Utslippskontroller Ved Hjelp Av Forskjellige Temperaturer Av Forbrenningsluft

Abstrakt

innsatsen til mange produsenter av varmekilder er å oppnå maksimal effektivitet av energi transformasjon kjemisk bundet i drivstoff til varme. Derfor er det nødvendig å strømlinjeforme forbrenningsprosessen og minimere dannelsen av utslipp under forbrenning. Papiret presenterer en analyse av forbrenningslufttemperaturen til varmeytelsen og utslippsparametrene for brennende biomasse. I den andre delen av papiret evalueres virkningen av forskjellig dendromass på dannelse av utslipp i liten varmekilde. De målte resultatene viser at reguleringen av forbrenningsluftens temperatur har en effekt på konsentrasjonen av utslipp fra forbrenning av biomasse.

1. Innledning

eus hovedintensjon er å utnytte potensialet for energibesparelser og fornybare kilder. I Slovakia synes den mest lovende fornybare energikilden å være biomasse. Bruken har økende betydning. Den vanligste formen for biomasse er tre, enten i stykker eller som treavfall. Under forbrenningsprosessen av fornybare drivstoff forurensende stoffer genereres i atmosfæren og har en negativ innvirkning på menneskers helse. De mest overvåkede forurensningene er partikler, karbonmonoksid, nitrogenoksider og svoveldioksid .

Utslipp under forbrenning består hovedsakelig av gassformige og partikkelformige forurensninger. Målet er å redusere konsentrasjonen av disse stoffene til akseptable nivåer, siden utslippene har en betydelig andel luftforurensning .

de faste partiklene er innblandet med røykgasstrøm fra forbrenningskammeret til kjelen. Partikkelformet materiale (PM) består av sot, uorganisk materiale (aske) og organisk materiale (ikke-flyktig brannfarlig). Partikler importeres til røykgassen med aske, ikke-flyktig og brennbar sot.

Dannelse Av Partikler under forbrenning av drivstoff avhenger av mange faktorer, inkludert flammetemperatur, sammensetning og konsentrasjon av forbrenningsreaktanter og oppholdstid i reaksjonssonen . SELV OM PM-dannelse fra forbrenning ikke er fullt ut forstått, er det mistanke om at prosessen involverer både nukleasjon og kondensasjonsmekanismer .

størrelsen på partikler dannet under forbrenning er avhengig av tiden brukt i formasjons-og oksidasjonssonene. Størrelsen på en eksospartikkel fra biomasse kan variere fra mindre enn 0.01 µ til større enn 100 µ. Størstedelen av aerosolen for forbrenning av biomasse er imidlertid vanligvis mindre enn 1 µ i diameter .

I Dag er det størst oppmerksomhet til størrelsen på partikler (aerodynamisk diameter) mindre enn 10 µ (PM10), som kan trenge inn i luftveiene. Partikler av denne fraksjonen er delt inn i to grupper basert på forskjellige størrelser, mekanismen, sammensetningen og oppførselen til atmosfæren.

den første gruppen består av partikler av størrelse under 2,5@m (fin respirabel fraksjon—PM2,5), som følge av kjemiske reaksjoner nucleation, kondensering av gassformige utslipp generert på overflaten av partikler, eller koagulering av de fineste partiklene.

den andre gruppen skapte partikler i området av størrelsen fra 2,5 til 10 µ (grov fraksjon—PM2,5 til 10).

Fineste partikler med en diameter under 2,5 µ (PM2,5) anses å forårsake størst skade på menneskers helse. De legger seg dypt i lungene og blokkerer reproduksjon av celler .

Ulike typer tre har forskjellig sammensetning og egenskaper som brennverdi og askesmeltende oppførsel av temperatur, noe som i stor grad påvirker produksjonen AV PM.

i dette arbeidet ble eksperimentelle målinger utført og fokusert på DANNELSEN AV PM under forbrenning av forskjellige typer dendromass i en liten varmekilde. Effekten av ulike temperaturer i den primære forbrenningsluften til utslippsparametrene vurderes også.

2. Måling Av Utslippsparametere

Metoder for måling av utslipp av forurensende stoffer kan i prinsippet deles inn i måling av partikler og gassformige stoffer. Metoder og måleprinsipper er basert på utslippsegenskapene til væskemediet. En av metoden for måling av partikler er presentert nedenfor.

Gravimetrisk Metode. Gravimetrisk metode er den manuelle enkeltmetoden med prøvetaking av strømningsgassen ved sonde. Den er basert på bestemmelse av median konsentrasjoner ved prøvetaking fra flere punkter av målinger tverrsnitt og deres påfølgende gravimetrisk vurdering. Faste forurensninger separeres vanligvis av et eksternt filter.

Representativ prøvetaking utføres av prøvetakingssonde egnet form og riktig hastighet under isokinetisk tilstand .

Konsentrasjon av svevestøv i røykgassen dekkes til standardbetingelser og kan bestemmes for våt eller tørr røykgass. Målt volum av prøve tatt på volumgassmåleren skal konverteres til standardbetingelser, det vil si 101325 Pa trykk og temperatur på 273,15 K (0°C). Derfor måles temperatur og trykk av målt prøve før gassmåler.

den kumulative samlingen kan gi i tverrsnittet gjennomsnittlig konsentrasjon, men ikke konsentrasjonsprofil. Strømningshastighet eller flyt av prøvegassen måles ved å sikre isokinetiske forhold, for eksempel ved blenderåpning og en samlet oppsamlet mengde gass med gassmåler .

i gravimetrisk metode realiseres opptak av representative prøver av sonde med passende form rett fra den flytende gassen .

for å møte de økende kravene til den fine partikkelbestemmelsen ble flertrinns impactor-sonden brukt i disse forsøkene. Impactor separasjonssystem er ment å filtrere og skille faste utslipp i tre-trinns impactor. Konstruksjonen av enheten tillater parallell separasjon AV faste elementer PM 10 OG PM 2,5 (Figur 1).

fordelen med den gravimetriske metoden er dens enkelhet og de relativt lave samplerkostnadene.

3. Eksperimentell Måling

som varmekilde ble brukt peis vurdert til 6 kW, som er konstruert for brenning av stykke tre. Bunnen av forbrenningskammeret er toppet med rist og beholderen der asken faller. Tilgang til forbrenningskammeret er gjennom dørene som er glasert med høyt varmebestandig glass.

3.1. Kjøling / Oppvarming Av Forbrenningsluft

Endring av temperaturen i forbrenningsluftinntaket ble utført på den primære forbrenningsluften. Varmevekslerne er koblet til rør av primærlufttilførsel for oppvarming/kjøling av forbrenningsluft. På denne måten blir temperaturen på den innkommende primære forbrenningsluften oppvarmet/avkjølt til ønsket temperaturnivå. Den minimale tillufttemperaturen var -5 hryvnias C og økte gradvis opp til 40 hryvnias C. temperaturøkningen mellom målingene var 5 hryvnias C og ble regulert av varmeveksleren, som ligger bak viften i en kanal. Temperaturkontroll for varmeveksleren ble sikret av sirkulasjonstermostat Julabo F40.

ordningen med eksperimentell stativ for oppvarming / kjøling lufttilførsel er vist I Figur 2.

for å evaluere kvaliteten på forbrenningsprosessen ble gassammensetningen målt ved analysator.

3.2. Dendromass

under forsøket ble de forskjellige typer tre også testet. Hver måling varte 1 time og ble brent til ca 1,5 kg drivstoff. For eksperimentelle målinger ble følgende typer tre som er oppført i Tabell 1 brukt.

3.3. Posisjon Av Sekundærluft

Moderne modifikasjoner tillater økt oppvarmingseffektivitet og reduksjon av utslippskonsentrasjon. Mengden utslipp kan påvirkes av flere faktorer. En av de viktigste faktorene er plasseringen av sekundær forbrenningsluft.

den eksperimentelle varmekilden har følgende luftinntak: (i) primær (frontal)—luftstrøm gjennom risten og askebeger mot drivstoff,(ii) sekundær (bak)—prosess ved bruk av gjenværende brennbare gasser som normalt vil unnslippe gjennom skorsteinen. Det er en økning i effektivitet og dermed lavere drivstofforbruk, (iii) tertiær (topp)—brukes til å blåse av frontruten, hindre tilstopping, også bidra til forbedring av forbrenningsprosessen, og redusere utslipp. Peis er designet for brenning av stykke tre (Se Figur 3).

i denne oppgaven ble de forskjellige posisjonene for sekundærluftinntak undersøkt. Målet var å evaluere når plasseringen av luftinntaket har innflytelse på dannelsen av partikler.

4. Resultater Og Diskusjon

under målingene ble det registrert konsentrasjoner av følgende utslipp: CO, CO2 og NO og partikler i røykgassen.

4.1. Effekt Av Lufttemperatur På Utslippsdannelse

temperaturen på den primære forbrenningsluften som leveres til peisen varierte ved å endre innstillingstemperaturen på den kjølte sirkulatoren.

Ulike temperaturer i den primære forbrenningsluften har innvirkning på dannelsen av gassformige utslipp og partikler.

Figur 4 viser resultatene av måling av karbondioksid i henhold til innstilt temperatur på primær forbrenningsluften.

Den høyeste gjennomsnittlige CO2 ble registrert ved 35°C av innløpsluft, mens ved 15°C av levert luft ble den laveste gjennomsnittlige verdien av 3,20% registrert. Karbondioksiddannelse har en tendens til å øke med økende temperatur i den primære forbrenningsluften.

Figur 5 viser resultatene av måling av karbonmonoksid.

de høyeste gjennomsnittsverdiene nådde 7193 mg * m – 3 AV CO og ble registrert ved 10 hryvnias C innløpsluft, mens ved 30°c tilluft nådde den laveste gjennomsnittsverdien av 5051 mg * m−3. Resultatene indikerer at dannelsen av karbonmonoksid har en tendens til å avta med økende temperatur i den primære forbrenningsluften.

Avhengigheten av dannelse på de forskjellige temperaturene i den primære forbrenningsluften til den eksperimentelle varmekilden viser Figur 6.

de høyeste gjennomsnittsverdiene av de målte (111.65 mg * m-3) ble oppnådd ved 10°C, og de laveste gjennomsnittsverdiene ble målt til 20°C med en verdi på 80.16 mg·m−3. produksjonen har en tendens til å avta med økende temperatur på den primære forbrenningsluften.

RESULTATENE av PM-konsentrasjon avhengig av temperaturen på primær forbrenningsluft er vist i Figur 7 og 8.

Måling av partikler med endring av forbrenningsluftens temperatur har nådd maksimal konsentrasjon på 202 mg * m-3. Minimumskonsentrasjon AV PM-utslipp ble generert ved 35°c forbrenningsluft.

4.2. Ulike Typer Dendromass

den andre delen av arbeidet omhandler effekten av forskjellig dendromass til dannelse av faste partikler. Generering av utslipp er i stor grad påvirket av type drivstoff som brennes i varmekilde. Hvert drivstoff har forskjellige egenskaper og kjemisk sammensetning, noe som i siste instans påvirker forbrenningsprosessen, mengden av faktiske utslipp og askeinnhold. Under eksperimentelle målinger ble de samme forbrenningsforholdene sikret, det vil si jevn tilførsel av primær, sekundær og tertiær luft, samme trykk i skorstein (12 Pa) og en maksimal dose på 1,5 kg drivstoff.

Partikkelmålinger ble utført på alle tresorter i 30 minutter. I lopet av denne tiden ble FANGET PM TIL filtrene fra hver prove. Disse ble senere fjernet av fuktighet og veid. Konsentrasjoner av partikler ble bestemt av forskjellen vekten av filteret før og etter målingen. Den høyeste mengden svevestøv ble observert i målinger av hvit bjørk med bark og bøk (Figur 9).

4.3. Ulike Posisjoner Av Sekundærluft

den siste delen presenterer den mest effektive plasseringen av sekundærluftinntaket i forhold til dannelse av partikler. Påvirkningen av tre luftinnløpsposisjon ble analysert.

på Figur 10 er minimale og maksimale verdier av målte partikkelkonsentrasjoner (PM) vist. MÅLING AV PM for all helt åpen forbrenningsluft nådde konsentrasjon 21 mg * m-3. Minimumskonsentrasjon AV PM ble registrert med involvering av sekundær forsyning i andre rad, hvor bare 13,09 mg·m−3 ble målt.

Det kan konkluderes med AT NÅR DET GJELDER PM, er det fordelaktig å levere forbrenningsluften gjennom andre rad.

5. Konklusjon

målet med dette arbeidet var å demonstrere virkningen av den primære forbrenningsluftstemperaturen på utslippsparametere.

Presenterte resultater av utslipp avhengig av temperaturen i den primære forbrenningsluften indikerer ikke den mest passende temperaturinnstillingen. For hver type utslipp er den laveste verdien ved forskjellige temperaturer i den primære forbrenningsluften nådd.

fra eksperimentelle målinger av faste utslipp er det klart at når det gjelder den laveste VERDIEN AV PM, er det foretrukket å levere den primære forbrenningsluften til forbrenningsprosessen ved en temperatur på 35°C.

det kan hevdes at produksjonen av karbonmonoksid (CO) avtar med økende temperatur på bekostning av høyere produksjon av karbondioksid (CO2). DANNELSEN AV CO påvirkes av flere faktorer, og derfor kan den forskjellige konsentrasjonen under målingene ikke tilskrives endrede temperaturer i forbrenningsluften.

i dette forskningsarbeidet ble det utført analyse av virkningen av forskjellige typer dendromass på dannelsen av partikler under forbrenningsprosessen. Resultatene av målingene indikerer at typen drivstoff har en betydelig innflytelse på forbrenningsprosessen og dannelsen av partikler. Dette fenomenet påvirkes i stor grad av de forskjellige egenskapene og kjemiske sammensetningen av forskjellige typer dendromass.

for bjørk uten bark ble de laveste VERDIENE AV PM målt, noe som tyder på at barken av brensel har en betydelig andel på dannelsen av faste partikler.

de målte resultatene viser at vedtypen påvirker utslippsparametrene til varmekilden.

datamodellering blir kraftigere og utviklet, og blir derfor stadig mer populær. Det fremstår som et attraktivt verktøy for å hjelpe forbrenningsingeniøren på områder som ny prosessdesign, planteskalering, ettermontering og forurensningskontroll. Derfor vil numerisk simulering av svevestøvdannelse gjøres i fremtidig forskning.

Interessekonflikt

det er ingen interessekonflikt angående publisering av denne artikkelen.

Erkjennelsene

Dette arbeidet ble støttet av VEGA nr. 1/1353/12 og sponset i rammen av programmet OPV-Podpora kvality vzdelávania en rozvoj l’udských zdrojov v oblasti technického výskumu en vývoja v priestore modernej vedomostnej spoločnosti ITMS 26110230117.