emissionskontrol ved hjælp af forskellige temperaturer af forbrændingsluft

abstrakt

indsatsen fra mange producenter af varmekilder er at opnå den maksimale effektivitet af energitransformation kemisk bundet i brændstoffet til varme. Derfor er det nødvendigt at strømline forbrændingsprocessen og minimere dannelsen af emission under forbrænding. Papiret præsenterer en analyse af forbrændingsluftens temperatur til varmeydelsen og emissionsparametrene for afbrænding af biomasse. I anden del af papiret vurderes virkningen af forskellige dendromass på dannelse af emissioner i lille varmekilde. De målte resultater viser, at reguleringen af forbrændingsluftens temperatur påvirker koncentrationen af emissioner fra forbrænding af biomasse.

1. Indledning

Den Europæiske Unions hovedformål er at udnytte potentialet i energibesparelser og vedvarende energikilder. I Slovakiet synes den mest lovende vedvarende energikilde at være biomasse. Dens anvendelse har stigende betydning. Den mest almindelige form for biomasse er træ, enten i stykker eller som træaffald. Under forbrændingsprocessen af vedvarende brændstoffer genereres forurenende stoffer i atmosfæren og har en negativ indvirkning på menneskers sundhed. De mest overvågede forurenende stoffer er partikler, kulilte, kvælstofilter og svovlsyre .

emissioner, der udsendes under forbrænding, består hovedsageligt af forurenende luftarter og partikler. Målet er at reducere koncentrationen af disse stoffer til acceptable niveauer, da emissionerne har en betydelig del af luftforureningen .

de faste partikler medbringes med røggasstrøm fra kedlens forbrændingskammer. Partikler (PM) består af sod, uorganisk stof (aske) og organisk stof (ikke-flygtig brandfarlig). Partikler importeres til røggassen af aske, ikke-flygtig og brændbar sod.

dannelse af partikler under brændstofforbrænding afhænger af mange faktorer, herunder flammetemperatur, sammensætning og koncentration af forbrændingsreaktanter og opholdstid inden for reaktionsområdet . Selvom PM-dannelse fra forbrænding ikke forstås fuldt ud, mistænkes det, at processen involverer både nukleering og kondensationsmekanismer .

størrelsen af partikler dannet under forbrænding afhænger af den tid, der bruges i dannelses-og iltningsområderne. Størrelsen af en biomasseudstødningspartikel kan spænde over et interval fra mindre end 0,01 liter til større end 100 liter. Imidlertid er størstedelen af biomasseforbrændings aerosol typisk mindre end 1 liter i diameter .

i dag er den største opmærksomhed på størrelsen af partikler (aerodynamisk diameter) mindre end 10 liter (PM10), som kan trænge ind i luftvejene. Partikler af denne fraktion er opdelt i to grupper baseret på forskellige størrelser, mekanismen, sammensætningen og opførslen af atmosfæren.

den første gruppe består af partikler af størrelse under 2,5 liter (fin respirabel fraktion—PM2,5), der stammer fra kemiske reaktioner nucleation, kondensering af gasformige emissioner genereret ved overfladen af partikler eller koagulation af de fineste partikler.

den anden gruppe skabte partikler i størrelsesområdet fra 2,5 til 10 liter (grov fraktion—PM2,5 til 10).

fineste partikler med en diameter under 2,5 liter (PM2,5) anses for at forårsage den største skade på menneskers sundhed. De deponerer dybt i lungerne og blokerer reproduktionen af celler .

forskellige træsorter har forskellig sammensætning og egenskaber, såsom brændværdi og askesmeltning af temperatur, hvilket i høj grad påvirker produktionen af PM.

i dette arbejde blev eksperimentelle målinger udført og fokuseret på dannelsen af PM under forbrænding af forskellige typer dendromass i en lille varmekilde. Effekten af forskellige temperaturer af den primære forbrændingsluft til emissionsparametrene vurderes også.

2. Måling af Emissionsparametre

metoder til måling af emissioner af forurenende stoffer kan i princippet opdeles i måling af partikler og gasformige stoffer. Metoder og måleprincipper er baseret på væskemediets emissionsegenskaber. En af metoderne til måling af partikler er præsenteret nedenfor.

Gravimetrisk Metode. Gravimetrisk metode er den manuelle enkeltmetode med prøveudtagning af strømningsgassen ved sonde. Det er baseret på bestemmelse af mediankoncentrationerne ved prøveudtagning fra flere Målepunkter tværsnit og deres efterfølgende gravimetriske vurdering. Faste forurenende stoffer adskilles normalt af et eksternt filter.

repræsentativ prøveudtagning udføres ved prøveudtagningssonde passende form og den korrekte hastighed under isokinetisk tilstand .

koncentration af partikler i røggassen er dækket til standardbetingelser og kan bestemmes for våd eller tør røggas. Målt volumen af prøve taget på volumen gasmåleren skal konverteres til standardbetingelser, det vil sige 101325 Pa tryk og temperatur på 273.15 K (0 liter C). Derfor måles temperaturen og trykket af den målte prøve før gasmåler.

den kumulative samling kan tilvejebringe i tværsnits gennemsnitskoncentration, men ikke koncentrationsprofil. Strømningshastighed eller strømning af prøvegassen måles ved at sikre isokinetiske forhold, for eksempel ved blændespor og en samlet opsamlet mængde gas pr .gasmåler.

i gravimetrisk metode realiseres udtagning af repræsentative prøver ved sonde med passende form lige fra den flydende gas .

for at imødekomme de stigende krav til bestemmelse af fine partikler blev multistage impactor probe anvendt i disse eksperimenter. Slaglegemeseparationssystem er beregnet til at filtrere og adskille faste emissioner i tretrins Slaglegemet. Konstruktionen af enheden tillader parallel adskillelse af faste elementer PM 10 og PM 2,5 (Figur 1).

fordelen ved den gravimetriske metode er dens enkelhed og de relativt lave sampleromkostninger.

3. Eksperimentel måling

da varmekilden blev brugt pejs bedømt til 6 kV, som er designet til afbrænding af stykke træ. Bunden af forbrændingskammeret er toppet med rist og beholderen, hvor asken falder. Adgang til forbrændingskammeret er gennem dørene, der er glaseret med højt varmebestandigt glas.

3.1. Køling / opvarmning af forbrændingsluft

ændring af temperaturen på forbrændingsluftindløbet blev udført på den primære forbrændingsluft. Varmevekslerne er tilsluttet rør af primær lufttilførsel til opvarmning/afkøling af forbrændingsluft. Denne måde er temperaturen på den indkommende primære forbrændingsluft opvarmet / afkølet til det ønskede temperaturniveau. Den minimale tilluftstemperatur var -5 liter C og steg gradvist op til 40 liter C. temperaturstigningen mellem målingerne var 5 liter C og blev reguleret af varmeveksleren, som er placeret bag ventilatoren i en kanal. Temperaturregulering for varmeveksleren blev sikret ved cirkulationstermostat Julabo F40.

ordningen med eksperimentelt stativ til opvarmning/kølelufttilførsel er vist i figur 2.

for at evaluere kvaliteten af forbrændingsprocessen blev gassammensætningen målt ved analysator.

3.2. Dendromass

under eksperimentet blev de forskellige træsorter også testet. Hver måling varede 1 time og blev brændt til omkring 1,5 kg brændstof. Til de eksperimentelle målinger blev følgende træsorter, der er anført i tabel 1, anvendt.

3.3. Placering af sekundær luft

moderne modifikationer tillader en forøgelse af opvarmningseffektiviteten og reduktion af emissionskoncentrationen. Mængden af emissioner kan påvirkes af flere faktorer. En af de vigtige faktorer er placeringen af sekundær forbrændingsluft.

den eksperimentelle varmekilde har følgende luftindtag:(i)primær (frontal)—luftstrøm gennem risten og askebægeret mod brændstof,(ii)sekundær (tilbage)—proces ved hjælp af resterende brændbare gasser, der normalt ville slippe ud gennem skorstenen. Der er en stigning i effektivitet og dermed lavere brændstofforbrug,(iii)tertiær (top)—bruges til at blæse forruden af, forhindre tilstopning, også bidrage til forbedring af forbrændingsprocessen og reducere emissionerne. Pejs er designet til afbrænding af stykke træ (se figur 3).

i denne opgave blev de forskellige positioner for sekundært luftindtag undersøgt. Målet var at evaluere, hvornår placeringen af luftindtaget har indflydelse på dannelsen af partikler.

4. Resultater og diskussion

under målingerne blev der registreret koncentrationer af følgende emissioner: CO, CO2 og NO og partikler i røggassen.

4.1. Effekt af lufttemperatur på dannelse af Emission

temperaturen af den primære forbrændingsluft, der leveres til pejsen, varierede ved at ændre indstillingstemperaturen på kølecirkulatoren.

forskellige temperaturer i den primære forbrændingsluft har indflydelse på dannelsen af gasformige emissioner og partikler.

figur 4 viser resultaterne af måling af kulsyre i henhold til den indstillede temperatur for den primære forbrændingsluft.

den højeste gennemsnitlige CO2 blev registreret ved 35 liter C indløbsluft, mens den laveste gennemsnitlige værdi på 3,20% blev registreret ved 15 liter C tilført luft. Kulsyre dannelse har en tendens til at stige med stigende temperatur af den primære forbrændingsluft.

figur 5 viser resultaterne af måling af kulilte.

de højeste gennemsnitsværdier nåede 7193 mg·m−3 CO og blev registreret ved 10 liter C indløbsluft, mens ved 30 liter C tilluft nåede den laveste gennemsnitsværdi på 5051 mg * m−3. Resultaterne indikerer, at dannelsen af kulilte har en tendens til at falde med stigende temperatur i den primære forbrændingsluft.

dannelsens afhængighed af de forskellige temperaturer i den primære forbrændingsluft til den eksperimentelle varmekilde viser figur 6.

de højeste gennemsnitsværdier af de målte (111,65 mg·m−3) blev opnået ved 10 liter C, og De laveste gennemsnitsværdier blev målt ved 20 liter C med en værdi på 80,16 mg·m−3. produktionen har en tendens til at falde med stigende temperatur i den primære forbrændingsluft.

resultaterne af PM-koncentration afhængigt af temperaturen i den primære forbrændingsluft er vist i Figur 7 og 8.

måling af partikler med en temperaturændring i forbrændingsluften har nået den maksimale koncentration på 202 mg·m−3. Minimumskoncentration af PM-emission blev genereret ved 35 liter C forbrændingsluft.

4.2. Anden Type Dendromass

den anden del af arbejdet omhandler effekten af forskellige dendromass til dannelse af faste partikler. Produktion af emissioner er i høj grad påvirket af type brændstof, der brændes i varmekilde. Hvert brændstof har forskellige egenskaber og kemisk sammensætning, hvilket i sidste ende påvirker forbrændingsprocessen, mængden af faktiske emissioner og askeindhold. Under de eksperimentelle målinger blev de samme forbrændingsbetingelser sikret, det vil sige ensartet tilførsel af primær, sekundær og tertiær luft, det samme tryk i skorstenen (12 Pa) og en maksimal dosis på 1,5 kg brændstof.

Partikelmålinger blev udført på alle træsorter i 30 minutter. I løbet af denne tid blev fanget PM til filtrene fra hver prøve. Disse blev efterfølgende fjernet for fugt og vejet. Koncentrationer af partikler blev bestemt af filterets forskelvægt før og efter målingen. Den højeste mængde partikler blev observeret i målinger af hvid birk med bark og bøg (figur 9).

4.3. Forskellige positioner af sekundær luft

den sidste del præsenterer den mest effektive placering af sekundær luftindtag i forhold til dannelse af partikler. Indflydelsen af tre luftindtag position blev analyseret.

på figur 10 vises de minimale og maksimale værdier for målte partikelkoncentrationer (PM). Måling af PM for al fuldt åben forbrændingsluft nåede koncentration 21 mg * m-3. Minimumskoncentration af PM blev registreret med inddragelse af sekundær forsyning i anden række, hvor kun 13,09 mg·m−3 blev målt.

det kan konkluderes, at det med hensyn til PM er fordelagtigt at forsyne forbrændingsluften gennem anden række.

5. Konklusion

formålet med dette arbejde var at demonstrere virkningen af den primære forbrændingslufttemperatur på emissionsparametre.

præsenterede resultater af emissioner afhængigt af temperaturen i den primære forbrændingsluft indikerer ikke den mest passende temperaturindstilling. For hver emissionstype er den laveste værdi ved forskellige temperaturer af den primære forbrændingsluft nået.

fra de eksperimentelle målinger af faste emissioner er det klart, at det med hensyn til den laveste værdi af PM foretrækkes at tilføre den primære forbrændingsluft til forbrændingsprocessen ved en temperatur på 35 liter C.

det kan hævdes, at produktionen af kulilte (CO) falder med stigende temperatur på bekostning af højere produktion af kulilte (CO2). Dannelsen af CO påvirkes af flere faktorer, og derfor kan dens forskellige koncentration under målingerne ikke tilskrives skiftende temperaturer i forbrændingsluften.

i dette forskningsarbejde blev der udført analyse af virkningen af forskellige typer dendromass på dannelsen af partikler under forbrændingsprocessen. Resultaterne af målinger indikerer, at brændstoftypen har en betydelig indflydelse på forbrændingsprocessen og dannelsen af partikler. Dette fænomen er i høj grad påvirket af de forskellige egenskaber og kemiske sammensætning af forskellige typer dendromass.

i tilfælde af birk uden bark blev de laveste værdier af PM målt, hvilket tyder på, at barken af brænde har en betydelig andel på dannelsen af faste partikler.

de målte resultater viser, at typen af brænde påvirker emissionsparametre for varmekilden.

Computer modellering bliver mere kraftfuld og udviklet, derfor vinder i popularitet. Det fremstår som et attraktivt værktøj til at hjælpe forbrændingsingeniøren inden for områder som nyt procesdesign, opskalering af anlæg, eftermontering og forurenende kontrol. Derfor vil den numeriske simulering af dannelse af partikler ske i den fremtidige forskning.

interessekonflikt

der er ingen interessekonflikt med hensyn til offentliggørelsen af dette papir.

Tak

Dette arbejde blev støttet af VEGA nr. 1/1353/12 og sponsoreret i rammen af programmet OPV-Podpora kvality vzdelávania en rozvoj l’udských zdrojov v marken technického výskumu en vývoja v priestore modernej vedomostnej spoločnosti GEVINSTER 26110230117.