Controlos de Emissões Utilizando Diferentes Temperaturas do Ar de Combustão

Resumo

O esforço de muitos fabricantes de fontes de calor é para alcançar a máxima eficiência de transformação de energia ligado quimicamente no combustível para aquecer. Portanto, é necessário agilizar o processo de combustão e minimizar a formação de emissões durante a combustão. O artigo apresenta uma análise da temperatura do ar de combustão ao desempenho térmico e aos parâmetros de emissão da biomassa queimada. Na segunda parte do papel, avalia-se o impacto de diferentes dendromass na formação de emissões em pequenas fontes de calor. Os resultados medidos mostram que a regulação da temperatura do ar de combustão tem um efeito na concentração das emissões provenientes da combustão da biomassa.

1. Introdução O objectivo principal da União Europeia é explorar o potencial de poupança de energia e de fontes renováveis. Na Eslováquia, a fonte de energia renovável mais promissora parece ser a biomassa. A sua utilização tem uma importância crescente. A forma mais comum de biomassa é a madeira, em pedaços ou como resíduos de madeira. Durante o processo de combustão de combustíveis renováveis, os poluentes são gerados na atmosfera e têm um impacto negativo na saúde humana. Os poluentes mais monitorizados são as partículas, o monóxido de carbono, os óxidos de azoto e o dióxido de enxofre .

as emissões emitidas durante a combustão são essencialmente constituídas por poluentes gasosos e partículas. O objectivo é reduzir a concentração destas substâncias para níveis aceitáveis, uma vez que as emissões têm uma proporção significativa da poluição atmosférica .

as partículas sólidas estão entrelaçadas com o fluxo de gases de combustão da câmara de combustão da caldeira. As partículas (PM) consistem em fuligem, matérias inorgânicas (cinzas) e matérias orgânicas (inflamáveis não voláteis). As partículas são importadas para o gás de combustão por cinzas, não voláteis e fuligem combustível.

a formação de partículas durante a combustão do combustível depende de muitos factores, incluindo a temperatura da chama, a composição e a concentração dos reagentes da combustão e o tempo de permanência na zona de reacção . Embora a formação de partículas a partir da combustão não seja totalmente compreendida, suspeita-se que o processo envolve mecanismos de nucleação e condensação .

o tamanho das partículas formadas durante a combustão depende do tempo gasto nas zonas de formação e oxidação. A dimensão de uma partícula de escape de biomassa pode variar entre menos de 0,01 µm e mais de 100 µm. No entanto, a maioria dos aerossóis de combustão de biomassa é tipicamente menor do que 1 µm de diâmetro .

hoje é a maior atenção dada ao tamanho de partículas (diâmetro aerodinâmico) menos de 10 µm (PM10), que podem penetrar no trato respiratório. As partículas desta fracção são divididas em dois grupos com base em tamanhos diferentes, o mecanismo, a composição e o comportamento da atmosfera.

o primeiro grupo é constituído por partículas de dimensão inferior a 2,5 µm (fracção Respirável Fina—PM2, 5), resultantes da nucleação de reacções químicas, condensação de emissões gasosas geradas na superfície das partículas ou coagulação das partículas mais finas.

o segundo grupo criou partículas no intervalo de tamanho de 2,5 a 10 µm (fracção grosseira—PM2,5 a 10).Considera-se que as partículas mais finas com diâmetro inferior a 2,5 µm (PM2,5) causam maiores danos à saúde humana . Depositam-se nos pulmões e bloqueiam a reprodução das células .

vários tipos de madeira têm composição e propriedades diferentes, tais como o poder calorífico e o comportamento de fusão de cinzas de temperatura, que afetam grandemente a produção de PM.Neste trabalho, medições experimentais foram realizadas e focadas na formação de PM durante a combustão de diferentes tipos de dendromass em uma pequena fonte de calor. O efeito de várias temperaturas do ar de combustão primária para os parâmetros de emissão também é avaliado.

2. A medição dos parâmetros de emissão

os métodos de medição das emissões de poluentes podem ser divididos, em princípio, em medição de partículas e substâncias gasosas. Os métodos e os princípios de medição baseiam-se nas propriedades de emissão do meio fluido. Apresenta-se a seguir um dos métodos de medição das partículas.

Método Gravimétrico. O método gravimétrico é o método único manual com amostragem do gás de escoamento por sonda. Baseia-se na determinação das concentrações médias por amostragem a partir de vários pontos de medição transversais e da sua subsequente avaliação gravimétrica. Os contaminantes sólidos são normalmente separados por um filtro externo.

a amostragem representativa é efectuada por sonda de recolha de amostras com a forma adequada e a velocidade correcta em condições isocinéticas .

a concentração de partículas nos gases de combustão é abrangida pelas condições normais e pode ser determinada para os gases de combustão húmidos ou secos. O volume medido da amostra colhida no medidor de volume de gás deve ser convertido em condições normais, ou seja, 101325 Pa de pressão e temperatura de 273,15 K (0°C). Por conseguinte, a temperatura e a pressão da amostra medida são medidas antes do medidor de gases.

a recolha cumulativa pode fornecer na concentração média da secção transversal, mas não no perfil de concentração. A velocidade de escoamento ou o caudal do gás de amostra são medidos assegurando condições isocinéticas, por exemplo, por via de abertura e uma quantidade total de gás recolhida por contador de gás .

no método gravimétrico, a recolha de amostras representativas é realizada por sonda com forma adequada, directamente do gás fluído .

para cumprir os requisitos crescentes para a determinação das partículas finas, a sonda de impactor multicelulares foi usada nestes experimentos. O sistema de separação do pêndulo destina-se a filtrar e separar as emissões sólidas no pêndulo de três fases. A construção do dispositivo permite a separação paralela de elementos sólidos PM 10 e PM 2,5 (Figura 1).

a vantagem do método gravimétrico é a sua simplicidade e os custos relativamente baixos do amostrador.

3. Experimental Measurement

As the heat source was used fireplace rated at 6 kW, which is designed for burning of piece wood. O fundo da câmara de combustão é coberto com grelha e o recipiente onde cai a cinza. O acesso à câmara de combustão é através das portas que são vidradas com vidro de alta resistência ao calor.

3.1. Arrefecimento / aquecimento do ar de Combustão

alteração da temperatura da entrada do ar de combustão foi realizada no ar de combustão primária. Os trocadores de calor são conectados ao tubo de fornecimento de ar primário para aquecimento/resfriamento do ar de combustão. Desta forma é a temperatura do ar de combustão primária de entrada aquecido/resfriado ao nível de temperatura desejado. A temperatura mínima do ar de alimentação foi de -5 ° C e gradualmente aumentou até 40°C. O aumento da temperatura entre as medições foi de 5°C e foi regulado pelo trocador de calor, que está localizado atrás da ventoinha em uma conduta. O controle de temperatura para o trocador de calor foi assegurado pelo termóstato circulatório Julabo F40.

o esquema de estanquidade experimental para a alimentação de ar de aquecimento/arrefecimento é apresentado na Figura 2.

para avaliar a qualidade do processo de combustão, a composição do gás foi medida pelo analisador.

3.2. Dendromass

durante o experimento, os diferentes tipos de madeira também foram testados. Cada medição durou 1 hora e foi queimada até cerca de 1,5 kg de combustível. Para as medições experimentais foram utilizados os seguintes tipos de madeira que estão listados no quadro 1.

3.3. Posição do ar secundário

modificações modernas permitem um aumento da eficiência de aquecimento e redução da concentração de emissões. A quantidade de emissões pode ser afetada por vários fatores. Um dos fatores importantes é a posição do ar de combustão secundária.

a fonte de calor experimental tem as seguintes entradas de ar: i) fluxo de ar primário (frontal)—fluxo de ar através da grelha e cinzeiro para o combustível, II) processo secundário(traseiro)—processo utilizando gases combustíveis residuais que normalmente escapariam pela chaminé. Há um aumento na eficiência e, portanto, menor consumo de combustível, (iii)terciário (top)—usado para explodir o pára-brisas, impedindo o entupimento, também contribuindo para a melhoria do processo de combustão, e reduzir as emissões. A lareira foi concebida para queimar madeira de peça (ver Figura 3).

nesta tarefa, as diferentes posições de entrada de ar secundário foram investigadas. O objectivo era avaliar sempre que a localização da entrada de ar tivesse influência na formação de partículas.

4. Foram registados resultados e discussão

durante as medições, as concentrações das seguintes emissões: CO, CO2 e no e partículas nos gases de combustão.

4.1. Efeito da temperatura do ar na formação da emissão

a temperatura do ar de combustão primária fornecido à lareira variou, alterando a temperatura de regulação na bomba de circulação refrigerada.

diferentes temperaturas do ar de combustão Primária têm impacto na formação de emissões gasosas e partículas.

Figura 4 mostra os resultados da medição do dióxido de carbono de acordo com a temperatura definida do ar de combustão primária.

a média mais elevada de CO2 foi registada a 35 ° C de ar de admissão, enquanto a 15°C De Ar Fornecido foi registado o valor médio mais baixo de 3,20%. A formação de dióxido de carbono tem uma tendência a aumentar com o aumento da temperatura do ar de combustão primária.A figura 5 mostra os resultados da medição do monóxido de carbono.

os valores médios mais elevados atingiram 7193 mg * m-3 de CO e foram registados a 10°C de ar de admissão, enquanto a 30 ° C de ar de alimentação atingiu o valor médio mais baixo de 5051 mg·m−3. Os resultados indicam que a formação de monóxido de carbono tem uma tendência a diminuir com o aumento da temperatura do ar de combustão primária.A dependência da formação das diferentes temperaturas do ar de combustão primária em relação à fonte de calor experimental mostra a Figura 6.

os valores médios mais elevados dos medidos (111,65 mg·m−3) foram atingidos a 10°C, e os valores médios mais baixos foram medidos a 20°C, com um valor de 80,16 mg·m−3. a produção tem tendência a diminuir com o aumento da temperatura do ar de combustão primária.

os resultados da concentração de partículas dependendo da temperatura do ar de combustão primária são apresentados nas figuras 7 e 8.

a medição de partículas com uma alteração da temperatura do ar de combustão atingiu a concentração máxima de 202 mg·m−3. A concentração mínima de emissão de partículas foi gerada a 35°C do ar de combustão.

4.2. Diferente tipo de Dendromass

a segunda parte da obra trata do efeito de diferentes dendromass na formação de partículas sólidas. A geração de emissões é em grande parte influenciada pelo tipo de combustível que é queimado na fonte de calor. Cada combustível tem propriedades e composição química diferentes, o que, em última análise, afeta o processo de combustão, a quantidade de emissões reais e o teor de cinzas. Durante as medições experimentais foram asseguradas as mesmas condições de combustão, ou seja, o fornecimento uniforme de ar primário, secundário e terciário, a mesma pressão na chaminé (12 Pa) e uma dose máxima de 1,5 kg de combustível.Foram efectuadas medições de partículas em todos os tipos de madeira durante 30 minutos. Durante este tempo foram capturadas partículas para os filtros de cada amostra. Estes foram posteriormente despojados de umidade e pesados. As concentrações de partículas foram determinadas pela diferença de peso do filtro antes e depois da medição. A maior quantidade de partículas foi observada em medições de bétula branca com casca e faia (Figura 9).

4.3. Diferentes posições de ar secundário

a parte final apresenta a localização mais eficaz da entrada de ar secundário em relação à formação de partículas. Foi analisada a influência da posição de três entradas de ar.Na Figura 10 são apresentados os valores mínimos e máximos das concentrações medidas de partículas (PM). A medição de partículas para todo o ar de combustão totalmente aberto atingiu uma concentração de 21 mg * m-3. A concentração mínima de partículas foi registada com o envolvimento da oferta secundária na segunda linha, na qual foram medidos apenas 13,09 mg·m−3.

pode concluir-se que, em termos de partículas, é vantajoso abastecer o ar de combustão através da segunda fila.

5. Conclusão

o objectivo deste trabalho era demonstrar o impacto da temperatura do ar de combustão primária nos parâmetros de emissões.Os resultados das emissões apresentados, dependendo da temperatura do ar de combustão primária, não indicam o ajuste de temperatura mais adequado. Para cada tipo de emissão, foi atingido o valor mais baixo a diferentes temperaturas do ar de combustão primária.

a Partir de medições experimentais de sólidos emissões é claro que, em termos de valor mais baixo da PM é preferível a fonte primária de ar de combustão para o processo de combustão a uma temperatura de 35°C.

pode-se argumentar que a produção de monóxido de carbono (CO) diminui com o aumento da temperatura, em detrimento de uma maior produção de dióxido de carbono (CO2). A formação de CO é influenciada por vários factores e, por conseguinte, a sua concentração diferente durante as medições não pode ser atribuída à variação das temperaturas do ar de combustão.

In this research work analysis of the impact of different types of dendromass on the formation of particulate matters during the combustion process was carried out. Os resultados das medições indicam que o tipo de combustível tem uma influência considerável no processo de combustão e na formação de partículas. Este fenômeno é largamente influenciado pelas diferentes propriedades e composição química de diferentes tipos de dendromass.

no caso de bétula sem casca, os valores mais baixos de PM foram medidos, sugerindo que a casca de lenha tem uma proporção significativa na formação de partículas sólidas.

os resultados medidos mostram que o tipo de lenha afecta os parâmetros de emissão da fonte de calor.

a modelagem computacional está se tornando mais poderosa e desenvolvida, portanto, ganhando popularidade. Está emergindo como uma ferramenta atraente para ajudar o engenheiro de combustão EM áreas como nova concepção de processo, escala de planta, retromontagem e controle de poluentes. Portanto, a simulação numérica da formação de partículas será feita na pesquisa futura.

conflito de interesses

não há conflito de interesses em relação à publicação deste artigo.

Agradecimentos

Este trabalho foi apoiado pela VEGA não. 1/1353/12 e patrocinado no quadro do programa de OPV-Podpora kvality vzdelávania uma charrua l’udských zdrojov v oblasti technického výskumu um vývoja v priestore modernej vedomostnej spoločnosti linhas do dinheiro 26110230117.