Politechnika Wrocławska

Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów

LABORATORIUM SPALANIA

Ćwiczenie nr….

Temat:……………………………………………………………………………

Skład grupy nr.:

1. ………………………………

2. ………………………………

Termin zajęć laboratoryjnych ……………… Rok studiów ……..

Prowadzący: ………………………………...

Data wykonania ćwiczenia: ………………...

Data oddania sprawozdania: ………………..

Ocena: …………..

Podpis prowadzącego: ………………………

1. Wstęp teoretyczny:

Spalanie to reakcja chemiczna przebiegająca między materiałem palnym lub paliwem a utleniaczem, z wydzieleniem ciepła i światła. Paliwa i utleniacze mogą występować w trzech stanach skupienia: gazowym, ciekłym i stałym. Powszechnie dostępnym utleniaczem gazowym jest tlen zawarty w powietrzu. Utleniacze ciekłe i stałe są stosowane w silnikach rakietowych. W przeprowadzonym doświadczeniu zajmujemy się spalaniem biomasy, a konkretnie peletu pszeniczno-rzepakowego.

Biomasa to stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji. Biomasa występuje w trzech stanach skupienia

• Stałym (np. drewno, słoma, trawa, odpady organiczne, skorupy i łuski)

• Ciekłym (np. alkohole produkowane z roślin o dużej zawartości cukru, biodiesel produkowany z roślin oleistych)

• Gazowym (np. gaz błotny-mieszanina metanu i CO₂)

W energetyce cieplnej najczęściej stosuję się tą w stanie stałym. Większość biomasy powstaje w procesie fotosyntezy.

Spalanie biomasy w kotłach energetycznych w zależności od jej rodzaju odbywa się przy wykorzystaniu różnych palenisk. I tak np. dla drewna używane są paleniska: rusztowe, fluidalne, retortowe, cyklonowe. Jednakże przed procesem spalania drewna musi ono zostać min. nagrzane i osuszone. Także widzimy, że biomasa potrzebuje wstępnego przygotowania aby można było ją spalić lub aby jej spalanie było opłacalne.

Spalanie biomasy jest dość korzystne w porównaniu do spalania węgla ponieważ powoduje mniejszą emisję zanieczyszczeń takich jak NO_x czy SO₂. Poza tym nie przyczynia się do wzrostu efektu cieplarnianego, ponieważ bilans CO₂ w cyklu energetycznego przetwarzania jest niemalże zerowy.

2. Schemat stanowiska:
   

3. Tablice pomiarowe:

Lp.	qvH2O	temperatura			skład spalin			λ	rzeczywisty skład spalin
				wody		spalin	O2		CO	NO		COrz	NOrz
				zasilanie	powrót
	m^3/h	°C	°C	°C	%	ppm	ppm	%	ppm	ppm
1	0,512	79	59	275	14,9	1080	160	3,44	570	84
2	0,521	81	60	271	11,25	2870	172	2,15	1511	91
3	0,513	82	61	277	15,11	1380	153	3,57	728	81
4	0,514	82	62	275	12,9	3920	137	2,59	2066	72
5	0,51	82	62	237	14,93	2150	153	3,46	1134	81
6	0,509	81	61	231	14,55	3680	135	3,26	1941	71
7	0,518	78	60	216	11,54	8300	114	2,22	4372	60
8	0,515	78	60	210	9,87	16280	101	1,89	8568	53
9	0,499	77	59	191	10,43	13500	102	1,99	7107	54
10	0,521	77	59	197	8,87	22720	96	1,73	11951	50
11	0,528	76	59	192	9,66	20110	94	1,85	10582	49
12	0,526	76	59	185	8,24	25510	94	1,65	13415	49
średnie	0,516	79	60,08

q_VH2O - strumień objętości wody w instalacji

CO_rz - rzeczywisty udział CO w spalinach

NO_rz - rzeczywisty udział NO w spalinach

ppm - (ang. parts per milion),

λ - współczynnik nadmiaru powietrza

Uszeregowane względem λ

Lp	λ	COrz	NOrz	ts
	%	ppm	ppm	°C
1	3,57	728	81	277
2	3,46	1134	81	237
3	3,44	570	84	275
4	3,26	1941	71	231
5	2,59	2066	72	275
6	2,22	4372	60	216
7	2,15	1511	91	271
8	1,99	7107	54	191
9	1,89	8568	53	210
10	1,85	10582	49	192
11	1,73	11951	50	197
12	1,65	13415	49	185

4. Obliczenia:

Współczynnik nadmiaru powietrza:

Rzeczywisty skład spalin (przeliczony dla stałej zawartości tlenu 10%)

Sprawność kotła (wyznaczona metodą bezpośrednią):

gdzie:

m_w - średni strumień masy wody w instalacji

c_w - ciepło właściwe wody, c_w = 4190 J/kg*K

t_w1 - średnia temperatura wody na powrocie do kotła, t_w1=79 °C

t_w2 - średnia temperatura wody na zasilaniu instalacji, t_w2=60 °C

B_b - strumień masy paliwa, B_b = 3 kg/52min = 0,0577 kg/min = 0,000962 kg/s

Q_i - wartość opałowa paliwa (pelet pszeniczno-rzepakowy), Q_i = 16,2 MJ/kg

5. Wykresy:

6. Wnioski:

W przeprowadzonym doświadczeniu badaliśmy spalanie biomasy w małym kotle energetycznym (15 kW). Naszym głównym celem było zbadanie procesu pod kątem ilości zanieczyszczeń powstałych podczas spalania paliwa jakim był pelet pszeniczno-rzepakowy. Analizując tabele rzeczywistych udziałów CO i NO w spalinach możemy stwierdzić, iż podczas spalania naszego peletu powstaje stosunkowo dużo CO (podobnie jak przy węglu kamiennym) natomiast zawartość NO jest mniejsza niż w przypadku węgla. Jak widzimy z wykresu CO(λ) mamy znaczny spadek jego ilości ze wzrostem dostarczanego tlenu. Podobnie jest z temperaturą spalin, która maleje ze wzrostem współczynnika nadmiaru powietrza. Jeżeli chodzi o emisję NO ciężko zauważyć jakąś konkretną zależność. Jedyne co możemy powiedzieć to fakt iż w końcowym etapie doświadczenia gdzie λ wynosiła ok. 1,3-1,4% i odnotowaliśmy największą emisję CO, udziały NO w spalinach są najniższe. Jeżeli chodzi o rozbieżność otrzymanych wyników można powiedzieć, że mogło być to spowodowane zasłoniętym wlotem tlenu przez pelety znajdujące się na retorcie. Temperatura spalin także może wydawać się nieco wysoka co wynika z krótkiego obiegu kotła i szybkim wylotem spalin do komina

---