M O D E L O W A N I E I N Y N I E R S K I E n r 4 7, I S S N 8 9 6-7 7 X E K S P L O A T A C Y J N E B A D A N I A E N E R G E T Y C Z N O a E M I S Y J N E W K A D U K O M I N K O W E G O Z P A S Z C Z E M W O D N Y M Z b i g n i e w K o s m a a, R a f a K a l b a r c z y k b, B a r t o s z P i e c h n i k c I n s t y t u t M e c h a n i k i S t o s o w a n e j i E n e r g e t y k i, U n i w e r s y t e t T e c h n o l o g-h i cu zm na on i s t y c z n y w R a d o m i u a z b i g n i e w. k o s m a @ u t h r a d. p l, b r. k a l b a r c z y k @ u t h r a d. p, l c b a r t o s z _ p i e c h n i k @ w p. p l S t r e s z c z e n i e W p r a c y p r z e d s t a w i o n o z a g a d n i e n i a z w i ą z a n e z e k s p l o a t a c y j n y m b a d a n i e m e n e r g e t y -e c zmnios y j n y m w k a d u k o m i n k o w e g o z p a s z c z e m w o d n y m z k o m o r ą w y o o n ą p y t a m i w e r m i k u l i t o w y m i. P r e z e n t o w a n y j e s t p r z e b i e g a -b d a z w y k o r z y s t a n i e m a n a l i z a t o r a S i e m e n s U L T R A M A T o r a z w y n i k i d l a rƒ n y c h k o n f i g u r a c j i k o m o r y sa np ai la. B a d a n i a p r z e p r o w a d z o n o n a s t a n o w i s k u b a d a w c z y m z g o d n i e z n o r m ą P N -E N 4 : 8 - O g r z e w a c z e p o m i e s z - c z e n a p a l i w a s t a- e w y m a g a n i a i b a d a n i a. S o w a k l u c z o w e : b a d a n i e k o m i n kƒ w, w k a d y k o m i n k o w e, k o m o r a s p a l a n i a, s p a l a n i e d r e w n a, e m i s j a C O E N E R G Y - E M I S S I O N T E S T I N G O F T H E F I R E P L A C E I N S E R T W I T H A W A T E R J A C K E T S u m m a r y I n t h i s p a p e r i s s u e s r e l a t e d w i t h t h e e n e r g y a n d e m ti es s ti io n g o f t h e f i r e p l a c e i n s e r t w i t h a w a t e r j a c k e t c h a m b e r l i n e d w i t h v e r m i c u l i t e p l a t e s w e r e p r e s e n t e d. E x p e r i m e n t s w e r e d o n e u s i n g a S i e m e n s U L T RA M A T a n a l y z e r f o r v a r i o u s c o n f i g u r a t i o n s o f t h e c o m b u s t i o n c h a m b e r. T h e s t u d y w a s c a r r i e d o u t otn a na d tien s t s a c c o r d a n c e w i t h t h e s t a n d a r d P-E N N 4 : 8 R o o m h e a t e r s f i r e d b y s o l i d f- u er l e q u i r e m e n t s a n d t e s t m e t h o d s. K e y w o r d s : f i r e p l a c e s r e s e a r c h, f i r e p l a c e s i n s e r t s, c o m b u s t i o n c h a m b e r, w o o d b u r n i n g, C O e m i s s i o n. W S T P P r o c e s y s p a l a n i a s ą n a j w i k s z y m rƒ d e m z ae n- i W u r z ą d z e n i a c h g r z e w c z y c h ( w t y m k o m i n k a c h z p za -s c z y s z c z e p o w i e t r z a. T a k i e p o w s z e c h n i e z n a n e t e r m i n y c z e m w o d n y m ) p o d n i e s i e n i e s p r a w n o c i m o l i w e j e s t j a k e f e k t c i e p l a r n i a n y, k w a n e d e s z c z e i d z i u r a o z o n opwoa p r z e z w y d u e n i e d r o g i s p a l i n p o w o d u j ą c e t y m s a m y m o d n o s z ą s i d o n e g a t y w n y c h, u b o c z n y c h e f e k tƒ w sap-a l i n t e n s y w n i e j s z e o d d a w a n i e c i e p a p r z e z s p a l i n y. a - B a d n i a p a l i w. T o w i e l k i e w y z w a n i e d l a t e c h n o l o g i i s p a l a n ni ya m, r o z w i ą z a n i e m b y o z a s t o s o w a n i e d e f l e k t o rƒ w, k tƒ, r e e b y - o d p o w i a d a j ą c z a p o t r z e b o w a n i u r y n k u - z m n i e j - w y d u a j ą c d r o g s p a l i n, o c h a d z a j ą j e n a p o mwi -e n iƒ s z y ć n e g a t y w n e o d d z i a y w a n i e n a r o d o w i s k o n a t u r a l n e. k a c h i p a s z c z u w o d n y m. Z m n i e j s z e n i e e m i sc jo i o r a z S t r a t y c i e p l n e k o m i n kƒ w i i n n y c h u r z ą d z e gw r- z e u d z i a u O w p y w a k o r z y s t n i e n a u z y s k i w a n ą s p r a w n o ć c z y c h w z n a c z n y m s t o p n i u z w i ą z a n e s ą z t e m p e r a t u r ą w k a d u. O p t y m a l i z a c j a t y c h c z y n n i kƒ w p o l e g a n a od-p e m i t o w a n y c h s p a l i n. O b n i a j ą c t e m p e r a t u r s p a l i n w i e d n i m d o b r a n i u w i e l k o c i o r a z m i e j s c a u m ic ez se zn i a w y l o t o w y c h, a u t o m a t y c z n i e p o d n o s i s i s p r a w n o ć k a n aƒ w d o s t a r c z a j ą c y c h p o w i e t r z e d o s p a l a n i a o r a z n a c i e p l n ą u r z ą d z e n i a. B i l a n s e n e r g e t y c z n y o p rƒ c z t ae -m p e r d o b r a n i u w i e l k o c i, k s z t a t u m a tie r i a u w y o e n i a t u r y z a l e y t a k e o d s k a d u c h e m i c z n e g o s p a l i n, o - a d k o m o r y s p a l a n i a. O d p o w i e d n i a k o n f i g u r a c j a t y c h e - e l k a d n i e o d p r o c e n t o w e j z a w a r t o c i t l e n u ) ( O o r a z m e n tƒ w z a p e w n i o p t y m a l n y p r z e b i e g p r o c e sƒ w s p a l a n i a, t l e n k u w g l a ( C O ) w o b j t o c i g a z u s p a l i n o w e g o - []. 6
Z b i g n i e w K o s m a, R a f a K a l b a r c z y k, B a r t o s z P i e c h n i k c o z k o l e i w p y w a n a d o p a l a n i e i z m n ieenjis e z e m i s j i t l e n k u w g l a. A f r y k i. M a n i s k ą g s t o ć i d u ą o d p o r n o ć n a w y s o k i e t e m p e r a t u r y, d z i k i t e m u z n a l a z z a s t o s o w a nw i ep r o - T l e n e k w g l a ( C O ) p o w s t a j e w p r o c e s i e n i e z u p e n e g o d u k c j i u r z ą d z e g r z e w c z y c h. S t o s o w a n i e w y s o k o ep-r z s p a l a n i a. J e s t n i e z w y k l e g r o n y, s i l n i e t o k s y c zjn-y. Nt aw o r z o n e g o w e r m i k u l i t u p o z w a l a n a o s i ą g n i c i e mya-k s b a r d z i e j w r a l i w y n a j e g o d z i a a n i e j e s t mƒ z g. Z e - w z g ml a l n e j t e m p e r a t u r y e k s p l o a t a c y j n e j r z d u C p r z y d u n a o k. r a z y w i k s z e p o w i n o w a c t w o d o h e m oog-l d o s k o n a y c h w a c i w o c i a c h i z o l a c y j n y c h. D z i k i o -w y b i n y n i t l e n p o w o d u j e, e ( p r z y z a t r u c i u t y m g a z e m ) e n i u k o m o r y s p a l a n i a p y t a m i w e r m i k u l i t o w yi m u zy - p o w s t a j e k a r b o k s y h e m o g l o b i n a ( H b C O ), d o s y ć t r w a e s k u j e s i w y s z ą t e m p e r a t u r s p a l a n i a, c o p r z e k a d a s i p o ą c z e n i e h e m o g l o b i n y zt l e n k i e m w g l a, p r z e j a w i a j ą c e n a o b n i e n i e z w i ą z kƒ w s z k o d l i w y c h w e m i t o w a n y c h s i n i e z d o l n o c i ą d o p r z y ą c z a n i a t l e n u, a t y m s a m y gm a z a c h. u n i e m o l i w i a j ą c e t r a n s p o r t t l e n u z p u c d o t k a n e k, c o p r o w a d z i d o i c h n i e d o t l e n i e n i a. S p o d z i e w a n y m r e z u l t a t e m j e s t u z y s k a n i e o d p o w i e d z i, w j a k i m s t o p n i u m o n a, d z i k i p r o p o n o w a n y m r o z wą i- z a n i o m, p o d n i e ć s p r a w n o ć u r z ą d z e n i a p r z y s p a l a n i u B a d a n i a p r z e p r o w a d z o n o n a s t a n o w i s k u b a d a w c z y m c i a s t a y c h o r a z j a k i c h u y ć m a t e r i aƒ w, k tƒ r e w p y zn ną a j d u j ą c y m s i w l a b o r a t o r i u m f i r m y K r a t k i. p l. o S- t a n n a u z y s k a n i e w i k s z e j m o c y c i e p l n e j o d d a n e j p r z e z w i s k o t o w y p o s a o n e j e s t w s t a l o w y k o m i n o r e d n i c y s p a l a n e p a l i w a - d r e w n o d r z e w l i c i a s t y c h o r a z o gir-a n d o b r a n e j d o r e d n i c y c z o p u c h a. W k a n a l e s p a l i n o w y m c z e n i e e m i s j i z w i ą z kƒ w s z k o d l i w y c h d o a t m o s f e r y. z a i n s t a l o w a n a j e s t p r z e s o n a r e g u l u j ą c a w i e l k o ć c i ą g u S p o d z i e w a n y m r e z u l t a t e m b a d a b y o u z y s k a n i e w i e d z y, k o m i n o w e g o. W o d c i n k u p o m i a r o w y m u s y t u o w a n e s ą k tƒ r a p o z w o l i a z w i s zk y ć s p r a w n o ć c i e p l n ą w k a d u w w a r u n k a c h l a b o r a t o r yj n y c h d o p o n a d 8 5 %.. O P I S B A D A N E G O W K A D U K O M I N K O W E G O U. S T A N O W I S K O B A D A W C Z E I P R Z E B I E G B A D A g n i a z d a d o o s a d z e n i a s o n d p o m i a r o w y c h. Z d wƒ c h s t r on w o kƒ b a d a n e g o u r z ą d z e n i a u m i ezs- c z o n e s ą c i a n y i z o l a c y j n e w y k o n a n e w g n o r m y -E P N 4 : 8 [ ] p o k r y t e c z a r n ą m a t o w ą f a r b ą d o z d a l n e g o p o m i a r u t e m p e r a t u r y z a p o m o c ą k a m e r y t e r m o w i z y j n e j l u b p i r o m e t r u. J a k o p a l i w a d o b a d a u y t o o p a o w e g o W k a d k o m i n k o w y ( r y s. ) w y k o n a n y j e s t z e s t a l i d r e w n a k a w a k o w e g o o w i l g o t n o c i 6 %, w a r t o ć o op -a k o t o w e j P 6 5 G H o g r u b o c i 4 m m. W y p r o w a d z e n i e w a - r o b o c z a 6 9 4 k J / k g ( g r a b ), d u g o c i p o l a n 5 s p a l i n : d o gƒ r y. U c h y l n e d r z w i c z k i f r o n t o w e w k a d u m m w i l o c i o b l i c z o n e j z g o d n i e z a zp i s a m i n o r m y P N -E N k o m i n k o w e g o p o s i a d a j ą p r z e s z k l e n i e w y k o n a n e z s z y b y 4 : 8. a r o o d p o r n e j o r a z e l e m e n t y z a m y k a j ą c e i u s z c z e l n i a j ą c e S. p a l i n y b y y p rƒ b k o w a n e w s p o sƒ b c i ą g y. U k a d - o P i e c w y p o s a o n y j e s t w p r z e s o n y r e g u l u j ą c e d o p y w p r o w a d z a n i a g a zƒ w s p a l i n o w y c h d o a u t o m a t y c z n e j sct ja i p o w i e t r z a p i e r w o t n e g o o r a z w tƒ r n e g o, n i e z b d n e g o d l a a n a l i z a t o r a s k a d a s i z : s o n d y p o m i a r o w e j i p r z e w o d u p r a w i d o w e g o p r z e b i e g u p r o c e s u s p a l a n i a. K o m o r a ą c z ą c e g o, r e j e s t r a t o r a t e m p e r a t u r y, s o n d t y p u K d o s p a l a n i a j e s t w y o o n a p y t a m i z w e r m i k u l i t u e. r m Wi k u - p o m i a r u t e m p e r a t u r y s p a l i n o r a z t e m p e r a t u r y w l aab-o r l i t j e s t n a t u r a l n y m m a t e r i a e m, k tƒ r y p o w s t a j e w i -w y n t o r i u m, m i k r o m a n o m e t r u d o p o m i a r u c i ą g u k o m i n o w e g o. k u n a t u r a l n e g o w i e t r z e n i a k r z e m i a nƒ w z a s o b n y c h w P r z e p y w w o d y p r z e z p a s z c z b y m i e r z o nzy a p o m o c ą m a g n e z. W y s t p u j e gƒ w n i e w R e p u b l i c e P o u d n i o w e j w o d o m i e r z a. P r z e p y w b y t a k u s t a w i o n y, a b y rƒ n i c a R y s.. W k a d k o m i n k o w y z p a s z c z e m w o d n y m p r z e d m o d y f i k a c j a m i 7
E K S P L O A T A C Y J N E B A D A N I A E N E R G E T Y C Z N O a E M I S Y J N E W K A D U K O M I N K O W E G O t e m p e r a t u r n a k rƒ ć c a c h w y n o s i a n i e w i c e j n i C. 4. W Y N I K I B A D A P o d s t a w o w y s k a d s p a l i n o z n a c z o n y b y m e t o d a m i r e f e r e n c y j n y m i z a p o m o c ą a n a l i z a t o r a S i e m e n s Ua l- t r W r o z d z i a l e p r z e d s t a w i o n o w y n i k i b a d a p i etr -w o m a t. U k a d a r c h i w iz a c j i d a n y c h r e j e s t r o w a d a n e n e j k o n f i g u r a c j i k o m o r y s p a l a n i a o r ka oz n f i g u r a c j i w i n t e r w a l e s e k u n d y. z m o d y f i k o w a n e j z a p e w n i a j ą c e j z a k a d a n e p a r a m e t r y. W m i e j s c u b a d a n i a p r z e p r o w a d z o n o 4 n a s t p u j ą c e p o s o b i e c z y n n o c i b a d a w c z e d l a k a dkeoj n f i g u r a c j i k o m o r y 4. B A D A N I E I a K O M O R A S P A L A N I A s p a l a n i a. B E Z M O D Y F I K A C J I. R o z p a l e n i e i u t w o r z e n i e w a r s t w y a - r u m i n,. B a d a n i e w s t p n e - r e g u l a c j a n a s t a w p o w i e t r z a a -n d m u c h i w a n e g o i c i ą g u k o m i n o w e g o 6 m i n,. P i e r w s z e b a d a n i e m o c y n o m i n a l n e- j 6 m i n, 4. D r u g i e b a d a n i e m o c y n o m i n a l n e- j 6 m i n. W y n i k i p o m i a rƒ w i o b l i c z e w e d u g n o r m y P N-E N 4, p o s z c z e gƒ l n y c h k o n f i g u r a c j i p i e c a p r z e d s t a w i o n e s ą w t a b e l a c h -4 o r a z n a w y k r e s a c h ( r y s. i 4 ). U r z ą d z e n i e g r z e w c z e n a t y m e t a p i e z o s t a o p r z e b a d a n e w k o n f i g u r a c j i j a k n a r y s.. K o m o r a z o s t a a w y o o n a p y t a m i w e r m i k u l i t o w y m i. D o k o m o r y p a l e n i s k a d o p r o w a d z o n o p o w i e t r z e p i e r w o t n e p o d p o p i e l n i k o r a z w tƒ r n e p o p r z e z o t w o r y w t y l n e j c i a n i e. K o n f i g u r a c j a t a k a u m o l i w i a d o s t a r c z e n i e d o d a t k o w e g o p o w i e t r z a d o p r o c e s u s p a l a n i a, d z i k i c z e m u m o g ą z o s t a ć d o p a l o n e z w i ą z k i s z k o d l i w e. T a b.. U r e d n i o n e w y n i k i p o m i a rƒ w P a l i w o P o w i e t r z e S p a l i n y ( w a r t o c i u r e d n i o n e ) M a s a p a l i w a B K g, 7 5 W a r t o ć o p a o w a ( a n a l i t y c z n a Q a i k J / k g 6 9 4 T e m p e r a t u r a o t o c z e n i t o t o C, 7 W i l g o t n o ć w z g l d n % 7 9 % C i n i e n i e b a r o m e t r y c z p b m m H g 7 6 T e m p e r a t u r a t s p o C 8 9 C O Z C O % 5, 6 O Z O % 5, 4 C O Z C O %, CO [%],7,6,5,4,,, 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 Czas [s] 9 4 5 6 7 8 9 4 5 6 CO - pierwsze palenie CO - drugie palenie O - pierwsze palenie O - drugie palenie R y s.. P r z e b i e g p r o c e sƒ w s p a l a n i a d l a w k a d u p r z e d m o d y f i k a c j ą 9 8 7 6 5 4 9 8 7 6 5 4 O [%] 8
Z b i g n i e w K o s m a, R a f a K a l b a r c z y k, B a r t o s z P i e c h n i k T a b.. U r e d n i o n e w y n i k i o b l i c z e W i e l k o c i c i e p l n e E m i s j a r e d n i a m o c c i e p l n a c a k o w i P k W, 4 M o c c i e p l n a o b i e g u w o d n e g P w k W 6, M o c c i e p l n a p r z e k a z a n a d o p o m i e s z c z e n P S H k W 4, r e d n i s t r u m i e m a s y p a l i w B k g / h, 7 5 r e d n i s t r u m i e m a s y s p a l m g / s 9, 9 W z g l d n a s t r a t a k o m i n o w a q a %, 9 W z g l d n a s t r a t a n i e z u p e n e g o s p a l a q b %, 7 r e d n i a s p r a w n o ć c i e p l % 7 8, 4 C O ( p r z e l i c z o n e n a % ) E C O g / m n 5, 6 C O ( p r z e l i c z o n e n a % ) E C O % %, 4 4. B A D A N I E O S T A T E C Z N E Z M O D Y F I K O W A N E J K O M O R Y K o m o r a p a l e n i s k a z o s t a a z m o d y f i k o w a n a p o p r z e z d o d a n i e d wƒ c h d e f l e k t o rƒ w : w e r m i k u l i t o w e g o, u m i e s z c z o n e g o b e z p o r e d n i o n a d p o m i e n i e m w c e l u u t r z y m a n i a j a k n aj w y s z e j t e m p e r a t u r y s p a l a n i a w k o m o r z e o r a z m e t a l o w e g o, u m i e s z c z o n e g o n a d n i m. D e f l e k t o r m e t a l o w y u m o l i w i a w y d u e n i e d r o g i s p a l i n p o p r z e z z m i a n g e o m e t r i i, c o p o z w o l i o u z y s k a ć d u s z ą d r o g o d p r o w a d z a n i a s p a l i n d o k o m i n a. D z i k i t a k i e m u z a b i e g o w i u m o l i w i o n o o d d a n i e w i k s z e j i l o c i c i e p a p o p r z e z p o m i e niƒ w k i d o w o d y z n a j d u j ą c e j s i w p a s z c z u ( r y s.). R y s.. W k a d k o m i n k o w y z p a s z c z e m w o d n y m p o m o d y f i k a c j a c h T a b.. U r e d n i o n e w y n i k i p o m i a rƒ w P a l i w o P o w i e t r z e S p a l i n y ( w a r t o c i u r e d n i o n e ) M a s a p a l i w a B k g, 7 5 W a r t o ć o p a o w a ( a n a l i t y c z n a Q a i k J / k g 6 9 4 T e m p e r a t u r a o t o c z e n i t o t o C 9, 7 W i l g o t n o ć w z g l d n % 7 6 % C i n i e n i e b a r o m e t r y c z p b m m H g 7 6 T e m p e r a t u r a t s p o C 4 9 C O Z C O % 7, O Z O %, 9 C O Z C O %, 9
E K S P L O A T A C Y J N E B A D A N I A E N E R G E T Y C Z N O a E M I S Y J N E W K A D U K O M I N K O W E G O R y s. 4. P r z e b i e g p r o c e sƒ w s p a l a n i a d l a w k a d u p o m o d y f i k a c j i T a b. 4. U r e d n i o n e w y n i k i o b l i c z e W i e l k o c i c i e p l n e E m i s j a CO [%],5,5,5 4 5 6 7 8 9 4 5 6 7 8 Czas [s] 9 4 5 6 7 8 9 4 5 6 CO - pierwsze palenie CO - drugie palenie O - pierwsze palenie O - drugie palenie r e d n i a m o c c i e p l n a c a k o w i P k W, 8 M o c c i e p l n a o b i e g u w o d n e g P w k W 7, M o c c i e p l n a p r z e k a z a n a d o p o m i e s z c z e n P S H k W, 7 r e d n i s t r u m i e m a s y p a l i w B k g / h, 7 5 r e d n i s t r u m i e m a s y s p a l M g / s 9, W z g l d n a s t r a t a k o m i n o w a q a %, W z g l d n a s t r a t a n i e z u p e n e g o s p a l a q b % r e d n i a s p r a w n o ć c i e p l % % 8 8, C O ( p r z e l i c z o n e n a % ) E C O g / m n, C O ( p r z e l i c z o n e n a % ) E C O % %, 5 9 8 7 6 5 4 9 8 7 6 5 4 O [%] 5. P O D S U M O W A N I E W a r t y k u l e p r z e d s t a w i o n o p i e r w o t n ą k o n s t r u k c j o r a z o s t a t e c z n i e z m o d y f i k o w a n ą, p r o t o t y p o w ą k o m o r s p a l a n i a, w k tƒ r e j u d a o s i o s i ą g n ą ć z a d o w a l a j ą c e w y n i k i c i e p l n-e o m i s y j n e, p o k a z a n ew t a b e l i 4. O s i ą g n i t o w y s o k ą s p r a w n o ć p r z y z a c h o w a n i u n i s k i e j e m i s j i C O. B a d a n e u r z ą d z e n i e g r z e w c z e s p e n i a r e s t r y k c y j n e n o r m y : B i m S c h V, B i m S c h V, P N a E N 4. L i t e r a t u r a. K o r d y l e w s k i W. : S p a l a n i e i p a l i w a. W r o c a w : W y d. P o l. W r o c., 8.. K u b i c a K. : S p a l a n i e p a l i w s t a y c h w u r z ą d z e n i a c h g r z e w c z y c h m a e j a m o pc ry o b l e m y z a n i e c z y s z c z e o r g a nzi -c n y c h. W : K o n f. n a u k. a t e c h. " D i a g n o s t y k a j a k o c i s p a l a n i a w e n e r g e t y c e. 9 9 8, s. 5-5 8.. P N -E N 4 : 8. O g r z e w a c z e p o m i e s z c z e n a p a l i w a s t a a e w y m a g a n i a i b a d a n i a. I ntsot s. o w Za a s T e c h n i k i : L u b l i n,