Wyklad II

Olej opaloway podobnie jak paliwa silnikowe jest produktem rafinacji ropy naftowej.

Podstawowy (uproszczony) podzial olejow opalowych ze względu na sklad, gęstość oraz wlascwosci poszegolnych produktow to

Lekki sredni i ciekzki,

Pomiedzy olejami z poszczególnych grup istnieje wiele które je roznicuja.

Olej opalowy lekki jest stosowany w kotlowaniach o malej i sredniej wydajności a olej opalowy ciezki i sredni jest wykorzystywany w duzych zakładach.

Srednia wartość opalowa olei opalowych:

-lekki 42,8 Mj\kg

-sredni 42,7 MJ\kg

-ciezki 30,9 MJ\kg

Parapetry istotne dla odbiorcy oleju

-wartosc opalowa

-gestosc

-lepkosc- która decyduje o możliwości wykorzystania bezpośredniego –czy trzeba go podgrzewac przed wprowadzeniem do palnika

-temperatura zaplony

-temperatura płynięcia-jest to parametr decydujący o odporności oleju na niskie temperatury

-zawartosc siarki-ochrona srodowska

SPALANIE PALIW

Rodzaje wegla:

Wartość opalowa zalezy od rejonu wydobycia o18 400 kJ\kg

Wilgotność wszystkich maja ok. 20%

Pod względem fizykochemicznycm proces spalanie nie jest procesem jednorodnym, można wyroznic w nim trzy fazy:

-Szuszenie-ponieważ wegiel może zawierac duzo wody

-odgazowanie

-spalanie wytworzonego koksu

Te fazy roznie sa rozłożone w czasie. NA początku ziarna wegla się nagrzewaja, źródłem ciepla jest wprowadzane powietrze i inne czaski już palącego się wegla. Wzrost temp ziaren weglowych powoduje odparowanie wilgoci. Proces suszenia konczy się po przekroczeniu przez wegiel temperatury 100 stopni.

Podczas suszenia zachodzi szybkie rozpadanie się ziaren wegla. SZuszenie jest procesem pochaniajacym ciepla, a tym samym obniżającym temperature w palenisku.

Żeby ogrzac kilogram wody należy zainwestowac 419 kJ ale żeby odparowac należy dostarczyc 2500 kJ

Po odparowaniu nastepuje wzrost temperatury i oddzielenie czesci lotnej-odgazowanie. Nastepnie nastepuje spalanie tych wydzielonych czesci. Wytwarzaja się węglowodory, dwutlenek wegle, tlenek wegla, wodor. Najszybciej spala się wodor, wolniej tlenek wegla. Ciezkie węglowodory ulegaja rozkładowi i dopero produkty rozkładu biora udzial w reakcji spalania. Po odgazowaniu pozostaje koks-masa porowata przypominajaca wegiel, ale ma inna gęstość i jest to praktycznie biorac czysty wegiel. To co nam przeszkadza w spalaniu to jest to substancja mineralna która od początku w weglu była. Szybkosc spalania koksu jest znacznie mniejsza niż szybkość spalania substancji lotnych.

Faza spalania koksu- decyduje o czasie potrzebnym do spalenia, a tym samym pozostawania wegla na palenisku.

Ze wzlgedu na chemiczna budowe ziwakuw wyst. W weglu można podzelic je na trzy grypu

-substancje organiczna

-sub nieorganiczna

-wode

Ze względu na sposób zachowania się w procesie spalanie przyjęło się umownie Dzielic substancje tworzące wegiel :

-substancje palna

-balas

Do balastu zalicza się wilgosc i czesci mineralne z których powstaje wodor

Za palne pierwiastki uwaza się wegiel, wodor i siarke

Spalanie to proces utleniania substancji, polaczony z wydzieleniem ciepla i emisji fali elektromagnetycznych z zakresu widzialnego.

Spalanie zupełne to spalanie, którego produktem jest najtrwalszy z możliwych do uzyskania w danej reakcji związek chemiczny

Przebieg spalania ujmuje równania:

C + O2 > Co2 + 33 900 kJ\kg wegla pierwiastwoego

H2+ ½ O2 > H2O + 144 100 kJ/kg wodoru

S+ O2 > SO@ + 10 500 kJ/kg siarki

Spalanie niezupełne zachodzi w sytuacji gdy substancja nie może z jakis powodow utlenic się do konca.

C + ½ O2 > CO + 10 200 kJ/kg

Taki przebieg procesu spalania jest bardzo nieekonomiczny traci się 70% energii:

(33900-10200)\33900*100= 70%

O tym czy będzie to spalanie zupełne czy niezupełne decyduje współczynnik nadmiaru powietrza:

To sugeruje ze powinniśmy dostarczac wiecej powietrza, w nadmiarze.

Warunkiem dobrego spalania jest dostarczenie wyskiej temperatury w palenisku oraz doprowadzenie odpowiedniej ilości tlenu (powietrza)

Zapisujac reakcje spalania wagowo można okreslic teoretyczne zapotrzebowanie tlenu:

12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2

2 kg H + 16 kg O2 = 18 kg H2O

32 S + 32 kg O2 = 64 kg SO2

W momencie jeśli kotlownia przechodzi modernizacje technolog powinnien wiedziec ile należy dostarczyc powietrza na podstawie znajomości skadu paliwa:

Skad gdy skald paliwa okeslony jest przez udzialy masowe poszczególnych składników palnych, to teoretyczna masa tlenu wyosi:

Otm=8\3 C + 8 H + S kg tlenu\ kg paliwa

Gdzie C,H,S- udzialy masowe poszczególnych składników w paliwie.

Ale należy tez uwzględnić tlen:

Otm= 8\3 C+ *H + S – O kg tlenu\ kg paliwa

Objętościowe zapotrzebowanie tlenu wynosi:

Otv= 22,4/32*(8/3C+ 8H+S-O) m3 tlenu/kg paliwa

Ale tlen jest rozpuszczony w powietrzu wiec to tez uwzględniamy:

21% tlen jest objętościowo a 23% jest wagwo.

Ltm=100/23*(8/3C+8H+S-O) kg powietrza /kg paliwa

Ltv=100/21*(8/3C+8H+S-O) m3 powietrza/kg paliwa

Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza byloby wystarczajace do uzyskania zupełnego spalania wowczas, gdyby Moza było zapewnic każdej czasteczce palnej kontakt z czasteczka tlenu.

W praktyce nie jest to możliwe.

Stad tez rzeczywiste zapotrzebowanie powietrza jest zawsze wieksze.

Należy podkreślić ze zbyt duzy nadmiar powietrza jest również nieekonomiczny. Przy niedoborze powietrza (tlenu) występują straty w postaci niezupelnego spalani. Przy nadmiarze powietrza traci się energie na zbędne ogrzewanie mas powietrza które przepływa przez palenisko.

Wielkosc nadmiaru powietrza potrzebna jest do prawidłowego procesu spalania jest okreslana przez współczynnik namiaru powietrze lambda:

Lambda=Lrz/Lt

Ltz- strumien powietrza rzeczwisty doprowadzany

Lt- strumien powietrza teoretyczny

Przy spalania z nadmiarem powietrza, w spalani obok dwutlenku wegla wystepuje tle, procentowy udzial dwutlenku wegla w spalinach. Znajac zawartość dwutlenku wegla w spalinach, można okreslic współczynnik nadmiaru powietrza:

Lambda= (CO2)max/CO2

Gdzie ten = (CO2)max – najwieksza zawrtosc dwutlenku wegla w spalinach, możliwa do uzyskania z danego paliwa w %

CO2- rzeczywista zawartość dwutlenku wegla

Paliwa gazowe> palikowe> spolczynnika nadmiaru powietrza lambda :1,1 – 1,2

Oleje opalowe > palnikowe >1.1 -1.3

Wpolczynnik jest różny dla roznych rodzajow paliwa jak i roznych rodzajow palenisk.

Żeby prawidłowo spalac należy tez pamiętać o odprowadzaniu spalin. Za odprowadzenie powietrza i odprowadzenie spalin odpowiada komin. Przeznaczeniem komina jest usuniecie na zwenatrz gazow spalinowych i wytworzenie odpowiedniej sily ciagu niezbędnej do doprowadzenie właściwej ilości powietrza.

Wymagana sila ciagu kominkowego uzalezniona jest od oporow hydraulicznych, jakie stawia ruszt, warstwa paliwa i urzadzenia odpylające. Sila ciagu jest rozna dla roznych konstrukcji kotlow parowych i palenisk, roznych sortymentow wegla i sposobow spalania. Przykladowo dla kotlow OKR stosowanych w przemyle spozywczym wymagana sila ciagu to około 400 Pa (około 40 mm slupa wody).

Sila ciagu wytwarzana jest w kominie na skutek roznicy gęstości powietrza zewnetrzengo i gestosci gazow spalinowych. Gestosci te zaleza w duzej mierze od temperatury. Wytworzona sila ciagu jest spowodowana roznica cisniene dwoch slupow gazow o wysookosci rownej wysokości komina, slupa powietrza zawentrzenego i slupa gazow spalinowych znajdujacych się w kominie

Delta p=(ro p - ro g)* g*h wyraozna w [Pa]

Ro p- gęstość powietrza [kg/m3]

Ro g- gęstość gazow spalinowych [kg/m3]

g-przyspieszenie ziemskie [m/s2]

h-wysokosc komina [m]

Sila ciagu jest proporcjonalna do wysokosci komina (stad wysokie kominy zaewniaja pokonanie duzych oporow przeplywu) Sila ciagu jest wieksza przy niższej temperaturze na zewnatrz komina i wyższej temperatury spalin .

W elektrowniach wysokie kominy nie tylko zapeniaja tylko pokonanie oporow ale tez rozproszenie spalin. Koncowka komina jest zakonczona zwężeniem-dysza co pozwala wyrzucic spaliny na wyzsza wysokość.

Często oprocz ciagu naturalnego stosuje się urzadzenia do wymuszonego ruchu powietrza.

Urzadzenie do sztucznego ciagu stosuje się gdy:

-ciag kominowy wymagany prze kocioł i urządzenia pomocnicze np. urządzenie odpylające jest bardzo duzy nie można wybudować wysokiego komina lub ten komin jest drogi

-nie można wybudować wysokiego komina ze względów urbanistyczny np. na osi lotnika itp.

Zapotrzebowanie powietrza w czasie spalanie jest zmienne i zalecz od fazy spalania. Największe zapotrzebowanie powietrza występuje w czasie odgazowania po czy wyraźnie maleje.

W paleniskach z rusztem mechanicznym, największe zapotrzebowanie powietrza wystepuje w odlelosci około 1/3 liczac od początku rusztu. W paleniskach z rusztem mechanicznym stosowany jest podmuch strefowy. I tutaj mamy zapewniony nadmiar powietrza w fazie odgazowania co zwieksza maksymalnie wydajność kotla.

Kontrola procesu spalania powinna obejmowac kilka parametrow, szczgolnie:

-sklad spalina

-temperature spalin- czy urzadzenie jest w najezytym stanie technicznym bo jeśli jest zanieczyszone to kociol nie pracuje prawodlowo

Do kontroli procesu spalania wykorzystuje się analize spalina i specjalne wykresy. Jednym z nich jest wykres Ostwalda. W spalinach oznacza się zawartości dwutlenku wegla i tlenu.

Na osi x jest zawartość tlenu, na y dwutlenek wegla. Graniczna wartością na osi odciętych jest zawartość tlenu w czystym powietrzu – około 21 %

Maksymalna wartość na osi y zalezy od rodzaju paliwa.

Na uogólnionym wykresie Ostwalda naniesione sa dodatkowo wartości fi wyrażające odwrotność wpolczynnika nadmiaru powietrza 1/lambda co pozwala okreslic co zrobic aby proces przebiegal prawidłowo.

KOTLY PAROWE I WSZYSTKO CO Z NIMI ZWIAZANE

Praktycznie każdy zakład przemyslu spożywczego ma kotlownie, w kotrej zaintalawane sa kotlu parowe produkujące pare o cisnieniu wyższym od atmosferycznego, uzytkowana na zewnatrz kotla do celow technologicznych, ogrzewania pomieszczen lub napędów silnikow parowych (pompy cyrkulacyjne np. przy produkcji koncentratu pomidorowego).

W kotle parowym realizowane sa dwa procesy:

- w palenisku energia chemiczna paliwa przeksztalca się w energie cieplna

- przez sciany metalowe powierzchni ogrzewalnych kotla nastepuje przenikanie ciepla od goroacych spalina do wody, pary lub mieszaniny pary z woda.

Najwazniejsze czesci urzadzenia kotlowego to:

-kocial właściwy

- palenisko

-przegrzewacz pary bo pary nie można podgrzac

-podgrzewacz wody

-podgrzewacz powietrza

W sklad typowego urzadzenia kotlowego wchodza tkaze:

-pompy zasilalajace do wody

-urzadzenia do zasilania paliwem

-urzadzenia do wytwarzania ciagu

- urzadzeniae do usuwania stalych produktow spalania

-aparatura kontrolno pomiarowa

-aparatura sterujaca

-krocce i przewody rurwe (parowe, wodne, powietrze)

-kontrukcja nosna bo kociol musi być jakos umieszony

-obumrze (obmurowany)i izolacja

Kociol właściwy- zbiornik ciśnieniowy w którym nastepuje zmiana wody w pare wodna kosztem ciepla wytwarzanaego w palenisku.

Proces podgrzewania wody obywa się w sposób izobaryczny.

Cisnienie powstałej pary jest wyższe od cisnienia atmosferycznego

Przy poborze pary wodnej konieczne jest zasilanie kotla zawracanymi skroplinami uzupełnianymi ewentualnie woda uzdatniona.

Kazde urzadzenie kotlowe charakteryzuje się roznymi parametrami. Najwazniejsze to:

-wydajnosc kotla – strumien produkowany pary kg/h t/h

-moc cieplna, MW- może być przeliczona na wydajność kotla.

-cisnienie pary, MPa

-sprawnosc, %

Kotlu parowa mogą być rozne systematyzowane:

Zaleznie od obiegu wody wyroniamy:

- z obiegniem naturalnym

- z obiegiem wymuszonym

- przepływowe

Plomieniowka to rura o malej średnicy, a plomiennica może pomieścić człowieka w przekroju.

Zaleznie od tego czy spaliny amywaja powierzchnie ogrzewalna parownika po stronie wewnetrzenej czy zewnetrzenej kotly dziela się na:

-plomeinnorurowe (plomienicowe, plminiokowe i mieszne)-spaliny plyna wewnątrz rury

-oplomkowe – spaliny omywaja z zewenatrz rury wypelnione woda, para, mieszanina wody i pary.

Zaleznie od sposobu wymiarny ciepla miedzy spalinami a powierzchnia parownika, kotly dzieli się na:

-kontekcyjne- cieplo jest przejmowane na drodze konwekcji

-opromieniowanych- gdzie cieplo przejmowane jest na drodze promieniowania

-czesciowow odpromieniowana- gdzie wymiana ciepla odbywa się przez promieniowanie jak i konwekcje.

Niezalenize od podanego podzialu istnieja tez inne np. oparte oa cechy konkstrykcyjne powierzchni ogrzewalnych:

Koly seksyjne

-kotlu stromo rurowe

Lub związanych z typem paleniska np. kotlu

-rusztowe

-plomioniowe

Kociol plomienicowy-zbudowany jest z zewnetrzengo plaszcza (walczaka) zamknietego dnami w których jest zamontowana jedna lub dwie Płomieńce –rury o duzej średnicy

Plominica może być wykoana z blachy falistej

W Przedniej czesci plomienicy znajduje się palenisko (palnik)

Spaliny po wyjsciu z plomienicy mogą być wykorzystywane do przegrzewania pary (przeplywjaa przez przegrzewacz pary).

Plomienica jest umieszczona ponizej przecięcia się promieni walczaka. Falistosc blachy przejmuje naprężenie występujące podczas wymiany ciepla.

Kotly plomieniowe zalety:

-duza pojemność wodna, co powoduje ich mala wrażliwość na zmiany obciążenia

-maja prosta budowe co zapewnia dlugi zywot i pewność dzialania

-mogą być zasilane woda o gorszych parametrach tzn, ze stacja uzdatniania wody nie musi być tak rozbudowana

Wady:

-mala wydajności w stosunku do kotlow innego

-dlugi czas rozruchu tzn kilka nawet kilkanaście godzin

-duze zapotrzebowanie miejsca ponieważ z reguly jest ich kilka 2-3

-niska sprawnosc około 50 % a często ponizej

Kociol plomienicowo-lomieniowkowy który oprocz plomienicy znajduja się płomieniówki jest ich zwykle od kilkudziesięciu do kilkuset sztuk, które sa zgrupowana z reguly w dwa ciagi.

Spaliny w tym kolte plynac wewnątrz rur pokonuja droge przypominajaca splaszona litere S. Plyna pominica od przodu do Kotla do tyly, nastepnie promeniowkami do przodu i poniwnie od tylu.

Kotly prmieniocowo-plomiowkowe naleza do najczęściej eksploatowanych kotlow w przemysle spożywczym.

Ich wydajność od kilkaset do kilkunastu tysięcy kg pary na godzine.

Maja wysoka sprawność w granicach 85- 90%

Zaklady przemyslu spożywczego o duzej skali produkcji wykozystuja kotlu parowe opłomkowe nazywane również wodnorurkowymi, opalane miałem weglowym. W tych kotlach powierzchnie ogrzewalna stanowia rury o malej średnicy wypelnione woda, para lub mieszanica pary i wody.

Ruch wody jest wywolany roznica gęstości wody a ta jest wywolana roznica temperatury.

W kotlach opłomkowych odparowanie wody zachodzi w opłomkach, natomiast odzielanie wody od pary w walczaku lub walczakach.

Kotlu opłomkowe charakteryzuja się duza wydajności i wysokim cisnieniem roboczym, maja wysoka sprawność. 5-10 ton pary/h mimo ze opalane sa weglem.

Maja wysokie cisnienie robocze 1,5 – 1,8 MPa

Wśród wielu rozwiązań kotlow opłomkowych w przemysle eksploatowane sa kotlu tzw stromo rurkowe i w tych kotlach cieplo przejmowane sa na drodze opromieniowania oznaczone sybkolem „O” lub gdy cieplo przejmowane jest na drodze promieniowania i konwekcji „OK”.

Przykladem mogą być kotlu OKR-5 który jest kociolem rusztowym gdyz jego wydajność wynisi 5 ton pary na godzine.

W tym kotle występują trzy walczaki polaczone oplomkami. Woda z walczaka głównego opalad do walczaka dolnego i wznosi się oplomkami pionowymi i pochylymi.

Wszystkie wyzej wymienione koly naleza do kotlow z naturalnym obiegiem wody. Koty z wymuszonym obiegiem wody nie sa stosowane w przemysle spożywczym.

Kotly przepływowe pracujące sporadycznie w spożywczym. Nazwa ta pochodzi od tego ze podczas jednego przepływu woda w kotle ulega podgrzaniu i odparowaniu a powstala para wodna ulega osuszeniu i przegrzeniu. W tych kotlach nie ma krazenia wody i seperacji pary, nie ma również walczaka.