Kibocsátásszabályozás az égési levegő különböző Hőmérsékleteinek felhasználásával

absztrakt

a hőforrások sok gyártójának erőfeszítése az üzemanyagban kémiailag megkötött energiaátalakítás maximális hatékonyságának elérése. Ezért szükség van az égési folyamat korszerűsítésére és az égés során keletkező kibocsátás minimalizálására. A tanulmány bemutatja az égési levegő hőmérsékletének elemzését az égő biomassza hőteljesítményére és emissziós paramétereire. A második részben a tanulmány hatását a különböző dendromass képződését kibocsátások kis hőforrás értékelik. A mért eredmények azt mutatják, hogy az égési levegő hőmérsékletének szabályozása hatással van a biomassza elégetéséből származó kibocsátások koncentrációjára.

1. Bevezetés

az Európai Unió fő célja az energiamegtakarításban és a megújuló energiaforrásokban rejlő lehetőségek kiaknázása. Szlovákiában a legígéretesebb megújuló energiaforrás a biomassza. Használata egyre nagyobb jelentőséggel bír. A biomassza leggyakoribb formája a fa, akár darabokban, akár fahulladékként. A megújuló üzemanyagok égetése során szennyező anyagok kerülnek a légkörbe, amelyek negatív hatással vannak az emberi egészségre. A leginkább ellenőrzött szennyező anyagok a részecskék, a szén-monoxid, a nitrogén-oxidok és a kén-dioxid .

az égés során kibocsátott kibocsátások főként gáz-halmazállapotú és szilárd halmazállapotú szennyezőanyagokból állnak. A cél ezen anyagok koncentrációjának elfogadható szintre csökkentése, mivel a kibocsátások a légszennyezés jelentős részét teszik ki .

a szilárd részecskéket a kazán égésteréből származó füstgázáram vonja be. A részecskék (PM) koromból, szervetlen anyagból (hamu) és szerves anyagból (nem illékony tűzveszélyes) állnak. A részecskéket hamu, nem illékony és éghető korom importálja a füstgázba.

a tüzelőanyag elégetése során a részecskék képződése számos tényezőtől függ, beleértve a lánghőmérsékletet, az égési reagensek összetételét és koncentrációját, valamint a reakciózónán belüli tartózkodási időt . Bár az égésből származó PM képződése nem teljesen ismert, feltételezhető, hogy a folyamat magában foglalja mind a magképződést, mind a kondenzációs mechanizmusokat .

az égés során keletkező részecskék mérete a képződő és oxidációs zónákban töltött időtől függ. A méret a biomassza kipufogó részecske terjedhet tartományban kevesebb, mint 0,01 6-100 XNUMX XNUMX m. A biomassza-égésű aeroszol többsége azonban jellemzően kisebb, mint 1 6m átmérőjű .

ma a legnagyobb figyelmet fordítanak a részecskék méretére (aerodinamikai átmérő) kevesebb, mint 10 db (PM10), amelyek behatolhatnak a légzőrendszerbe. Ennek a frakciónak a részecskéit két csoportra osztják a különböző méretek, a mechanizmus, az összetétel és a légkör viselkedése alapján.

az első csoportot a kémiai reakciók magképződéséből,a részecskék felszínén keletkező gáznemű kibocsátások kondenzációjából vagy a legfinomabb részecskék koagulációjából származó, 2,5 km—nél kisebb méretű részecskék alkotják (finom belélegezhető frakció-PM2, 5).

a második csoport részecskéket hozott létre a 2,5-10 6m méretű tartományban (durva frakció—PM2,5-10).

a legfinomabb részecskék,amelyek átmérője kisebb, mint 2,5 6 (PM2, 5), a legnagyobb kárt okozzák az emberi egészségre. Mélyen lerakódnak a tüdőben és blokkolják a sejtek reprodukcióját .

a különböző fafajok különböző összetételűek és tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a fűtőérték és a hamu olvadási viselkedése, ami nagyban befolyásolja a PM termelését.

ebben a munkában kísérleti méréseket végeztek, amelyek a PM képződésére összpontosítottak különböző típusú dendromasszák kis hőforrásban történő égése során. Az elsődleges égési levegő különböző hőmérsékleteinek az emissziós paraméterekre gyakorolt hatását is értékeljük.

2. A kibocsátási paraméterek mérése

a szennyező anyagok kibocsátásának mérésére szolgáló módszerek elvben feloszthatók a részecskék és a gáznemű anyagok mérésére. A módszerek és a mérési elvek a folyékony közeg emissziós tulajdonságain alapulnak. Az alábbiakban bemutatjuk a részecskék mérésére szolgáló egyik módszert.

Gravimetrikus Módszer. Gravimetriás módszer a kézi egyetlen módszer mintavétel az áramlási gáz szondával. Ez a medián koncentrációk több mérési pontból történő mintavételezéssel történő meghatározásán és az azt követő gravimetriás értékelésen alapul. A szilárd szennyeződéseket általában külső szűrő választja el.

a reprezentatív mintavételt megfelelő alakú és megfelelő sebességű mintavevő szondával végezzük izokinetikai körülmények között .

a füstgázban lévő részecskék koncentrációját normál körülmények között kell meghatározni, és nedves vagy száraz füstgázra is meghatározható. A gázmennyiségmérőn vett minta mért térfogatát át kell alakítani normál körülményekre, azaz 101325 Pa nyomásra és hőmérsékletre 273,15 K-ra (0 db C). Ezért a mért minta hőmérsékletét és nyomását a gázmérő előtt kell mérni.

az összesített gyűjtemény a keresztmetszetben átlagos koncentrációt adhat, de koncentrációprofilt nem. A mintagáz áramlási sebességét vagy áramlását izokinetikai körülmények biztosításával mérik, például apertúra-nyomtávval és a gázmérővel összegyűjtött teljes gázmennyiséggel .

gravimetriás módszerben a reprezentatív minták vétele megfelelő alakú szondával valósul meg közvetlenül az áramló gázból .

a finom részecskék meghatározására vonatkozó növekvő követelmények teljesítése érdekében a többlépcsős ütközésmérő szondát használtuk ezekben a kísérletekben. Az ütközésmérő elválasztó rendszere a szilárd kibocsátások szűrésére és elkülönítésére szolgál háromlépcsős ütközésmérőben. A szerkezet kialakítása lehetővé teszi a PM 10 és PM 2,5 szilárd elemek párhuzamos elválasztását (1.ábra).

a gravimetrikus módszer előnye az egyszerűsége és a viszonylag alacsony mintavételi költségek.

3. Kísérleti mérés

mivel a hőforrás használták kandalló névleges 6 kW, amelynek célja az égő darab fa. Alján az égéstér tetején rostély és a tartály, ahol a hamu esik. Az égéstérbe való belépés a magas hőálló üveggel üvegezett ajtókon keresztül történik.

3.1. Az égési levegő hűtése / melegítése

az égési levegő bemeneti hőmérsékletének megváltoztatása az elsődleges égési levegőn történt. A hőcserélők vannak dugva cső primer levegőellátás fűtés / hűtés az égési levegő. Így a bejövő elsődleges égési levegő hőmérséklete a kívánt hőmérsékleti szintre melegítve/lehűtve. A minimális betáplált levegő hőmérséklete -5 db C volt, majd fokozatosan 40 db C-ig emelkedett.a mérések közötti hőmérséklet-emelkedés 5 db C volt, és a hőcserélő szabályozta, amely a ventilátor mögött helyezkedik el egy csatornában. A hőcserélő hőmérséklet-szabályozását a julabo F40 keringési termosztát biztosította.

a fűtési/hűtőlevegő-ellátás kísérleti állványának sémáját a 2.ábra mutatja.

az égési folyamat minőségének értékelése érdekében a gázösszetételt analizátorral mértük.

3.2. Dendromass

a kísérlet során a különböző fafajtákat is tesztelték. Minden mérés 1 órán át tartott, és körülbelül 1,5 kg üzemanyagra égették. A kísérleti mérésekhez a következő, az 1. táblázatban felsorolt fafajtákat használtuk.

3.3. A szekunder levegő helyzete

a Modern módosítások lehetővé teszik a fűtési hatékonyság növelését és a kibocsátási koncentráció csökkentését. A kibocsátás mennyiségét számos tényező befolyásolhatja. Az egyik fontos tényező a másodlagos égési levegő helyzete.

a kísérleti hőforrás a következő levegőbemenetekkel rendelkezik: (i)elsődleges(frontális)—a rostélyon és a hamutartón keresztül az üzemanyag felé áramló levegő, (ii)másodlagos (hátsó)—a kéményen keresztül általában kilépő éghető gázok felhasználásával végzett folyamat. Növekszik a hatékonyság és ezáltal csökken az üzemanyag-fogyasztás, (iii) harmadlagos (felső)—a szélvédő lefújására, az eltömődés megelőzésére, az égési folyamat javításához és a kibocsátás csökkentéséhez is hozzájárul. Kandalló tervezték égő darab fa (lásd 3. ábra).

ebben a feladatban a szekunder levegőbemenet különböző pozícióit vizsgáltuk. A cél annak értékelése volt, hogy a levegőbemenet helye befolyásolja-e a részecskék képződését.

4. Eredmények és megbeszélés

a mérések során a következő kibocsátások koncentrációját jegyezték fel: CO, CO2, NO és részecske anyagok a füstgázban.

4.1. A levegő hőmérsékletének hatása az emisszió kialakulására

a kandallóba juttatott elsődleges égési levegő hőmérséklete a hűtött keringetőszivattyú beállítási hőmérsékletének megváltoztatásával változott.

az elsődleges égéslevegő különböző hőmérsékletei hatással vannak a gáz-halmazállapotú kibocsátások és a szálló por képződésére.

a 4.ábra a szén-dioxid mérésének eredményeit mutatja az elsődleges égési levegő beállított hőmérséklete szerint.

a legmagasabb átlagos CO2-t a belépő levegő 35 (C), míg a szállított levegő 15 (C) (C) pontján regisztrálták a legalacsonyabb, 3,20% – os átlagértéket. A szén-dioxid képződése az elsődleges égési levegő hőmérsékletének növekedésével növekszik.

az 5. ábra a szén-monoxid mérésének eredményeit mutatja.

a legmagasabb átlagértékek 7193 mg * m-3 CO-t értek el, és a bemeneti levegő 10 CAC−nál, míg a beszívott levegő 30 CAC-nál a legalacsonyabb átlagértéket, 5051 mg·m-3-nál érték el. Az eredmények azt mutatják, hogy a szén-monoxid képződése az elsődleges égési levegő hőmérsékletének növekedésével csökken.

a képződés függése az elsődleges égési levegő különböző hőmérsékleteitől a kísérleti hőforrástól a 6.ábrát mutatja.

a mért értékek legmagasabb átlagértékeit (111,65 mg·m−3) 10 CAC−on, a legalacsonyabb átlagértékeket pedig 20 CC-n mérték 80,16 mg·m-3-on. a termelés tendenciája az elsődleges égési levegő hőmérsékletének növekedésével csökken.

az elsődleges égési levegő hőmérsékletétől függő RÉSZECSKEKONCENTRÁCIÓ eredményeit a 7.és 8. ábra mutatja.

a részecskék mérése az égési levegő hőmérsékletének változásával elérte a 202 mg·m−3 maximális koncentrációt. A PM-kibocsátás minimális koncentrációja az égési levegő 35cc-jén keletkezett.

4.2. Különböző típusú Dendromass

a munka második része a különböző dendromass szilárd részecskék képződésére gyakorolt hatásával foglalkozik. A kibocsátások keletkezését nagymértékben befolyásolja a hőforrásban elégetett üzemanyag típusa. Minden üzemanyagnak különböző tulajdonságai és kémiai összetétele van, ami végső soron befolyásolja az égési folyamatot, a tényleges kibocsátás mennyiségét és a hamutartalmat. A kísérleti mérések során ugyanazokat az égési körülményeket biztosítottuk, azaz a primer, szekunder és tercier levegő egyenletes ellátását, a kéményben azonos nyomást (12 Pa) és legfeljebb 1,5 kg üzemanyag-adagot.

a Részecskeméréseket minden fafajtán 30 percig végeztük. Ez idő alatt minden mintából PM-t rögzítettünk a szűrőkhöz. Ezeket később megfosztották a nedvességtől és lemérték. A részecskék koncentrációját a mérés előtt és után a szűrő tömegkülönbsége alapján határoztuk meg. A legnagyobb részecskemennyiséget a fehér nyír, valamint a kéreg és a Bükk mérése során figyelték meg (9.ábra).

4.3. A szekunder levegő különböző pozíciói

az utolsó rész a szekunder levegő bemenetének leghatékonyabb helyét mutatja be a részecskék képződése szempontjából. A három levegőbemenet helyzetének hatását elemeztük.

a 10.ábrán a mért részecskekoncentrációk (PM) minimális és maximális értékei láthatók. A PM mérése az összes teljesen nyitott égéslevegő esetében elérte a 21 mg·m-3 koncentrációt. A PM minimális koncentrációját a másodlagos ellátás bevonásával regisztrálták a második sorban, ahol csak 13,09 mg·m−3-ot mértek.

megállapítható, hogy a PM szempontjából előnyös az égési levegőt a második sorban keresztül juttatni.

5. Következtetés

ennek a munkának az volt a célja, hogy bemutassa az elsődleges égési levegő hőmérsékletének a kibocsátási paraméterekre gyakorolt hatását.

az elsődleges égési levegő hőmérsékletétől függő kibocsátások bemutatott eredményei nem jelzik a legmegfelelőbb hőmérsékleti beállítást. Az egyes kibocsátástípusok esetében az elsődleges égési levegő különböző hőmérsékletein a legalacsonyabb értéket érték el.

a szilárd kibocsátások kísérleti méréseiből kitűnik, hogy a legkisebb PM-érték szempontjából előnyös az elsődleges égési levegőt az égési folyamatba 35 Kb C hőmérsékleten juttatni.

érvelhetünk azzal, hogy a szén-monoxid (CO) termelése a hőmérséklet emelkedésével csökken a szén-dioxid (CO2) magasabb termelésének rovására. A CO képződését számos tényező befolyásolja, ezért a mérések során eltérő koncentrációja nem tulajdonítható az égési levegő változó hőmérsékletének.

ebben a kutatási munkában elemeztük a különböző típusú dendromaszok hatását a részecskék képződésére az égési folyamat során. A mérések eredményei azt mutatják, hogy az üzemanyag típusa jelentős hatással van az égési folyamatra és a részecskék képződésére. Ezt a jelenséget nagymértékben befolyásolja a különböző típusú dendromasszák különböző tulajdonságai és kémiai összetétele.

a kéreg nélküli nyír esetében a legkisebb PM értékeket mértük, ami arra utal, hogy a tűzifa kérge jelentős arányban van a szilárd részecskék képződésében.

a mért eredmények azt mutatják, hogy a tűzifa típusa befolyásolja a hőforrás kibocsátási paramétereit.

a számítógépes modellezés egyre erőteljesebbé és fejlettebbé válik, ezért egyre népszerűbb. Vonzó eszközként jelenik meg, hogy segítse az égésmérnököt olyan területeken, mint az új folyamattervezés, az üzem méretezése, utólagos felszerelése és a szennyezőanyag-szabályozás. Ezért a részecskék képződésének numerikus szimulációja a jövőbeni kutatások során történik.

összeférhetetlenség

e dokumentum közzétételét illetően nincs összeférhetetlenség.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát támogatta a VEGA nem. 1/1353/12 szponzorált a keret a program OPV-Podpora kvality vzdelávania egy rozvoj l’udských zdrojov v oblasti technického výskumu egy vývoja v priestore modernej vedomostnej spoločnosti ITMS 26110230117.