Подача вторичного воздуха в твердотопливном котле: Управление вторичным воздухом в отопительных котлах — Фотогалерея

твердотопливные котлы — Вентилятор принудительной подачи воздуха

Принудительная подача воздуха необходима в моменты, когда нужно усилить горение: розжиг котла; некачественное топливо, которое трудно сжигать без наддува; топливо с низким содержанием летучих веществ (антрацит, кокс) которое горит коротким пламенем и плохо розжигается; необходимость «раскочегарить» котёл для прогрева помещения. Наличие вентилятора позволяет не зависить от тяги в трубе и колебаний погоды, безветренных периодов. В быту зачастую для розжига котла применяют пылесос включенный на подачу воздуха и засовывают трубу под колосники.

Цена за шт:    750 грн

     Для решения таких задач в ассортименте котлов KLIVER^® есть дополнительный модуль — вентилятор принудительной подачи воздуха. Его лучше использовать с модулем «Микропроцессорный регулятор», такой тандем позволяет включать и выключать наддув в зависимости от температуры в помещении. Вы самостоятельно задаёте параметры, например: «Хочу, чтобы батареи были 60-65°C», датчик микропроцессора отслеживает температуру, как только вода остывает ниже 60°C — включается вентилятор, к топливу поступает больше воздуха, усиливается горение и выделяется больше тепла, вода в котле разогревается, как только вода нагреется выше 65°C, микропроцессор выключит вентилятор, котёл перейдёт в рабочий режим горения.

     Зачем всё это? Пример: Котёл 18кВт без вентилятора потреблял за сутки 4 ведра антрацита (40кг), после переоборудования с помощью модулей вентилятор + микропроцессор, расход топлива, на том же самом объекте, составил 2,5 ведра антрацита (25кг).

Экономия — 15кг антрацита в сутки, при цене антрацита около 1грн/кг это 15грн в день, в месяц — 450грн, за отопительный сезон 5,5месяцев — 2 475грн. Неплохо! При этом в комнатах постоянно тёплый воздух, без перепадов «то мёрзнем, то потеем».

    Вентилятор может быть установлен в момент покупки котла, или в любой момент после установки котла в систему отопления. Для монтажа вентилятора нужно открутить два винта удерживающие шторку на дверце зольника, и вместо шторки, теми же винтами прикрутить рамку с вентилятором. Всё. Время монтажа — 2минуты. Монтаж микропроцессора — 10минут (смотрите здесь). Плюс подключить разъединители и вилку в розетку. итого за 15 минут котёл преобразован.

     Наддув можно применять:

1. Первичный воздух — вентилятор на дверце зольника, наддув воздуха осуществляется ПОД колосники. Такой способ хорош для растопки, для топлива с коротким пламенем (антрацит, кокс) которое трудно разжечь; для топлива низкого качества (это не секрет, что сейчас могут продать даже землю вперемешку с углём), такое низкокачественное топливо использовать без вентилятора вообще невозможно либо с большими расходами из-за недожёга.

2. Вторичный воздух — вентилятор на верхней дверце, наддув воздуха осуществляется НАД колосниками, в факел пламени. Такой способ подходит для топлива с большим содержанием летучих веществ, которое горит длинным пламенем: дрова, торф, различные брикеты, бурый уголь, каменный уголь марок Д (длиннопламенный),  Г (газовый) и ДГ, так называемые курные угли. Вторичный воздух поступая прямо в факел горения способствует дожиганию выделившихся из топлива летучих веществ, что позволяет выжать из топлива максимум возможного.

3. И то и другое одновременно. Для розжига и «трудного» топлива применяем поддув под колосники, для дров и длиннопламенного топлива — наддув в факел пламени. Для такого варианта нужно иметь две зольниковые дверцы.

 

94518, Украина, Луганская область,

г. Красный Луч, пл. Трофимова, 1

НПО «КЛИВЕР»

E-mail: [email protected]

Отдел заказов:  (050) 425-44-08

 

Подача вторичного воздуха в твердотопливном котле

В характеристиках некоторых котлов присутствует такая функция как «вторичная система дожига газов». У этой функции есть и другие называния:

• технология двойного горения;
• вторичный дожиг дымовых газов;
• система чистого горения;
• двойное сжигание топлива.

Вторичный дожиг – это система вторичной подачи воздуха в камеру сгорания через отдельный канал воздуховода топки, которая создана для повышения КПД отопительного устройства, более экологического и чистого сжигания твердого топлива.

Система вторичного дожига применяется лишь по отношению к устройствам, работающим на твердых видах топлива — топливные специальные брикеты, уголь, дрова.

Отдельный канал воздуховода топки для подачи вторичного воздуха необходими вынести за пределы помещения.

Изготовители (или всё-таки продавцы в целях рекламы?) обещают, что данная функция способна увеличить эффективность используемого отопительного устройства примерно на 40%, количество дыма и веществ, выходящих в атмосферу, уменьшается практически на 50 – 60%, дымоход будет гораздо меньше засоряться, и производить его чистку от скопившейся сажи и креозота Вам понадобится намного реже.

Схематично топка с системой чистого горения выглядит так:

1. Патрубок дымоотвода
2. Выход и горение вторичного воздуха
3. Топочная камера
4. Подача первичного воздуха
5. Подача вторичного воздуха в топку
6. Принудительная вентиляция
7. Патрубок соединения с забором внешнего воздуха
8. Забор воздуха
9. Канал подачи вторичного воздуха
10. Дефлектор с «форсунками» для вторичного дожига

Поясним, для чего нужен вторичный дожиг. При работе твердотопливного котла выделяется газ, который частично сгорает и дает тепло, а частично, при недостатке кислорода, уходит в дымоход. Для его дожига с целью повышения КПД применяются различные способы сгорания.

Наиболее распространенный способ дожига дымовых газов — подача дополнительного воздуха в верхнюю часть топки через инжекторы. Но не все так просто. СО (тот самый печально известный угарный газ) реагирует с кислородом воздуха при температуре около 700 С, то есть в первую очередь требуется повысить температуру в топке. Для этого стенки котла должны обладать хорошей теплоизолирующей способностью, быть достаточно толстыми, двойными или футерованными шамотом специальным огнеупорным кирпичом. Кроме того, желательно подавать воздух прогретым хотя бы до 100°С. Если же подавать вторичный воздух над зоной горения и не создать при этом нужной температуры, то результат будет ещё хуже, чем если этот воздух не давать вообще, это будет просто балластный газ, которых охлаждает топку.

Есть и другой способ заставить дымовые газы гореть. Температура воспламенения СО понижается до 400-500°С в присутствии катализаторов — окислов некоторых металлов.

Устройство этой системы вторичного дожига бывает разным. Некоторые производители насверливают на задней стенки отверстия и сообщают о том, что топка обладает вторичным дожигом газов. Специалистам не составляет труда определить, работает эта система эффективно, либо очередная топка оснащена дешевой и бесполезной опцией. Дело в том, что воздух для дожига CO должен подаваться в топку хорошо подогретым. Серьезные производители часто прибегают к довольно сложным конструктивным решениям, чтобы воздух в камеру сгорания подавался в определенное место и в необходимых для эффективного сжигания пропорциях. В промышленных агрегатах такая система работает. При условии наличия электронного блока управления, катализатора, подачи в камеры дожига вторичного воздуха под давлением и высокой температуры. Вопрос в том, насколько эффективно она работает в бытовых топках.>

Существует довольно простой способ узнать, работает ли вторичный дожиг в той модели, которую вы выбираете, если в отопительном агрегате есть возможность визуального наблюдения за горением топлива. Достаточно взглянуть как реагирует пламя на различные регулировки. Если, прикрыв регулировки, вы видите лишь небольшое затухание огня на колосниках, а верх топочной камеры остается пустым, то система дожига газов не работает. В хороших топках, убрав подачу воздуха снизу на минимум, вы увидите, как пламя перемещается вверх. Оно визуально отделяется от дров. Именно так выглядит дожиг газов. И он возможен только благодаря грамотной подаче разогретого воздуха сверху.

После модернизации котлов Glaz12 и Glaz16 наша команда решила не останавливаться на достигнутом и сделать их еще лучше. Поэтому для еще более уверенной работы на минимальной мощности и ее смещения в сторону нижних границ мы решили вмонтировать в котлы подогреватели первичного и вторичного воздуха. Шаг конечно революционный и смелый и поэтому без понимания физики процессов понять его довольно трудно.
Итак представим себе котел Glaz12,работающий на минимальной мощности. На колосниках у него лежит слой углей, которые горят, а через заслонку под колосники поступает необходимое количество воздуха, которого хватает чтоб в топке генерировалась тепловая мощность 3,75 квт. КПД котла при таком режиме составляет 75 процентов и поэтому на выходе мы имеем полезную мощность 2,8 квт. Образовавшиеся газы покидают слой углей и устремляются в газовое окно, где встречаются со вторичным воздухом. После чего они проходят теплообменник и улетают в трубу.

Вроде все просто, но не совсем. Котлы Glaz хороши тем, что на минимуме они именно горят, а не тлеют и как мы уже не раз писали, в очаге горения создается определенная температура. В различных источниках утверждают, что эта температура должна быть не ниже 800 градусов Цельсия, поэтому ее и возьмем в качестве опорной. Теперь будем смотреть на горящее топливо с точки зрения балланса энергий.
Для простоты примем, что в котел на горение с улицы поступает воздух с температурой 0 градусов и вносит в котел 0 ватт тепловой энергии. Топливо которое горит, освобождает в результате реакций 3,75 квт химической энергии. (Большая часть ее превращается в тепловую конечно но об этом чуть ниже). Это был приход в котел.
Куда идет расход? Вроде все просто: 2,8 квт полезного тепла идет на нагрев теплоносителя системы отопления, а 0,95 квт потери. Но нас этот балланс не устраивает и мы копнем глубже.
Рассмотрим куда и как распределяется энергия нашего топлива, если учтем КПД котла в 75 процентов и температуре уходящих 140 градусов Цельсия. Для упрощения расчетов примем, что теплоемкость газов от температуры не зависит и постоянна во всем диапазоне.
Если в изолированной печи идеально сжечь некое количество древесины с идеальным соотношием воздуха, то в результате химической реакции мы получим газы с температурой около 1400 градусов Цельсия. Логично будет предположить, что если в газах с температурой 1400 градусов сосредоточена энергия 3,75 квт, то в уходящих газах из котла при температуре 140 градусов мы потеряем

Qух=3,75*(140/1400)=0,375 квт тепловой энергии

Тогда остальные потери энергии с химнедожегом и паразитными проскоками воздуха составят:

Qхн=0,95-0,375=0,575 квт

Следовательно (если проигнорируем дожиг и не будем усложнять задачу) в топке выделилаль тепловая мощность:

Qт=3,75-0,575=3,175 квт

Тогда с таким неидеальным сгоранием максимальная температура в очаге горения составила бы:

Т=1400*(3,175/3,75)=1185 градусов

Но это значение температуры мы бы получили в идеально изолированной печи, а в реалии будет намного меньше. Почему?
Все потому, что горящее топливо начинает излучать в окружающее пространство энергию, как это делает костер. И чем выше температура очага горения, тем больше энергии он излучает.
Зная, что очаг горения покидают газы с температурой 800 градусов, то их энергия составит:

Qг=3,75*(800/1400)=2,145 квт

В топке порождается 3,175 квт, с газами уходит 2,145 квт, а куда пропало остальное? Остальное — это и есть энергия переданная стенкам котла посредством излучения. На долю лучистой пришлось:

Qл=3,175-2,145=1,03 квт

А далее для полноты картины мы узнаем, что в теплообменнике газы отдали:

Qт=2,145-0,375=1,77 квт

На рисунке изображен балланс энергий уже более развернуто. Как видим доля лучистой энергии в общем баллансе составляет почти треть.
И коль уже начали разговор про лучистую то предлагаю поговорить о ней подробнее. Горящий слой углей распространяет свои лучи во все стороны и от излучения нагревается все, что находится в прямой видимости их попадания: дрова, лежащие сверху, пепел, находящийся снизу под колосниками, боковые стенки шахты и шамотный кирпич. Дрова поглощают выпавшую на них долю энергии, выделяя при этом газы и выпаривая влагу. Зола или пепел, нагреваясь, тут же отдает эту энергию первичному воздуху, поступающему под колосники. Эта часть энергии с воздухом возращается обратно источнику. Тоже самое можно сказать и про шамотный кирпич. Нет он воздухом не охлаждается, а имеет свойства отражать излучение обратно , поэтому лучистая в основном греет дрова и водоохлаждаемые стенки шахты, которые находятся выше шамотных. Именно благодара шамотным кирпичам в котлах Glaz мы добиваемся отличных показателей работы на минимуме!
Убери кирпичи и доля лучистой в шахте возрасла бы в разы, что привело бы к уменьшению температуры горения и срыву в тление. Именно поэтому от шахты тепло отбирать нужно крайне аккуратно, дабы не навредить процессу.
А теперь представим ситуацию, что воздух идущий на горение, мы нагрели от 0 до 100 градусов цельсия в неком стороннем источнике. Воздуху мы сообщили при этом:

Qво=3,75*(100/1400)=0,267 квт тепловой энергии.

Для упрощения расчетов теплоемкости воздуха и газов я принял одинаковыми. Теперь тепловая энергия, выделяемая на колосниках увеличится на эти самые 0,267 квт и составит:

Q=3,175+0,267=3,442 квт.

Тепловая мощность повысилась, а значит повысится и температура в очаге. Сразу напрашивается вывод, что если температура воздуха, идущего в топку, повысилась на 100 градусов, то и в очаге она тоже повысится на сотню. То есть была 800, а стала 900 градусов. Однако это не так. Всю картину нам опять портит излучение. Ведь колличество передаваемой таким путем энергии зависит от абсолютной температуры аж в 4ой степени. Увеличим ее в очаге в 2 раза, а лучистая энергия от источника возрастет во все 16 раз!
После недолгой, но муторной итерации я получил, что в нашем случае температура в очаге повысится на 40 градусов и составит 840 по Цельсию. Доля лучистой при этом возрастет с 1,03 квт до 1,19 квт и балланс энергий в топке распределится так как мы видим на рисунке. В условиях данной задачи воздух мы нагревали в стороннем источнике, а что если мы сконструируем дополнительный теплообменник в самом котле и будем греть воздух газами, которые покидают камеру дожига и имеют вполне солидную температуру которая позволяет нам это сделать.
В итоге мы будем иметь балланс энергий в котле как на рисунке. Как видим путем внедрения дополнительного теплообменника мы получили еще более устойчивую работу на минимальном режиме и разгрузили по мощности основной теплообменник на целых 170 ватт.
Этот момент не прошел мимо нашего внимания при испытаниях котла Glaz12″Бижбуляк» и в данный момент наша команда работает над теплообменником- тандемом благодаря применению которого появится возможность иметь на всех режимах постоянную температуру уходящих газов.

Если вы заметили ошибку или хотите задать вопрос пишите на

Наша группа В Контакте

Подписаться на обновления

Эксплуатация и сервис твердотопливного котла Бобер

___________________________________________________________________________

Рекомендации по эксплуатации твердотопливного котла Протерм Бобер

Перед каждой растопкой проверьте по термоманометру количество воды в отопительной системе. Откройте запорную арматуру между котлом и системой отопления. Положите на очищенную колосниковую решётку бумагу и достаточное количество мелких дров.

Откройте расположенную в дымоходе дымовую заслонку и закройте дверцу для добавления топлива. Через открытую дверцу поддувала зажгите бумагу. Закройте дверцу поддувала и полностью откройте регулировочную заслонку на ней.

Когда огонь разгорится, покройте слой дров тонким слоем основного топлива. Когда оно начнёт хорошо гореть, добавьте топливо до нижней кромки дверцы для его добавления и равномерно разровняйте топливо по всей плоскости топки котла.

Рекомендуемый зазор между верхней частью камеры сгорания и топливом есть 10 – 12мм. Как только горящее топливо приобретёт тёмно-красный цвет, откройте воздушный грибок подачи вторичного воздуха на дверце для добавления топлива.

Когда пламя пожелтеет, вновь закройте воздушный грибок подачи вторичного воздуха. Для достижения необходимой мощности следует прикрывать заслонку дымовой трубы в зависимости от тяги в трубе, чтобы тепло не уходило в трубу.

Регулировка температуры воды на выходе из котла Protherm Бобер 20/30 dlo:

— При требуемой температуре воды на выходе из котла 60°C растопите котёл до температуры, например, на 5°C выше требуемой температуры 60°C (согласно термометру на выходном трубопроводе котла).

— Затем поверните ручку регулятора на 65 и проверьте, натянута ли цепочка и полностью ли закрыта регулировочная дверца.

— Вращая ручку, добейтесь такого положения регулировочной дверцы и цепочки.

— Затем начнёт работать регулятор.

— При снижении температуры воды регулировочная дверца начнёт открываться под действием натягиваемой регулятором цепочки.

— Как только температура воды начнёт подниматься, регулировочная дверца будет закрываться.

Для добавления топлива сначала закройте регулировочную дверцу, перекрыв, таким образом, поступление в котёл воздуха для горения. Затем полностью откройте заслонку дымовой трубы. Слегка приоткройте дверцу для добавления топлива и подождите, пока все дымовые газы будут вытянуты из топки в дымовую трубу.

Лишь после этого можно полностью открыть дверцу и добавить топливо. Закрыв дверцу для добавления топлива, убедитесь в том, что она надёжно зафиксирована. Затем необходимо вновь отрегулировать положения заслонки дымовой трубы и возобновить действие регулировочной дверцы.

Поддерживающий режим эксплуатации котла Протерм Бобер используется для поддержания огня в котле, например, в течение ночи. Сначала нужно из топки при полностью открытой заслонке дымовой трубы выгрести всю золу. После этого дополнить в топку топливо и полностью закрыть агрегат.

Затем закрыть заслонку дымовой трубы, а также почти закрыть регулировочную дверцу. Это приведёт к уменьшению тяги в дымовой трубе и к ограничению подачи воздуха для горения.

Нужно также закрыть грибок вторичного воздуха на дверце для добавления топлива. Для повторного включения котла на требуемую мощность достаточно открыть заслонку дымовой трубы и приоткрыть регулировочную дверцу в соответствии с требуемой мощностью.

Техническое обслуживание твердотопливного котла Протерм Бобер

Пепел из поддувала, в зависимости от вида используемого топлива, необходимо во время эксплуатации удалять до нескольких раз в день. Все остатки на колосниковой решётке, главным образом, топливный шлак, удаляйте перед каждой новой растопкой и при утреннем возобновлении эксплуатации котла.

Золу необходимо собирать в негорючие ёмкости с крышкой. Во время работы с котлом необходимо пользоваться защитными средствами и соблюдать правила личной безопасности.

Техническое обслуживание котла Протерм Бобер 20/30 dlo должно проводиться регулярно, не реже одного раза в год. Во время технического обслуживания необходимо проверить все управляющие и защитные элементы котла и топку. Необходимо проверить подвижность и функционирование заслонки дымовой трубы и грибка.

Нужно также проверить работу регулятора тяги, термометра, предохранительного термостатического клапана и герметичность всех соединений трубопроводов системы отопления.

Во время эксплуатации на стенках котла, главным образом, на рёбрах теплообменника и вытяжной горловине, оседает сажа и зола, вследствие чего со временем ухудшается теплообмен и снижается производительность котла.

Количество сажи и золы зависит от качества сжигаемого топлива и от условий, в которых котёл эксплуатируется. Если котёл имеет слишком большую мощность, или если он по какой-либо причине эксплуатировался с низкой температурой, происходит повышенное образование сажи.

Это также может обусловить недостаточную тягу в дымоходе. Котёл необходимо регулярно, не реже одного раза в месяц, очищать, что делается через открытые дверцы котла стальной щёткой. Чистить нужно стенки котла в топочной камере и дымовые каналы.

В случае оседания на внутренних стенках топочной камеры большого количества смолы удалите её скребком или выжгите её, используя древесину твёрдых пород (или кокс) и нагрев котёл до максимальной рабочей температуры. Перед чисткой рёбер чугунных секций необходимо снять противодымную защиту и после чистки установить её на место.

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

• Ответы экспертов по ремонту котлов Нова
• Вопросы по сервису котлов Hermann
• Ответы мастеров по обслуживанию котлов Дэу
• Вопросы по обслуживанию котлов Ферроли
• Вопросы пользователей по ремонту электрокотлов Эван
• Из-за чего газовый котел АКГВ загорается и сразу же гаснет
• В чем неисправность котла Альфа Колор, если он показывает код ошибки Е01
• Из-за чего котел АОГВ зажигается и быстро гаснет
• Как следует устранять на котле Балтгаз ошибку Е01
• В чем поломка, если котел Дани зажигается, но сразу же гаснет
• Почему котел Данко загорается, но быстро тухнет
• Котел Демрад перестал держать давление, в чем неполадка
• Из-за чего котел Газлюкс начал греться и шуметь
• В чем причина, если газовый котел Кебер загорается, но быстро тухнет
• Как следует устранять на котле Китурами ошибку с кодом 01
• Из-за чего котел Конорд загорается, но сразу же тухнет
• В чем причина, если котел Лемакс зажигается и быстро тухнет
• Из-за чего котел Мимакс зажигается, но резко тухнет?
• Почему котел Очаг зажигается, но сразу же тухнет
• Почему газовый котел Росс загорается, но быстро гаснет
• В чем неисправность, если котел Сиберия загорается и резко гаснет
• Почему котел Сигнал загорается и резко тухнет
• Из-за чего может шуметь и греться котел Термет
• Почему газовый котел Термотехник зажигается, но внезапно гаснет
• Как можно устранить на котле Термона ошибку Е01
• По причине чего двухконтурный котел Электролюкс начал гудеть и нагреваться
• По каким причинам газовый котел Ферроли выдает ошибку с кодом А01
• По какой причине котел Иммергаз не функционирует на ГВС
• Почему газовый котел Навьен при нагреве постоянно выключается и сразу включается

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Что такое вторичный дожиг?

В характеристиках некоторых котлов присутствует такая функция как «вторичная система дожига газов». У этой функции есть и другие называния:

Вторичный дожиг – это система вторичной подачи воздуха в камеру сгорания через отдельный канал воздуховода топки, которая создана для повышения КПД отопительного устройства, более экологического и чистого сжигания твердого топлива.

Система вторичного дожига применяется лишь по отношению к устройствам, работающим на твердых видах топлива — топливные специальные брикеты, уголь, дрова. 

Отдельный канал воздуховода топки для подачи вторичного воздуха необходими вынести за пределы помещения. 

Изготовители (или всё-таки продавцы в целях рекламы?) обещают, что данная функция способна увеличить эффективность используемого отопительного устройства примерно на 40%, количество дыма и веществ, выходящих в атмосферу, уменьшается практически на 50 – 60%, дымоход будет гораздо меньше засоряться, и производить его чистку от скопившейся сажи и креозота Вам понадобится намного реже. 

Схематично топка с системой чистого горения выглядит так:

Поясним, для чего нужен вторичный дожиг. При работе твердотопливного котла выделяется газ, который частично сгорает и дает тепло, а частично, при недостатке кислорода, уходит в дымоход. Для его дожига с целью повышения КПД применяются различные способы сгорания.

Наиболее распространенный способ дожига дымовых газов — подача дополнительного воздуха в верхнюю часть топки через инжекторы. Но не все так просто. СО (тот самый печально известный угарный газ) реагирует с кислородом воздуха при температуре около 700 С, то есть в первую очередь требуется повысить температуру в топке. Для этого стенки котла должны обладать хорошей теплоизолирующей способностью, быть достаточно толстыми, двойными или футерованными шамотом специальным огнеупорным кирпичом. Кроме того, желательно подавать воздух прогретым хотя бы до 100°С. Если же подавать вторичный воздух над зоной горения и не создать при этом нужной температуры, то результат будет ещё хуже, чем если этот воздух не давать вообще, это будет просто балластный газ, которых охлаждает топку. 

Есть и другой способ заставить дымовые газы гореть. Температура воспламенения СО понижается до 400-500°С в присутствии катализаторов — окислов некоторых металлов.

Устройство этой системы вторичного дожига бывает разным. Некоторые производители насверливают на задней стенки отверстия и сообщают о том, что топка обладает вторичным дожигом газов. Специалистам не составляет труда определить, работает эта система эффективно, либо очередная топка оснащена дешевой и бесполезной опцией. Дело в том, что воздух для дожига CO должен подаваться в топку хорошо подогретым. Серьезные производители часто прибегают к довольно сложным конструктивным решениям, чтобы воздух в камеру сгорания подавался в определенное место и в необходимых для эффективного сжигания пропорциях. В промышленных агрегатах такая система работает. При условии наличия электронного блока управления, катализатора, подачи в камеры дожига вторичного воздуха под давлением и высокой температуры. Вопрос в том, насколько эффективно она работает в бытовых топках.> 

Существует довольно простой способ узнать, работает ли вторичный дожиг в той модели, которую вы выбираете, если в отопительном агрегате есть возможность визуального наблюдения за горением топлива. Достаточно взглянуть как реагирует пламя на различные регулировки. Если, прикрыв регулировки, вы видите лишь небольшое затухание огня на колосниках, а верх топочной камеры остается пустым, то система дожига газов не работает. В хороших топках, убрав подачу воздуха снизу на минимум, вы увидите, как пламя перемещается вверх. Оно визуально отделяется от дров. Именно так выглядит дожиг газов. И он возможен только благодаря грамотной подаче разогретого воздуха сверху.

Устройство пиролизного котла: схема, принцип работы, преимущества

В наше время вопросы энергосбережения выходят на первый план. Последние научные и практические достижения в этой области привели к тому, что все больше людей отказывается от отопления своих жилищ с помощью дорогого природного газа. Тем более что сейчас существуют современные экономные твердотопливные котлы для сжигания пеллет, измельченного угля, древесины.

Одним из таких экономных отопительных устройств является пиролизный или газогенераторный котел для сжигания дров и отходов древесины. Он радикально отличается от обычного традиционного котла на дровах, поскольку функционирует на основе пиролиза. В данной статье разберем принцип действия и устройство пиролизного котла.

Что такое пиролиз?

В широком смысле пиролиз – это распад вещества под действием высокой температуры на более простые соединения. В узком смысле пиролиз обозначает разложение древесины на горючие газы и сухой остаток. Процесс пиролиза происходит при сжигании древесины с ограничением подачи воздуха. В таких условиях из древесины выделяются горючие газы, поэтому этот процесс называют еще газогенерацией. Данные газы имеют большую энергетическую ценность. Сжигая их, можно получить большое количество тепла. Явление пиролиза положено в основу работы современного газогенераторного котла, в котором основную тепловую энергию получают за счет сжигания пиролизных газов.

Как устроен пиролизный котел?

Данное устройство состоит из двух камер – верхней и нижней. Верхняя камера, в которую загружаются дрова, называется камерой первичного горения, а нижняя — камерой вторичного горения. Газы, которые выделяются из тлеющих дров, сгорают в нижней камере, отдавая свое тепло воде через стенки теплообменника или водяной рубашки котла. Работа котла регулируется с помощью принудительной подачи воздуха. Для этого к котлу подключен вентилятор, работающий в автоматическом режиме.

Как работает пиролизный котел

1 – твердое топливо, 2 — первичный воздух, 3 — вторичный воздух, 4 — уходящие газы, 5, 6 — вход и выход воды, A — камера первичного горения, B — колосник, C — камера вторичного горения, D — газоход, E – дымосос

Для эффективного розжига дров в камеру подается первичный воздух. После того, как дрова хорошо разгорятся, подача воздуха прекращается. В условиях недостатка воздуха при высокой температуре из дров начинают выделяться газы, которые подаются в нижнюю камеру, смешиваясь с нагретым вторичным воздухом. Сгорание газов происходит в керамической форсунке или в трубчатых горелках с отверстиями. Пиролизное горение напоминает горение природного газа. Раскаленные газы поднимаются вверх, отдавая свое тепло воде в водяной рубашке котла, и затем удаляются через дымоход.

Работа котла полностью автоматизирована. Его эксплуатация разительно отличается от эксплуатации традиционного котла. Достаточно лишь 1-2 раза в сутки загрузить в верхнюю камеру дрова, разжечь их и установить необходимые параметры температуры. За соблюдением температурных параметров следит контроллер, который управляет работой вентилятора и насоса для циркуляции воды. При достижении необходимой температуры воды подача воздуха приостанавливается, а при падении температуры вновь восстанавливается.

Надо заметить, существуют твердотопливные пиролизные котлы с обратным расположением камер. Устройство и принцип работы такой модели наглядно демонстрирует следующее видео:

Преимущества пиролизного котла

Основное преимущество газогенераторного котла состоит в экономичности. Эффективность его работы намного превышает эффективность работы обычного котла. Например, для обогрева 100 кв. м. площади такому котлу потребуется лишь 30 кг дров в сутки. Особенно хорошо пиролизный котел работает при высокой температуре теплоносителя, поэтому нужно следить, чтобы температура на трубе, по которой вода из радиаторов отопления поступает обратно в котел, не опускалась ниже 65 градусов. Для котла необходимо использовать сухие дрова, однако существуют современные модели, в которые можно загружать дрова с влажностью 50%. Подсушивание влажных дров происходит в первичной камере за счет тепла от горения нижнего слоя дров.

Другое преимущество пиролизного котла – это нетрудоемкое обслуживание. В котел не нужно периодически подбрасывать дрова и следить за их сгоранием. Загружать камеру дровами можно 1 или 2 раза в сутки. Периодичность загрузки зависит от модели котла и его стоимости. Чем более высокая степень автоматизации работы котла, тем дороже он стоит. Газогенераторный котел обладает еще одним преимуществом – экологической безопасностью. Ведь дрова в нем сгорают практически полностью, не выделяя много дыма, сажи и копоти. Совокупность всех этих факторов, несомненно, способствует все большей популярности пиролизных котлов среди населения.

На видео ниже можно ознакомиться непосредственно с работой пиролизного котла собранного одним из умельцев:

Котлы с пиролизным сжиганием топлива

Пиролизные (газогенераторные) котлы на российском рынке — это давно не новость. Потребитель уже знаком с этим названием. Его (потребителя) уже не удивляет, что пиролизные котлы, как правило, в 1,5 — 2 раза дороже традиционных твердотопливных, потому что время их работы на одной загрузке в разы превышает время работы дровяных и угольных котлов. А что, в конечном счете, может быть важнее для потребителя, чем время работы котла? Кому понравится просыпаться среди ночи от холода и, стуча зубами, бежать в котельную, чтобы подбросить дрова в ненасытное жерло?

Почему же пиролизные котлы могут работать на одной закладке топлива сутки и даже дольше? Разумеется, время их работы может измеряться в широких пределах в зависимости от многих факторов, а именно: температуры на улице, необходимой температуры в помещении, степени утепления дома, вида и влажности топлива, а также от того, насколько правильно спроектирована и смонтирована система отопления. Но бесспорно одно — пиролизные котлы существенно эффективнее традиционных.

С чем это связано?

Во-первых, при сжигании дров, особенно влажных, невозможно достичь таких высоких температур, как при сжигании полученного из них газа.

Во-вторых, для горения газа необходимо меньше вторичного воздуха, чем для горения дров, благодаря чему выше температура горения и, следовательно, эффективность и время горения.

В-третьих, процессом горения пиролизного газа легче управлять, поэтому работа газогенераторного котла поддается автоматизации практически так же, как газового или жидкотопливного.

Что такое пиролиз?

В основу работы газогенераторного котла положен принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть — так называемый пиролизный газ и твердый остаток — древесный уголь (кокс).

Пиролиз древесины осуществляется при температуре 200 — 800°С. Причем процесс этот экзотермический, то есть идущий с выделением тепла, за счет чего, кстати, улучшается прогрев и подсушивание топлива в котле, и происходит подогрев поступающего в зону горения воздуха.

Смешение кислорода воздуха с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии. При этом следует отметить, что пиролизный газ в процессе сгорания взаимодействует с активным углеродом, в результате чего дымовые газы на выходе из котла практически не содержат вредных примесей, являясь, по большей части, смесью углекислого газа и водяного пара. И даже СО2 такой котел будет выбрасывать в атмосферу до 3-х раз меньше, чем обычный дровяной и, тем более, угольный котел.

В процессе пиролизного горения образуется минимальное количество сажи и золы, поэтому котел реже, чем обычный, нуждается в чистке.

Из чего выбрать?

На сегодняшний день на российском рынке пиролизные котлы предлагаются несколькими производителями: ATMOS, DAKON, OLYMP, OPOP, VIESSMANN. Как мы видим, большинство из них чешские. Поэтому логично будет рассмотреть конструкцию и работу пиролизного котла на примере одного из чешских производителей, например завода DAKON. Сделать это будет уместно еще и из тех соображений, что «Комфорт-Эко» работает с заводом DAKON уже почти 10 лет и хорошо знакома с его продукцией.

К слову сказать, завод DAKON существует с 1949 года, а к 1970-му году стал одним из крупнейших производителей котлов на твердом топливе. Пиролизные котлы завод начал впервые выпускать в 1996 году, это были котлы марки GASOGEN, которые в 2005 году были сняты с производства и заменены усовершенствованной и более технологичной моделью KP PYRO.

Пиролизные котлы DAKON

Если говорить о пиролизном котле DAKON, то конструкция его такова: корпус котла сварен из стали толщиной 4-6 мм, в верхнюю часть загружается топливо, в нижней расположена камера сгорания с керамическими блоками. Верхняя часть отделена от нижней керамической форсункой. В задней части — коллектор продуктов сгорания с вытяжным вентилятором, в передней части — верхняя (загрузочная) и нижняя дверцы. На верхней панели находится пульт управления с элементами регулировки. Подача основного воздуха обеспечивается с помощью регулировочных сегментов в боковых панелях, вторичный воздух нагревается в задней части коллектора продуктов сгорания и по трубам подводится в форсунку.

Образовавшийся в топке пиролизный газ при помощи вытяжного вентилятора засасывается в камеру сгорания, где, смешиваясь с вторичным воздухом в керамической форсунке, горит с максимально возможной для древесного топлива полезной теплоотдачей. Пиролизное горение обеспечивает котлу КПД на уровне 85-88%.

Как уже было отмечено, к положительным особенностям котла можно отнести, в первую очередь, то, что его работа поддается достаточно точной регулировке, в отличие от обычных твердотопливных котлов. Автоматика котла управляет работой вытяжного вентилятора и циркуляционного насоса. На пульте управления можно менять мощность в диапазоне от 50 до 100% от номинала, а терморегулятором, которым укомплектован котел, устанавливать требуемую температуру теплоносителя.

В настоящее время DAKON начал выпускать пиролизные котлы в чугунном корпусе -DAMAT PYRO. Собственно говоря, материал корпуса является основным отличием котла DAMAT PYRO от уже известного KP PYRO. Чугунный котел долговечнее, так как обладает повышенной, по сравнению со стальным, устойчивостью к смолам и кислотам, образующимся в процессе пиролизного горения. Кроме того, чугун менее подвержен низкотемпературной коррозии, поэтому DAMAT PYRO может работать с 50%-ной мощностью, например, в осенне-весенний период.

К недостатком котлов DAKON, как, впрочем, и большинства пиролизных котлов, можно отнести разве что его энергозависимость — без электричества, от которого питается вентилятор, котел работать не будет. Однако, учитывая то, что вентилятору требуется всего 85 Ватт (как обычно лампочке), эту проблему можно решить путем установки небольшого дизельного генератора.

Пиролизные котлы OPOP

В данном контексте, будет уместно упоминуть пиролизный котел другой чешской фирмы OPOP — H730 PYRO. Это пока единственная газогенераторная модель, производимая заводом OPOP. Коренным отличием этого котла является независимость от электричества. Кроме того, в пиролизных котлах OPOP H730 можно использовать как дрова, так и уголь (причем уголь предпочтительнее).

В котле OPOP H730 образующиеся при пиролизе топлива на колосниковой решетке газы через горелку диффузорного типа поступают в камеру сгорания, где с помощью вторичного воздуха происходит их сжигание. При этом вторичный воздух в камеру сгорания не нагнетается вентилятором, как у большинства пиролизных котлов, а засасывается в процессе движении газов по камере сгорания через специальную перфорированную трубку. Регулировка мощности котла в данном случае осуществляется изменением степени открытия заслонок первичного и вторичного воздуха, при этом котел полностью автономен (не зависит от электричества) и обеспечивает КПД на уровне 85%.

Несколько слов о топливе

Пиролизные котлы рекомендуется топить как можно более сухой древесиной, тогда обеспечивается работа котла на максимальной мощности и длительный срок его службы.

Например, дерево с 12 — 20%-ным содержанием воды имеет теплоту сгорания 4 кВт-час на 1 кг древесины, дерево с 50%-ным содержанием воды имеет теплоту сгорания 2 кВт-час / 1 кг древесины.

Зависимость теплотворной способности топлива от содержания воды в древесине*

Как видно из графика, полезное энергетическое содержание древесины весьма существенно снижается в зависимости от объема содержащейся в нем воды.

Сырая древесина мало греет, плохо горит, сильно дымит и существенно сокращает срок службы котла и дымоходной трубы. Мощность котла снижается до 50%, а расход топлива увеличится в два раза.

 

Вид древесины	Количество теплоты на 1 кг
	Ккал	кДж	кВт-час
ель	3900	16250	4,5
сосна	3800	15800	4,4
береза	3750	15500	4,3
дуб	3600	15100	4,2
бук	3450	14400	4,0

* — по данным ATMOS

 

О. Беловол,
«Комфорт-Эко»

Третичный воздух — Справочник химика 21

    Автоматическое регулирование температуры. Рассматриваемая система предусматривает 1) автоматическое поддержание температуры в камере горения (800—900 °С) изменением подачи третичного воздуха, что необходимо для увеличения срока службы футеровки, [c.221]

    Первичный, вторичный, третичный воздух. Рассмотренные примеры показывают с достаточной убедительностью, что необходимо прийти хотя бы и к несколько условным но достаточно конкретным представлениям, которые мы вкладываем в понятия о вторичном и первичном воздухе. В связи с этим мы-условимся называть вторичным воздухом любой воздух, который сознательно вводится в топочную камеру для дожигания той части топлива, которая сгорает в топочном объеме факельным способом. При этом, в сущности, имеется в виду та часть топочного объема, которая предназначена для целей дожигания горючего газа или горючей пыли. Первичным воздухом, мы, как и прежде, будем называть воздух, вступающий в топку совместно с топливом еще в начальной стадии первичного смесеобразования, будь то, например, корень факела или слой любой схемы слоевого питания. Местом его работы является та часть топки (вернее топочного пространства), которая выделена не только для частичного сгорания, но и в основном для первичной газификации топлива. Первичный избыток должен быть заметно меньше единицы (- О.Уч-О.О). [c.158]

    Печь кал пая. На рис. 100 приведена конструкция камерной печи для сжигания избытка печных газов от фосфорных печей. Топливом является печной газ, который сжигается в специальной газовой керамической горелке (см. стр. 360). Вторичный воздух подается в камеру горения через круглые отверстия, расположенные внутри горелки. Отходящие из камеры горения дымовые газы разбавляются третичным воздухом, отбираемым из печного цеха. Третичный воздух обдувает наружную поверхность камеры горения. Футеровка печи выполнена из шамотного кирпича и заключена в металлический кожух, который опирается на четыре катка, передвигающихся по рельсам, что позволяет при нагревании расширяться печи и работать без компенсатора. [c.259]

    Воздух в топку подается в двух или в трех ее участках первичный воздух — в сжигательное устройство для распыления жидкого топлива или получения газовоздушной горючей смеси вторичный воздух — в камеру горения для окисления распыленного жидкого топлива или для создания внутреннего воздушного охлаждения пристенного слоя футеровки и частичного снижения температуры дымовых газов третичный воздух (рециркуляционный теплоноситель) — в камеру смешения для снижения температуры потока продуктов горения до заданного уровня и одновременного выравнивания в объеме. В некоторых конструкциях топок с мазутным топливом в форсунку подается весь воздух. В этом случае воздух, поступающий в камеру смешения, принято называть вторичным. [c.73]

    Другим направлением совершенствования работы барабанных печей является оптимизация подачи воздуха на сжигание летучих веществ и пыли в печи. В особенности большой эффект по снижению расхода топлива и увеличению выхода прокаленного кокса дает подача так называемого третичного воздуха в зону выделения летучих веществ и подача вторичного нагретого воздуха в выгрузочную зону печи. Оптимизация подачи воздуха особенно актуальна для печей российских алюминиевых заводов. [c.91]

    Аналогичный прием ввода третичного воздуха применяется также и в высокофорсированных факельных топках газовых турбин. Трудности охлаждения лопаточного венца за- [c.158]

    В отдельных случаях некоторая часть воздуха выделяется в виде третичного, подаваемого помимо основных горелок через специальные сопла. Это делается с целью разгрузки горелок от части воздуха, излишнего на первой стадии горения, и улучшения теплового баланса зажигания пыли (см. гл. 2). Назначением третичного воздуха может также быть вторичная турбулизация факела или создание своего рода воздушных завес в местах усиленного шлакования. В последних двух случаях третичный воздух именуют также острым дутьем . [c.42]

    Наконец, в качестве запретительного мероприятия против попадания в топочную камеру нерегулируемого избыточного воздуха подача необходимого для процесса воздуха организуется таким образом, чтобы каналы, подводящие воздух, компоновались как. можно ближе к органу питания топливом и состав-пяли с ним единое целое, — наиболее распространенная форма конструирования горелок. Так как для обычных топлив с высокой теплотворной способностью воздуха по 0 бъему подается значительно больше, чем топлива, то сооружение, подводящее воздух, принимает сравнительно громоздкие формы (если воздух предварительно не сжимается) и носит название воздушного регистра. При сжатом воздухе воздушное устье горелки может быть весьма компактным. Если компоновка топки с приемными каналами потребителя топочных газов это позволяет, то в целях лучшего использования балластного (третичного) воздуха и выдачи потребителю, по возможности, однородной продукции по всему сечению выходного отверстия топки можно последнее соответственно сузить. Такой прием помогает охватывающему движению периферийной части потока и не только позволяет добиться большей однородности по составу и температуре выдаваемых то-по Ч Гых газов, но и способствует более скорому завершению хвостовой части процесса. Сочетание этого приема с приемом распределения по сечению камеры факелов малой производительности может привести к существенному [c.191]

    Ввод первичного воздуха несколько притормаживается в целях уменьшения его расхода ио сравнению с расходом вторичного и третичного воздуха. Нередко этому способствует закручивающий аппарат, устанавливаемый [c.192]

    Зона охлаждения вводом третичного Воздуха (а 1) [c.108]

    В случае надобности падающая часть температурной кривой может характеризоваться весьма крутым падением, для чего в часть камеры, которая расположена за зоной полного сгорания топлива, можно подать добавочный третичный воздух, роль которого сводится к разбавлению горячих топочных газов в целях снижения конечной температуры этих газов до заданного умеренного уровня (фиг. 33). Этот прием получил широкое применение в топках для газотурбинных установок, огневых сушилках, некоторых специальных печах пищевой промышленности и т. п. [c.109]

    Следует особо рассмотреть вопрос об избытке воздуха в горелках. При использовании мельничного воздуха в качестве первичного и отсутствии сброса его (а также подачи третичного воздуха) помимо горелок средний избыток воздуха в горелках нг совпадает с общим избытком организованно (без учета присосов через ограждения топочной камеры) подаваемого в топку воздуха ат°Р . В случае же подачи пыли в горелки горячим первичным воздухом, обычно применяемой при сжигании [c.50]

    В высокотемпературной зоне первичного факела горелок выжиг топлива еще не достигает конечного значения. Поэтому наличие свободного 02>1,5ч-2% могло бы здесь обеспечиваться при материальных избытках воздуха в горелках, заметно меньших 1,08—1,10. Однако для последующего догорания пыли в этом случае должно быть организовано своевременное пополнение убыли кислорода подмешиванием сбросного (или третичного) воздуха. Запоздание подвода необходимого кислорода здесь особенно нежелательно, так как оно повлечет за собою торможение горения в высокотемпературной зоне факела. Это противоречило бы основному принципу рациональной организации процесса горения в топке стремлению выжечь возможно большую долю горючей массы топлива именно в высокотемпературной зоне факела, где условия для интенсивного выгорания наиболее благоприятны. Торможение выгорания в ядре факела и затягивание его в последующую часть топочного объема с быстро снижающейся температурой и ослабленной турбулентностью ведут к значительному возрастанию ме-4 51 [c.51]

    I — рабочее пространство 2 — щелевой радиационный рекуператор для подогрева первичного воздуха от 400 до 700° С 3 —подвод вторичного воздуха при режиме холостого хода 4 — трубчатый рекуператор для подогрева первичного воздуха до 400° С 5 — трубчатый рекуператор для подогрева вторичного воздуха 6 — подвод первичного воздуха 7 — подвод вторичного воздуха при рабочем режиме 8 — подвод третичного воздуха [c.141]

    Такая печь (рис. 22) представляет собой стальной сварной барабан, обогреваемый снаружи продуктами горения, получаемыми в пылеугольной топке. Загрузка и выгрузка продукта из барабана производится механически. Барабан опирается на ролики и вращается специальными механизмами. Печь оборудована рекуператором для подогрева до 300° С вторичного и третичного воздуха, поступающего в пылеугольную горелку. Температура в топке 1300—1350° С. Топка печи выполнена из шамотного кирпича класса А, а обмуровка барабана —из шамота класса Б. Снаружи печь изолирована диатомовым кирпичом. Потребность в металле н строительных материалах на печь шамотных изделий—198 т, диатомового кирпича — 78 тыс. шт., глиняного обыкновенного кирпича — 400 тыс. шт., литья чугунного — 16 г, проката — 40 г. [c.63]

    Применяемое в топках струйное дутье служит для местного усиления скорости смесеобразования, т. е. для ускорения процесса горения и выравнивания температуры по объему получаемого теплоносителя. Струйный метод подачи воздуха наиболее эффективно применяется в топочном объеме, где в виде струй встречается не только вторичный (собственно камера горения), но и третичный воздух (камера смешения), необходимый для снижения температуры потока продуктов горения. В этих случаях особое значение для обеспечения равномерной температуры теплоносителя имеет угол внедрения струи в основной поток. [c.12]

    В кольцевой зазор между кожухом подается третичный воздух или рециркуляционный газ, который охлаждает внутрен 1ин кожух и обеспечивает температуру наружного кожуха камеры го- [c.63]

    К камере горения примыкает камера смешения дымовых газов с третичным воздухом или рециркуляционными газами для получения теплоносителя с заданной температурой. Ка.мера смешения имеет цилиндрическую форму, футерована шамотным кирпичом класса А. В начале камеры смешения имеются отверстия для подачи разбавляющих газов. На камере смешения или трубо- [c.64]

    Вертикальные форсуночные печи могут быть с нижней и верхней подачей в топочное пространство расплавленной серы. На рис. 44 показана схема вертикальной форсуночной печи с нижней подачей. Печь представляет собой вертикально поставленную цилиндрической формы шахту, корпус 2 которой, изготовленный из листовой стали, футерован огнеупорным шамотным кирпичом 3. Внутри шахта разделена на две неравные части перегородкой 5 из шамотного кирпича, не доходящей до верхнего свода печи. В большей части печи внизу установлена форсунка 6, через которую в печь подают расплавленную серу и воздух для ее разбрызгивания и горения. Вторичный воздух подают в печь через отверстия 7, расположенные в стенке нижней части печи. Для дожигания паров серы поступает третичный воздух через отверстия 4, расположенные вверху в стенке печи. Сернистый газ выходит из печи через газоход 1 с температурой около 1000° С и направляется в котел-утилизатор. [c.102]

    Третичный воздух в количестве 240 ООО м 1ч, отбираемый из печного цеха, поступает в установку, обдувает камеру сжигания и снижает температуру отходящих газов до 46—180° С. [c.25]

    К первой группе относятся циклоны, в которых сжигаются угли (рис. 3,/). Чаще всего уголь используется как дополнительное топливо при обработке материалов, содержащих горючие компоненты, например сульфидных концентратов. В этом случае процесс горения в наибольшей степени приближается к процессу сжигания твердого тоилива в энергетической циклонной топке. Ввод угля в плавильный циклон осуществляется либо аксиально через направляющий аппарат вместе с шихтой (рис. 3,/,(5), либо тангенциально (рис. 3,/,5) с третичным воздухом (первичный воздух подается с шихтой). Вторичный воздух вдувается через сопла со скоростями порядка 100— 50 м1сек [Л. 12]. Выбор способа введения твердого топлива во многом определяется требованиями технологии к организации в циклоне зон с восстановительной средой. На твердом топливе в циклонах обрабатывались материалы с температурой плавления [c.171]

    Наконец, термин третичный воздух мы условимся приберечь для тех нередких случаев, когда чрезмерно горячие с точки зрения их потребителя топочные газы сознательно разбавляются добавочным балластным воздухом уже после завершения iпpoцe a полного сжигания. Этот сознательный прием расчленения работы воздуха в соответствии с его назначением является вполне современным и получил в настоящее время самое разнообразное применение. Например, его применяют в огневых сушилках, при надлежащем устройстве — весьма экономичных, в которых для этой цели должны быть соблюдены два основных условия выдача потребителю газовото потока с достаточно низкой средней температурой и поддержание в зоне горения достаточно высокого температурного уровня, обеспечивающего полное завершение процесса. [c.158]

    Ввод первичного, вторичного, и третичного воздуха в топках силового типа. В специальных случаях третичному воздуху поручается особая роль снижение температурного уровня топочных газов до предела, допускаемого потребителем. Если потребитель ставит такое ограничение, то очевидно, что при этом будет важно сохранить температурную однородность выдаваемых газов, для чего придется применить методы интенсивного смесеобразования, как раз не свойственные конечным зонам с а МО развивающегося топочного процесса. Наиболее современным примером о этом отнощении является получение потока топочных газов для газовой турбины, разбавляемых до четырех-пятикратного избытка воздуха (700н-900° на жидком топливе). В этом случае проточная часть топки разделяется с достаточной четкостью на собственно топочную камеру и на камеру юмешения. В схематизированном виде типичное устройство подобного рода [Л. 87 и 17] представлено на фиг. 18-6. [c.192]

    Аналогичный прием может быть применен и для ввода вторичного воздуха, для чего предусматривается добавочный пережим и соответствующая система отверстий в самой камере горения. При этом преследуется сохранение дальнобойностн струй и активизация смешения по возможности в самой сердцевине потока. Основным мероприятием в эгом отношении остается сообщение отдельным струям соответствующего количества движения (про-изведание массы на скорость) системы малых отверстий обслуживают процесс смешения по периферии, система больших — в сердцевине потока. Не следует забывать, что устройство в жаровой трубе искусственных пережимов, сопел вторичного и третичного воздуха может приводить к существенному увеличению общего гидравлического сопротивления. [c.192]

    Полезно отметить, что в топках турбокомпрессора воздушного реактивного двигателя не всегда четко можно отделить топочную камеру, где происходит процесс горения, от камеры смешения, в которой топочные газы разбавляются третичным воздухом. При нормальных условиях можно считать, что процесс в основном полностью заканчивается в самой топке, занимающей примерно половину объема всего топочного устройства. Соответственно этому пришлось бы удвоить тепловые характеристики, приведенные в табл. 23-2 для этих топок (Ытоп, топ). Пожалуй, еще более напряженно работают силовые топки прямоточного воздушного реактивного двигателя, в которых процесс идет при значительно меньшем избы-точном давлении , так как предварительная компрессия воздуха осущ ествляется в этом случае в диффузоре лишь за счет набегания сна ряда на неподвижный воздух. Несмотря на значительно меньшие весовые скорости воздушного потока (Уо о) по сравнению с топками турбокомпрессора воздушного реактивного двигателя, эти топки обеспечивают не меньшие тйтЛовые нагрузки, а в соответствующих случаях и значительно превышают их. [c.263]

    Зона горения делится на пер чичную(с подачей лервичного воздухав количестве, меньшем расчетно-необходимого) и вторичную, в которой воздух подается в количестве, соответ ствующем заданному избытку в самом процессе горения. В первичной зоне коэффициент избытка меньше единицы ( вторичной зоне он несколько больше единицы (о1>1). В третью зону (за зоной горения) подается в большом количестве третичный воздух, разбавляющий топочные газы и тем значительно снижаюш,нй температуру выдаваемых [c.108]

    В ряде случаев температура топочных газов должна быть ниже той, которая минимально допустима в самом топочном процессе, что достигается разбавлением топочных газов добавочным балластным (третичным) воздухом. Однако вмешательство третичного воздуха в сам процесс крайне нецелесообразно из-за снижения температурного уровня горения, которое во всяком случае станет неэкономичным вследствие неполного сгорания топлива, а при чрезмерной величине избытка воздуха может привести к потере устойчивости процесса. Балластирование топочных газов третичным воздухом единственно целесообразно только за пределами самой топки , т. е. за зоной активного горения, работа которой должна характеризоваться весьма умеренными избытками воздуха. [c.220]

    В отдельных случаях часть горячего воздуха нодают в топку в виде острого дутья. Острое дутье (третичный воздух) имеет целью активизировать вторичное смесеобразование в объеме топки, а иногда также создать воздушные завесы в местах усиленного шлакования экранов. Подача третичного воздуха, как правило, должна устанавливаться при настройке режима топки. В последующей эксплуатации ее отдельно не регулируют, и она изменяется пропорционально расходу вторичного воздуха. [c.122]

    Предложена дуплекс-технология , включающая установку частичного сжигания покрышек и печь для обжига портландцементного клинкера. Изношенные покрышки без предварительного измельчения загружаются в вертикалыо ю печь (Ь=12м) производит ьностью 3 т/ч. В нее же подается третичный воздух из охладителя клинкера. В форкамере установки при 1000°С резина разрушается, образующийся горючий газ с теплотворной способностью 5 МДж/м и температурой 850°С, а также тонкодисперсный углерод выходят из установки при 500 С и направляются в декарбониэатор печи обжига клинкера, где сгорают в среде третичного воздуха. Проволока попадает в эту же печь, расплавляется в ней и усваивается клинкером (8сЬт1с1Ьа]5…). [c.296]

    Печь представляет собой вертикальную цилиндрическую шахту, наружный диаметр которой равен 4000 мм, высота 7000 мм. Стальной корпус 2 печи футерован шамотным кирпичом 3. Шамотная перегородка 5, не доходящая до свода печи на 700 мм, делит печное пространство на два неравных отсека. В большем отсеке устанавливают форсунки 6 для распыления жидкой серы. В форсунки компрессором нагнетается воздух. Через три патрубка 7, расположенные в ннжней части большего отсека, поступает в печь вторичный воздух. С целью разрушения битуминозной корки на дно печи через три патрубка 8 вводится барботажный воздух. Для сжигания паров серы в верхнюю часть печи через четыре патрубка 4 поступает третичный воздух. Обжиговый газ с температурой 1000° С уходпт из меньшего отсека печи и по газоходу 1 направляется в котел-утилизатор. [c.76]

    Топливовоздушная смесь сгорает над слоем продукта в потоках «вторичного и третичного воздуха, подаваемого в печь соответственно через патрубки б и 7. Газообразные продукты сгорания выходят из печи через горловину 8. Купол 10, предназначенный для отвода газа (воздуха), выполнен в виде трубы Вентури, что спосо твует улучшению смесеобразования и полноте сгорания продукта. [c.70]

---

Вторичный воздух — обзор

2 КОНСТРУКЦИЯ И ПОВЕДЕНИЕ СГОРАНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

В качестве испытательной печи была выбрана нагревательная вставка для изразцовой печи с тепловой мощностью 10 кВт, представляющая самые современные системы сжигания дров. Конструкция печи и область, исследуемая с помощью упомянутых профильных измерений, показаны на Рисунке 1.

Рисунок 1. Исследуемая испытательная печь, тепловая мощность 10 кВт

Коммерчески доступная печь состоит из двух пространственно разделенных реакционных зон.В первой реакционной зоне как древесное топливо газифицируется, так и газы, выделяемые деревянными бревнами, начинают гореть. Во вторичной реакционной зоне к газам добавляют предварительно нагретый воздух для почти полного сгорания. Впрыск вторичного воздуха осуществляется двумя способами: через три сопла перед горлом и через щель в середине горловины.

Одной из типичных характеристик периодического сжигания поленьев в небольших системах сжигания с дымоходом с естественной тягой является изменение условий сжигания во время цикла сжигания.На рис. 2 показан типичный цикл горения исследуемой испытательной печи, характеризуемый анализом основных компонентов дымовых газов. Цикл горения можно разделить на три различные фазы горения: запуск, основное горение и фаза сжигания полукокса.

Рисунок 2. Изменение основных газовых компонентов в дымовых газах

Фаза запуска длится от загрузки новой партии бревен до максимальной концентрации CO ₂ в дымовых газах. Из-за низких температур в реакционных зонах, низкой скорости горения топлива и большого количества избыточного воздуха фаза запуска связана с высокими выбросами несгоревших компонентов, таких как CO и углеводороды.

Следующая основная фаза сжигания характеризуется высоким содержанием CO ₂ в дымовых газах и низкими выбросами несгоревших компонентов. Практически полное сгорание можно объяснить повышением температуры в печи и более низким коэффициентом избытка воздуха по сравнению с условиями на этапе запуска. В течение приблизительно 20-30 минут условия горения и поле потока в реакционных зонах остаются почти постоянными.

Переход от основной фазы сжигания к фазе сжигания полукокса обозначается быстрым увеличением выбросов CO.Из-за полной газификации деревянных бревен процесс горения переходит от гомогенных газофазных реакций к гетерогенному процессу горения с более низкой скоростью горения топлива. В результате большего количества избыточного воздуха в конце цикла горения и связанных с этим более низких температур концентрация CO увеличивается до очень высоких значений.

Воздух для горения — обзор

7.6 Впрыск четвертичного воздуха

Подача воздуха для горения в котлы-утилизаторы крафт-бумаги включает нагнетание воздуха на двух или более уровнях в топку котла.На самом нижнем уровне воздух нагнетается через отверстия во всех четырех стенах. Одной из основных проблем при эксплуатации котлов-утилизаторов является образование отложений на поверхностях теплопередачи в верхней части котла. Наиболее опасные отложения возникают в пароперегревателе и парогенераторе. Эти отложения образуются в основном из-за частиц, которые возникают в результате уноса некоторых частиц распыляемого щелока в потоке воздуха и дымовых газов. По мере того, как частицы распыляемого щелока падают на дно печи, они набухают и теряют вес, становясь менее плотными и легче улавливаемыми.Наиболее чувствительная зона для уноса — это слой полукокса и уровень входа первичного воздуха в печь. Еще одна критическая зона — это вторичный уровень входа воздуха прямо над слоем полукокса. Уносимые частицы уносятся вверх в область над форсунками для впрыска черного щелока восходящими газами и предназначены для уноса из печи с выходящим газом печи или для осаждения в перегревателе и парогенераторе.

Производство целлюлозного завода неразрывно связано с мощностью его котла-утилизатора.В последнее время целлюлозные заводы увеличивают объем производства за счет улучшения управления процессами и модернизации заводов. Эти улучшения выдвигают требования к производительности котла-утилизатора за пределы их первоначальной проектной мощности. В результате котлы-утилизаторы во многих случаях ограничивают производительность целлюлозных заводов.

Котлы-утилизаторы включают три уровня воздуха для горения (первичный, вторичный и третичный), выполняющие разные функции. Первичный воздух расположен на самом нижнем уровне печи.Он подает воздух для сжигания полукокса на поверхности обугленного слоя. Обугливание образуется при горении частиц распыляемого щелока в печи. Обугленный частично сгорает в полете, так как он падает на дно печи, но последняя часть углерода в обугле выгорает на верхней части слоя обугленного, покрывающего дно печи. Первичный воздушный поток обеспечивает геометрию слоя, которая позволяет регенерированным расплавленным химическим веществам подходить для выхода по периметру котла и к выпускным желобам для расплава.Пол котла иногда имеет уклон, чтобы облегчить удаление этого химического вещества.

Вторичный воздух поступает в котел ниже форсунок впрыска черного щелока и выше первичного воздуха. Вторичный воздух помогает формировать верхнюю часть слоя полукокса и подает воздух для сжигания горючих газов, поднимающихся из слоя. Если поток вторичного воздуха слишком велик, дымовой газ, образующийся при сгорании летучих веществ, будет переносить капли щелока в верхнюю топку, что приведет к закупорке котельной установки.Третичный воздух вводится в котел на высоте над пистолетами для нагнетания черного щелока и используется в основном для сжигания летучих веществ, которые удаляются из капель черного щелока по мере их пиролиза и высыхания.

Было предпринято несколько попыток повысить эффективность котла путем внедрения сложных систем управления, влияющих на поток воздуха в камеру сгорания (Blackwell and MacCallum, 1992a, b; Blackwell et al., 1979; Jansen, 1990). Путем полного использования третьей ступени и добавления четвертого отверстия для впрыска воздуха можно уменьшить унос и загрязнение труб.Это может снизить частоту промывки котла-утилизатора, что приведет к экономии энергии, поскольку можно уменьшить количество отключений котла и повторного нагрева. Focus on Energy (2006) подсчитал, что каждый цикл повторного нагрева котла будет потреблять около 10 млн БТЕ при стоимости около 50 000 долларов. Капитальные затраты на эту меру оцениваются в 300 000–500 000 долларов.

ГОРЕНИЕ

ГОРЕНИЕ

Горение относится к быстрому окислению топлива, сопровождаемому производство тепла или тепла и света. Полный сгорание топлива возможно только при наличии достаточного количества кислорода.

Примерно От 1600 до 2000 кубических футов воздуха требуется для сжигания одного галлона мазута № 2 на 80%. эффективность (на уровне моря). Около 15 куб. футов воздуха требуется для сжигания одного кубического фута природного газа с эффективностью 75% (в море уровень).

Кислород (O ₂ ) является одним из самые распространенные элементы на Земле, составляющие 20,9% нашего воздуха. Быстрое окисление топлива приводит к выделению большого количества тепла. Твердое или жидкое топливо необходимо заменить на газ. прежде, чем они сгорят.Обычно тепло бывает требуется для превращения жидкостей или твердых тел в газы. Топливо газы будут гореть в своем нормальном состоянии при наличии достаточного количества воздуха.

Большая часть 79% воздуха (это не кислород) — азот со следами других элементов. Азот считается разбавителем, понижающим температуру, который должен присутствовать для получения кислород, необходимый для горения.

Азот снижает эффективность сгорания поглощая тепло от сгорания топлива и разбавляя дымовые газы.Это уменьшает тепло, доступное для передачи через поверхности теплообмена. Это также увеличивает объем побочных продуктов сгорания, которые затем должны проходить через тепло теплообменник и вверх по дымовой трубе быстрее, чтобы обеспечить подачу дополнительного топливного воздуха смесь.

Этот азот также может сочетаться с кислород (особенно при высоких температурах пламени) с образованием оксидов азота (NO _x ), которые являются токсичными загрязнителями — подробнее об этом позже.

Воздух для горения делится на четыре типа в зависимости от от ее роли и конструкции конкретной горелки.Воздух будет обозначаться в этом руководстве и на семинаре как первичный , вторичный , избыточный и разбавленный воздух.

• Первичный воздух обеспечивает процентное сгорание воздух, но, что более важно, контролирует количество топлива, которое можно сжечь.

• Вторичный воздух улучшается эффективность сгорания за счет полного сгорания топлива.Для мощных горелок обычно не требуются вторичные воздуха. Однако воздух просачивается через дверцы доступа / чистки, монтажные фланцы горелки, секции котла и т. д. ослабляют пламя и температуры дымовых газов, снижая эффективность работы, а также нашу способность точно контролировать условия горения.

• Избыточный воздух есть подается в процесс сгорания, чтобы гарантировать, что каждая молекула топлива полностью окружена достаточным количеством воздуха для горения.Как горелка настройка улучшает скорость, с которой происходит смешивание, количество необходимого избыточного воздуха может быть уменьшенный.

• Разбавляющий воздух не участвовать непосредственно в процессе горения и в первую очередь требуется, чтобы попытаться контролировать тягу дымовой трубы и снизить вероятность того, что влага в дымовых газах будет конденсат в вентиляционной системе — что напрямую влияет на забор воздуха для горения, безопасность и эффективность.

Что такое первичный, вторичный и третичный воздух в дровяной печи?

Первичный, вторичный и третичный воздух доставляется в топку дровяных печей через стратегически размещенные форточки и проходы.

Некоторые из этих вентиляционных отверстий можно открывать вручную. контролируются, в то время как другие не требуют вмешательства для работы.

Каждая форма воздуха играет разную роль в помогает создать максимальное количество тепла от сжигания дров в печи.

Итак, что такое первичное, вторичное и третичное воздух в дровяной печи, и что каждый делает?

Первичный воздух подается к твердому топливу, расположенному в основании топки, обычно через зольник, чтобы огонь разгорелся и печь довести до рабочей температуры.

Среднее воздух обычно поступает в печь через вентиляционное отверстие, расположенное над дверью, или из-под плиты и может использоваться в системе очистки воздуха печи или для вторичного сжигания газов.

Высшее воздух подается в топку через заднюю часть печи, чтобы помочь с вторичным сгорание и дальнейшее сокращение выбросов от сжигания древесины.

Все дровяные печи спроектированы иначе. Некоторые печи могут иметь только первичный и вторичный потоки воздуха, в то время как другие могут иметь все три формы воздушного потока.

Поскольку каждая марка печи работает в разных ниже я объяснил более подробно, как первичный, вторичный и Третичный воздух работает на двух наших собственных дровяных печах.

Чтобы помочь вам понять жаргон, используемый в Эта статья:

Вторичное сжигание — это процесс сжигания отходящих газов от огня для получения большего количества тепла и сокращения выбросов. Я более подробно объяснил, что такое вторичный ожог в дровяной печи.

Система очистки воздуха в дровяной печи помогает поддерживать чистоту стекла на дверце печи и обеспечивает хороший обзор огня. Нажмите здесь, чтобы узнать больше.

Дровяная печь Контроль первичного воздуха

Первичный воздух дровяной печи — это основной источник кислорода для огня, когда он разгорается и разгорается.

Первичный воздух предназначен для возгорание до температуры, достаточной для вторичного возгорания газов, так, чтобы печь начала обеспечивать оптимальную тепловую мощность. Закрывая первичный воздухоотводчик, когда температура в печи достаточно высока, вторичный Тогда воздух может выступить в качестве основного источника воздуха для огня.

Закрытие вентиляционного отверстия первичного воздуха помогает предотвратить слишком быстрое горение древесины, что, в свою очередь, приведет к буквально прожигая ваши запасы дров!

В твердое топливо подается первичный воздух расположены в основании топки печи, поэтому вентиляционные отверстия обычно находится у дна плиты.Воздух обычно подается через золу. поднос к ложе костра.

Пример воздухозаборника на передней панели дровяной печи.

Первичный воздух обычно не требуется. подогревается перед входом в топку.

Дровяная печь Регулятор вторичного воздуха

Вторичный воздух обычно заменяет основной источник кислорода для огня, когда печь прогреется до рабочей температуры.

Агентство по охране окружающей среды определяет вторичное сжигание как:

«Сгорание топливных материалов, которые не полностью сгорели в зоне первичного сгорания, т.е.е., в непосредственной близости от древесины. «Вторичное горение может быть достигнуто путем смешивания газов из древесины и первичного горения с подходящим кислородом при температуре, достаточной для воспламенения смеси или поддержания горения».

Охрана окружающей среды Агентство (EPA)

Таким образом, вторичный воздух играет важную роль. роль в обеспечении максимально эффективной работы печи и высвобождения максимальное количество тепла от горящей древесины.

Вторичный воздух можно использовать во вторичном сжигание газов, выделяемых огнем.Это освобождает больше всего тепла в ваш дом, чем просто сжигание дров, а также помогает уменьшить выбросы от сжигания древесины.

Правильное управление отводом вторичного воздуха на плите будет гарантировать, что вы регулируете скорость, с которой дрова горит, а также обеспечивает максимальное выделение тепла от печь, и что газы сжигаются чисто, чтобы уменьшить общий выбросы.

Дополнительные вентиляционные отверстия обычно можно найти над дверцей печки или под цоколем.Вторичный воздух можно нагреть в пути для использования в системах вторичного ожога или воздушной промывки по мере продвижения вокруг горячего тела печки.

Пример вторичного вентиляционного отверстия, расположенного под дровяной печью

Если потоки первичного и вторичного воздуха закрыты, то огонь в конечном итоге выгорит сам. В вторичный воздухоотводчик, как правило, никогда не следует закрывать, если вы не хотите. потушить огонь.

Оставляя открытым выпускное отверстие для вторичного воздуха слишком много может помешать вторичному ожогу работать эффективно, слишком мало вторичного воздушный поток также может вызвать такой же эффект.

Производители должны указать, насколько широко должен быть открыт вторичный воздухоотводчик, чтобы дрова горели наиболее эффективно, а на одной из наших дровяных печей он открыт на четверть или половину.

Дровяная печь Третичное управление воздухом

В некоторых случаях будет использоваться третичный воздух. для вторичного сгорания, заменяя или дополняя вторичный воздух, используемый для вторичный ожог, который может использоваться вместо системы воздушной промывки.

Третичный воздух обычно не может быть контролируется на дровяных печах, и поэтому автоматически подается в топку для облегчения вторичного горения (как на одной из наших дровяных печей, показанных ниже).

Пример третичных вентиляционных отверстий в топке дровяной печи

Третичный воздух также можно нагреть в течение предварительно нагреть камеру перед входом в топку, что помогает печь, чтобы инициировать вторичный ожог.

Ужесточение требований к выбросам сжигание дров в домах означает, что дрова нужно сжигать очень чисто, если печь предназначена для использования в зонах дымоудаления. Третичный воздух помогает обеспечить самый чистый возможен ожог, поэтому его можно найти на ряде древесных материалов, одобренных DEFRA или EPA. горящие печи.

Дровяная печь Воздушный поток (Пример 1)

У моего отца традиционное дерево горящая печь, расположенная в камине в его гостиной.

Печь имеет два регулируемых дефлектора: один расположен под плитой, а один — спереди.

Печь использует как первичный, так и вторичный образует воздух для разжигания огня и позволяет как вторичное горение происходит промывка двери газами и воздухом. Нет третичного воздуха на эта дровяная печь.

Переднее вентиляционное отверстие подает воздух к основанию огонь через отсек зольника и вверх через решетку топки.

Первичный воздух через круглое вентиляционное отверстие на передней панели печи (я держусь за ручку, которая управляет вторичным вентиляционным отверстием) Первичный воздух подается через зольник и решетку на дне топки.

Это входное отверстие для первичного воздуха подает воздух в только основание топки, поэтому при розжиге огня она должна быть широко открыта. Помогите ему начать работу.После этого первичный вентиль либо закрывается, либо остается частично. открыть для остатка огня.

Первичный воздухозаборник закрыт

Затем используются вторичные регуляторы вентиляции. контролировать скорость, с которой горит огонь. Вторичный воздухоотводчик на этой модели дровяной печи находится под печью и подает вторичный воздух в верхней части топки, чтобы облегчить как систему вторичного горения, так и систему очистки воздуха.

Воздухозаборник вторичного воздуха, расположенный под плитой

Этот вторичный воздухоотводчик также оставлен широким. открывается при разжигании огня и используется для управления огнем.

Опять же, на корпусе нет отверстий. задняя часть этой плиты, чтобы обеспечить третичный воздушный поток.

Дровяная печь Воздушный поток (Пример 2)

Дровяная печь моей матери тоже в гостиной расположен камин.

В печи используются первичный, вторичный и третичный воздух для управления всеми функциями дровяной печи.

В отличие от другой нашей печи здесь только одна управляемая вентиляция, находится под плитой.

Ручка для управления единственным ручным вентиляционным отверстием, расположенным под плитой

Вентиляционное отверстие под плитой контролирует как первичный воздух и вторичный воздух в топку.Первичный воздух подается в слой огонь, в то время как вторичный воздух направляется в верхнюю часть печи для промывки воздухом система.

Производитель печи рекомендует оставлять этот воздухоотводчик открытым на 25–50% для достижения наилучших результатов при сжигании дров.

Есть также вентиляционное отверстие, расположенное на задней стороне печь для подачи третичного воздуха для вторичного горения внутри топки (I К сожалению, не мог дотянуться, чтобы сфотографировать).

Есть небольшие отверстия, расположенные сзади топки для третичного воздуха для вторичного сжигания отходов газы.

Отверстия в задней части топки для третичного воздуха

Ручное управление не требуется для через это отверстие, а третичный воздух автоматически подается в огонь. Воздух нагревается вверх внутри корпуса печи перед входом в камеру для дальнейшего улучшения вторичное сгорание.

Эти отверстия очень маленькие, поэтому струи горячего воздуха в топку, чтобы помочь повторно зажечь оставшиеся газы при очень высокой температуре. температуры для дальнейшего увеличения тепловой мощности и сокращения выбросов.

Первичный, Вторичный И третичный воздух на дровяной печи

Может быть легко неправильно понять, как горящая печь подает воздух в огонь для первичного или вторичного сгорания, или чтобы стекло дверцы печи оставалось чистым.

Обязательно прочтите руководство к своей дровяной печи, чтобы узнать, какие вентиляционные отверстия контролируют поток воздуха и как лучше всего их использовать для наиболее эффективного огня в печи.

Неправильное использование регулятора подачи воздуха на дровяной печи может привести к тому, что огонь не исчезнет, ​​но обеспечение сжигания древесины с низким содержанием влаги может быть столь же важным, как и правильное использование вентиляционных отверстий.

Роль первичного и вторичного воздуха в сжигании дров в кухонных печах

Количественная оценка бремени болезней, вызванных различными рисками, дает информацию о профилактике, предоставляя отчет о потере здоровья, отличный от того, который предоставляется анализом отдельных болезней.После проведения сравнительной оценки риска в 2000 г. полного пересмотра глобального бремени болезней, вызванного факторами риска, не проводилось, и ни один из предыдущих анализов не оценивал изменения бремени, связанного с факторами риска, с течением времени. МЕТОДЫ Мы оценили количество смертей и лет жизни с поправкой на инвалидность (DALYs; сумма лет, прожитых с инвалидностью [YLD] и потерянных лет жизни [YLL]), обусловленных независимым воздействием 67 факторов риска и кластеров факторов риска для 21 региона в 1990 г. и 2010. Мы оценили распределение воздействия для каждого года, региона, пола и возрастной группы, а также относительные риски на единицу воздействия путем систематического анализа и синтеза опубликованных и неопубликованных данных.Мы использовали эти оценки вместе с оценками смертей по конкретным причинам и DALY из исследования Global Burden of Disease Study 2010, чтобы рассчитать бремя, связанное с воздействием каждого фактора риска, по сравнению с теоретическим воздействием минимального риска. Мы включили неопределенность в отношении бремени болезней, относительных рисков и подверженности рискам в наши оценки относимого бремени. ВЫВОДЫ В 2010 г. тремя ведущими факторами риска глобального бремени болезней были высокое кровяное давление (7,0% [95% интервал неопределенности 6,2-7,7] глобальных DALY), курение табака, включая пассивное курение (6,0%). 3% [5 · 5-7 · 0]) и употребление алкоголя (5 · 5% [5 · 0-5 · 9]).В 1990 г. ведущими рисками были недостаточная масса тела у детей (7,9% [6,8-9,4]), загрязнение воздуха в домашних условиях твердым топливом (HAP; 7,0% [5,6-8,3]) и курение табака, включая пассивное курение (6,1% [5,4-6,8]). На факторы риска, связанные с питанием, и на недостаточную физическую активность в совокупности приходилось 10,0% (95% UI 9 · 2–10,8) глобальных DALY в 2010 году, при этом наиболее заметными диетическими рисками были диеты с низким содержанием фруктов и высоким содержанием натрия. Ряд рисков, которые в первую очередь влияют на детские инфекционные заболевания, в том числе неулучшенное водоснабжение и санитария, а также дефицит питательных микроэлементов у детей, упали в рейтинге в период с 1990 по 2010 год, при этом на неулучшенные услуги водоснабжения и санитарии приходилось 0,9% (0,4–1,6) глобальных DALY. в 2010.Однако в большинстве стран Африки к югу от Сахары недостаточная масса тела у детей, HAP, а также неисключительное грудное вскармливание и прекращение грудного вскармливания были ведущими рисками в 2010 году, в то время как HAP был ведущим риском в Южной Азии. Основным фактором риска в Восточной Европе, большей части Латинской Америки и южной части Африки к югу от Сахары в 2010 году было употребление алкоголя; в большинстве стран Азии, Северной Африки и Ближнего Востока, а также в Центральной Европе это было высокое кровяное давление. Несмотря на снижение, курение табака, включая пассивное курение, оставалось основным риском в Северной Америке и Западной Европе с высокими доходами.Высокий индекс массы тела увеличился во всем мире, и он является основным риском в Австралазии и южной части Латинской Америки, а также занимает высокие места в других регионах с высоким уровнем дохода, Северной Африке и на Ближнем Востоке, а также в Океании. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ Во всем мире влияние различных факторов риска на бремя болезней существенно изменилось, поскольку риски инфекционных заболеваний у детей сместились в сторону рисков неинфекционных заболеваний у взрослых. Эти изменения связаны со старением населения, снижением смертности среди детей младше 5 лет, изменениями в составе причин смерти и изменениями воздействия факторов риска.Новые данные привели к изменениям в величине ключевых рисков, включая неулучшенные условия водоснабжения и санитарии, дефицит витамина А и цинка, а также загрязнение окружающей среды твердыми частицами. Степень, в которой произошел эпидемиологический сдвиг, и основные риски в настоящее время сильно различаются по регионам. В большинстве стран Африки к югу от Сахары ведущие риски по-прежнему связаны с бедностью и с детьми. ФИНАНСИРОВАНИЕ Фонд Билла и Мелинды Гейтс.

Ступенчатая подача топлива и подача воздуха для снижения выбросов азота в CFB сжигании коры и угля

энергетических топлив.2019 июн 20; 33 (6): 5732–5739.

VTT Технический Исследовательский центр Финляндии, P.O. Box 1603, FI-40101 Jyväskylä, Finland

Поступила 20 марта 2019 г .; Пересмотрено 14 мая 2019 г.

Это статья в открытом доступе, опубликованная под лицензией Creative Commons Attribution (CC-BY), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии ссылки на автора и источник.

Abstract

Оксид азота (NO) и образование закиси азота (N ₂ O) в циркулирующем псевдоожиженном слое (ЦКС) можно контролировать горение ступенчато по воздуху и по топливу.Была проведена обширная тестовая кампания. с помощью экспериментального испытательного стенда CFB, чтобы увидеть возможности методы сжигания коры ели и каменного угля как при совместном сжигании. Стадия подачи топлива сжиженным углеводородным газом (LPG) выполнялось поочередно из трех мест с тремя уровнями интенсивности. Поступление воздуха изучали отдельно и во время эксперимента с подачей топлива. Экспериментальные тренды образования эмиссии NO и N ₂ O во время ступенчатой ​​подачи топлива и ступенчатой ​​подачи воздуха представлены в этом исследовании.Это Было замечено, что ступенчатая подача воздуха и ступенчатая подача топлива могут иметь противоположные эффекты. на образование выбросов оксида азота, и, таким образом, при совместном использовании, четкое понимание поведения и условий топлива, а также как NO _x химия в камере сгорания, является нужный. В испытанных условиях было замечено, что если ступенчатая подача воздуха эффективен, то ступенчатая подача топлива не приносит дополнительных преимуществ в НЕТ снижения. Вместо этого подача сжиженного нефтяного газа может увеличить выбросы. в недостатке кислорода.Однако, если нет возможности провести ступенчатая подача воздуха, затем ступенчатая подача топлива может использоваться для получения обедненного кислородом восстановительные зоны для NO. Концентрация N ₂ O также была дополнительно увеличена. снижено с помощью сжиженного нефтяного газа в испытаниях с эффективным воздушным каскадом.

1. Введение

NO, NO ₂ и N ₂ O являются основными загрязнителями азота выделяется при горении. ^1,2 Прямое формирование NO ₂ в псевдоожиженном слое горение обычно незначительно.Вместо этого образование NO ₂ обнаруживается в условиях, когда происходит быстрое охлаждение. ³ Сформированный NO нестабилен в атмосфере и легко окисляется до NO ₂ , что вызывает кислотные осадки в результате реакции с атмосферной влагой. N ₂ O — парниковый газ с увеличивающейся атмосферой. концентрация ⁴ и потенциал глобального потепления В 265 раз больше, чем CO ₂ . ⁵ Мощность на действующих предприятиях могут возникнуть проблемы с соблюдением политики ⁶ , реализованной для сокращения выбросов азота оксиды (NO и NO ₂ ).Пока что нормативы не ограничивают выбросы N ₂ O.

Методы сокращения выбросов NO _x и N ₂ O можно разделить на основные и второстепенные методы, из которых первый дешевле. Основные методы: используется для уменьшения выбросов уже в печи, влияя на горение условия для создания восстановительных зон. Эти приемы, к сожалению, обычно не снижают все вредные азотные виды. Главная методы включают (i) низкий избыток воздуха, (ii) ступенчатую подачу воздуха, (iii) дымоход рециркуляция газа, (iv) уменьшенный предварительный нагрев воздуха, и (v) ступенчатое регулирование / дожигание топлива.Вторичные методы называются методами на конце трубы. которые используются для удаления оксидов азота из дымовых газов. Эти методы обычно делятся на (i) селективное каталитическое восстановление (SCR) и (ii) селективное некаталитическое восстановление (SNCR). ²⁰

Топливный азот является основной причиной азота образование оксидов в сжигание в псевдоожиженном слое. Выбросы азота также образуются из атмосферы. азот (быстрое НЕТ и термическое НЕТ). Однако формирование оперативного NO в результате реакции между N ₂ и водородом радикалов из топлива можно оценить как незначительные. ^7,8 Размер температура горения в псевдоожиженном слое слишком высокая низкий для образования термического NO (800–1000 ° C вместо ≥1300 ° C), так как термическая диссоциация N ₂ до радикалов N необходим для начала образования NO. ⁹ А нижний температура сгорания увеличивает сокращение NO, особенно когда концентрация кислорода низкая. ¹⁰ А относительно низкая температура горения, однако, увеличивает образование N ₂ O, особенно в циркулирующих псевдоожиженных слоях, где почти изотермические условия (обычно 850–900 ° C при полной нагрузке котла) существуют в стояке. ¹¹

Кора с высокой летучие вещества выделяют азот в основном на свет газообразные частицы, способствующие гомогенному механизму в оксиде азота формирование. ¹² Хотя пути реакции летучих форм азота сложны, ^11,21 есть соответствие в образовании NO. Высвобожденные промежуточные соединения азота (HCN и NH ₃ ) реагируют с доступным кислородом с образованием NO или в обедненной кислородом зоне N ₂ ; образованный NO может также восстановиться до № ₂ . ^3,14 Нижнее содержание O ₂ в камере сгорания обычно меньше NO _x и N ₂ O. ⁷

Gustavsson и Leckner ^17,18 заявляют, что образование N ₂ O сильно зависит от условий в печи. Более высокая температура и более низкий уровень избыточного воздуха сокращают выбросы. Кроме того, твердое топливо, характеристики топлива и присадки влияют на образование выбросов азота. Топливо с высоким содержанием фиксированных углерод, такой как битуминозный уголь, дает относительно высокие выбросы N ₂ O (100–150 частей на миллион), тогда как N ₂ O выбросы ниже для бурого угля и торфа и незначительно для древесины, все с более низкое содержание связанного углерода по сравнению с углем. ^17,19-21 Образование обычно объясняют окислением полукоксового азота и реакции NO с полукоксовым азотом или каталитическим реакции азотных форм на доступных поверхностях частиц. ^22,23 Высокое содержание летучих веществ в топливе также увеличивает потребление кислорода и образует обедненные кислородом зоны, которые уменьшают образование N ₂ O и увеличивает его сокращение. ²³ В предыдущей исследования с пилотной камерой сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем (CFB) VTT, ²⁴ , было сочтено разумным предположить, что неоднородная реакция (реакция 1) NO с угольным азотом снижает NO и увеличивает образование N ₂ O при увеличении инвентаря char.

1

Это по согласованию с литература ^2,25 сжигания в псевдоожиженном слое угля и полукокса.

Кинетика дожигания сложна и включает различные углеводороды механизмы реакции. ^13,15,26,27 В течение В процессе дожигания NO может быть гомогенно восстановлен до N ₂ либо радикалами CH _i ( i = 0, 1, 2) и радикалами аммиака (NH _i , i = 0, 1, 2) (если топливо дожигания содержит азот) или с CO.Также Kilpinen et al. ²⁶ завершено что реакция NO на HCN и с радикалами CO и H эффективна при дожигании метаном. Если доступны активные углеродные участки, связанные с топливом, затем они также могут восстанавливать NO до молекулярного азота. ²⁸ Основные маршруты гомогенного восстановления NO, связанные с дожиганием в литературе ^27-29 можно упростить до

2

3

Метод дожигания был использован для сокращения выбросов азота при сжигании пылевидного топлива для различных видов топлива. ^16,17,30-33 Однако исследования в псевдоожиженном слое условия горения в слое редки. Сирисомбун и Куприянов ³⁴ изучали стадию топлива в биомассе-биомассе. совместное сжигание и дожиг газа в ЦКС, интегрированный с газификацией был изучен. ³⁵ В данном исследовании возможности вторичного впрыска топлива в топку выше первичная зона в циркулирующем псевдоожиженном слое сгорания и совместное сгорание биомассы и угля изучается путем подачи сжиженного нефтяного газа (СУГ) в опытной камере сгорания.

2. Экспериментальная Процедура

Влияние ступенчатой ​​подачи воздуха и подачи топлива на азот эмиссия образование в циркулирующем кипящем слое горения угля, коры, и их смеси были исследованы на пилотной камере сгорания VTT мощностью 50 кВт. Принципиальную схему камеры сгорания можно увидеть на. Подступенок имеет цилиндрическую форму. форма диаметром 0,17 м и длиной 8,3 м. Стены изготовлен из жаропрочной и устойчивой к коррозии стали. кормили воздух нагревается электричеством, зона топки оборудована с несколькими зонами электрического нагрева для стабилизации и несколькими порты для отбора проб твердых материалов.

Принципиальная схема ТНТ 50 кВт Камера сгорания CFB, включая порты подачи воздуха и сжиженного нефтяного газа.

Первичный воздух подается через решетку. Вторичный воздух кормится 1,3 м, а третичный воздух 1 находится на высоте 4,7 м над сеткой. Третичный воздух 2 подается непосредственно перед циклоном на высоте 8,3 м над сеткой. Начальный топливо можно подавать по двум разным линиям. Добавки можно подавать через отдельную строку. Известняк или другие добавки не использовались. во время экспериментов. Размер частиц природного песка, используемого в качестве материал слоя находился в диапазоне 0.1–0,5 мм (средний диаметр, 0,2 мм). Камера сгорания оборудована пятью линиями впрыска газа, можно увидеть в (LPG1 – LPG5). LPG1 связан с первичным воздухом подачи, чтобы смешать дополнительный газ с первичным воздухом. LPG2 — это расположены на высоте 3,0 м, СУГ3 на высоте 6,2 м и СУГ4 на высоте 7,9 м над сеткой.

Основные составы дымовых газов (включая O ₂ , CO ₂ , CO, NO, N ₂ O, NO ₂ и SO ₂ ): измерены с помощью газоанализатора FTIR и анализатора O ₂ при 2.0 м над сеткой и после горячего циклона. Точка отбора проб в 2,0 м выше подачи вторичного воздуха. Температуры были измерены с термопарами вдоль стояка CFB. Все скорости входящего потока также измеряется как Нл / мин. Законы, описывающие идеальные газы, используются для исправления расход в зависимости от температуры реактора. Общий расход дымовых газов, который включает дымовые газы, рассчитывается на основе измеренных массовый расход топлива, подача воздуха и, содержание O ₂ . Резиденция время дымовых газов рассчитывается с использованием расходов, размеров реактора, и точки кормления.

Испытания на горение проводились с 100% кора, 100% битум уголь и две их смеси. Первая смесь на 80% состояла из коры. и 20% угля, а вторая смесь состояла из 27% коры и 73% угля. на энергетической основе (сухое топливо). Топливные составы представлены в таблице 1. Впрыскивали СУГ. в камеру сгорания в качестве топлива для дожигания. Используемый сжиженный нефтяной газ содержит ∼95 об.% пропана (C ₃ H ₈ ) и ∼5 об.% бутана (C ₄ H ₁₀ ).

Таблица 1

Состав топлива

%

Анализ топлива	Финская ель кора	Русский битумный уголь
влажность (мас.%)	12.0	9,2
зола (мас.% Сухого вещества) 815 ° C	2,6	16,2
содержание летучих (мас.% Сухого остатка)	75,0	32,8
чистая калорийность кг db)	18,86	27,44
C (мас.% db)	50,4	68,3
H (мас.% db)	5,9	4,6		N	)	0,36	2.22
S (мас.% Db)	0,02	0,36
Cl (мас.% Db)	0,012	0,005

общий объемный расход воздуха (нл / мин) поддерживался постоянным, но подача варьируется между первичным, вторичным, третичным воздухом 1 и третичным воздухом 2. Этапы воздушной ступени показаны в Таблице 2. Постановка воздушной вентиляции была выполнена с или без Подача сжиженного нефтяного газа. Впрыск газа с нагрузкой 5 кВт из трех разных мест. (LPG2, LPG3 и LPG4) тестировались одновременно в одном месте и с тремя различными нагрузками сжиженного нефтяного газа (2, 4 и 5 кВт) от впрыска точка LPG2.Подача твердого топлива 45–50 кВт в зависимости от топливо, не менялось при ступенчатом подаче воздуха или подаче топлива, чтобы сохранить условия нижнего слоя сопоставимы.

Таблица 2

Воздушная ступень Шаги

9045 9045

тест #	первичный воздух (% общ.)	вторичный воздух (% общ.)	третичный воздух 1 (% общ.)	третичный воздух 2 (% общ.)
0	49	50	0	1
1		43	7	1
2	49	32	18	1
3	49	21	9045 9045 1 9045 9045 9045 9045 9045 49	16	34	1
5	49	16	0	34
6	49	21	49	32	0	19
8	49	43	0	8

3.Результаты и Обсуждение

3.1. Влияние воздушной постановки на время пребывания и температурный профиль в камере сгорания

Чем дальше от через решетку подавался воздух для горения, тем дольше оставался дымовой газ в камере сгорания из-за снижения скорости дымовых газов. С начального подача воздуха (49/50/0/1, прим / сек / трет1 / трет2 об.% долей соответственно) на ступенчатую, в которой 33% воздуха подавалось в третичный воздух 1 (49/16/33/1), увеличение времени пребывания дымовых газов в реакторе составило 0.5–1 с. Если часть воздуха для горения подавалась в третичный воздух 2 до циклон (максимальный случай, 49/16/0/34), затем время пребывания увеличилось до 1,5 с. Это означает, что при подаче воздуха во вторичный воздух уменьшается, время пребывания дымовых газов в обедненной кислородом зоне становится длиннее из-за более низкой концентрации кислорода в камере сгорания и уменьшенная скорость дымовых газов. Подача сжиженного нефтяного газа увеличила общую расход менее 0,5%. Таким образом, его влияние на резиденцию время можно считать ничтожным.

При сгорании 100% коры или смесь, содержащая 80% коры, увеличение подача воздуха повысила температуру на высоте подачи (и). Это ясно показывает, что летучие вещества немедленно сгорают, если кислород доступен. Во всех испытаниях для коры и смесей, содержащих кору, пик температуры можно увидеть на входе вторичного воздуха, где основная часть летучих веществ сгорает. Однако во время горения испытания 100% угля, как вторичного сырья, так и третичного воздуха 1 подача снижает температуру в камере сгорания локально.Чем больше подача воздуха была более широкой, чем ниже появлялся градиент температуры на вторичном входе для коры, тогда как для угля снижение подача вторичного воздуха как бы сглаживает разницу температур. Отчетливо видно, что горение вторичного воздуха вход уменьшается, а горение в верхней камере сгорания увеличивается при увеличении доли угля в топливной смеси. Когда больше более 20% всего воздуха составлял третичный воздух 2, часть сгорания произошло после этого уровня.

Температурный профиль в камере сгорания без подача газа для (слева) 100% кора и (справа) 100% уголь.

Профиль температуры в камере сгорания во время испытаний подачи газа для 100% коры.

Увеличение впрыска СУГ средняя температура (25–50 ° C) в камере сгорания, так как сгорание сжиженного нефтяного газа нагревает материал слоя. Хорошо видно, что LPG горит в условиях повышенного содержания кислорода. Однако, если камера сгорания бедная кислородом, то горение происходит ближе к или в циклоне, или, другими словами, за счет третичного воздуха 2.Ни один ступенчатая подача воздуха и подача сжиженного нефтяного газа сильно влияют на профиль плотности в камера сгорания, которая была близка к постоянной на протяжении всей испытательной установки.

3.2. Образование выбросов азота во время ступенчатого переключения топлива и воздушная ступень

Смешивание топлива существенно влияет на образование выбросов азота. Увеличение доли угля в топливо снижает конверсию азота в NO и увеличивает его конверсию по N ₂ O, как видно на. Если топливо содержит в основном кору или только кору, тогда конверсия азота в N ₂ O низкая.Для 100% угля измеренная концентрация N ₂ O явно самая высокая. В экспериментах, где использовалось 73% угля, конверсия азота до N ₂ O в стопке находится в том же диапазоне, что и для NO. При увеличении доли угля количество полукокса увеличивается в камера сгорания и гетерогенная реакция NO с полукоксовым азотом снижает NO и увеличивает образование N ₂ O. ^2,24,25

NO и N ₂ Образование O с разными топливные смеси (кора / уголь) когда LPG не подается, а воздух подается в первичный и вторичный воздух (49/50/0/1).

Было сочтено разумным изучить пробы со всей корой (100%) и высокая доля коры (80%) параллельно из-за сходства Результаты. Это сделано в разделе 3.2.1. Соответственно, в разделе 3.2.2 испытания со всеми углями (100%) и высокая доля угля (73%) также анализируются параллельно.

3.2.1. Кора как основное топливо

Окись углерода (CO) и полукокс могут уменьшить количество NO при сгорании. ^26,28,36,37 Кроме того, низкий избыток воздуха, вызывающий высокие концентрации CO, снижает образование NO. ³⁸ Концентрация CO в дымовой трубе низкая во время испытания на горение со 100 и 80% коры (менее 90 мг / Нм ³ ). Третичный воздух вступает в реакцию с остальным CO, если горение в стояке неполная, а циклон — эффективный смеситель что способствует горению CO. Однако измеренная концентрация CO в стопке самый высокий, когда концентрация NO самая низкая. Значительно высокие концентрации CO над входом вторичного воздуха измеряются, когда подача вторичного воздуха мала, как можно видеть из .

Смесь, содержащая 80% коры, концентрация NO в штабеле и Концентрация CO над входом вторичного воздуха в зависимости от концентрации кислорода после подачи вторичного воздуха.

В этом исследовании наибольшее снижение NO во время воздушной ступени испытания для чистой коры (100%) и смеси (80% коры, 20% угля) обнаруживается, когда 21% общего количества поступает во вторичный воздух и 49% — во вторичный воздух. первичный воздух и остальной воздух подается как третичный воздух 1 и 2. Уменьшение подачи вторичного воздуха влияет на скорость дымовых газов. в камере сгорания, делая время пребывания реагирующего азота в сокращающие условия дольше.Когда последнее место подачи воздуха было третичным воздух 2 вместо третичного воздуха 1, даже больше NO уменьшается из-за расширенного обедненная кислородом зона в реакторе. При недостатке кислорода прекурсоры азота восстановить до атмосферного N ₂ , или NO, образующийся в плотном слое восстанавливается в реакции с CO и / или углем-N.

Образование N ₂ O незначительно при наличии полукокса. маленький, ³⁹ , который также был показан в этом изучение. Также обнаружено, что газообразный продукт из биомассы является эффективным восстановителем N ₂ O в условиях псевдоожиженного слоя. ⁴⁰ Лу и Энтони ⁴¹ проводили эксперименты с природным газом в камере сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Они нашли что само сгорание газа произвело пренебрежимо малое количество N ₂ O. Однако NO образуется с помощью механизма быстрого NO, который объяснили локальными горячими точками из-за неравномерного сжигания газа. В В данном исследовании температура в камере сгорания контролировалась электрически, и таких горячих точек не было. Так или иначе, вышеупомянутый механизм может повлиять на камеру сгорания промышленного масштаба.

Увеличение Подача сжиженного нефтяного газа снижает NO почти линейно для коры, как можно видеть на фигуре, в которой изменение концентрации NO в дымовых газах из-за подачи СНГ по сравнению с соответствующей подачей воздуха без Подача сжиженного нефтяного газа изображена. С подачей сжиженного нефтяного газа 5 кВт на нижнюю подачу точка (LPG2) выше входа вторичного воздуха, образуется на 22% меньше NO, чем без ступенчатой ​​подачи топлива. Однако следует отметить, что есть нет снижения с наиболее редуцирующей подачей воздуха (49/21/29/1). Кажется что, если ступенчатая подача воздуха эффективна, ступенчатая подача топлива не требуется, и если его использовать, это может увеличить выбросы NO.Результаты похожи со смесью, содержащей в основном кору (80%).

Кора 100%. Перемена в дымовых газах концентрация NO из-за сжиженного нефтяного газа с тремя уровнями интенсивности по сравнению с отсутствием подачи сжиженного нефтяного газа при различных ступенях подачи воздуха комбинации (прим / сек / трет1 / трет2).

В исследовании Pels et al. ⁴² это был наблюдали, что во время горения летучих промежуточных NCO, которые происходит из HCN, реагирует на NO при более высоких температурах, тогда как более низкие температуры благоприятствовали образованию N ₂ O.Loeffler et al. ⁴³ также заметил, что выше 800 ° C конверсия до NO увеличивается, если уровень радикалов в камере сгорания высок. Однако, эффект при более низких температурах был противоположным, что было объяснено по реакции 4.

4

Следовательно, повышение температуры и высокое радикальный уровень из-за к подаче сжиженного нефтяного газа может привести к более высокому образованию NO во время сжигание коры с высоким содержанием летучих. Однако больше НЕТ уменьшается при увеличении интенсивности подачи сжиженного нефтяного газа.Оба Вышеупомянутые исследования проводились на лабораторном оборудовании. в котором можно контролировать концентрацию кислорода. В этом исследовании, Подача сжиженного нефтяного газа значительно влияет на содержание кислорода над питанием высота. Особенно, если часть воздуха для горения подается в подачи третичного воздуха 2, то нижнее расположение подачи сжиженного нефтяного газа в камере сгорания тем больше восстанавливается NO (). Максимальное снижение (31%) концентрации NO в штабеле получается с самой низкой подачей воздуха (49/32/0/19) и самая низкая подача СНГ (LPG2).Чем меньше увеличение возврата топлива в камере сгорания, тем дольше время пребывания азота соединения в обедненной кислородом зоне, если третичный воздух 1 недоступен. Поэтому предполагается, что уменьшение концентрации кислорода из-за того, что сжиженный нефтяной газ играет большую роль в восстановлении NO, чем температура, которая, так или иначе, ускоряет реакции радикала бассейн с NO.

100% кора. Изменение концентрации NO в дымовых газах из-за Подача сжиженного нефтяного газа из трех мест по сравнению с отсутствием подачи сжиженного нефтяного газа в разных воздушно-ступенчатые комбинации (прим / сек / трет1 / трет2).

3.2.2. Уголь как основное топливо

Битуминозный при сжигании угля общий выброс азота в дымовой трубе уменьшается наряду с уменьшенной подачей вторичного воздуха (см.). Согласно более раннему исследованию ²⁴ , в котором битуминозный уголь сжигался с Пилотная камера сгорания VTT, концентрация NO над плотным слоем может коррелировать со средней температурой слоя и концентрацией кислорода. В этом исследовании условия в плотном слое поддерживались постоянными. сравнить эффекты ступенчатой ​​подачи топлива и ступенчатой ​​подачи воздуха.Предполагается что большинство гетерогенных азотных реакций на поверхности полукокса, такое как восстановление NO до N ₂ O (реакция 1), уже происходило в плотном слое. Концентрация N ₂ O, по-видимому, продолжает снижаться в стояк в условиях дефицита кислорода, но концентрация NO остается довольно стабильный, несмотря на изменения подачи воздуха.

100% уголь. NO и N ₂ Концентрация O в дымовой трубе и концентрации CO над входом вторичного воздуха по сравнению с концентрация кислорода после подачи вторичного воздуха.

Во время испытаний на сжигание угля (100%) сжиженный нефтяной газ корм уменьшает оба NO и N ₂ O, как видно на рис. Для чистого угля тестовая матрица включил тест со всеми вариантами подачи воздуха только с подачей сжиженного нефтяного газа интенсивность 5 кВт. Восстановление NO с помощью сжиженного нефтяного газа низкое при третичном воздух 1 недоступен, и концентрация кислорода остается низкой в стояк. Как правило, сжиженный газ снижает выбросы азота. когда на входе вторичного воздуха имеется больше кислорода, что обратен испытаниям без сжиженного нефтяного газа, в которых уменьшение подача вторичного воздуха снижает общий выброс азота.

100% уголь. Изменение дымового газа NO и N ₂ Концентрация O из-за подачи сжиженного нефтяного газа по сравнению с отсутствует подача сжиженного нефтяного газа при различных комбинациях воздуховодов (первичный / сек / трет1 / трет2).

Подача сжиженного нефтяного газа снижает выбросы NO во время испытания для 73% угля, кроме случаев, когда подача вторичного воздуха небольшая, и часть воздуха для горения подается в точке подачи третичного воздуха 2 вместо подачи его в точку подачи третичный воздух 1 точка подачи (49/21/0/30) (см.). Опять же, кажется, что если воздушная постановка эффективный, ступенчатая подача топлива не требуется.Снижение примерно на 34% в NO может быть достигнута при подаче СНГ 5 кВт до самой низкой точки подачи (LPG2) по сравнению со случаем, когда LPG не подается. N ₂ О есть снижается при использовании сжиженного нефтяного газа во всех тестах. Снижающий эффект сжиженного нефтяного газа самый высокий в тесте без стадии (49/50/0/1) и уменьшается при увеличении стадии. Примечательно также, что сжиженный нефтяной газ сокращает больше NO и N ₂ O если подача вторичного воздуха высока, но если СУГ недоступен, уменьшение увеличивается недостаток кислорода над плотным слоем.Прозрачный выводы относительно интенсивности подачи сжиженного нефтяного газа по снижению NO не может быть выполнено с доступными размерами.

Смесь, содержащая 73% уголь и 27% коры. Изменение дымохода концентрация газа NO из-за подачи сжиженного нефтяного газа с тремя значениями интенсивности по сравнению к отсутствию подачи сжиженного нефтяного газа при различных комбинациях воздуховодов (первичный / сек / трет1 / трет2).

N ₂ Концентрация O снижается вместе с увеличением в интенсивности подачи сжиженного нефтяного газа, как видно на рис. Высокая температура и низкая Установлено, что соотношение воздуха снижает выбросы N ₂ O. ^44,45 Согласно измерениям в данном исследовании, увеличение Подача сжиженного нефтяного газа увеличивает температуру и снижает концентрацию кислорода в стояке. Кроме того, увеличивается подача СУГ N ₂ O, уменьшая радикалы в реакторе. Густавссон и Лекнер ¹⁷ перечисляют основные газофазные реакции, которые разлагают N ₂ O. Они включают разложение с помощью радикалов H и OH (реакции 5 и 6) и термическое разложение (реакция 7).

5

6

7

Смесь, содержащая 73% угля и 27% коры, изменение концентрации дымовых газов N ₂ O из-за сжиженного нефтяного газа подача с тремя уровнями интенсивности по сравнению с подачей сжиженного нефтяного газа при различных ступенях подачи воздуха комбинации (prim / sec / tert1 / test2).

Они обнаружили, что восстановление N ₂ O сильно зависимый от температуры и отличий между видами топлива не было используется для сокращения, что означает, что различия между выпущенными радикалы не повлияли на сокращение. N ₂ Выбросы O приблизились ноль, если температура поднимается выше 900 ° C. В этом исследовании, подача сжиженного нефтяного газа явно увеличивает температуру по всей камере сгорания, а подача воздуха немного снижает температуру.

4. Выводы

Влияние ступенчатого регулирования воздуха и топлива по выбросам азота образование в циркулирующем кипящем слое горения угля, коры, и их смеси.В ступенчатом топливе использовался СУГ. Это было заметил, что ступенчатая подача воздуха и ступенчатая подача топлива могут иметь противоположные эффекты на образование выбросов азота, и, таким образом, при совместном использовании необходимо понимание условий в камере сгорания. Следующие выводы можно сделать по исследованию:

• 1.

  Уменьшение подачи вторичного воздуха уменьшили концентрацию кислорода и скорость дымовых газов в камере сгорания, что привело к снижению выбросов NO из-за увеличения содержания дымовых газов время в восстановительных условиях и повышенная концентрация СО в стояк.Наибольшее снижение во время экспериментов с воздушной постановкой был получен, когда 21% от общего количества подаваемого во вторичный воздух и 49% к первичному воздуху, а остальное к третичному воздуху 1 или 2. Это применимо ко всем используемым видам топлива. Если остальной воздух для горения подавался в третичную воздух 2 вместо третичного воздуха 1, что означает, что место жительства дымовых газов время нахождения в восстановительной зоне еще больше увеличилось, а общий выброс сокращение было больше.

• 2.

  Увеличение подачи СУГ уменьшилось НЕТ при сжигании коры; максимум 31% снижения выбросов NO из дымохода Газ был получен с питанием СУГ мощностью 5 кВт.Однако такое сокращение не было отчетливо наблюдается при смеси 27% коры и 73% угля.

• 3.

  N ₂ O формация было незначительным при сжигании коры, но увеличивается с увеличением доли угля в топливной смеси. Было обнаружено, что сжиженный нефтяной газ эффективно восстанавливает N ₂ O при его образовании. Увеличение подачи сжиженного нефтяного газа увеличило восстановление N ₂ O во время экспериментов с 27% коры и 73% угля; а не более 30% N ₂ сокращение O из дымовых газов было получено с питанием LPG 5 кВт.

• 4.

  Когда эффект воздушной ступени при уменьшении выброса NO было максимальным, дальнейшее снижение NO не происходят при ступенчатом подаче топлива. Вместо этого подача сжиженного нефтяного газа может увеличить выбросы. Однако концентрация N ₂ O в дымовой трубе была дополнительно снижена. с сжиженным нефтяным газом, поскольку подача сжиженного нефтяного газа увеличивает температуру и, таким образом, ускоряет разложение N ₂ O и увеличивает пул восстанавливающих радикалов N ₂ O в камере сгорания.

• 5.

  Уменьшение концентрации кислорода из-за того, что сжиженный нефтяной газ играет большую роль в восстановлении NO, чем повышение температуры из-за сгорания СУГ в пилотном ЦКС камера сгорания, в которой температура оставалась значительно ниже, чем подсказка НЕТ пластовая температура.

• 6.

  В экспериментах, где ступенчатая подача топлива снижается в первую очередь NO, чем ниже располагалась подача СУГ в камере сгорания больше NO было уменьшено. Расположение СУГ подача явно не влияла на восстановление N ₂ O.

К сожалению, добавление сжиженного нефтяного газа явно не принесло пользы. Нет снижения по отношению к чистому воздуху. Однако очевидно, что оба метода может иметь положительное влияние на сокращение выбросов азота. В рекламе накипь, более дешевые газы, такие как неочищенный газ от анаэробного сбраживания, также можно использовать свалочный газ или газообразный продукт. для перекачки топлива. Твердое топливо можно использовать, если его характеристики горения известно, что обедненная кислородом зона восстановления NO образуется в желаемое месторасположение.Чтобы получить выгоду от совместного использования топлива ступенчатое и воздушное ступенчатое снижение выбросов азота во время Сжигание CFB, проверка сложных моделей потока с азотом потребуются комплексные измерения вдоль стояка камеры сгорания.

Благодарности

Работа выполнена в рамках проект «Биофизичность — Высокоэффективные ТЭЦ, работающие на биомассе, решая проблемы, связанные с золой » проведено в рамках исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 программа в рамках грантового соглашения 727616.

Глоссарий

Обозначения

CFB	с циркулирующим псевдоожиженным слоем
LPG	сжиженный нефтяной газ

Примечания

Авторы заявляют, что нет конкурирующий финансовый интерес.

Ссылки

• Pohl J. H .; Сарофим А.Ф. Удаление летучих веществ и окисление угольного азота. Symp. (Междунар.) Гореть. 1977, 16, 491–501. 10.1016 / S0082-0784 (77) 80346-9. [CrossRef] [Google Scholar]
• Туллин К.J .; Сарофим А. Ф .; Бир Дж. М. Формирование NO и N2O при сжигании угля — относительное значение летучего и полукоксового азота. J. Inst. Энергия 1993, 66, 207–215. [Google Scholar]
• Hill S.C .; Смут Л. Д. Моделирование образования и разрушения оксидов азота в системах сгорания. Прог. Энергия сгорания. Sci. 2000, 26, 417–458. 10.1016 / S0360-1285 (00) 00011-3. [CrossRef] [Google Scholar]
• IPCC. Изменение климата 2013 — Физические науки Основа: рабочая Вклад Группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственного Группа по изменению климата; Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, Cambridge University Press: 2014.
• МГЭИК. Изменение климата 2014: Обобщающий отчет. Женева, Швейцария: Вклад Рабочих групп 1, 2 и 3 в Пятую оценку Отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Основная группа авторов: Пачаури Р. К., Майер Л. А., ред.]; Alfred-Wegener-Institut, 2014. [Google Scholar]
• Официальный журнал Европейских сообществ. Анальный. Proc. 1984, 196–196. 10.1039 / ap9842100196. [CrossRef] [Google Scholar]
• Hayhurst A. N .; Лоуренс А. Д. Количество образовавшихся NO _x и N ₂ O в камере сгорания с псевдоожиженным слоем при сжигании летучих компонентов угля а также char.Гореть. Пламя 1996, 105, 341–357. 10.1016 / 0010-2180 (95) 00215-4. [CrossRef] [Google Scholar]
• Фенимор К. П. Формирование оксида азота в пламени предварительно смешанных углеводородов. Symp. (Int.) Сжигание. 1971, 13, 373–380. 10.1016 / S0082-0784 (71) 80040-1. [CrossRef] [Google Scholar]
• Зельдович Ю .; Садовиков П .; Франк-Каменецкий Д .. Окисление азота. в горении. Москва-Ленинград: АН СССР, Институт химии. Физика; 1947. [Google Scholar]
• Кюнемут Д.; Normann F .; Андерссон К .; Johnsson F .; Лекнер Б. Перезапись оксида азота при кислородном сжигании — влияние условий горения. Энергетическое топливо 2011, 25, 624–31. 10.1021 / ef101054t. [CrossRef] [Google Scholar]
• Johnsson J. E .; Åmand L.-E .; Dam-Johansen K .; Лекнер Б. Моделирование N ₂ O Редукция и разложение в котле с циркулирующим псевдоожиженным слоем. Энергетическое топливо 1996, 10, 970–9. 10.1021 / ef950253r. [CrossRef] [Google Scholar]
• Abelha P .; Гулюртлу И .; Кабрита И.Выброс прекурсоров азота из остатки угля и биомассы в кипящем псевдоожиженном слое. Энергетическое топливо 2008, 22, 363–71. 10.1021 / ef700430t. [CrossRef] [Google Scholar]
• Miller J. A .; Боуман К. Т. Механизм и моделирование химии азота в горении. Прог. Энергия Гореть. Sci. 1989, 15, 287–338. 10.1016 / 0360-1285 (89)
  -8. [CrossRef] [Google Scholar]
• Glarborg P .; Дженсен А. Д .; Джонссон Дж. Э. Топливный азот преобразование в твердое тело топливные системы. Прог. Энергия сгорания.Sci. 2003, 29, 89–113. 10.1016 / S0360-1285 (02) 00031-X. [CrossRef] [Google Scholar]
• Dagaut P .; Glarborg P .; Альзуэта М. У. Окисление цианистого водорода и родственная химия. Прог. Энергия сгорания. Sci. 2008, 34, 1–46. 10.1016 / j.pecs.2007.02.004. [CrossRef] [Google Scholar]
• Альзуэта М. У .; Glarborg P .; Дам-Йохансен К. Низкая температура взаимодействие между углеводороды и оксид азота: экспериментальное исследование. Гореть. Пламя 1997, 109, 25–36. 10.1016 / S0010-2180 (96) 00146-0.[CrossRef] [Google Scholar]
• Gustavsson L .; Лекнер Б. Снижение выбросов N2O от циркулирующего псевдоожиженного Сгорание постели за счет дожигания. Ind. Eng. Chem. Res. 1995, 34, 1419–1427. 10.1021 / ie00043a050. [CrossRef] [Google Scholar]
• Gustavsson L.Reduction выбросов N2O от сжигания в псевдоожиженном слое при дожигании; Технологический университет Чарлмерса, 1995. [Google Scholar]
• Chen Z .; Lin M .; Ignowski J .; Келли Б.; Linjewile T. M .; Агарвал П. К. Математическое моделирование сжигания в псевдоожиженном слое.4: N ₂ O и NO _X , выбросы при сгорании из char. Топливо 2001, 80, 1259–72. 10.1016 / S0016-2361 (01) 00007-2. [CrossRef] [Google Scholar]
• Åmand L.-E .; Лекнер Б. Снижение N ₂ O в циркулирующий псевдоожиженный слой камера сгорания. Топливо 1994, 73, 1389–97. 10.1016 / 0016-2361 (94)

  -Х. [CrossRef] [Google Scholar]

• Лекнер Б. Псевдоожиженный пластовое сжигание: достижения и проблемы. Symp. (Int.) Сжигание. 1996, 26, 3231–41. 10.1016 / S0082-0784 (96) 80169-X.[CrossRef] [Google Scholar]
• Kilpinen P .; Хупа М. Однородный N ₂ Химический состав O при сжигании в псевдоожиженном слое Условия: исследование кинетического моделирования. Гореть. Пламя 1991, 85, 94–104. 10.1016 / 0010-2180 (91)
  -Ф. [CrossRef] [Google Scholar]
• Шен Б. Х .; Mi T .; Liu D. C .; Feng B .; Yao Q .; Винтер Ф. N ₂ O, выбросы в условиях сжигания в псевдоожиженном слое. Топливо Процесс. Technol. 2003, 84, 13–21. 10.1016 / S0378-3820 (02) 00104-2. [CrossRef] [Google Scholar]
• Tourunen A.; Saastamoinen J .; Невалайнен Х. Экспериментальные тенденции NO в циркулирующих сжигание в псевдоожиженном слое. Топливо 2009, 88, 1333–41. 10.1016 / j.fuel.2008.12.020. [CrossRef] [Google Scholar]
• Kilpinen P .; Kallio S .; Konttinen J .; Баришич В. Обугленный азот окисление в условиях горения в псевдоожиженном слое: одиночные частицы исследования. Топливо 2002, 81, 2349–2362. 10.1016 / S0016-2361 (02) 00176-Х. [CrossRef] [Google Scholar]
• Kilpinen P .; Glarborg P .; Хупа М. Химия перезажигания: Кинетическое моделирование Изучение.Ind. Eng. Chem. Res. 1992, 31, 1477–90. 10.1021 / ie00006a009. [CrossRef] [Google Scholar]
• Normann F .; Андерссон К .; Johnsson F .; Лекнер Б. Дожигание в кислородном топливе горение: параметрическое исследование химии горения. Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 9088–94. 10.1021 / ie101192a. [CrossRef] [Google Scholar]
• Liu H .; Hampartsoumian E .; Гиббс Б. М. Оценка оптимальных характеристик топлива для эффективного снижения выбросов NO путем дожигания угля. Топливо 1997, 76, 985–93. 10.1016 / S0016-2361 (97) 00114-2.[CrossRef] [Google Scholar]
• Магель Х. К.; Schnell U .; Хайн К. Р. Г .. Моделирование Химия углеводородов и азота в турбулентных потоках камеры сгорания с использованием Подробные механизмы реакции. 3-я рабочая модель Chem React Systems Heidelberg, Гейдельберг Университет: Гейдельберг, 1996, 1, 1–10. [Google Scholar]
• Smoot L.D .; Hill S.C .; Сюй Х. NO _x контроль через перезапись. Прог. Энергия сгорания. Sci. 1998, 24, 385–408. 10.1016 / S0360-1285 (97) 00022-1. [CrossRef] [Google Scholar]
• Su S.; Xiang J .; Sun L .; Hu S .; Zhang Z .; Чжу Дж. Применение дожигания газообразного топлива для контроля оксида азота выбросы в котлах. Топливный процесс. Technol. 2009, 90, 396–402. 10.1016 / j.fuproc.2008.10.011. [CrossRef] [Google Scholar]
• Верле С. Моделирование процесс дожигания с использованием синтез-газа, полученного из осадка сточных вод. Управление отходами. 2012, 32, 753–758. 10.1016 / j.wasman.2011.10.013. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Адамс Б. Р .; Хардинг Н. С. Перезапись с использованием биомасса для контроля NO _x .Топливный процесс. Technol. 1998, 54, 249–263. 10.1016 / S0378-3820 (97) 00072-6. [CrossRef] [Google Scholar]
• Sirisomboon K .; Куприянов В.И. Последствия ступенчатого регулирования топлива по снижению выбросов NO во время совместного сжигания биомассы и биомассы в камере сгорания с псевдоожиженным слоем. Энергетическое топливо 2017, 31, 659–71. 10.1021 / acs.energyfuels.6b02622. [CrossRef] [Google Scholar]
• Hu X .; Ван Т .; Dong Z .; Zhang H .; Донг К. Исследования по дожиг газа в системе циркулирующего псевдоожиженного слоя (ЦКС) интегрирован с газификацией биомассы.Энергии 2012, 5, 3167–3177. 10.3390 / en5093167. [CrossRef] [Google Scholar]
• Aarna I .; Сууберг Э. М. Роль окиси углерода в реакции NO-углерод. Энергетическое топливо 1999, 13, 1145–1153. 10.1021 / ef98. [CrossRef] [Google Scholar]
• Aarna I .; Сууберг Э. М. Обзор кинетика оксида азота-углерода реакция. Топливо 1997, 76, 475–91. 10.1016 / S0016-2361 (96) 00212-8. [CrossRef] [Google Scholar]
• Lyngfelt A .; Åmand L .; Лекнер Б. Реверсивная воздушная ступень — способ для снижение выбросов N20 при сжигании угля в псевдоожиженном слое.Топливо 1998, 77, 953–959. 10.1016 / S0016-2361 (98) 00007-6. [CrossRef] [Google Scholar]
• Goel S .; Сарофим А .; Килпинен П .; Хупа М. Выбросы азота Оксиды из камер сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем: результаты моделирования используя детальную химию. Symp. (Int.) Сжигание. 1996, 26, 3317–3324. 10.1016 / S0082-0784 (96) 80179-2. [CrossRef] [Google Scholar]
• Dong C .; Ху Х .; Li Y .; Zhang J .; Jiang D .; Чжан Х. и др. Сжигание продуктового газа в псевдоожиженном слое Кровать для Уменьшение N2O. В 2009 году Международная конференция по устойчивому производству и энергоснабжению; IEEE, 2009 г.
• Lu D .; Энтони Э .. Характеристики горения природного газа в циркулирующем псевдоожиженном слое. В 17-й Международной конференции по сжиганию в псевдоожиженном слое; Американское общество инженеров-механиков: Джексонвилл, Флорида, США, 2003. DOI: 10.1115 / FBC2003-053. [CrossRef]
• Pels J. R .; Войтович М. А .; Kapteijn F .; Мулин Дж. А. Компромисс между NOx и N ₂ O при сжигании углей в псевдоожиженном слое. Энергетическое топливо 1995, 9, 743–752. 10.1021 / ef00053a003. [CrossRef] [Google Scholar]
• Лёффлер Г.; Wartha C .; Winter F .; Хофбауэр Х. Исследование образования и разрушения NO и N ₂ O механизмы в лабораторном масштабе псевдоожиженный слой. Энергетическое топливо 2002, 16, 1024–32. 10.1021 / ef010228n. [CrossRef] [Google Scholar]
• Lyngfelt A .; Åmand L.-E .; Густавссон Л .; Лекнер Б. Способы уменьшения выброс закиси азота при сжигании в псевдоожиженном слое. Energy Convers. Управлять. 1996, 37, 1297–302. 10.1016 / 0196-8904 (95) 00336-3. [CrossRef] [Google Scholar]
• Li S .; Xu M .; Цзя Л.; Tan L .; Лу К. Влияние операционной параметры по N ₂ Выбросы O в O ₂ / CO ₂ Горение с высокой концентрацией кислорода в циркулирующем псевдоожиженном слое кровать. Прил. Энергия 2016, 173, 197–209. 10.1016 / j.apenergy.2016.02.054. [CrossRef] [Google Scholar]

Frontiers | Разработка и производительность многотопливного жилого котла, сжигающего сельскохозяйственные отходы

Введение

Рост населения, истощение и рост цен на ископаемое топливо и климатический кризис во всем мире требуют быстрого развития технологий использования возобновляемых источников энергии с минимальным воздействием на окружающую среду.Топливо из биомассы обладает значительным потенциалом для удовлетворения этих потребностей благодаря своему обилию, низкой стоимости и сокращению выбросов парниковых газов. К 2050 году до 33–50% мирового потребления может быть обеспечено за счет биомассы (McKendry, 2002).

ЕС поставил цель увеличить долю возобновляемых источников энергии в общем потреблении энергии до 27% к 2030 году (ЕС, 2014). Древесное топливо преимущественно использовалось как в крупных, так и в малых системах для производства тепла или электроэнергии. Однако растущая конкуренция за такие виды топлива в секторе отопления, лесопилении и бумажной промышленности, а также рост производства древесных гранул привели к росту цен на древесину и нехватке сырья (Uslo et al., 2010). Таким образом, для достижения цели роста использования биомассы потребуется более широкий ассортимент сырья (Carvalho et al., 2013; Cardozo et al., 2014; Zeng et al., 2018), что создаст дополнительную потребность в топливе. технологии переработки и контроля выбросов.

Для стран Южной Европы, где популярно отопление жилых помещений с использованием топлива из биомассы в качестве более дешевой альтернативы, предпочтительным сырьем являются отходы сельского хозяйства и агропромышленности. Они легко доступны в больших количествах и обладают высоким энергетическим потенциалом, уменьшая путем сжигания объем отходов и увеличивая экономическую отдачу для сельских общин.В Греции доступно около 4 миллионов тонн в год, что эквивалентно примерно 50% валового потребления энергии (Vamvuka and Tsoutsos, 2002; Vamvuka, 2009).

Наиболее распространенными типами бытовых топочных устройств являются дровяные печи, дровяные котлы, печи на древесных гранулах и устройства для сжигания древесной щепы. Помимо дровяных печей и обычных котлов с бесконечными винтами, используются котлы смешанного горения с надстройками автоматизации, решениями для хранения и различными механизмами подачи (Vamvuka, 2009; Sutar et al., 2015; Ан и Джанг, 2018). В прошлых исследованиях изучались выбросы дымовых газов, эффективность и проблемы, связанные с золой, при сжигании сельскохозяйственных остатков. Крупномасштабные агрегаты или небольшие пеллетные устройства для домашнего или жилого центрального отопления, некоторые из которых используют верхнюю подачу, вращающиеся или подвижные решетки (Vamvuka, 2009; Carvalho et al., 2013; Rabacal et al., 2013; Garcia-Maraver et al., 2014). ; Pizzi et al., 2018; Zeng et al., 2018; Nizetic et al., 2019). Однако до сих пор недостаточно информации о характеристиках не гранулированного сырья с точки зрения эффективности и выбросов загрязняющих веществ в соответствии с пороговыми значениями в зависимости от различных конструкций небольших систем и условий эксплуатации.В основном использовалась древесная щепа (Kortelainen et al., 2015; Caposciutti and Antonelli, 2018), тогда как разработка котлов в странах Средиземноморья идет медленно.

Было доказано, что маломасштабные системы биомассы вносят значительный вклад в качество местного воздуха за счет выбросов загрязняющих веществ, таких как CO, SO ₂ , NO _x , полиароматических углеводородов и твердых частиц, которые могут серьезно повлиять на здоровье человека и климат. Эти выбросы зависят от свойств топлива, применяемой технологии и условий процесса, и их мониторинг и контроль очень важны для соблюдения экологических ограничений и экономической эффективности требований рынка.Было установлено, что выбросы CO варьируются от 600 до 680 частей на миллион _v для персиковых косточек (Rabacal et al., 2013), 50-400 частей на миллион _v для скорлупы бразильских орехов и 100-400 частей на миллион _v для лузги подсолнечника ( Cardozo et al., 2014). Было показано, что выбросы NO _x составляют от 300 до 600 мг / м 3 ³ для персиковых косточек (Rabacal et al., 2013), 180–270 мг / м ³ для скорлупы бразильских орехов и 50–720 мг. / м ³ для лузги подсолнечника (Cardozo et al., 2014). Для последнего выбросы SO ₂ варьировались от 78 до 150 мг / м ³ .Сообщается, что КПД котла (Rabacal et al., 2013; Fournel et al., 2015) составляет от 63 до 83%, в зависимости от типа топлива.

Поскольку сельскохозяйственные остатки доступны только в течение ограниченного периода времени в течение года, их смеси увеличивают возможности поставок для действующих предприятий. Однако, когда смеси используются в качестве сырья, совместимость топлив в отношении характеристик сгорания должна быть должным образом оценена для эффективной конструкции и работы агрегатов сгорания.Переменный состав этих материалов предполагает тщательное знание их поведения в тепловых системах, чтобы избежать топливных комбинаций с нежелательными свойствами. Насколько известно авторам, смеси таких отходов, которые можно найти по низкой цене или бесплатно, не исследовались в бытовых приборах. Для определения выбросов твердых частиц и образования шлака использовались только гранулы древесного топлива или энергетических культур (Carroll and Finnan, 2015; Sippula et al., 2017; Zeng et al., 2018).

Основываясь на вышеизложенном, целью настоящего исследования было сравнить характеристики горения выбранных не гранулированных материалов сельскохозяйственных остатков, которые широко распространены в странах Южной Европы, и их смесей, чтобы изучить любые аддитивные или синергетические эффекты между компонентами топлива и получить выгоду. знания об использовании таких смесей в небольших котлах.Цель состояла в том, чтобы оценить производительность прототипа малозатратной установки для сжигания, позволяющей осуществлять предварительную сушку топлива и воздуха для горения выхлопными газами для производства тепловой энергии в зданиях, фермах, малых предприятиях и теплицах с точки зрения важности параметры, такие как сгорание и КПД котла, температура дымовых газов и выбросы в окружающую среду.

Экспериментальная секция

Топливо и характеристика

Сельскохозяйственные остатки для данного исследования были отобраны на основе их обилия и доступности в Греции и странах Средиземноморья в целом.Это были ядра оливок (OK), предоставленные AVEA Chania Oil Cooperatives (Южная Греция), ядра персика (PK), предоставленные Союзом сельскохозяйственных кооперативов Giannitsa (Северная Греция), скорлупа миндаля (AS), предоставленные частной компанией ( Agrinio, C. Греция) и скорлупа грецких орехов (WS), предоставленные компанией Hohlios (Северная Греция).

После сушки на воздухе, гомогенизации и рифления материалы измельчали ​​до размера частиц <6 мм, используя щековую дробилку и вибрационное сухое просеивание. Типичные образцы были измельчены до размера частиц -425 мкм с помощью режущей мельницы и охарактеризованы с помощью экспресс-анализа, окончательного анализа и теплотворной способности в соответствии с европейскими стандартами CEN / TC335.Содержание летучих измеряли термогравиметрическим анализом с использованием системы TGA-6 / DTG в диапазоне 25–900 ° C, в потоке азота 45 мл / мин и при линейной скорости нагрева 10 ° C / мин. Химический анализ золы проводили на рентгенофлуоресцентном спектрофотометре (XRF) типа Bruker AXS S2 Ranger (анод Pd, 50 Вт, 50 кВ, 2 мА). Тенденция осаждения золы была предсказана с помощью эмпирических индексов. Эти показатели, несмотря на их недостатки из-за сложных условий, которые возникают в котлах и связанном с ними теплопередающем оборудовании, широко используются и, вероятно, остаются наиболее надежной основой для принятия решений, если они используются в сочетании с испытаниями пилотной установки.

Отношение оснований к кислотам (уравнение 1) является полезным показателем, поскольку обычно высокий процент основных оксидов снижает температуру плавления, в то время как кислотные оксиды повышают ее. Это принимает форму (Vamvuka et al., 2017):

Rb / a =% (Fe2O3 + CaO + MgO + K2O + Na2O)% (SiO2 + TiO2 + Al2O3) (1)

, где на этикетке каждого соединения указывается его массовая концентрация в золе. Когда R _{b / a} <0,5 тенденция к осаждению низкая, когда 0,5 b / a <1 тенденция к осаждению является средней, и когда R _{b / a} > 1 тенденция к осаждению является высокой.Для значений R _{b / a} > 2 этот индекс нельзя безопасно использовать без дополнительной информации.

Влияние щелочей на склонность золы биомассы к шлакованию / загрязнению является критическим из-за их тенденции к снижению температуры плавления золы. Один простой индекс, индекс щелочности (уравнение 2), выражает количество оксидов щелочных металлов в топливе на единицу энергии топлива в ГДж (Vamvuka et al., 2017):

AI = кг (K2O + Na2O) ГДж (2)

Когда значения AI находятся в диапазоне 0.17–0,34 кг / ГДж загрязнение или шлакообразование вероятно, тогда как при этих значениях> 0,34 обрастание или шлакование практически наверняка произойдет.

Для испытаний на сжигание были приготовлены смеси вышеуказанных материалов с соотношением компонентов до 50% по весу с наиболее распространенными в Греции сельскохозяйственными отходами — ядрами оливок.

Описание прототипа системы сгорания

Блок сжигания схематично показан на рисунке 1. Основными частями являются два бункера, эксикатор, система непрерывной подачи сырья и бойлер с поперечным потоком.Номинальная мощность 65 кВт _тыс. .

Рисунок 1 . Принципиальная схема многотопливного котла (сплошные стрелки показывают направление потока воздуха, пунктирные стрелки показывают направление потока биомассы).

Топливо хранится в главном бункере (A), боковые поверхности которого перфорированы для физического осушения топлива. В зависимости от наличия биомассы и особых потребностей в энергии открывается регулирующий клапан, и в систему подается соответствующее топливо. Затем биомасса переносится из бункера в эксикатор через наклонную стойку с направляющими, скорость которой регулируется в соответствии с потребностями котла.Горячий воздух поступает из выхлопных газов через систему обратной связи (H, J). В сушилке установлены две внутренние конвейерные ленты (B), состоящие из перфорированных медленно вращающихся роликов со стальной сеткой, позволяющих горячему воздуху проходить через него в восходящем направлении потока. Осушитель (B) имеет несколько отсеков, чтобы позволить воздуху перемещаться и в конечном итоге потерять часть своей температуры, создавая тем самым разницу температур. Специальная стальная сетка обладает высокой износостойкостью и довольно эффективно выдерживает экстремальные перепады температур.Скорость роликов тесно связана с влажностью биомассы и может изменяться в зависимости от потребностей автоматического управления. Затем сухая биомасса переносится (C) во временный бункер (D) и смешивается с теплым воздухом, поступающим из системы обратной связи (E), прежде чем направить его в горелку и зону горения котла. Используя горизонтальный теплый шнек диаметром 1 и 1/2 дюйма, обработанная биомасса подается в горелку (G). Скорость подачи регулируется двумя электронными диммерами. Первый диммер соответствует времени работы системы питания, а второй диммер соответствует времени задержки (винт выключен).Таким образом, подача сырья осуществляется полупериодическим способом. Первичный воздух для горения вводится через трубу в передней части топки и регулируется вентилятором. Соотношение первичного и вторичного воздуха регулируется с помощью регулятора, установленного в дымоходе (K), с механическим регулятором, который позволяет изменять тягу в дымоходе. Котел (G) является гидравлическим и в основном производит горячую воду в замкнутой циркуляционной системе (F). Эта система имеет меры безопасности, чтобы поддерживать постоянное давление воды и транспортировать горячую воду к высокоэффективным фанкойлам для обогрева помещений.Датчики температуры Pt используются для измерения температуры воды в прямом и обратном потоке, а также в потоке внутри котла. Измеритель теплотворной способности измеряет расход воды и полезную энергию, получаемую водой. Выхлопные газы котла перед тем, как попасть в дымоход, проходят через теплообменник. Теплообменник (I) использует выхлопные газы для нагрева воздуха, который затем используется для сушки влажной биомассы.

Новинкой этого прототипа является конструкция эксикатора, питаемого выхлопными газами, выдерживающего экстремальные перепады температуры и работающего в соответствии с потребностями котла, теплообменник также питается выхлопными газами, а также прилагаются датчики температуры и измеритель теплотворной способности.Поскольку все основные части устройства являются стандартными, стоимость изготовления такой установки остается низкой. Уже установленные аналоговые датчики и детали будут заменены цифровыми датчиками и механическими деталями с цифровыми входами и выходами, в соответствии с результатами экспериментов по отклику агрегата. Ограничением системы является невозможность отрегулировать оптимальный коэффициент избытка воздуха, поэтому существует потребность в надежном управлении подаваемым воздухом для горения. Следует принять определение оптимальных параметров пользовательской системы автоматического управления, чтобы установка могла работать автономно.

Методика экспериментов и измерения данных

Эксперименты были структурированы таким образом, чтобы можно было построить аналитический профиль каждого материала, а также исследовать поведение типа топлива на различных стадиях процесса. Были проведены две серии экспериментов, чтобы изучить поведение и реакцию каждого остатка на технологическую цепочку устройства. Во время первой серии испытаний для каждого биотоплива проводилась калибровка скорости подачи в зависимости от диммерных переключателей.Скорость подачи определялась последовательностями интервалов задержки включения-выключения первого и второго диммера соответственно. Расход дымовых газов для каждой подачи сырья определялся путем измерения скорости вентилятора на выходе газа, установленного в положении (K), с помощью анемометра. Следовательно, каждое биотопливо было протестировано в установке для сжигания, чтобы оптимизировать тепловой КПД путем настройки его специальных параметров с учетом качества выбросов. Важными независимыми переменными были скорость подачи сырья, скорость вентилятора, регулирующего поток воздуха в котле, и внутренняя температура котла.В настоящем исследовании представлены результаты для одного набора этих параметров с целью сравнения характеристик сгорания между испытанными сельскохозяйственными остатками, а также их смесями при постоянных рабочих условиях. Параметрическое исследование для оптимизации процесса будет представлено в следующем отчете.

Для запуска котла было подожжено топливо, были включены питатель твердого вещества и воздуховоды и выставлены желаемые значения (вкл. / Выкл. 10/30 с / с). Перед снятием первых показаний печи давали поработать 30 мин.Циркуляционная система горячей воды была настроена на работу после того, как температура достигла ≥55 ° C. Когда температура воды превышала 70 ° C, подача сырья временно прекращалась.

Состав дымовых газов непрерывно контролировался во время испытаний с помощью многокомпонентного газоанализатора, модель Madur GA-40 plus от Maihak, оснащенного двухрядным фильтром и осушителем. Отбор проб производился с помощью нагревательной линии с зондом в соответствии с греческими стандартами ELOT 896. В анализаторе используются электрохимические датчики для измерения концентрации газа.Содержание CO ₂ , CO, O ₂ , SO ₂ , NO _x в потоке выхлопных газов, индекс сажи, тепловые потери дымовых газов, температура дымовых газов и коэффициент избытка воздуха ( λ) непрерывно регистрировались анализатором. Аналоговый выходной сигнал анализатора передавался в компьютер, где сигналы обрабатывались и вычислялись средние значения за период дискретизации 0,5 мин.

После проведения измерений в установившемся рабочем режиме и давая печи поработать в течение примерно 3 часов, питатель топлива и воздуховод были отключены, смотровое окно было открыто, а вытяжной вентилятор был установлен на высокую мощность для охлаждения агрегата.Зольный остаток был осушен, взвешен и проанализирован на предмет потерь при сгорании из-за несгоревшего углерода. Эксперименты были повторены дважды, чтобы определить их воспроизводимость, которая оказалась хорошей.

Термический КПД системы был определен как доля полезной энергии, полученной водой котла, к энергии, потребляемой топливом:

ηt = QoutQin = qwcpwΔTwΔtmfQf (%) (3)

где, q _w : массовый расход воды (кг / ч), c _pw : теплоемкость воды (МДж / кг · K), ΔT _w : разница температур прямого и обратного потоков воды (° K), Δt: общее время горения при температуре воды 70 ° C, м _f : масса сожженного топлива / смеси (кг), Q _f : теплотворная способность топлива / смеси (МДж / кг).

Эффективность сгорания определялась следующим образом:

ηc = 100-SL-IL-La (%) (4)

где,

SL = (Tf-Tamb) (A [CO2] + B) (5) IL = a [CO] [CO] + [CO2] (6) La = 100 мес. (7)

где: T _f : температура дымовых газов (° C), T _amb : температура окружающего воздуха (° C), [CO] и [CO ₂ ]: концентрации CO и CO ₂ в дымовых газах (%), A, B, a: параметры горения, характерные для каждого вида топлива (данные анализатором), м _o : общая масса сожженного органического вещества топлива (кг), м _a : масса органического вещества в золе (кг).

Для каждого экспериментального испытания проверялось, достаточно ли имеющегося тепла дымового газа для предварительного нагрева входящего воздуха для сжигания топлива до 70 ° C, а также для сушки биомассы в эксикаторе системы:

или

mflcpflΔTf≥mambcpambΔTamb + Qd (9)

где: m _fl , m _amb : масса дымовых газов и воздуха на кг сожженной биомассы (кг), c _pfl , c _pamb : удельная теплоемкость дымового газа и воздуха (кДж / кг ° K), ΔT _f , ΔT _amb : разность температур дымовых газов на выходе и входе дымохода и предварительно нагретого воздуха и окружающего воздуха соответственно (° K), Q _d : теплота сушки биомассы ( Мойерс и Болдуин, 1997).Согласно последующим результатам, указанное выше неравенство сохранялось всегда.

Результаты и обсуждение

Анализы сырого топлива

В Таблице 1 указаны приблизительный и окончательный анализы изученных сельскохозяйственных остатков. Как можно видеть, все образцы были богаты летучими веществами и имели низкую зольность. В скорлупе миндаля самый высокий процент летучих веществ, а в скорлупе грецких орехов — самый низкий процент золы. Концентрация кислорода была значительной для всех образцов, а теплотворная способность колебалась в пределах 17.5 и 20,4 МДж / кг, что сопоставимо с верхним пределом для низкосортных углей. Содержание серы во всех остатках было практически нулевым, что свидетельствует о том, что выбросы SO ₂ не вызывают беспокойства для этого биотоплива. С другой стороны, содержание азота в скорлупе миндаля было значительным, что могло быть проблемой во время термической обработки с точки зрения выбросов NO _x .

Таблица 1 . Предварительный и окончательный анализы и теплотворная способность образцов (% от сухого веса).

Химический анализ золы, выраженный обычным способом для топлива в виде оксидов, сравнивается в Таблице 2 вместе с индексами шлакообразования / засорения и тенденцией к осаждению. Общей чертой этих золошлаковых материалов является то, что они были богаты Ca и K и в меньшей степени P и Mg. Отношение основания к кислоте было намного больше 2 из-за низкого содержания кремнезема и глинозема в этой золе, так что не может быть составлено каких-либо конкретных рекомендаций по поведению при шлаковании. Потенциал шлакообразования / загрязнения, вызванный щелочью, можно более точно предсказать с помощью щелочного индекса.Таким образом, согласно значениям AI, для оливковых ядер и скорлупы миндаля неизбежна склонность к обрастанию из-за большого количества щелочи по отношению к единице топливной энергии, которую они содержат (для миндальной скорлупы склонность намного ниже), в то время как для ядер персиков и скорлупы грецких орехов не ожидается загрязнения котлов. Когда ядра оливок были смешаны с другими остатками при соотношении компонентов смеси до 50%, таблица 2 показывает, что значения AI были значительно снижены. Однако следует отметить, что для небольших систем, таких как та, которая использовалась в этой работе, работающих при температуре ниже 1000 ° C и в течение относительно короткого периода времени, явления шлакования или загрязнения из-за золы не наблюдались.

Таблица 2 . Химический анализ золы сырья и склонности к шлакованию / засорению.

Характеристики сжигания биотоплива из сельскохозяйственных остатков

Температура котловой воды

Изменение температуры воды на выходе из котла во время полной работы топочного агрегата показано на рисунке 2. Ясно, что ядра персика и скорлупа грецких орехов начали гореть раньше, чем два других остатка, передавая свою тепловую энергию воде примерно На 6 мин раньше оливковых ядер для повышения температуры с 25 до 70 ° C.Однако поведение скорлупы грецкого ореха было совершенно другим. Температура воды во время фазы запуска поднялась до 78 ° C (второй диммер выключен), так что для трех полных циклов (включение / выключение) время горения было увеличено примерно на 20 минут по сравнению с оливковыми ядрами. Для скорлупы грецкого ореха и миндаля три цикла в исследованных условиях длились около 1 часа.

Рисунок 2 . Изменение температуры котловой воды на выходе сырого топлива при полной работе агрегата.

Температура дымовых газов и выбросы

Температура дымовых газов (таблица 3) представляет собой зависимость от топлива.Таким образом, оно было выше для миндальных скорлуп, 267 ° C, для полной работы котла (в установившемся режиме), и ниже для ядер персика, 245 ° C, что означает большие и меньшие тепловые потери из печи, соответственно. Все значения температуры дымовых газов были достаточно высокими для предварительной сушки сырья (уравнение 9).

Таблица 3 . Характеристики горения топлива (средние значения) в установившемся режиме.

Концентрация

CO в дымовых газах при установившемся режиме работы печи (диммер включен) для четырех исследуемых остатков сравнивается на Рисунке 3.Повышенный уровень CO в биотопливе из ядер оливок, скорее всего, был связан с большим количеством летучих веществ, которые увеличивают концентрацию углеводородов в реакторе, препятствуя дальнейшему окислению CO до CO ₂ , а также, в меньшей степени, более высокой зольностью. это топливо, которое ослабляло проникновение кислорода к частицам полукокса. Тем не менее, все значения CO были ниже законодательных пределов для малых систем (ELOT, 2011).

Рисунок 3 . Концентрация CO в дымовых газах для сырого топлива в установившемся режиме.

Средние концентрации загрязняющих веществ (± стандартная ошибка) в установившемся режиме и в течение всего периода эксплуатации агрегата представлены и сравнены на рисунках 4A, B, соответственно. Выбросы SO ₂ от всех видов биотоплива, являющиеся чрезвычайно низкими (0–13 ppm _против ), не были включены в графики. На рис. 4A показано, что наибольшие выбросы CO были получены при сжигании ядер оливок, а наименьшие — при сжигании ядер персиков. Однако даже если во время полной работы котла (включая интервалы без подачи топлива, т.е.е., второй диммер выключен) Значения CO были выше (Рисунок 4B), они не превышали допустимых пределов (ELOT, 2011). Кроме того, выбросы NO _x от всех изученных материалов были низкими и соответствовали руководящим принципам стран ЕС (EC, 2001; ELOT, 2011) для небольших установок (200–350 мг / Нм ³ ). Более низкие уровни NO _x в скорлупе миндаля, несмотря на их более высокое топливное N среди протестированных видов биотоплива, могут быть результатом временной восстанавливающей среды, создаваемой большим количеством летучих веществ в этом остатке (81.5%), что способствовало разложению NO _x .

Рисунок 4 . Средние концентрации загрязняющих веществ в газах от сырого топлива (A) в установившемся режиме и (B) в течение всей работы установки.

Нынешние значения выбросов газов сопоставимы с теми, которые указаны в литературе для аналогичных видов топлива, в то время как выбросы NO _x были значительно ниже. Для косточек персика выбросы CO варьировались от 600 до 680 ppm _v (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильских орехов от 50 до 400 частей на миллион _v (Cardozo et al., 2014), для ядер пальмы от 2000 до 14000 частей на миллион _v (Pawlak-Kruczek et al., 2020), для жмыха в гранулах от 1900 до 6500 частей на миллион _против (Kraszkiewicz et al., 2015), а для гранул для обрезки оливок — 1800 частей на миллион _против (Garcia-Maraver et al., 2014). С другой стороны, выбросы NO _x были обнаружены для косточек персика 300–600 мг / м ³ (Rabacal et al., 2013), для скорлупы бразильских орехов 180–270 мг / м ³ (Cardozo et al. ., 2014), для пальмовых ядер от 90 до 200 частей на миллион _v (Pawlak-Kruczek et al., 2020), для гранул жмыха 230-870 мг / м ³ (Kraszkiewicz et al., 2015) и для оливкового гранулы для обрезки 680 мг / м ³ (Garcia-Maraver et al., 2014).

Горение и тепловой КПД

Характеристики сгорания четырех остатков представлены в таблице 3. Эффективность сгорания считается удовлетворительной для небольших систем (77% в соответствии с европейскими стандартами EN 303-5) и колеблется от 84 до 86%.Эти значения контролировались температурами дымовых газов, которые отражали чувствительные тепловые потери и концентрацию CO в дымовых газах, которые представляли основные потери тепла из-за неполного сгорания. Таким образом, ядра персика с наименьшими потерями SL и IL горели с наибольшей эффективностью. Интересно отметить, что большее количество воздуха в случае оливковых ядер (коэффициент избытка воздуха λ = 1,9), увеличивая поток дыма, казалось, каким-то образом снижает температуру камина и, следовательно, увеличивает уровень CO и газообразные тепловые потери (IL).Кроме того, на тепловой КПД системы, показанный в Таблице 3, влияла эффективность сгорания топлива, и она была выше для ядер персика из-за улучшенного сгорания в печи и улучшенной рекуперации тепла в трубках системы за счет повышения температуры. разница между прямым и обратным потоком воды в котел (ΔT _w = 26,2 ° C). Колебания, наблюдаемые в таблице, связаны с различным количеством сжигаемого биотоплива в зависимости от времени, когда котел работал с определенными интервалами включения / выключения диммеров, регулирующих подачу.Оптимизация расхода топлива и коэффициента избытка воздуха в сторону более низкого значения может привести к более высокой температуре камина (высокий поток подаваемого воздуха охлаждает печь), снижению выбросов CO из-за лучшего сгорания, более низкого содержания кислорода и более высоких концентраций CO в дымах и, следовательно, снижение потерь тепла или топлива и повышение эффективности сгорания. Это, в свою очередь, улучшит рекуперацию тепла в трубках и повысит тепловой КПД. Кроме того, некоторые модификации печи для увеличения времени пребывания дымовых газов снизят их температуру на выходе и, следовательно, чувствительны к потерям тепла.

Тем не менее, КПД котла соответствует литературным данным. Значения 91%, 83–86% и 75–83% были зарегистрированы для древесных гранул (Kraiem et al., 2016), древесины сосны и персика (Rabacal et al., 2013), соответственно. Более того, для многотопливного котла, сжигающего древесные материалы, было обнаружено (Fournel et al., 2015), что термический КПД зависит от зольности каждого сырья, т. Е. При содержании золы 1% КПД составляет 74%, а для золы содержание 7% упало до 63%. В другом блоке, сжигающем лесные остатки и энергетические культуры, эффективность варьировалась от 69 до 75% (Forbes et al., 2014).

Характеристики сгорания смесей сельскохозяйственных остатков

Температура котловой воды

На рисунках 5A – C показано изменение температуры воды на выходе из котла как функция времени во время полной работы печи для смесей остатков ядер оливок с ядрами персика, скорлупой миндаля и грецкого ореха. Из этих рисунков можно заметить, что как фаза запуска, так и фаза, когда система работала на полную мощность, были задержаны при подаче смесей топлива, смещая кривые в сторону более высоких значений времени примерно на 4–6 мин.Кажется, что подача смесей и, как следствие, выгорание не были такими однородными, как ожидалось теоретически.

Рисунок 5 . Изменение температуры котловой воды на выходе при полной работе агрегата для смесей (A), OK / PK, (B), OK / AS и (C), OK / WS.

Температура дымовых газов и выбросы

Таблица 4 показывает, что температуры дымовых газов, которые влияют на чувствительные тепловые потери дымовых газов, для всех смесей в установившемся режиме варьируются между значениями компонентов топлива.Это показывает, что характеристики горения смесей зависели от вклада каждого остатка в смеси.

Таблица 4 . Характеристики горения топливных смесей (средние значения) в установившемся режиме.

Средние выбросы CO и NO _x (± стандартная ошибка) в установившемся режиме для всех смесей сравниваются с выбросами сырого топлива на рисунках 6A – C. Выбросы SO ₂ не представлены на графиках, так как они были чрезвычайно низкими (4–20 ppm _v ).Значения CO в диапазоне от 1,121 до 1212 ppm _v находились в пределах значений, соответствующих компонентным видам топлива, и находились в допустимых пределах для малых установок (ELOT, 2011). Более того, уровни NO _x (87–129 ppm _v или 174–258 мг / м ³ ) следовали той же тенденции и поддерживались ниже пороговых значений стран ЕС (EC, 2001; ELOT, 2011). . Наилучшие показатели по выбросам были достигнуты у смеси ОК / ПК 50:50.

Рисунок 6 .Средние выбросы CO и NO _x газов в установившемся режиме из смесей (A) OK / PK, (B) OK / AS и (C) OK / WS.

Горение и тепловой КПД

Эффективность горения смесей ядер оливок с ядрами персика, миндаля и скорлупы грецких орехов варьировалась от 84,2 до 85,6%, как показано на Рисунке 7. Эти значения находились между значениями, соответствующими материалам компонентов, но не пропорциональными процентному содержанию каждого остатка в смесь.Как показано в Таблице 4, эффективность сгорания зависела от типа сырья и массового расхода, а также от коэффициента избытка воздуха, который определял температуру камина и дымовых газов и, следовательно, потери тепла. Наибольшая эффективность была достигнута в случае смеси ОК / ПК 50:50, что, в свою очередь, отразилось на тепловом КПД котла за счет улучшенной рекуперации тепла из потока воды.

Рисунок 7 . Эффективность сгорания топливных смесей.

Выводы

Исследуемые сельскохозяйственные остатки характеризовались высоким содержанием летучих и малозольных.Их теплотворная способность составляла от 17,5 до 20,4 МДж / кг. Выбросы CO и NO _x от всех видов топлива в течение всего периода эксплуатации агрегата в изученных условиях были ниже установленных законодательством пределов, а выбросы SO ₂ были незначительными. Эффективность горения была удовлетворительной, от 84 до 86%. Ядра персика, за которыми следует скорлупа грецких орехов, сожженные с максимальной эффективностью из-за более низких чувствительных тепловых потерь и потерь от неполного сгорания топлива, выделяют более низкие концентрации токсичных газов и повышают эффективность котла за счет улучшения рекуперации тепла в трубах системы.

Совместное сжигание сельскохозяйственных остатков можно в значительной степени предсказать по сжиганию компонентов топлива, что может принести не только экологические, но и экономические выгоды. Путем смешивания ядер оливок с ядрами персика, миндаля или скорлупы грецких орехов в процентном отношении до 50% была улучшена общая эффективность системы с точки зрения выбросов и степени сгорания. Эффективность борьбы с вредителями была достигнута при смешивании ядер оливок и ядер персика в соотношении 50:50.

Эффективность сгорания зависит от типа сырья, массового расхода и коэффициента избытка воздуха.Необходим надежный контроль подачи воздуха для горения и определение оптимальных параметров.

Заявление о доступности данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью / дополнительный материал.

Авторские взносы

DV: руководитель, оценка результатов и написание статей. DL: эксперименты. ES: эксперименты. АВ: эксперименты. СС: оценка результатов. ГБ: техническая поддержка и оценка результатов. Все авторы: внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

ГБ использовала компания Energy Mechanical of Crete S.A.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы любезно благодарят AVEA Chania Oil Cooperatives, Союз сельскохозяйственных кооперативов Янницы и частные компании Agrinio и Hohlios за предоставленное топливо, а также лаборатории химии и технологии углеводородов и неорганической и органической геохимии Технического университета Крита. , для анализов CHNS и XRF.

Список литературы

Ан, Дж., И Янг, Дж. Х. (2018). Характеристики горения 16-ступенчатого колосникового котла на древесных гранулах. Обновить. Энергия 129, 678–685. DOI: 10.1016 / j.renene.2017.06.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Caposciutti, G., and Antonelli, M. (2018). Экспериментальное исследование влияния вытеснения воздуха и избытка воздуха на выбросы CO, CO ₂ и NO _x небольшого котла на биомассе с неподвижным слоем. Обновить.Энергия 116, 795–804. DOI: 10.1016 / j.renene.2017.10.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кардозо, Э., Эрлих, К., Алехо, Л., и Франссон, Т. Х. (2014). Сжигание сельскохозяйственных остатков: экспериментальное исследование для небольших приложений. Топливо 115, 778–787. DOI: 10.1016 / j.fuel.2013.07.054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэрролл Дж. И Финнан Дж. (2015). Использование добавок и топливных смесей для снижения выбросов от сжигания сельскохозяйственного топлива в небольших котлах. Биосист. Англ. 129, 127–133. DOI: 10.1016 / j.biosystemseng.2014.10.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карвалью Л., Вопиенка Э., Пойнтнер К., Лундгрен Дж., Кумар В., Хаслингер В. и др. (2013). Производительность пеллетного котла на сельскохозяйственном топливе. Заявл. Энергия 104, 286–296. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2012.10.058

CrossRef Полный текст | Google Scholar

EC (2001). Директива 2001/80 / ЕС Европейского парламента и Совета от 23 октября 2001 г. об ограничении выбросов определенных загрязнителей в воздух от крупных установок для сжигания .

Google Scholar

ELOT (2011). EN 303.05 / 1999. Предельные значения выбросов CO и NO _x для новых тепловых установок, использующих твердое биотопливо . FEK 2654 / B / 9-11-2011.

Google Scholar

Forbes, E., Easson, D., Lyons, G., and McRoberts, W. (2014). Физико-химические характеристики восьми различных видов топлива из биомассы и сравнение сгорания и выбросов приводят к получению малогабаритного многотопливного котла. Energy Conv. Managem. 87, 1162–1169.DOI: 10.1016 / j.enconman.2014.06.063

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fournel, S., Palacios, J.H., Morissette, R., Villeneuve, J., Godbout, S., Heitza, M., et al. (2015). Влияние свойств биомассы на технические и экологические показатели многотопливного котла при внутрихозяйственном сжигании энергетических культур. Заявл. Энергия 141, 247–259. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2014.12.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гарсия-Маравер, А., Заморано, М., Фернандес, У., Рабакал, М., и Коста, М. (2014). Взаимосвязь между качеством топлива и выбросами газообразных и твердых частиц в бытовом котле на пеллетах. Топливо 119, 141–152. DOI: 10.1016 / j.fuel.2013.11.037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kortelainen, M., Jokiniemi, J., Nuutinen, I., Torvela, T., Lamberg, H., Karhunen, T., et al. (2015). Поведение золы и образование выбросов в маломасштабном реакторе сжигания с возвратно-поступательной решеткой, работающем с древесной щепой, тростниковой канареечной травой и ячменной соломой. Топливо 143, 80–88. DOI: 10.1016 / j.fuel.2014.11.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крайем, Н., Ладжили, М., Лимузи, Л., Саид, Р., и Джегуирим, М. (2016). Рекуперация энергии из тунисских агропродовольственных отходов: оценка характеристик сгорания и характеристик выбросов зеленых гранул, приготовленных из остатков томатов и виноградных выжимок. Энергия 107, 409–418. DOI: 10.1016 / j.energy.2016.04.037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крашкевич, А., Пшивара, А., Качел-Якубовска, М., и Лоренцович, Э. (2015). Сжигание пеллет растительной биомассы на решетке котла малой мощности. Agricul. Agricul. Sci. Proc. 7, 131–138. DOI: 10.1016 / j.aaspro.2015.12.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мойерс, К. Г., и Болдуин, Г. У. (1997). «Психрометрия, испарительное охлаждение и сушка твердых частиц», в Справочнике инженеров-химиков Perry, 7-е изд. , ред. Р. Х. Перри и Д. У. Грин (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Mc Graw Hill).

Google Scholar

Низетич, С., Пападопулос, А., Радика, Г., Занки, В., и Ариси, М. (2019). Использование топливных гранул для отопления жилых помещений: полевое исследование эффективности и удовлетворенности пользователей. Energy Build. 184, 193–204. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2018.12.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pawlak-Kruczek, H., Arora, A., Moscicki, K., Krochmalny, K., Sharma, S., and Niedzwiecki, L. (2020). Переход домашнего котла с угля на биомассу — Выбросы от сжигания сырых и обожженных оболочек ядра пальмы (PKS). Топливо 263, 116–124. DOI: 10.1016 / j.fuel.2019.116718

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пицци А., Фоппа Педретти Э., Дука Д., Россини Г., Менгарелли К., Илари А. и др. (2018). Выбросы отопительных приборов, работающих на агропеллетах, произведенных из остатков обрезки виноградной лозы, и экологические аспекты. Обновить. Энергия 121, 513–520. DOI: 10.1016 / j.renene.2018.01.064

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рабакал, М., Фернандес У. и Коста М. (2013). Характеристики горения и выбросов бытового котла, работающего на пеллетах из сосны, древесных отходах и персиковых косточках. Обновить. Энергия 51, 220–226. DOI: 10.1016 / j.renene.2012.09.020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сиппула О., Ламберг Х., Лескинен Дж., Тиссари Дж. И Йокиниеми Дж. (2017). Выбросы и поведение золы в котле на пеллетах мощностью 500 кВт, работающем на различных смесях древесной биомассы и торфа. Топливо 202, 144–153.DOI: 10.1016 / j.fuel.2017.04.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сутар, К. Б., Кохли, С., Рави, М. Р., и Рэй, А. (2015). Кухонные плиты на биомассе: обзор технических аспектов. Обновить. Устойчивая энергетика Ред. 41, 1128–1166. DOI: 10.1016 / j.rser.2014.09.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вамвука Д. (2009). Биомасса, биоэнергетика и окружающая среда. Салоники: Публикации Циоласа.

Google Scholar

Вамвука, Д., Трикувертис, М., Пентари, Д., Алевизос, Г., и Стратакис, А. (2017). Характеристика и оценка летучей и зольной пыли от сжигания остатков виноградников и перерабатывающей промышленности. J. Energy Instit. 90, 574–587. DOI: 10.1016 / j.joei.2016.05.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вамвука Д. и Цуцос Т. (2002). Энергетическая эксплуатация сельскохозяйственных остатков на Крите. Energy Expl. Эксплуатировать. 20, 113–121. DOI: 10.1260 / 014459802760170439

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн, Т., Поллекс, А., Веллер, Н., Ленц, В., и Неллес, М. (2018). Гранулы из смешанной биомассы в качестве топлива для малых сжигающих устройств: влияние смешения на образование шлака в зольном остатке и варианты предварительной оценки. Топливо 212, 108–116. DOI: 10.1016 / j.fuel.2017.10.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

.