Rodniki - są to wolne atomy i fragmenty cząstek o nieparzystej liczbie elektronów lub dwóch elektronach niesmarowanych. (O, H, C, N, OH, HO₂, CH, CH₃, C₂H₅), stężenie w płomieniu 10^-5-10^-12mol/m³, są one bardzo reaktywne i niosą dużą energię.

Arrheniusa prawo: k=k₀*e^-E/(RT), k₀-współ.przedeksponencjalny, E-energia aktywacji

CO - półprodukt spalania wszystkich paliw kopalnych, utlenia się powli, w płomieniu: CO+OH=>CO₂+H, do utleniania CO w płomieniu potrzebna jest woda.

Węglowodory - składają się z nich paliwa kopalne, mechanizmy utleniania węglowodorów: nisko/wysokotemperaturowy.

NO_x - mechanizm termiczny: OH+N=>NO+H

Zas.termod.1- dQ=dH-Vdp, Q-ciepło, H-entalpia wew.

Efekt cieplny spalania - wynik wyzwalania ciepła reakcji utleniania paliwa.

War.standard. entalpi - p=0,1MPA, T=298K

Reakcje chemiczne - egzotermiczne i endotermiczne

Utlanianie węgla - przykłady: CO+O₂=>CO₂-393kJ/mol, C+0,5O₂=>CO-110kJ/mol, C+CO₂=>2CO+172kJ/mol

Hessa prawo - efekt cieplny reakcji zależy tylko od stanu początkowego i końcowego układu reagującego, a nie zależy od drogi przemian.

Ciepło spalania(Qs) i wartość opałowa(Qi) - Qs>Qi o wartość ciepła parowania wody w spalinach

Metan utlenianie - spalanie niezupełne: CH₄+3/2O₂=>CO+2H₂O+Q1, zupełne: CH₄+2O₂=>CO₂+2H₂O+Q2, Q2>Q1

Wobbego liczba - jeżeli liczba dla dwóch gazów jest taka sama tzn, że są one wymienne, czyli spalają się prawidłowo w tych samych palnikach bez potrzeby ich przystosowania.

Wb=Qs/d_v^0,5, gest.wzgledna: d_v=gęst.pow/gęst.gazu

Masa atomowa pierwiastka - to średnia ważona mas wszystkich jego izotopów w stosunku do: 1/12 ₁₂⁶C

Masa molowa - ilośc substancji wyrażonej w gramach odpowiadającej liczbowo masie atomowej tej substancji

Stechiometria spalania - Cohn+(m+n/4)O=>mCO₂+(n/2)H₂O, na jeden mol paliwa przypada dokładnie (m+n/4)moli tlenu

Stechiometryczny skład mieszanki - jeżeli udziały paliwa i utleniacza wynikaja z równania stechiometrii. W wyniku spalania zupełnego mieszanki o skł.stechiometrycznym w spalinach nie może być ani paliwa ani tlenu

Rodzaj mieszanki - bogata, stechiometryczna, uboga

Współczynnik nadmiaru powietrza - λ=całk.ilosc.pow.dospalania/ teoret.ilosc.pow.dospalania, λ=20,9/(20,9-[O₂])

AFR - (Air Fuel Ratio) stosunek strumienia powietrza do paliwa

Rodzaj płomienia lub skład mieszanki - bogaty λ<1, stech λ=1, ubogi λ>1

Nadmiar powietrza - n=(całkowita-teoret ilość pow do spalania)/teoret. n=( λ-1)*100%

Temp kalorymetryczna spalania, Ts,a - najwyższa temperatura jaką osągaja niezdysocjowane spaliny w wyniku adiabatycznego i izobarycznego spalania paliwa z teoretyczną ilością powietrza

Temp teoretyczna spalania, Ts,t - najwyższa temperatura jaka osiągaja zdysocjowane spaliny w wyniku adiabatycznego i izobarycznego spalania paliwa z nadmiarem powietrza

Temp rzeczywista spalania, Ts - może być bardzo rózna, zależy od strat ciepła w procesie spalania, jest niższa od Ts,a na skutek strat cieplnych od płomienia, dysocjacji, niecałkowitego spalania

Paliwa - to substancje chemiczne lub ich mieszaniny, które łatwo spalają się z udziałem powietrza, a produktem ich spalania są przede wszystkim gazy

Podział paliw - stan skupienia(gazowe,ciekłe,stałe), pochodzenie(naturalne,sztuczne), wartość opałowa(wysoko/nisko kaloryczne)

Paliwa kopalne - wydobywane z ziemi, ich praźródłem jest energia słoneczna, (węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny)

Inne rodzaje paliw - z odpadów(PAKOM), produkty uboczne przeróbki paliw(muły, koks rafineryjny), biomasa i biopaliwa

Paliwa gazowe - naturalne(gaz ziemny, kopalniany, gazy płynne), sztuczne (gaz koksowniczy, miejski, produkty zgazowania węgla, wodór), wysoko/niskokaloryczne

Liczba Wobbego - górna: Ws=Qsd_v^0,5_, dolna: Wi=Qid_v^0,5

Gazy płynne (skroplone) - to mieszaniny węglowodorów (C₃^-C₄) będące ubocznym produktem procesów rafineryjnych ropy naftowej

LPG - Liquid Petroleum Gas, głowne składniki: propan butan

Gaz ziemny (NG)natural gas- litosfera, organiczny, palne składniki: metan i jego homologie C₃-C₇, niepalne: azot, CO₂, woda

Metan kopalniany - gaz kopalniany uzyskiwany w procesie odmetanowania złoża węglowego
Hydraty (wodziany) - krystaliczne złożone kompleksy molekuł powstałe w wyniku fizycznej kombinacji wody i gazów (CH₄*6H₂O, C₂H₆*7H₂O)

Gaz miejski - (wytlewny lub świetlny) otrzymuje się w warunkach nisko- i średniotemperaturowego wytlewania węgla, wart.opał: 17,5MJ/m³

Gaz koksowniczy - otrzymuje się metodą wysokotemperaturowego odgazowania węgla, skład i właściwości zbliżone do gazu miejskiego

Wodór - otrzymuje się z metanu w procesie reformingu(oddziaływanie na gaz ziemny parą wodną w obecności katalizatora niklowego), proekologiczny charakter, duża wart.opał, nadaje się do ogniw paliwowych

Liczba oktanowa LO - miara odporności paliwa na spalania stukowe

Paliwo wzorcowe - mieszanina izooktanu i n-heptanu

W Polsce - roczne zużycie gazu 13,5 mld m³ (2007r)

Paliwa ciekłe - naturalne(ropa naftowa i jej pochodne, oleje łupkowe, smoła łupkowa), sztuczne(alkohole, paliwa z upłynniania węgla, oleje roślinne)

Ropa naftowa skład - frakcyjny, chemiczny, elementarny

Produkty naftowe - gaz płynny, paliwa silnikowe, oleje opałowe, stałe węglowodory naftowe, asfalty drogowe i przemysłowe, surowce węglow do syntez org

Procesy przeróbki ropy naftowej - destylacja, kraking katalityczny, reforming katalityczny, hydrokraking, piroliza, hydrorafinacja

Oleje opałowe - to pozostałości po destylacji ropy naftowej, dzielimy : lekkie i ciężkie

Mazut - C3, pozostałość po atmosferycznej destylacji ropy naftowej, w.opal 40MJ/kg, lepk110cSt

Gudron - C3, pozostałość po próżniowej destylacji ropy naftowej

Oleje ciężkie podgrzewanie - rozpylanie i transport 65-90°C

Lepkość jednostka - podst: m²/s, pochodna: cSt mm²/s

Oleje opałowe otrzymuje się z - surowej smoły koksowniczej, gazowniczej, generatorowej, wytlewnej z węgla kamiennego

Smoła koksownicza - powstaje w procesie koksowania węgla w bateriach koks. w temp do 1000°C, uzyskuje się ją przez oczyszczenie gazu koksowniczego

Olej opałowy - uzyskuje się jako jedną z frakcji destylacji smoły, tworzą go głownie węglowodory aromatyczne

Metanol - można produkować na skalę przemysłową z takich surowców jak (gaz ziemny, węgiel, drewno, odpady) 19MJ/kg

Etanol - wytwarzany z biomasy przez fermentacje i destylacje ,27MJ/kg

Oleje roślinne - rzepakowy słonecznikowy palmowy sojowy (estry kwasów tłuszczowych)

EMKT - estry metylowe kwasów tłuszczowych

Liczba cetanowa LC - jest miarą zdolności paliwa do tłokowych silników z zapłonem samoczynnym do samozapłonu.

Zasoby ropy: świat 370mldMG, rezerwy 137mldMG, POLSKA: zasoby 12mlnMG, wydobycie: 728tysMG

Węgiel - organiczny, składa się z: subst.organicznej(palnej), substancji mineralnej, wilgoci

Substancja organiczna - materia powstała w czasie wzrostu organizmów żywych, a następnie obumarła uległa przemianom, C,H,N,O,S,P, po podgrzaniu powyżej 600°C rozkłada się na: pozostałość koksownicza i części lotne

Klasyfikacja węgli: zróżnicowanie palenisk kotłowych, wymagania różnych technologii, handel

Analiza węgla: elementarna: udział pierw CHNOSP, techniczna: udziały: wilgoci, popiołu i części lotnych oraz cspalania i w.opał

W.kamienny - 3MJ/kg

W.brunatny - 21MJ/kg

Słoma - 14-15MJ/kg

Drewno - 14,5MJ/kg

Ropa - 47

Gaz ziemny - 48

Biomasa- roślinna, zwierzęca, odpady

Fotosynteza (biomasa roslinna) - 6CO₂+6H₂O+światło=>C₆H₁₂O₆+6CO₂

Olej rzepakowy - 38MJ/kg

Węglowodany - CxHyOz - tworzą biomasę

Słoma - składnik głowny: celuloza pozostałe:hemiceluloza i lignina, zalety: znaczna wartość opałowa, mała zawartość siarki, wady: znaczny udział chloru i potasu, mała gęstość, rozproszenie i zawilgocenie.

Drewno - holoceluloza i lignina, mały udział popiołu i praktyczny brak siarki

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

Katalizator - związek chemiczny lub enzym, oddziaływujący na szybkość reakcji chemicznej wskutek obniżenia jej energii aktywacji, czyli energii niezbędnej do zapoczątkowania reakcji chemicznej.

Katalizator jest reagentem, jego ilość przed i po reakcji chemicznej nie ulega zmianie.

Zastosowanie katalizatorów w technice spalania:

• usuwanie No_x i SO₂ ze spalin (motoryzacja)

• dopalanie CO i CH w spalinach

• spalanie niskokalorycznych gazów odpadowych i utlenianie odorów (przemysł przetwórczy, chemiczny, lakiernictwo)

• niskotemperaturowe spalanie

• selektywna katalityczna redukcja No_x amoniakiem

Katalityczne spalanie jako alternatywa dla spalania płomieniowego:

Zalety:

• spalanie z dużym nadmiarem powietrza

• spalanie w niskiej temperaturze

• niska emisja No_x

Wady:

• mała wytrzymałość termiczna katalizatorów

• mała wytrzymałość mechaniczna katalizatorów

• spalanie katalityczne w temp. Do 800C

Rodzaje katalizy:

• hemogeniczna - zachodząca w fazie gazowej

• heterogeniczna - zachodząca na granicy fazy gazowej i stałej

W procesach spalania i w ochronie środowiska stosuje się katalizę heterogeniczną.

Typy katalizatorów i reakcji katalizowanych:

• utlenianie

- metale: platyna, pallad, rod

- tlenki: Ag2O, Fe2O3, CuO, V2O5, Cr2O3, TiO2, MnO2

• redukcja

- metale: platynowce, złoto, iryd, chrom

- tlenki: Cr2O3

• Uwodornienie i odwodornienie

-metale: platynowce, kobalt, nikiel, miedź, cynk

Zeolity - katalizatory będące minerałami krystalicznymi na bazie tlenków o dużej porowatości. W katalizie stosuje się zeolity naturalne (chabazyt, erionit, gmelinit, mordenit, fojazyt) i sztuczne.

Dezaktywacja - zmniejszenie aktywności katalizatora na skutek dziełania różnych substancji chemicznych, które na drodze adsorpcji wchodzą w trwałe połączenia z katalizatorem eliminując centra aktywne.

Związki dezaktywujące: związki siarki (H2S, CS2, triofen), HCN, CO, chlorowce (J2,Cl2,Br2), rtęć i jej sole, związki fosforu, arsenu i ołowiu.

Typy nośników:

• Ceramiczne (glinkowe, tytanowe) granulaty i monolity

• Metaliczne

W katalizatorach samochodowych do kontroli udziału tlenu w spalinach zapewnia układ automatycznego zasilania powietrzem z zastosowaniem sondy lambda.

Selektywna niekatalityczna redukcja NO_x SNCR - czynnikiem redukującym mogą być amoniak lub mocznik.

Selektywna niekatalityczna redukcja NO SCR - substancją czynną katalizatora może być platyna, pallad, tlenki tytanu, wolframu, wanadu; natomiast nośnik to ceramiczny monolit w formie „plastra miodu”

Zastosowanie w :

• Turbinach gazowych

• Silnikach tłokowych

• Kotłach energetycznych

Roczna produkcja NO_x w świecie: 5510⁶ MgN/rok

Wpływ NO_x na środowisko naturalne:

• Kwaśne deszcze

• Dziura ozonowa

• Korozja metali

Powstające podczas spalania tlenki azotu:

• N₂O - tlenek diaazotu (podtlenek azotu)

• NO - tlenek azotu

• NO₂ - ditlenek azotu (dwutlenek azotu)

NO_x - suma udziałów spalinach NO i NO₂ przeliczone na NO₂

Jednostka udziałów NO_x:

• mg/m3 (w energetyce węglowej)

• ppm (emisja)

• g/m3 (imisja)

• g/GJ

Dominujące mechanizmy powstawania NO_x podczas spalania:

• termiczny

• szybki

• paliwowy

Udział azotu w:

• gazie ziemnym - brak

• ropie naftowej - od 0,01 do 0,3% (pirydyny, indole, chinoliny, tetrahydrochinoliny, karbazole i pirole)

Związki azotu są względnie stabilne w podwyższonej temp, dlategow czasie destylacji ropy naft. Kumulują się w ciężkich frakcjach, np. w asfaltach (udział sięga 1,5%)

Związany w węglu azot pochodzi z organicznej materii węglotwórczej, a jego źródłem są wchodzące w skład roślin i bakterii białka, aminokwasy, alkaloidy i chlorofil.

Węgiel kamienny: od 0,6 do 2,8% N (85%C)

Antracyt: <1% N

Węgiel kamienny: od 0,6 do 2% N

Przemiany azotu paliwowego podczas odgazowania węgla:

Warunki powstawania NO₂ w płomieniach:

• NO₂ jest produktem wtórnym, a w procesach spalania powstaje przez utlenianie NO.

• NO₂ powstaje w chłodniejszych strefach płomienia, w zakresie temp: T<800C.

• NO₂ ulega rozkładowi w zakresie wyższych temp: T>1200C.

Warunki powstawania N₂O w płomieniach podczas spalania:

• W wyniku utleniania rodników aminowych

• W ubogich strefach płomieni gazowych

• Podczas spalania węgla (w złożu fluidalnym T = 850C)

Co to NH ? rodnik aminowy

Skąd NH ? z rozkładu amoniaku

Znaczenie N₂O:

• Jest znany pod nazwą „gaz rozweselający”

• Przyczynia się do niszczenia warstwy ozonowej

• Powstaje głównie w wyniku spalania węgla w złożu fluidalnym (do 50ppm)

• Ma pewien udział w zwiększeniu emisji NO (przez reakcje z rodnikami O i OH)

Najważniejsze czynniki wpływające na emisję NO_x:

• Udział N_F w paliwie

• Temp. Spalania

• Nadmiar powietrza

• Czas przebywania w płomieniu

Płomienie olejowe  decyduje udzial azotu paliwowego

Płomienie gazowe  nie ma azotu paliwowego

Metody pierwotne ograniczenia emisji NO_x (modyfikacja procesu spalania):

• Obniżnianie temp (dodatek wody lub pary do płomienia lub paliwa)

• Ograniczenie nadmiaru powietrza

• Recyrkulacja spalin

• Stopniowanie powietrza

• Stopniowanie paliwa (reburning - wykorzystuje redukujące właściwości rodników węglowodorowych)

Metody wtórne ograniczenia emisji NO_x (działanie na spaliny czynnikami powodującymi zamiane w inne związki):

• Katalizatory

• Reduktory niekatalityczne

• Adsorbery

Limit emisji NO_x w:

• UE:

• Polsce:

Stopniowanie powietrza w kotłach pyłowych z paleniskiem tangencjalnym:

Reburning w kotle pyłowym:

Współczynnik nadmiaru powietrza:

• W pierwszej strefie spalania - 1,1

• W strefie reburningowej - 0,85- 0,9

• W strefie dopalania - 1,17
  

Paliwa reburningowe:

• Metan(gaz ziemny), inne węglowodory

• Części lotne ze zgazowania biomasy

• Olej lekki, olej ciężki

• Emulsje węglowe

• Pył węgla kamiennego

• Pył węgla brunatnego

Nakłady inwestycyjne na wybrane sposoby igraniczenia emisji NO_x:

Niskoemisyjne palniki pyłowe - zasada działania:

WYBUCH - lub inaczej eksplozja chemiczna jest to gwałtowna reakcja chemiczna połączona z intensywnym wydzielaniem ciepła, zdolna do samopodtrzymującej się propagacji w materiale.

Warunki niezbędne do wystąpienia wybuchu:

1. Gazowego

2. Pyłowego

Inicjacja wybuchu następuje w wyniku zapłonu mieszanki palnej.

Zapłon mieszaniny palnej może mieć charakter:

• Wymuszony

• Samorzutny

Zapłon wymuszony może być spowodowany przez różne postacie energii wyzwalanej w rozmaitych procesach. Warunkiem koniecznym wywołania zapłonu jest osiągnięcie odpowiedniej temp mieszanki przez dostarczenie do niej wystarczającej porcji energii.

Samorzutny charakter inicjacji wybuchu (zapłonu) występuje wówczas, gdy temp palnej mieszanki osiągnie taką wartość, że nestępuje lawinowy rozwój reakcji bez jakichkolwiek bodźców z zewnątrz.

Ta faza wybuchu może mieć charakter cieplny lub łańcuchowy.

Czas indukcji zapłonu - czas po jakim, po zadziałaniu silnego inicjału, następuje zauważalny przyrost ciśnienia wybuchu (dla konwencjonalnych paliw wynosi 20-40 ms)

Szybkość przekazywania ciepła ze zbiornika do otoczenia:

Równowaga termiczna między zbiornikiem, a otoczeniem występuje, kiedy szybkość wydzielania energii q₁ równa się strumieniowi ciepła do otoczenia q₂:

q₁= q₂

Stężeniowe granice wybuchu - minimalne(maksymalne) stężenie paliwa w mieszance, w której może nastąpić wybuch. Wylicza się ze wzoru Le chateliera:

DETONACJA - jest falą spalania indukowaną przez poprzedzającą ją falę uderzeniową.

Mechanizm propagacji fali detonacyjnej polega na adiabatycznym sprężaniu mieszanki palnej przez falę uderzeniową, tak że w przeciągu paru mikrosekund następuje samozapłon i powstaje fala spalania, podążająca za falą uderzeniową.

Klasy wybuchowości pyłów:

Wartości pożarowo-wybuchowe pyłu węgla kamiennego

Zapobieganie wybuchom:

• zapobieganie powstawaniu stężenia wybuchowego

• inertyzacja przez zmniejszanie stężenia tlenu llub dodatek niepalnego pyłu

• eliminacja źródeł zapłonu

Zabezpieczenia przeciwwybuchowe umownie można podzielić na grupy:

• dekompresja

• zbiorniki wytrzymałe na uderzenie ciśnienia

• tłumienie wybuchu

• izolowanie chronionej objętości

Skutki reagowania węgla w składowiskach:

• wietrzenie węgla (utrata reaktywności, częściowa utrata częsci lotnych)

• niskotemperaturowe utlenianie węgla

• samozapalenie węgla (samonagrzewanie węgla, ubywanie części lotnych i wodoru w węglu, po przekroczeniu temperatury samozapalenia (>100C) nastąpi stan żarzeni, który może przejść w pożar)

Ważniejsze czynniki wpływające na samozapłon węgla w składowiskach:

Ryzyko samozapłonu węgla w składowiskach zwiększa:

• udział frakcji rozdrobnionego węgla

• duży udział w węglu: części lotnych, wilgoci, pirytu i egzynitu

• duży rozmiar składowiska

• łatwość dostępu tlenu do wnętrza hałdy

Proces samozapłonu węgla:

Okresy:

• inkubacyjny (od kilku do kilkunastu dni, nieznacznie zwiększona temp)

• samonagrzewania (wzrost temp do 60-80C)

• samozapalanie (mleczny dym, gdy jest dostęp powietrza - pożar)

Temperatura samozapalenia węgla w składowiskach:

Czynnikiem kontrolującym szybkość utleniania węgla jest:

• obecność węgla wewnątrz hałdy

• najważniejszym mechanizmem transportu tlenu, reagentów i ciepła w składowisku węgla jest konwekcja swobodna

• ważną rolę pełni wiatr - w większości przypadków samozapaleń w składowiskach węgla wystąpiły one od strony nawietrznej

Działania podejmowane dla zapobiegania samozapaleniom węgla w składowiskach:

• okresowe opróżnianie składowiska

• zmniejszenie kąta nachylenia hałdy

• użycie sztucznych kurtyn

• pokrycie hałdy warstwą materiału utrudniającego dostęp powietrza

• zagęszczanie złoża

• monitoring procesu samonagrzewania w złożu

Zgazowanie paliw stałych - jest przemianą substancji palnej w paliwo gazowe, która zachodzi w wyniku oddziaływania na paliwo czynnikiem zgazowującym w wysokiej temperaturze, pod atmosferyczym lub zwiększonym ciśnieniem.

Czynniki zgazowujące:

Do jakich paliw można stosować proces zgazowania:

W zgazowaniu większości paliw stałych można wyróżnić dwa stadia:

• odgazowanie paliwa stałego

• zgazowanie pozostałości koksowej

Podział technologii zgazowania w zależności od sposobu pokrywania potrzeb energetycznych procesu:

• autotermiczny w którym reakcje egzotermiczne „pokrywają potrzeby” procesu zgazowania

• allotermiczny w którym energia dostarczona z zewnątrz „pokrywa potrzeby” procesu zgazowania

Aspekty ekologiczne technologii zgazowania paliw:

Rodzaje gazów otrzymywanych w procesie zgazowania węgli

węgiel kamienny:

węgiel brunatny:

Piroliza węgla - jest to jego rozkład termiczny bez dostępu tlenu

Znaczenie:

• etap procesu spalania

• etap procesu zgazowania

• samoistna technologia paliwowa

Etapy i produkty pirolizy węgla kamiennego:

Smoła - ciekłe i póstałe produkty termicznego rozkładu naturalnych substancji organicznych

Produkty otrzymywane ze smoły:

• związki aromatyczne: benzen, toluen, ksyleny, fenol, naftalen, antracen, karbazol

• oleje

• paki

Zgazowanie biomasy - jest uważane za obiecujący sposób jej konwersji w paliwo gazowe mogące znaleźć zastosowanie w:

• turbinach gazowych

• tłokowych silnikach spalinowych

• ogniwach paliwowych

Piroliza biomasy - to niekompletny rozkład termiczny, którego produktami są:

• koks

• kondensujące składniki ciekłe

• smoła

• gazy

Wyróżnia się dwie podstawowe grupy reaktorów stosowanych do zgazowania biomasy:

• ze złożem stałym

• ze złożem fluidalnym

---