Kierunek: METALURGIA II	Nazwisko i imię: Marek Stanclik Krystian Zyguła	Data zajęć: 13.03.2013
Nr grupy: III	Temat ćwiczenia: Kontrola procesów spalania	Ocena:
Prowadzący: Dr inż. Wojciech Jerzak

1. Schemat stanowiska pomiarowego

Rys. 1. Schemat stanowiska pomiarowego:

1 – regulator przepływu, 2 - wentylator, 3 - rotametr, 4 - palnik, 5 - termometr, 6 - wziernik, 7 –piec, 8 – filtr, 9 – odprowadzenie spalin.

2. Sposób poboru spalin do analizy:

Poboru spalin dokonuje się za pomocą sondy, która dostarcza spaliny do analizatora, on z kolei określa ich skład chemiczny.

3. Sposób pomiaru temperatury w piecu

Pomiar temperatur zachodzi przy użyciu termopary. Składa się ona z połączonej ze sobą dwóch metali. Jedno ramie umieszczone jest w miejscu pomiaru, a drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze. Wskutek różnicy temperatur pomiędzy ramionami termopary powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna) proporcjonalna do różnicy tych temperatur.

4. Zasada działania rotametru

Rotametr składa się z pionowej stożkowej rury oraz umieszczonego w niej pływaka. Przepływający przez rurę czynnik powoduje unoszenie się pływaka do położenia, w którym równoważą się działające siły. Stan ten nazywamy punktem równowagi sił.
W rotametrach szklanych oraz plastikowych, wartość natężenia przepływu odczytywana jest poprzez porównanie położenia pływaka ze skalą umieszczoną na rurze lub obudowie rotametru.

5. Wyniki pomiarów

Wielkość	Pomiar I	Pomiar II	Pomiar III
Tpłomienia [°C]	1105	1095	1073
Totocz [°C]	28	29	29
Tgazu [°C]	990	1016	1011
Vg [m^3/h]	0,6	0,6	0,6
Vc [m^3/h]	6	8	9,4
CO [ppm]	8679	779	551
SO2 [ppm]	5	0	1
O2 [%]	0	3,79	6,87
NO2 [ppm]	0	0	0
NO [ppm]	5	62	49
CxHy [%]	0,38	0,06	0,05
H2S [ppm]	59	2	1
CO2 [%]	14,4	12,3	9,83
NOx [ppm]	5	62	49
Sprawność [%]	65,1	59,7	52,2
Strat. spalania [%]	34,9	40,3	47,8

Skład	Zawartość [%]
CH4	94
C2H6	1
H20	1
N2	1
CO2	3

6. Obliczenia

Spalanie

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

C₂H₆ + 3,5O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

a) Tlen teoretyczny dla danego składu chemicznego gazu

O_t = 2CH₄ + 3, 5 C₂H₆

O_t =2• % zawartości CH₄ + 3,5 % zawartości C₂H₆

$$O_{t} = 2 \bullet 0,94 + 3,5 \bullet 0,01 = 1,915\ \frac{m^{3}O_{2}}{m^{3}\text{pal.}}$$

b) Powietrze teoretyczne

$$V_{0} = \frac{100}{21} \bullet O_{t}\ \frac{m^{3}\text{powietrza}}{m^{3}\text{gazu}}$$

$$V_{0} = \frac{100}{21} \bullet 1,915 = 9,119\ \frac{m^{3}\text{powietrza}}{m^{3}\text{gazu}}$$

c) Stosunek nadmiaru powietrza dla pomiarów I, II i III:

Pomiar I

$\lambda_{1} = \frac{V_{c}}{V_{0}V_{g}}$ ₌ $\frac{6}{9,119 \bullet 0,6} = 1,097$

$$\lambda_{2} = \frac{1}{1 - \frac{79}{21}\frac{\left\lbrack O_{2} \right\rbrack - \frac{1}{2}\ \lbrack CO\rbrack}{{\lbrack N}_{2}\rbrack}}$$

[O₂] = 0 %

[CO] = 8679ppm = 0, 8679 %

[NO₂] = 100 −  CO − SO₂ − O₂ − NO₂ − NO − C_xH_y − H₂S − CO₂ − NOx = 79, 35 %

$$\lambda_{2} = \frac{1}{1 - \frac{79}{21}\frac{( - \frac{1}{2}0,8679)}{79,35}} = 0,9798$$

$$\lambda_{3} = \frac{\left\lbrack CO_{2} \right\rbrack\max}{\left\lbrack CO_{2} \right\rbrack}$$

V_ss^t = V_CO2 + V_N2

V_CO2 = CH₄ + 2C₂H₆=

$$0,94 + 2 \bullet 0,01 = 0,96\ \frac{m^{3}\text{CO}_{2}}{m^{3}\text{gazu}}\ $$

V_N2 = N₂ + 0, 79V_o=

$$0,01 + 0,79 \bullet 9,119 = 7,214\ \frac{m^{3}\text{NO}_{2}}{m^{3}\text{gazu}}\ $$

$$V_{\text{ss}}^{t} = 0,96 + 7,214 = 8,174\ \frac{m^{3}\text{SS}}{m^{3}\text{gazu}}\ $$

$$\left\lbrack CO_{2} \right\rbrack max = \frac{0,96}{8,174} = 11,74\ \%\ $$

$$\lambda_{3} = \frac{11,74}{14,4} = 0.8155$$

Pomiar II

$$\lambda_{1} = \frac{8}{9,119 \bullet 0,6} = 1,462$$

[O₂] = 3, 79 %

[CO] = 779ppm = 0, 0779 %

[NO₂] = 100 −  CO − SO₂ − O₂ − NO₂ − NO − C_xH_y − H₂S − CO₂ − NOx = 83, 76 %

$$\lambda_{2} = \frac{1}{1 - \frac{79}{21}\frac{\ (3,79 - \frac{1}{2}0,0779)}{83,76}} = 1,2026$$

$$\lambda_{3} = \frac{11,74}{12,3} = 0,9544$$

Pomiar III

$$\lambda_{1} = \frac{9,4}{9,119 \bullet 0,6} = 1,718$$

[O₂] = 6, 87 %

[CO] = 551ppm = 0, 0551 %

[NO₂] = 100 −  CO − SO₂ − O₂ − NO₂ − NO − C_xH_y − H₂S − CO₂ − NOx = 82, 19 %

$$\lambda_{2} = \frac{1}{1 - \frac{79}{21}\frac{\ (6,87 - \frac{1}{2}0,0551)}{82,19}} = 1,456$$

$$\lambda_{3} = \frac{11,74}{9,83} = 1,1943$$

7. Wnioski

Na podstawie wyników pomiarowych możemy stwierdzić, że znaczy był udział CO. Gdy zwiększa się wartość V_c jednocześnie zmniejsza się udział CO. Rosła też temperatura gazu. Spalanie z udziałem objętości Vc=6 m³/h jest najbardziej wydajne pod kątem temperatury, a także strat spalania.