TEPELN Á ZAŘÍZENÍ

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

Spalovací zařízení, kotle a hořáky. 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

TEPELNÁ ZAŘÍZENÍ TZ10

Baldun

bio-paliva, spalovny

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.

TZ10 Spalovací zařízení-roštová ohniště

Energy, Volume 30, Issue 8, June 2005, Pages 1429-1438

T

Sekundární vzduch

TZ10 Spalovací zařízení-roštová ohniště

Stoker fired boiler

CFD analýza roštového ohniště (rozložení teplot a složení spalin)

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.

TZ10 Spalovací zařízení-cigaretová ohniště

The boiler concept for combustion of large soya straw bales. R. Mladenovic et al./Energy34(2009)715–723

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.

TZ10 Spalovací zařízení-fluidní kotel

TZ10 Spalovací zařízení-fluidní kotel

Typy fluidních loží

FLUIDised bed

BAT 3T (optim. Temp, high Time, high Turbulence)

TZ10 Spalovací zařízení-fluidní kotel

Příklad optimalizovaného fluidního lože

TZ10 Spalovací zařízení-rotační pece

Rotační pec s plynovým hořákem

TZ10 Spalovací zařízení-rotační pece

CFD simulace (Fluent)

TZ10 Spalovací zařízení-práškové palivo

Spalování kůry

TZ10 Spalovací zařízení-práškové palivo

TZ10 Spalovací zařízení-práškové palivo

TZ10 Spalovací zařízení-kapalná paliva

TZ10 Spalovací zařízení-plynové hořáky

TZ10 Spalovací zařízení-plynové hořáky

CFD modelyVít Kermes, Petr Belohradský, Jaroslav Oral, Petr Stehlík: Testing of gas and liquid fuel burners for power and process industriesEnergy, Volume 33, Issue 10, October 2008, Pages 1551-1561

Lempicka

TZ10 Spalovací zařízení-CFD

TZ10 Spalovací zařízení-CFD

Zeldovič Nox – termální NOx

TZ10 Spalovací zařízení-CFD

TZ10 Spalovací zařízení-CFD

CFD termoakustické hořáky

• Low computational cost CFD analysis of thermoacoustic oscillationsApplied Thermal Engineering, Volume 30, Issues 6-7, May 2010, Pages 544-552Andrea 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).

TZ10 Spalovací zařízení-CFD

Doporučená literatura: Warnatz J., Maas U., Dibble R.W.: Combustion. Springer Verlag Berlin 1996

• Složení paliva a výhřevnostA correlation for calculating HHV from proximate analysis of solid fuels. Fuel, Volume 84, Issue

5, March 2005, Pages 487-494. Jigisha Parikh, S.A. Channiwala, G.K. Ghosal

• Statika spalování• Kinetika spalováníAdiabatic flame temperature from biofuels and fossil fuels and derived effect on NOx

emissions. Fuel Processing Technology, Volume 91, Issue 2, February 2010, Pages 229-235. Pierre-Alexandre Glaude, René Fournet, Roda Bounaceur, Michel Molière

Spalování TZ10

TZ10 Paliva

Složení, výhřevnost, spotřeba vzduchu apod.

TZ10 Paliva1. 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).

2. 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))

OSNHCvq 84,909,1928,632,12403,34

WHvn qq 951,2

TZ10 Paliva

3232412322

2

OSHCO ,V

,21,0"

1 2

"

"O

vz

V

pp

pV

21822832123,22 Ovz

WHNSCkp VVV