Podstawy teoretyczne

Spalanie paliw ciekłych polega na ich rozpyleniu i spalaniu zbioru kropel. Występują dwie fazy: odparowanie, a następnie zapłon i spalanie lotnych związków. Szybkość spalania zależy od:

• parowania cieczy

• mieszania par z utleniaczem

• kinetyki chemicznej reagowania paliwa z tlenem

Spalanie ciężkiego oleju jest bardziej złożone niż oleju lekkiego. Można wyróżnić cztery etapy:

• czas indukcji zapłonu – zakończony zapłonem lekkich frakcji

• spalanie – parowanie, kraking ciężkich frakcji oleju, formowanie się powłoki koksowej

• mikroeksplozja – rozerwanie powłoki koksowej

• dopalanie cząstek koksu olejowego

Paliwa ciekłe spala się w postaci rozpylonej, gdyż rozdrobnienie na krople zapewnia dużą intensywność parowania cieczy. Rozpylanie cieczy polega na pokonaniu napięcia powierzchniowego cieczy przez siły zewnętrzne lub wewnętrzne:

• Energia cieczy: Naprężenia styczne na powierzchni strugi, wywołane różnicą prędkości między cieczą a powietrzem, które destabilizuje strugę, wywołując jej rozkład

  • Rozpylacze strumieniowe

  • Rozpylacze wirowe

  • Rozpylacze strumieniowo-wirowe

• Energia gazu: siły odśrodkowe ruchu wirowego strugi, siły wywołane wzrostem ciśnienia w kropli na skutek parowania w jej wnętrzu

  • Rozpylacze pneumatyczne

• Energia mechaniczna: Zewnętrzne siły mechaniczne

  • Rozpylacze rotacyjne

Schemat układu pomiarowego

Wykaz przyrządów pomiarowych

1. Dwie termopary do pomiaru temperatury płomienia i spalin

2. Analizator spalin

3. Wzornik pomiaru sadzy metodą Bacharacha – zaczernienie filtru papierowego

Tabele pomiarowe

Tabela 1. Tabela pomiarowa i obliczeniowa

Lp.	Tp	Ts	O2	CO	NOx	S	λ	CO^3%	NOx^3%
	°C	°C	%	mg/m^3	mg/m^3	°B		mg/m^3	mg/m^3
1	1189	492	5,81	27	101	0	1,38	31,99	119,68
2	1240	512	4,97	23	115	0	1,31	25,83	129,13
3	1270	520	3,86	21	130	0	1,23	22,05	136,52
4	1290	525	2,75	21	142	0	1,15	20,71	140,05
5	1290	530	1,25	22	135	1	1,06	20,05	123,04
6	1280	530	0,73	35	125	3	1,04	31,08	111,00
7	1270	515	0,2	8800	80	9	1,01	7615,38	69,23

Przykłady obliczeń

$$\lambda = \frac{21}{21 - O_{2}} = \frac{21}{21 - 5,81} = 1,38$$

$$\text{CO}^{3\%} = CO \bullet \frac{21 - 3}{21 - O_{2}} = 27 \bullet \frac{21 - 3}{21 - 5,81} = 31,99\ mg/m^{3}$$

$$\text{NO}_{X}^{3\%} = \text{NO}_{X} \bullet \frac{21 - 3}{21 - O_{2}} = 101 \bullet \frac{21 - 3}{21 - 5,81} = 119,68\ mg/m^{3}$$

Wykresy

Rysunek 2. Wykres zależności zawartości CO (•) i NO_x (_*) w spalinach od współczynnika nadmiaru powietrza

Rysunek 3. Wykres zależności zawartości sadzy w spalinach od współczynnika nadmiaru powietrza

Rysunek 4. Wykres zależności temperatury płomienia (_*) i spalin (•) od współczynnika nadmiaru powietrza

Uwagi i wnioski

Analizując charakterystykę na rysunku 2. można dostrzec, że wraz ze wzrostem ilości tlenu dostarczanego do spalania ilość CO chwilowo spada, a następnie ciągle rośnie. Swoje minimum osiąga przy λ=1,05. Z kolei ilość NOx z początku rośnie, osiągając maksimum przy λ=1,15, a następnie zaczyna spadać. Ilość sadzy mierzona metodą Bacharacha wzrasta wraz ze zmniejszaniem tlenu, co jest zgodne z teorią. Temperatury zarówno płomienia jak i spalin początkowo wzrastają wraz ze wzrostem współczynnika nadmiaru powietrza, a następnie spadają. Temperatura płomienia ma swoje maksimum przy λ=1,05, a spalin przy λ=1,1.