Prof. dr hab. inż. Z bigniew Popiołek P olitechnika Śląska w G liw icach
K atedra O grzew nictw a W entylacji i Techniki O dpylania
Gliw ice, 12.05.2011
R E C E N Z J A
rozprawy doktorskiej mgr inż. Rafała BUCZYŃSKIEGO
n t.: Badania procesów spalania paliw stałych w kotłach małej mocy
T em atyka pracy
Praca doktorska dotyczy bardzo aktualnej tem atyki czystych technologii węglow ych. T em atyka ta je s t jednym z priorytetów badań Unii Europejskiej i N arodow ego Centrum Badań i
uzasadnienia. Prezentow ane badania dotyczą w ęglow ego kotła retortow ego o małej m ocy - 25 kW . Popraw a spraw ności takich kotłów i zm niejszenie emisji szkodliw ych dla środow iska substancji m oże przyczynić się do zm niejszenia tzw . niskiej em isji, która je s t bardzo uciążliw a w w ielu polskich m iejscow ościach.
Cek zakres pracy i sposób jej przedstaw ienia
Praca napisana została w języ k u angielskim i jej oryginalny tytuł brzmi: Investigation o f fexed-bed com bustion process in sm ali scalę boilers. Praca zaw iera 137 stron i podzielona je s t na 11 rozdziałów . W końcowej części pracy, na 10 stronach zam ieszczono spis literatury składający się ze 146 pozycji.
W pierw szej części pracy (rozdział 1 i 2) zam ieszczono w prow adzenie i om ów iono budow ę autom atycznych kotłów retortow ych m ałej m ocy, stosow ane w Polsce paliw a do tych kotłów (E K O R E T i EK O -FIN S) oraz norm ow e w ym agania dotyczące em isji szkodliw ych substancji z kotłów na paliw o stałe.
W rozdziale 3 przedstaw iono cele pracy. C elem poznaw czym było lepsze rozpoznanie procesów zachodzących w złożu spalanego paliw a stałego i na tej podstaw ie opracow anie m etodyki m odelow ania procesu spalania w kotłach retortow ych malej m ocy. Cel utylitarny stanow iło w skazanie zjaw isk odpow iedzialnych za niedoskonałość procesu spalania oraz zbadanie w jak i sposób różne m odyfikacje konstrukcyjne kotła w pływ ają na jeg o spraw ność i
em isję szkodliw ych substancji, w w yniku czego w skazać będzie m ożna taką konstrukcję, która znacząco popraw i pracę kotła. W rozdziale 4 przedstaw iono zakres pracy tj. w ja k i sposób praca podzielona została na kolejno realizow ane zadania. R ozdziały 3 i 4 zaw ierają zaledw ie po kilka akapitów i w łaściw ie pow inny być ze sobą połączone.
W rozdziałach 5 i 6 obszernie przedstaw iono sposób w jak i stw orzony został m odel
m atem atyczny opisujący proces spalania złoża w ęgla. Do m odelow ania procesu spalania w złożu w ęgla, a następnie w kotle retortow ym m ałej m ocy w ykorzystany został k om ercyjny pakiet do obliczeń num erycznych FLU EN T . W pakiecie tym brak było jed n a k w ystarczającego opisu zjaw isk zachodzących podczas spalania złoża stałego. W rozdziale 6 pracy om ów iono
opracow ane m odele opisujące zjaw iska, które nie były zaw arte w pakiecie FLU EN T . M odele te zaim plem entow ano do p akietu F L U E N T za pom ocą tzw . UDF (U ser D efine Function).
W rozdziale 7 pracy p rzedstaw iono w alidację m odelu procesu spalania w ęgla w złożu stałym . Do w alidacji w ykorzystano w yniki pom iarów procesu spalania w próbce złoża węgla. A uto r uznał, że uzyskał zad aw alającą zgodność m odelu z rzeczyw istością, chociaż zw raca uw agę, że obliczone stężenie tlenku w ęgla je s t znacznie w yższe od zm ierzonego.
W rozdziale 8 om ów iono o bliczenia sym ulacyjne procesu spalania w ęgla w kotle
retortow ym m ałej m ocy a w rozdziale 9 przedstaw iono w alidację tych obliczeń. A uto r uznał, że uzyskał zadaw alającą korelację pom iędzy w ynikam i obliczeń i pom iaram i. C hociaż tym razem obliczone stężenie tlenku w ęgla było około 7 razy m niejsze od zm ierzonego.
W rozdziale 10 pracy p rzedstaw iono w yniki w ielow ariantow ych badań zm ierzających do udoskonalenia k onstrukcji kotła retortow ego m ałej m ocy. Badano w pływ zm iany położenia, rozm iarów i konstrukcji deflektora, w pływ rozpływ u pow ietrza w kom orze spalania oraz w pływ kształtu kom ory spalania na skład spalin. A utor w ykazuje, że poprzez odpow iednie zm iany konstrukcyjne m ożna popraw ić w arunki spalania i zm niejszyć em isję szkodliw ych substancji.
W rozdziale 11 zaw arto podsum ow anie oraz w nioski końcow e.
O cena uzyskanych w yników
K onstrukcja kotłów m ałej m ocy na paliw o stałe opiera się zazw yczaj na dośw iadczeniu i intuicji producentów . K otły te produkow ane są w w iększości przez m ałe firm y nie posiadające odpow iedniego zaplecza badaw czo rozw ojow ego. Stąd dotychczas nie opracow ano m etod kom pleksow ego m odelow ania procesu spalania w takich kotłach. Praca m a w tym zakresie charakter pionierski.
Do istotnych osiągnięć recenzow anej pracy należy zaliczyć:
■ opracow anie m odeli cząstkow ych procesu spalania w ęgla w złożu stałym i zaim plem entow anie ich do pakietu FLU EN T ,
■ w ykazanie, że m ożliw e je s t w ykorzystanie do m odelow ania procesu spalania w kotłach w ęglow ych m ałej m ocy odpow iednio zm odyfikow anego, kom ercyjnego pakietu obliczeń n u m erycznych FLU EN T ,
■ w ykazanie, że w ykorzystując taki sposób m odelow ania poszukiw ać m ożna ulepszonych konstrukcji kotła na paliw o stałe.
U w agi dyskusyjne
W trakcie czytania pracy pojaw iły się w ątpliw ości, które z obow iązku recenzenta w ym ienię: • w podrozdziale 2.3 przedstaw iono w ym agania norm odnośnie em isji szkodliw ych
substancji z m ałych kotłów na paliw o stałe, nie podjęto jed n a k jakiejko lw iek próby dyskusji tych w ym agań,
• w rozdziale 6.2.2 przedstaw iono w yniki pom iaru oporu przepływ u przez złoże w ęgla E K O R E T , pom iary w ykonano tylko dla jed nej grubości złoża i uzyskano tylko kilka punktów pom iarow ych; je s t to zbyt m ała ilość danych eksperym entalnych, aby jed n o zn aczn ie scharakteryzow ać opór przepływ u przez takie złoże; uzyskane w yniki
w skazują, że zależność Ap=k W n m a w ykładnik w iększy od 2 (n=2.16) i je s t to zaskakujące, gdyż należało się raczej spodziew ać w ykładnika n<2,
• w rozdziałach 7.2 i 9.1 A uto r przedstaw ia w yniki pom iarów spalania złoża w ęgla i spalania w kotle w ęglow ym m ałej m ocy, pow ołuje się przy tym na pracę doktorską R. N oska, czy A utor uczestniczył w tych pom iarach?, jeśli nie - to w yniki te pow inny znajdow ać się w części studialnej pracy,
• dlaczego w ykonano tylko po jed n ej serii pom iarow ej, zarów no dla złoża w ęgla ja k i dla kotła m ałej m ocy?, raczej nie należy spodziew ać się dobrej pow tarzalności takich pom iarów ,
• dlaczego w przy pad k u kotła m ałej m ocy nie porów nano obliczonego i zm ierzonego składu gazów odlotow ych na w ylocie z kotła?, porów nanie w yników obliczeń i pom iarów „ punkt w p u n k t” w kom orze spalania je s t raczej m ało m iarodajne,
• bardzo dobra korelacja (R =0.99) pom iędzy obliczonym i zm ierzonym stężeniem tlenku w ęgla w k o m orze spalania kotła opiera się tylko na dw óch punktach pom iarow ych (punkty 2a i 6a), jeśli usunie się te punkty w ystępuje całkow ity brak korelacji,
• w św ietle dużych rozbieżności pom iędzy obliczonym i zm ierzonym stężeniem tlenku w ęgla w spalanym złożu w ęgla i kom orze spalania kotła budzą w ątpliw ości ostateczne w nioski odnośnie popraw y konstrukcji kotła.
Z auw ażono także kilka drobnych usterek redakcyjnych, i tak:
na rysunkach 1.1 - 1.3 dotyczących źródeł energii, przy różnych źródłach w ystępują dw ie liczby je d n a bez naw iasów druga w naw iasach, nie objaśniono co one oznaczają,
• w tytule rozdziału 5.5 (rów nież w spisie treści) zam iast „sold” pow inno być „solid” strona 78, drugi w iersz od góry zam iast „modę” pow inno być „model”
• w tabeli 7.4 zam iast „temperaturę” pow inno być „gas composition”
• strona 81, ostatni w iersz od góry zam iast „unbiąues” pow inno być „uniąues”
Podsum ow anie
Pan m gr inż. R afał B uczyński w ykonał i przeanalizow ał w yniki obszernych badań procesu spalania w ęgla w retortow ym kotle m ałej m ocy. Ich celem utylitarnym było w skazanie zjaw isk odpow iedzialnych za niedoskonałość procesu spalania oraz zbadanie w jak i sposób różne
m odyfikacje konstrukcyjne kotła w pływ ają na je g o spraw ność i em isję szkodliw ych substancji, w w yniku czego w skazać będzie m ożna taką konstrukcję, która znacząco popraw i pracę kotła. Jestem pełen uznania i doceniam w ysiłek zw iązany z realizacją pracy.
Pracę doktorską Pana m gr inż. R afała B uczyńskiego oceniam bardzo pozytyw nie. O jej w artości stanow i w łaściw e rozw iązanie zadania naukow ego oraz w łaściw a interpretacja zagadnień i zjaw isk objętych tem atem . B adania w ykazały, że w ykorzystując odpow iednio zm odyfikow aną m etodykę num erycznego m odelow ania CFD m ożna poszukiw ać ulepszonych konstrukcji kotłów na paliw o stałe. U zyskał w artościow e i oryginalne w yniki. U w ażam , że praca ta w pełni odpow iada w ym aganiom staw ianym rozpraw om doktorskim i w noszę o dopuszczenie m gr inż. R afała B uczyńskiego do publicznej obro ny tej rozpraw y.
