Wyniki i dyskusja

Po zakończeniu aspiracyjnego poboru pyłu na sączki próby osuszono, a następnie poddano analizie wagowej. Rejestrując przepływ spalin w czopuchu, przeliczono stęŜenie pyłu na umowne m³. Wyniki pomiarów zapylenia oraz temperatury gazów dla cykli pomiarowych zestawiono w tab. 3.

Tabela 3. Wyniki pomiarów zapylenia i temperatury spalin za kotłem Table 3. Results of dust and temperature measurements in fumes

Rodzaj spalanego paliwa StęŜenie pyłu [mg/um³]

Temperatura [°°°°C]

Słoma 109,3 243,5

Drewno 48,0 286,0

Obserwuje się znaczącą róŜnicę w stęŜeniu pyłu, która jest wynikiem róŜni-cy charakterystyk w zawartości popiołów lotnych pochodząróŜni-cych z paliwa.

W wyniku przeprowadzonych pomiarów spalania słomy i drewna otrzymano szeregi czasowe stęŜeń poszczególnych zanieczyszczeń, które przedstawiono na rys. 6. i 7.

Sprawność kotła wyznaczono metodą pośrednią na podstawie określenia sumy strat [2], która wynosiła dla testu spalania słomy 63%, dla testu spalania drewna opalowego – 58%.

Ze względu na zastosowanie w kotłach strefy dopalania gazów oczekiwano niŜszego poziomu stęŜeń CO. Skala pomiarowa analizatora HORIBA PG-250, którego górna granica detekcji wynosi 6000,0 ppm CO, nie obejmowała całego

40 M. Janicki

Rys. 6. StęŜenia substancji w spalinach z procesu spalania słomy w funkcji czasu, P – punkt charakteryzujący zjawisko przewału słomy wewnątrz komory spalania

Fig. 6. Substances concentration in the exhausts during straw combustion process in time func-tion, P – characteristic point of straw fall inside the combustion chamber

Rys. 7. StęŜenia substancji w spalinach z procesu spalania drewna opałowego w funkcji czasu Fig. 7. Substances concentration in the exhausts during firewood combustion process in time function

StęŜenia podstawowych zanieczyszczeń ... 41 przebiegu stęŜeń kontaminantu. W momentach przekroczenia wartości granicz-nej posiłkowano się analizatorem MEXA-554GE rejestrującym chwilowe od-czyty. Jednak wyniki te nie dają całkowitego poglądu na przebieg utleniania CO do CO2 w komorze dopalania. Dynamika zmienności stęŜeń CO w spalinach oraz ich amplituda (najwyŜsze obserwowane stęŜenie chwilowe to 25000 ppm CO) świadczą o trudnościach w ustabilizowaniu pracy kotła, a takŜe sterowaniu procesem spalania. Średnie stęŜenie, wyodrębnione z okresu charakterystyczne-go dla procesu spalania, eliminując epizody zaburzające (rozpalanie, przewał, przyducha, wygaszanie itd.), rejestrowano na poziomie 4500 ppm CO przy stę-Ŝeniu tlenu powyŜej 13%.

6. Podsumowanie

Powszechnie spotykane kotły wsadowe charakteryzują się skromnym ukła-dem sterowania procesem spalania. Zasadniczym elementem podlegającym re-gulacji jest strumień doprowadzania powietrza, czyli regulacja obrotów pracy wentylatora nadmuchowego w zaleŜności od cyklu i fazy pracy kotła. Często kotły wsadowe pracują ze stałą wydajnością wentylatora niezaleŜnie od masy paliwa w komorze. Obserwuje się więc rosnący trend przebiegu stęŜenia tlenu w czasie spalania wsadu paliwa.

Charakterystyką tego typu jednostek jest cykliczna praca spalania poje-dynczego wsadu materiału palnego w czasie. Aby optymalnie wykorzystać cie-pło pochodzące z kotła wsadowego, stosuje się bufor ciepła, który stanowią zbiorniki akumulacyjne. Z jednej strony efektywnie odbierają ciepło, które wy-nika z moŜliwości cieplnych jednostki zasilającej, dostosowania dystrybucji i przekazania do układów w czasie jego rozbioru, z drugiej tworzą zabezpiecze-nie eksploatacyjne, uzabezpiecze-niemoŜliwiające wychłodzezabezpiecze-nie kotła i nadmierne roszezabezpiecze-nie wynikające ze spalania wilgotnego wsadu. Jest to aspekt zabezpieczenia układu przez nadmierną korozją, ale równieŜ ograniczenia emisji szkodliwych substan-cji do powietrza atmosferycznego.

Podczas testów w cyklach zaobserwowano spadkową tendencję poziomu stęŜenia NOx w czasie, czemu towarzyszy zmniejszanie natęŜenia procesu zga-zowania biomasy. W tym okresie stopniowo zmniejsza się ilość paliwa w komo-rze, zwiększa się zaś ilość tlenu nadmiarowego, a przy tym zaobserwowano spa-dek temperatury w komorze. Te dwa czynniki mają przeciwstawny wpływ na tworzenie się NOx. Z tego wynika, Ŝe spadek temperatury ma większy wpływ na obniŜanie stęŜenia NOx w komorze niŜ wzrost ilości tlenu. RównieŜ ze względu na temperaturę, w jakiej jest przeprowadzany proces spalania (w badanym kotle ok. 600÷700°C), autor jest skłonny stwierdzić, Ŝe tlenki azotu pochodzą z za-wartości azotu w paliwie (tzw. tlenki azotu pochodzenia paliwowego); nie są to tlenki azotu pochodzenia termicznego.

Proces spalania słomy nie jest procesem równomiernym i ma charakter stopniowy. W trakcie wypalenia materiału w dolnej części kotła następuje osu-

42 M. Janicki nięcie materiału wyŜej zgromadzonego, co przyczynia się do wystąpienia chwi- lowego zjawiska niedoboru tlenu, często nazywanego „przyduchą”. Przykładem omawianego zjawiska jest wystąpienie przewału słomy wewnątrz komory, zare-jestrowanego i przedstawionego na rys. 6. Chwilowy niedobór tlenu i zaburzenie strugi płomienia wywołuje chwilowy wzrost stęŜenia niedopalonych produktów w gazach spalinowych.

Proces dopalania produktów niepełnego spalania jest złoŜony, lecz ze względu na niezadowalające utlenienie CO wymaga rozwiązania. Kotły małej mocy mają konstrukcję zwartą, dlatego utrudnieniem jest wygospodarowa- nie dodatkowej przestrzeni spełniającej rolę komory dopalania. Z tego powodu tego typu jednostki są trudne do projektowania i optymalizacji procesu spala- nia w aspekcie ograniczenia emisji zanieczyszczeń do powietrza. NaleŜy roz- waŜyć równieŜ modyfikację systemu dozowania powietrza wtórnego, polegają- cą na zastosowaniu wydłuŜonej drogi lub wprowadzaniu powietrza trzeciego stopnia.

Literatura

[1] Janicki M., Lech-Brzyk K.: Biomass combustion in low-power boilers on example of KD type boiler. Alternative Plants For Sustainable Agriculture, Institute of Plant Genetics, Polish Academy of Sciences, Poznań 2006, pp. 195-201.

[2] Kruczek S.: Kotły. Konstrukcje i obliczenia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.

[3] Kordylewski W.: Niskoemisyjne techniki spalania w energetyce. Oficyna Wydawni- cza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000.

[4] ŚlęŜko M., Zieliński H.: Termochemiczne przetwórstwo węgla i biomasy. Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Ener- gią PAN, Zabrze-Kraków 2003.

[5] Stelmach S., Pikoń K. i in.: Współczesne problemy energetyki. Wydaw. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, Gliwice 2013.

Wykonano w ramach realizacji projektu nr 14-0016-10 finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.