Spalování. Chemické reaktory a pece.

Prezentace na téma: "Spalování. Chemické reaktory a pece."— Transkript prezentace:

1 Spalování. Chemické reaktory a pece.
TEPELNÁ ZAŘÍZENÍ TZ10 Spalování. Chemické reaktory a pece. Spalovací zařízení. Hořáky, paliva, entalpické bilance. Chemické reaktory a pece Rudolf Žitný, Ústav procesní a zpracovatelské techniky ČVUT FS 2010

2 TEPELNÁ ZAŘÍZENÍ Spalovací zařízení, kotle a hořáky. TZ10 Baldun
Základním kriteriem typu je velikost spalovaných částic Velké kusové (roštová ohniště) Malé a středně velké čístice (fluidní spalování) Malé a jemně mleté částice (konvektivní hořáky) Kapalná paliva (rozprašovače kapek) Plynná paliva Baldun

3 Spalovací zařízení-roštová ohniště
TZ10 bio-paliva, spalovny Energy, Volume 30, Issue 8, June 2005, Pages Pohyblivý horizontální rošt se šnekovým podavačem pro spalování dřevních štěpků s maximálním tepelným výkonem 240 kW. Dvou tahový výměník pro ohřev vody. Cílem analýzy je optimalizace přívodu primárního a sekundárního vzduchu s cílem dosažení minima emisí Nox.

4 Spalovací zařízení-roštová ohniště
TZ10 CFD analýza roštového ohniště (rozložení teplot a složení spalin) Sekundární vzduch T Stoker fired boiler

5 Spalovací zařízení-cigaretová ohniště
TZ10 Koncept „cigaretového hořáku“ byl vyvinut v Dánsku a je určen především pro spalování balíků slámy. Balíky slámy jsou vytlačovány hydraulicky pístem, v přívodním tunelu se předehřívají a uvolňují hořlaviny, konec balíku hoří jako cigareta. Součástí ohniště je i posuvný, vodou chlazený rošt, kde dohořívá char. Z jakýchsi důvodů je třeba držet teploty nízko (9000C), snad pro nízkou tavicí teplotu popele. The boiler concept for combustion of large soya straw bales. R. Mladenovic et al./Energy34(2009)715–723

6 Spalovací zařízení-fluidní kotel
TZ10 Wikipedia:Fluidized bed combustion (FBC) is a combustion technology used in power plants. Fluidized beds suspend solid fuels on upward-blowing jets of air during the combustion process. The result is a turbulent mixing of gas and solids. The tumbling action, much like a bubbling fluid, provides more effective chemical reactions and heat transfer. FBC plants are more flexible than conventional plants in that they can be fired on coal and biomass, among other fuels. Combustion systems for solid fuels FBC reduces the amount of sulfur emitted in the form of SOx emissions. Limestone is used to precipitate out sulfate during combustion, which also allows more efficient heat transfer from the boiler to the apparatus used to capture the heat energy (usually water tubes). The heated precipitate coming in direct contact with the tubes(heating by conduction) increases the efficiency. Since this allows coal plants to burn at cooler temperatures, less NOx is also emitted. However, burning at low temperatures also causes increased polycyclic aromatic hydrocarbon emissions. FBC boilers can burn fuels other than coal, and the lower temperatures of combustion (800 °C / 1500 °F ) have other added benefits as well.

7 Spalovací zařízení-fluidní kotel
TZ10 Typy fluidních loží

8 Spalovací zařízení-fluidní kotel
TZ10 Příklad optimalizovaného fluidního lože FLUIDised bed BAT 3T (optim. Temp, high Time, high Turbulence)

9 Spalovací zařízení-rotační pece
TZ10 Rotační pec s plynovým hořákem

10 Spalovací zařízení-rotační pece
TZ10 CFD simulace (Fluent)

11 Spalovací zařízení-práškové palivo
TZ10

12 Spalovací zařízení-práškové palivo
TZ10 Spalování kůry

13 Spalovací zařízení-práškové palivo
TZ10

14 Spalovací zařízení-kapalná paliva
TZ10

15 Spalovací zařízení-plynové hořáky
TZ10

16 Spalovací zařízení-plynové hořáky
TZ10

17 CFD modely Vít Kermes, Petr Belohradský, Jaroslav Oral, Petr Stehlík: Testing of gas and liquid fuel burners for power and process industries Energy, Volume 33, Issue 10, October 2008, Pages Lempicka

18 Spalovací zařízení-CFD
TZ10

19 Spalovací zařízení-CFD
TZ10

20 Spalovací zařízení-CFD
TZ10 Zeldovič Nox – termální NOx

21 Spalovací zařízení-CFD
TZ10

22 CFD termoakustické hořáky
Spalovací zařízení-CFD TZ10 CFD termoakustické hořáky Low computational cost CFD analysis of thermoacoustic oscillations Applied Thermal Engineering, Volume 30, Issues 6-7, May 2010, Pages Andrea Toffolo, Massimo Masi, Andrea Lazzaretto Timing of the pressure fluctuation due to the acoustic mode at 36 Hz and of the heat released by the fuel injected through the main radial holes (if the heat is released in the gray zones, the necessary condition stated by Rayleigh criterion is satisfied and thermoacoustic oscillations at this frequency are likely to grow).

23 Spalování Složení paliva a výhřevnost Statika spalování
TZ10 Doporučená literatura: Warnatz J., Maas U., Dibble R.W.: Combustion. Springer Verlag Berlin 1996 Složení paliva a výhřevnost A correlation for calculating HHV from proximate analysis of solid fuels. Fuel, Volume 84, Issue 5, March 2005, Pages Jigisha Parikh, S.A. Channiwala, G.K. Ghosal Statika spalování Kinetika spalování Adiabatic flame temperature from biofuels and fossil fuels and derived effect on NOx emissions. Fuel Processing Technology, Volume 91, Issue 2, February 2010, Pages Pierre-Alexandre Glaude, René Fournet, Roda Bounaceur, Michel Molière

24 Paliva TZ10 Složení, výhřevnost, spotřeba vzduchu apod.

25 Paliva TZ10 qv spalné teplo MJkg-1, množství tepla, které vznikne spálením 1 kg paliva, přičemž všechny produkty spalování jsou ochlazené na výchozí teplotu a všechna voda ze spalin zkondenzuje (a odevzdá tak energii výparného tepla). qn výhřevnost MJkg-1, která je menší právě o energii výparného tepla vodní páry v spalinách (index qn znamená nízkou, a qv vysokou výhřevnost). Prvkový rozbor poskytuje informace o zastoupení uhlíku (C-carbon, relativní atomová hmotnost AC=12,01), kyslíku (O-oxygen, AO=16), vodíku (H-hydrogen, AH=1,008), dusíku (N-nitrogen, AN=14,01), síry (S-sulphur, AS=32,06) a explicitně obsahu volné vody (W-water, MW=18,015 kgkmol-1, obsah vody sa zjisťuje sušením vzorku při teplotě 1050C) a popela (A-ash, minerální složky). Koncentráce vyjadřujeme obvykle hmotnostními podíly C (kg uhlíku na kg paliva), O, … a na jejich základě určujeme spalné teplo a výhřevnost napr. vztahy (qv – Michel 1938 a qn – Gumz 1938, citované v Rédr (1991))

26 Paliva TZ10