystąpi tlenek węgla).

Sadza pojawiła się w niewielkich ilościach w skali Bacharacha o wartości 1 dopiero przy emisji CO rzeczywistego 70,3 ppm, i emisji NO x rzeczywistego 87,0 ppm, przy temperaturze płomienia 680 °C i temperaturze spalania 553 °C i ilość tej sadzy się zwiększała wraz z coraz to wyższa emisją CO rzeczywistego.

---