1388457495

13. Podsumowanie

W pracy autor postawił sobie za cel przeprowadzenie badań eksperymentalnych oraz numerycznych, które umożliwiłyby lepsze zrozumienie zjawisk występujących podczas spalania paliw stałych w warstwie nieruchomej przy współprądowym przepływie powietrza i paliwa. W ramach pracy zrealizowano następujące zadania cząstkowe:

•    opracowano koncepcję oraz zbudowano stanowisko eksperymentalne, które pozwala na badanie procesu spalania paliw stałych w warstwie nieruchomej, a w tym wyznaczenie przebiegu temperatur w złożu oraz struktury frontu spalania,

•    przeprowadzono badania eksperymentalne spalania wybranych paliw stałych, ze szczególnym uwzględnieniem węgla,

•    opracowano sposób interpretacji danych eksperymentalnych, pozwalający na określenie szybkości spalania paliwa, oraz krzywej wypalania, decydującej o wartości straty chemicznej w produktach stałych,

•    opracowano model matematyczny spalania paliwa w warstwie nieruchomej, który charakteryzuje się otwartością algorytmu, pozwalającą na łatwe modyfikacje,

•    opracowano efektywny sposób uzyskania rozwiązania równań modelu,

•    zbudowano program komputerowy analizy procesu spalania w złożu nieruchomym, ujmujący równania modelu i sposób ich rozwiązania,

•    przeprowadzono numeryczną analizę wrażliwości prędkości spalania paliwa na podstawowe parametry paliwa i procesu,

•    wskazano możliwości zastosowania uzyskanych wyników, przy czym jedna z tych możliwości została przedstawiona w szczegółowy sposób.

Realizacja powyższych zadań pozwoliła na sformułowanie wniosków o znaczeniu poznawczym oraz aplikacyjnym. W trakcie badań stwierdzono, że współprądowemu spalaniu paliw stałych w warstwie towarzyszy powstanie frontu spalania, który rozprzestrzenia się ze stałą prędkością w kierunku przeciwnym w stosunku do kierunku przepływu powietrza. Front spalania charakteryzuje się wysoką intensywnością zachodzących procesów, czego odzwierciedleniem są wysokie gradienty temperatury oraz stężeń. Jak wykazano w badaniach eksperymentalnych, nie cała substancja palna paliwa ulega spaleniu we froncie spalania, co wymusza konieczność doprowadzenia powietrza do drugiej fazy spalania. W kotłach z paleniskiem retortowym ta druga faza realizowana jest w górnej części paleniska poprzez doprowadzenie powietrza wtórnego. W kotłach z rusztem mechanicznym druga faza realizowana jest w końcowej części rusztu. Występowanie frontu spalania wskazuje, że w przypadku zbyt krótkiego czasu spalania paliwa w kotle z rusztem mechanicznym w dolnej części warstwy paliwa występuje ono w stanie niezmienionym. Zatem do określenia sprawności kotła konieczne jest badanie wartości opałowej stałych pozostałości po spaleniu, a nie jedynie zawartości części palnych.

Na szybkość rozprzestrzeniania się frontu spalania w dominującej mierze ma wpływ proces dyfuzji tlenu między masą gazu a powierzchnią węgla oraz proces transportu ciepła w złożu. Szybkość spalania jest ważnym parametrem, który powinien rzutować na konstrukcję paleniska. Mimo pewnych wielu analogii prędkości spalania paliw stałych i gazowych istnieją też ważne różnice. W przypadku mieszanin gazowych prędkość spalania w danych warunkach jest funkcją jedynie rodzaju paliwa oraz stosunku nadmiaru powietrza. W przypadku paliw stałych na wartość tę wpływ mają ponadto uziarnienie paliwa oraz stopień jego ubicia. Prędkość spalania paliw stałych jest więc pojęciem mniej ogólnym niż prędkość spalania mieszanin gazowych.