1. Wstęp.

Spalanie paliwa ciekłego oparte jest na zjawisku jego rozpylenia i spalania jego kropel. Jest to najlepsza metoda ze względu na to, że rozdrobnienie na pojedyncze krople zapewnia dużą intensywność parowania cieczy. Bardzo istotny jest więc mechanizm spalania pojedynczej kropli. W procesie tym można wyróżnić dwie fazy: odparowanie i spalenie kropli. Na szybkość spalania paliw ciekłych mają wpływ następujące czynniki:

• szybkość parowania cieczy

• mieszanie pary z utleniaczami

• kinetyka chemiczna reagowania paliwa z tlenem

Szybkość parowania zależy od strumienia ciepła dostarczonego do paliwa.

Spalanie kropel oleju ciężkiego jest bardziej złożone niż spalanie oleju lekkiego przede wszystkim przez rozmiar kropel obu olejów. Krople oleju ciężkiego są dużo większych rozmiarów niż w przypadku oleju lekkiego. W związku z tym nagrzewanie jest bardziej nierównomierne oraz następuje termiczny rozkład paliwa. Spalanie kropel paliwa ciężkiego można podzielić na 4 etapy:

• czas indukcji zapłonu

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

• mikroeksplozja – rozerwanie się powłoki koksowej

• dopalanie cząstek koksu olejowego

Kraking jest przemysłowym procesem rozkładu ciężkich frakcji ropy naftowej i węgla lub smoły węglowej. Celem tego procesu jest produkcja paliw ciekłych.

Mikroeksplozja powoduje dodatkowe rozdrobnienie powłoki koksowej, co umożliwia łatwiejsze jej spalenie.

1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się z zasadami działania palnika olejowego, zaznajomienie się ze zjawiskiem spalania paliwa płynnego oraz pomiary temperatury i zanieczyszczeń podczas spalania paliwa płynnego.

1. Schemat stanowiska pomiarowego.

2. Tabela pomiarowa.

L.p.	Temperatura	Skład spalin	Ilość sadzy
	Tp	Ts	O2
	C	C	%
1	1123	455	0,46
2	1155	469	0,5
3	1154	473	0,57
4	1230	475	0,70
5	1223	469	0,80
6	1229	479	0,81
7	1224	467	0,93
8	1224	475	1,93
9	1222	471	2,07
10	1219	468	2,30
11	1198	466	2,93
12	1143	464	3,71
13	1124	457	3,95
14	1117	442	4,30

1. Przykładowe obliczenia.

Obliczenia wykonane są dla pomiaru nr 7.

• współczynnik nadmiaru powietrza λ:

$$\lambda = \frac{21\%}{21\% - O_{2}} = \frac{21\%}{21\% - 0,93\%} = 1,0463\ \% \approx 1\ \%$$

gdzie: 21% - zawartość tlenu w powietrzu

O₂ - zmierzona zawartość tlenu w spalinach

• poziom zanieczyszczeń odniesiony do stałej zawartości tlenu 3%:

$$\text{CO}_{\text{rzecz}}^{3\%} = \text{CO}_{\text{zm}} \frac{21\% - 3\%}{21\% - O_{2}} = 92 \frac{18\%}{21\% - 0,93\%} \approx 81\text{\ ppm}$$

$$\text{NO}_{\text{rzecz}}^{3\%} = \text{NO}_{\text{zm}} \frac{21\% - 3\%}{21\% - O_{2}} = 63 \frac{18\%}{21\% - 0,93\%} \approx 57\text{\ ppm}$$

gdzie: CO_zm,  NO_zm - wartości zmierzone

O₂ - zmierzona zawartość tlenu w spalinach

CO_rzecz^3%, NO_rzecz^3% - przeliczone zawartości związków w spalinach

21% - zawartość tlenu w powietrzu

3% - referencyjna zawartość tlenu w spalinach

1. Wyniki obliczeń.

L.p.	Współczynnik nadmiaru powietrza	Rzeczywista zawartość CO w spalinach	Rzeczywista zawartość NO w spalinach
	λ,  %	COrzecz^3%,  ppm	NOrzecz^3%,  ppm
1	1,0224	7027	9
2	1,0244	4752	13
3	1,0279	1146	40
4	1,0345	228	52
5	1,0396	99	58
6	1,0401	89	59
7	1,0463	81	57
8	1,1012	13	75
9	1,1094	13	75
10	1,123	17	76
11	1,1621	9	80
12	1,2146	11	82
13	1,2317	7	82
14	1,2575	16	80

1. Wykresy.

• wykres zależności temperatur spalin i płomienia od wartości współczynnika λ:

• wykres zależności zawartości związków CO i NO w spalinach od wartości współczynnika nadmiaru powietrza λ:

• Wykres zależności stopnia zaczernienia spalin w zależności od współczynnika nadmiaru powietrza.

1. Wnioski.

Po przeprowadzeniu pomiarów oraz dokonaniu obliczeń otrzymano pożądane wyniki. Można zauważyć, że przy niższych wartościach współczynnika nadmiaru powietrza stopień zaczernienia spalin oraz zawartość tlenków węgla są wyższe. Dzieje się tak, ponieważ tlenek węgla oraz sadza wytwarza się w procesie spalania niecałkowitego a współczynnik nadmiaru powietrza λ informuje o zawartości dwutlenku węgla, który jest niezbędny do spalenia całkowitego bez zanieczyszczeń. Wynika stąd wniosek, że im mniejsza zawartość tlenu tym więcej zanieczyszczeń. W przypadku tlenków azotu (NO) ich zawartość wzrastała wraz z rosnącą wartością współczynnika λ. Tlenek azotu poprzez przebywanie w wysokiej temperaturze oraz dostarczanie tlenu z niską zawartością azotu, rozkłada się na czysty tlen i azot, pobierając energię. Zależność tą opisuje termiczny mechanizm powstawania NO według Zeldowicza. Wszystkie pomiary przeprowadzone zostały zgodnie z wszelkimi normami, więc można przyjąć, że otrzymane wyniki są poprawne. Na dokładność wyników wpływ mogły mieć zaokrąglenia wartości podstawianych do wzorów.