1388457446

6. Badania eksperymentalne

Spalanie jest zjawiskiem niezwykle skomplikowanym, łączącym w sobie elementy mechaniki płynów, turbulencji, przepływu ciepła oraz kinetyki chemicznej. W przypadku spalania paliw stałych zagadnienie dodatkowo komplikują procesy wyzwalania i ewolucji części lotnych, reakcji heterogenicznych na powierzchni fazy stałej, dyfuzji w porach paliwa, spiekania ziaren, topnienia popiołu i wiele innych. Z powyższych względów w poznaniu procesów spalania, a szczególnie spalania paliw stałych, dominują metody eksperymentalne. Z drugiej jednak strony uogólnienie wyników badań eksperymentalnych jest znacznie trudniejsze niż wyników obliczeń numerycznych. Chcąc połączyć wady i zalety obu podejść w niniejszej pracy zdecydowano się wykonać zarówno badania eksperymentalne, jak i numeryczne.

Celem badań eksperymentalnych było przede wszystkim rozpoznanie zjawiska oraz zebranie danych do weryfikacji modelu matematycznego, podczas gdy podstawowym celem badań numerycznych była próba uogólnienia osiągniętych rezultatów.

Jak wspomniano na wstępie, spalanie przeciwprądowe paliwa stałego jest techniką niezwykle uciążliwą ekologicznie i dlatego powinno się dążyć do jej eliminacji. Z tego względu autor niniejszej pracy ograniczył się do analizy spalania współprądowego oraz spalania na ruszcie przesuwnym. Obie te techniki są bardzo podobne do siebie. Podobieństwo to najłatwiej można dostrzec analizując rys.6.1, przedstawiający historię porcji paliwa na ruszcie przesuwnym oraz odpowiadające obszary złoża współprądowego. Można przyjąć, że parametry w złożu stałym w kolejnych fazach spalania porcji paliwa na ruszcie odpowiadają parametrom z różnych obszarów złoża współprądowego. Innymi słowy parametry w złożu przedstawione jako funkcja odległości od umownej granicy między zaznaczonym obszarem spalania oraz obszarem pa-

Badania eksperymentalne

obszar spalania

*44

powietrze

AAA MA

TtT    TXT

powietrze

AiA

TTT

paliwo nie objęte spalaniem

Rys.6.1.

Fig.6.1.

Historia spalania porcji paliwa na ruszcie przesuwnym (strona lewa) oraz równoważne obszary spajania w złożu współprądowym (strona prawa)

History of solid fuel on moving grate (left side) and corresponding combustion zones in cocurrent flow jixed bed combustion (right

liwa nie objętego spalaniem są identyczne w obu złożach. Założenie takie jest prawdziwe pod warunkiem małego wpływu strat ciepła na górnej krawędzi złoża przesuwnego. W istocie współczynnik przewodzenia ciepła paliw stałych jest bardzo niski [59], a zatem wpływ warunków panujących na górnej powierzchni złoża na procesy zachodzące w jego wnętrzu może być pominięty.

Podczas spalania na ruszcie przesuwnym, a w mniejszym stopniu także w złożu retortowym, wymiary poprzeczne warstwy paliwa są dość duże, a zatem środkowy obszar paliwa, dzięki małemu współczynnikowi przewodzenia ciepła warstwy, spala się w warunkach izolacji cieplnej. Jest to bardzo istotne spostrzeżenie z punktu widzenia koncepcji stanowiska badawczego. Zgodnie z tym spostrzeżeniem spalanie powinno odbywać się w warunkach

zaizolowania bocznych powierzchni złoża.

W warunkach rzeczywistych spalania na ruszcie przesuwnym kolejne porcje paliwa nie są od siebie odizolowane, a w konsekwencji ciepło może przepły-