Wykorzystanie olejów roślinnych jako paliw energetycznych w ciepłownictwie

Podsumowanie Zaokrąglenie krawędzi silnie zmienia obraz przepływu w rejonie tarczy, co powoduje wyraźne zmiany charakterystyki przepływowej przepustnicy jednopłaszczyznowej. Przeprowadzone badania doświadczalne wykazały, że: równania zamieszczone w [2 i 3] nie powinny być stosowane do obliczeń charakterystyk przepływowych przepustnic z grubymi tarczami, niezależnie od stopnia zaokrąglenia krawędzi tarcz, - promień zaokrąglenia krawędzi tarczy przepustnicy ma bardzo znaczący wpływ na jej charakterystykę przepływową (wzrost promienia może spowodować blisko 2-krotne obniżenie współczynnika strat ciśnienia), wzrost promienia zaokrąglenia krawędzi tarczy zmniejsza wartość współczynnika strat ciśnienia przepustnicy w całym zakresie nastaw (a) i w całym zakresie przepływu (liczby Reynoldso), - charakterystyki przepływowe przepustnic z grubymi tarczami o silnie zaokrąglonych krawędziach są jakościowo podobne do charakterystyk przepustnic z cienkimi tarczami o ostrych krawędziach, tzn. w obu wypadkach największe współczynniki strat ciśnienia występują dla a = 90. Wyniki przedstawione w postaci wykreślnej (rys. 4 i 5) umożliwiają wyznaczenie dokładnej charakterystyki przepływowej przepustnicy jednopłaszczyznowej z tarczą o zaokrąglonych krawędziach r/1 od O do 0,5, dla bezwymiarowej grubości t/d = 0,105 i o parametrze d/d = 0,947. LITERATURA [1] Eom K.: Performance of Butterfly Valves as a Flow Controller. Journal of Fluids Engineering (Transactions of the ASME), 16-19/1988 [2] Idelchik I.E.: Handbook of Hydraulic Resistance (3rd Ed.), Chapter 9, Begell House, New York 1996, 569-570 [3] I gar as h i T., Inagaki S.: Hydraulic Losses of Flow Control Devices in Pipes. JSME International Journal, Series B 3/1995 [4] Woj tko wi ak J., Popiel C.O.: Wpływ grubości tarczy przepustnicy jednoplaszczyznowej na jej charakterystykę przepływową. COW 9, 10/2003 Wykorzystanie olejów roślinnych jako paliw energetycznych w ciepłownictwie Część l HENRYK KARCZ AGNIESZKA KOSIOREK Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej Obecnie w energetyce światowej jak i krajowej obserwuje się dość wyraźne tendencje do decentralizacji i rozpraszania procesów wytwórczych i własnościowych, przy utrzymaniu tendencji technicznej integracji pracy źródeł wytwórczych z systemem nadrzędnym. I te właśnie uwarunkowania będą decydować o przyszłości energetyki odnawialnej. DLA PERSPEKTYWY rozwoju odnawialnych źródeł energii szczególnie ważna jest kwestia dużych zmian po stronie mocy odbiorników energii. W nadchodzącej epoce usługowo-informatycznej, moce te ulegną znacznemu ograniczeniu. Tendencja ta w znacznym stopniu ogranicza negatywne znaczenie rozproszonego charakteru Odnawialnych Źródeł Energii (OZE), jako podstawowej bariery ograniczającej ich rozwój. Energochłonne sektory gospodarki i nieefektywne odbiorniki końcowe wymagały bowiem wykorzystania wysoce skoncentrowanej energii w postaci paliw kopalnych lub paliw jądrowych. Energooszczędne procesy technologiczne takich koncentracji nie wymagają. Ekonomika dostaw energii i paliw energetycznych ulega więc szybkim zmianom jednoznacznie na korzyść OZE [1]. Na drodze szybkiego rozwoju OZE stoją jednak poważne przeszkody wynikające z rynku pracy, bazy energetycznej i paliwowej, niedorozwoju infrastruktury produkujących OZE, przyzwyczajeń i mentalności ludzi, sprzeczności interesów lobby paliwowego, braku wiedzy o korzyść' ich płynących ze stosowania OZE, mechanizmów rynku i braku silnego lobby producentów OZE. Sytuacja ta powoduje zachowawcze działania o charakterze instytucjonalno-prawnym, które służą obronie sektora paliw kopalnianych. Ten zachowawczy proces może trwać aż do momentu całkowitego załamania się wsparcia ze strony budżetu centralnego. Obecnie bowiem wsparcie to jest niezbędne ze względów społecznych i braku efektywnych sposobów restrukturyzacji sektora węglowego oraz zmian w charakterze wyuczonych zawodów społeczeństw górniczych. Ponieważ każde lobby rynku paliwowego ma odmienną ocenę prowadzonych interesów, jedyną metodą regulacji wymienionych problemów wydaje się być uczciwa i przejrzysta ocena zasobów naturalnych paliw energetycznych, przewidywane skutki ekologiczne stosowania tych paliw w energetyce, możliwości produkcji OZE w celu zaspokojenia po-

trzeb energetycznych oraz skutki gospodarczo-społeczne tej transformacji. Ostatnie lata w kraju, to dynamiczny wzrost zainteresowania ekologicznego produkcją paliwa z oleju rzepakowego. Rozróżnia się produkcję oleju rzepakowego w procesie ciśnieniowy lub bezciśnieniowy, który ze względu na prostą technologię może być stosowany w małych i tanich wytwórniach lokalnych. Produkcja oleju rzepakowego jest możliwa w tzw. systemie przemysłowym o wydajności rocznej około 5 tysięcy ton lub, w tzw. agrorafineriach o produkcji rocznej od 50 do 1500 ton. Przy produkcji przemysłowej istnieje możliwość uzyskania niższych kosztów jednostkowych przeróbki rzepaku, natomiast podczas produkcji w agrorafineriach, możliwe jest obniżenie kosztów transportu surowca i produktu oraz wykorzystanie oleju rzepakowego w lokalnych kotłowniach. Opłacalność produkcji oleju rzepakowego mimo jego dużych walorów jako paliwa ekologicznego, jest w dużym stopniu uzależniona od polityki państwa w zakresie wysokości podatku akcyzowego. W zależności od relacji: koszt ziarna rzepakowego - olej rzepakowy - wytłok - gliceryna", wartość kosztów produkcji kształtuje się na poziomie 2,15-^2,63 zł/litr [2]. Olej rzepakowy w stosunku do paliw ropopochodnych jest zdecydowanie bardziej przyjazny" dla środowiska naturalnego. W warunkach naturalnych, w glebie, ulega bowiem całkowitej biodegradacji w okresie 15-^21 dni od chwili jakiejkolwiek awarii zakończonej wyciekiem oleju do otoczenia. Ponadto spalanie oleju rzepakowego powoduje znaczne obniżenie emisji do atmosfery pyłów i nieprzyjaznych gazów spalinowych takich jak SO 2 i NO X. Proces zupełnego spalania oleju rzepakowego bez emisji do atmosfery sadzy, WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) związany jest z wysoką lepkością kinematyczną oleju rzepakowego, która w znacznym stopniu wpływa na przebieg procesu rozpylania. Złe rozpylanie - powstanie zbyt dużych kropel - rozciąga proces odparowania i mieszania gazów węglowodorowych z powietrzem, a w konsekwencji wydłuża proces spalania i prowadzi do powstania sadzy, WWA i CO. Przeprowadzone badania procesu spalania oleju rzepakowego w niskotemperaturowym kotle grzewczym o małej mocy za pomocą palnika ciśnieniowego [3], wykazały zmniejszenie mocy cieplnej kotła, zmniejszenie sprawności energetycznej i znaczny wzrost emisji sadzy, WWA oraz CO w porównaniu do spalania lekkiego oleju opałowego Ekoterm". Wyniki badań wykazały, że do całkowitego i zupełnego spalania oleju rzepakowego w kotłach grzewczych małej i średniej mocy należy zastosować palniki o małej wrażliwości na lepkość podawanego oleju. Konstrukcje palników, które z bardzo wysoką sprawnością termiczną spalają olej opałowy o lepkości 2^2,5 cst (w temperaturze 20 C) nie nadają się do spalania oleju rzepakowego, którego lepkość w temperaturze 90-100 C wynosi około 9-^9,5 cst. Powstała więc konieczność zastosowania takich palników, które będą spalały olej rzepakowy w sposób całkowity i zupełny. Badania procesu zapłonu i spalania mazutu [4-6] wykazały, że najlepsze rezultaty eksploatacyjne i ekologiczne uzyskuje się przy zastosowaniu palników gazodynamicznych z wewnętrznym mieszaniem [7-9]. W artykule przedstawiono wyniki badań procesu spalania oleju rzepakowego za pomocą palników gazodynamicznych typu K o wydajności nominalnej 300, 400 i 600 kg/h. Palniki o takiej wydajności mogą być zamontowane w kotłach grzewczych małej i średniej mocy oraz w kotłach ciepłowniczych. 1. Właściwości fizykochemiczne oleju rzepakowego Przedmiotem badań był olej rzepakowy surowy. Wyniki wykonanych analiz są następujące: Analiza techniczna: - zawartość wilgoci oznaczona metodą destylacyjną wg PN-80/G-04511, W t = 0,4%, - zawartość popiołu wg PN-80/G-04512-A r - 0,0%, - zawartość części lotnych wg PN-80/G-04516, V daf = = 100%, - ciepło spalania w dostarczonej próbie wg PN-81 / G-04513, Q r s = 42041 kj/kg, - wartość opałowa w próbie dostarczonej wg PN-81/ /G-04513, Q = 39421 kj/kg. Analiza elementarna: zawartość węgla w próbie dostarczonej, C" = 75,68%, - zawartość wodoru w próbie dostarczonej, H" = 11,95%, - zawartość azotu w próbie dostarczonej, N" = 0,19%, - zawartość siarki w próbie dostarczonej, S" t = 0,02%. Analizy wykonano za pomocą aparatu Yario EL firmy Elementar Analysen System Gmbh. Analiza polega na katalitycznym spaleniu próbki w wysokiej temperaturze (1100 C) w atmosferze tlenu. Analiza właściwości użytkowych: - gęstość w 20 C, y = 0,917 g/cm 3 wg PN-90/C-04004, - temperatura zapłonu w tyglu zamkniętym, t z _ z > 175 C wg PN-75/C-04009, - temperatura zapłonu w tyglu otwartym, t, = 267 C wg PN-92/C-04191, - temperatura płynięcia oleju, t p = 19 C wg PN-83/ /C-04117, - lepkość kinematyczna, v mm 2 /s wg PN-81/C-04011, - liczba kwasowa, mg KOH/g wg PN-85/C-04060, w temperaturze 20 C = 2,20, w temperaturze 100 C = 2,20. Lepkość oleju rzepakowego jest bardzo wysoka w porównaniu z olejem opałowym (2,5 mm 2 /s). Lepkość oleju rzepakowego powyżej temperatury 100 C bardzo niewiele się zmienia. Można przyjąć, że wartość 9 mm 2 /s jest graniczną wartością, poniżej której lepkość oleju się obniża nawet przy bardzo wysokiej temperaturze podgrzewania. Kwasowość oleju nie zmienia się przy podgrzewaniu do wysokiej temperatury (100 C). 2 0 Cel i zakres badań Celem badań było określenie przydatności olejów roślinnych do opalania komunalnych kotłów grzewczych oraz wytypowania urządzeń i technologii procesu do ich spalania. Przeprowadzane dotychczas prace nad spalaniem mazutu [4-6], którego lepkość jest zbliżona do lepkości oleju rzepakowego wykazały, że najbardziej przydatnym i spełniającym wszelkie warunki eksploatacyjne oraz warunki całkowitego, zupełnego i ekologicznego spalania jest palnik gazodynamiczny z wewnętrznym mieszaniem [7-12]. Proces zapłonu mazutu w palniku gazodynamicznym odbywa się z bardzo wysoką pewnością eksploatacyjną PZ za pomocą iskry elektrycznej wytwarzanej przez wysokoenergetyczną zapalarkę firmy Fireye o energii 10 J [13-17], zasilaną prądem o napięciu 220 V. Gazodynamiczny palnik

olejowy z wewnętrznym mieszaniem jest niskociśnieniowym palnikiem dwuczynnikowym. Inne konstrukcje palników nie były brane pod uwagę, ponieważ w wyraźny sposób różnią się charakterystykami technicznymi, sprawnością spalania, emisją substancji szkodliwych do atmosfery oraz niezawodnością eksploatacyjną (w przypadku spalania mazutu), odbiegają od palników gazodynamicznych z wewnętrznym mieszaniem [9-10]. Przy zapłonie mazutu w palnikach gazodynamicznych, wysokoenergetyczne zapalarki elektryczne w pełni zdały egzamin eksploatacyjny [8]. Są bezpieczne z punktu widzenia przepisów BHP i spełniają wszelkie wymagania dotyczące ich włączania do automatycznego systemu sterowania i układu AKPiA palnika olejowego. Wybór konstrukcji palnika i układu zapłonowego, został więc dokonany przez uwzględnienie podobieństwa niektórych właściwości fizykochemicznych mazutu i oleju rzepakowego. Aby osiągnąć założony cel, należało wykonać wiele badań, które miały dać odpowiedź na następujące pytania: - jaki wpływ na proces zapłonu ma rodzaj czynnika rozpylającego, jego temperatura i ciśnienie, - jaki wpływ na niezawodność zapłonu ma usytuowanie elektrod zapalarki w stosunku do głowicy palnika, jaki wpływ na wydajność palnika ma rodzaj czynnika rozpylającego, - jak zmienia się wydajność palnika w zależności od ciśnienia oleju i ciśnienia czynnika rozpylającego, - jaki wpływ mają parametry termodynamiczne oleju rzepakowego i czynnika rozpylającego na obszar pracy palnika, - jak zmienia się proces spalania i emisja substancji szkodliwych do atmosfery w zależności od obszaru pracy palnika i od rodzaju czynnika rozpylającego i jego temperatury, - jaki zakres płynnej regulacji i wydajności palnika jest możliwy przy spalaniu oleju rzepakowego, - czy wydajność nominalna palnika ma wpływ na proces zapłonu, spalania i emisję substancji szkodliwych do atmosfery, oraz na charakterystyki techniczne i eksploatacyjne. Przedmiotem badań były dwa palniki o nominalnej wydajności 1000 i 2000 kg/h. Badano proces spalania oleju rzepakowego nie rafinowanego, surowego pochodzącego z tłoczni w Brzegu. W czasie badań temperatura oleju była ustalona na poziomie 80 C. Ciśnienie oleju zmieniało się w zakresie od 0,015 do 0,5 MPa. Czynnikiem rozpylającym było powietrze i para wodna, a ciśnienie wynosiło od 0,2 do 0,7 MPa. Temperatura powietrza wynosiła około 20 C, a temperatura pary wodnej zmieniała się w zakresie od 150 do 280 C. Zapłon oleju uzyskiwano za pomocą iskry elektrycznej o energii 10 J. W czasie badań powietrze do spalania było w naturalny sposób zasysane przez płomień z komory spalania i z otoczenia przez otwarte klapy skrzyni palnikowej. 3. Wyniki badań Badania spalania oleju wykonano w instalacji pomiarowej opisanej w [l, 2]. Skład i stężenie składników spalin wyznaczono pobierając ich próbki za pomocą rurki probierczej, zamontowanej w ogrzewanej głowicy z filtrem wstępnym, a następnie przesyłano ogrzewanym przewodem do półprzewodnikowej chłodnicy Peltiera. W chłodnicy Peltiera następowało szybkie ochłodzenie próbki gazowej i jej osuszanie, gdyż para wodna jest główną przeszkodą w pomiarze metodą NDIR. Ciągłe utrzymanie próbki spalin w tej samej temperaturze ( + / 5 C) eliminuje błędy pomiarowe spowodowane wahaniem temperatury. Przed przepuszczeniem próbki gazowej do analizatora, analizowany gaz przechodzi ponownie przez filtr drobny i odmgławiacz. W celu dokładniejszego zabezpieczenia analizatora przed uszkodzeniem na filtrze drobnym zamontowany jest czujnik wilgoci, który przy pojawieniu się wilgoci przerywa pobór gazów do analizy. Osuszona i oczyszczona próbka gazu przepływa przez analizatory, w których oznaczany jest skład i stężenie badanej mieszaniny gazowej. Układ został przystosowany do poboru próbek spalin o wysokiej temperaturze. Intensywność chłodzenia sondy wodą była tak dobrana, aby temperatura próbek gazu w punkcie poboru nie obniżyła się poniżej punktu rosy. Równocześnie mierzono skład i stężenie składników mieszaniny gazowej O 2, CO, CO 2, H 2, CH 4, H 2 S, SC H m za pomocą analizatorów ULTRAMAT23 typu NDIR (mierzone w podczerwieni) oraz analizatorem IMR-3 z sondą do określenia zawartości sadzy aparatem Bacharacha. Olej rzepakowy w komorze spalania zapala się bezpośrednio w pobliżu głowicy palnika za pomocą iskry elektrycznej o energii ok. 10 J. Schemat instalacji do badania zapłonu oleju rzepakowego przedstawiono na rys. 1. Pewność zapłonu za pomocą zapalarki elektrycznej jest ściśle związana ze składem i koncentracyjnymi granicami zapłonu oraz właściwościami kinetycznymi powstałej mieszanki palnej, w przestrzeni działania iskry elektrycznej. Schemat ideowy usytuowania elektrod zapalarki 6-7 w mieszance palnej 5 przedstawiono na rys. 2. Przestrzeń 3 w bezpośrednim sąsiedztwie głowicy palnika 5 zajmuje mieszanka palna powstała z rozpylonego oleju, czynnika rozpylającego i powietrza ze skrzyni palnikowej. Skład mieszaniny gazowej oraz jej granice palności zmieniają się wzdłuż osi wypływu strugi paliwa [9]. Powstała mieszanka palna w odległości h ma odpowiednie wła- Rys. 1. Schemat instalacji do badania zapłonu paliw ciekłych: J - żagiew płomienia, 2 ściana komory, 3 - skrzynia powietrza palnika. 4 - głowica lancy palnika, 5 - mieszanka paliwowa, 6, 7 - elektrody zapalarki, 8 - skrzynia sterownicza zapalarki, 70 - zapalarka, 11 - kanał zasilający skrzyni palnikowej, 12 - siłownik zapalarki

kulacyjne, powodujące powstanie gradientów ciśnienia w kierunku osi żagwi. Strukturę geometryczną płomienia obu palników z zaznaczonymi wirami recyrkulacyjnymi przedstawiono na rys. 3 a, b i c. Wytworzone na obwodzie żagwi oraz w jej wnętrzu podciśnienie stanowi swego rodzaju pompę zasysającą tlen z otoczenia do powierzchni reakcyjnej. Powierzchnia reakcyjna warkoczy powstaje wówczas w przestrzeni, gdzie skład mieszanki palnej jest bliski stechiometrycznemu. 3.1. Wpływ rodzaju czynnika rozpylającego peratury na pewność zapłonu PZ jego tem- Rys. 2. Schemat ideowy usytuowania elektrod zapalarki: l - zapalarka, 2 - ściana komory, 3 - przestrzeń mieszaniny paliwowej, 4 - lanca palnika, 5 - głowica palnika, 6,7- elektrody zapalarki ściwości kinetyczne, które umożliwiają zapłon od powstałej iskry elektrycznej. Właściwości kinetyczne mieszanki w odległości optymalnej h op umożliwiają zapłon ze skutecznością bliską 100%. Wytworzona w dyszy palnika i u jego wylotu palna mieszanka gazów węglowodorowych w temperaturze wyższej niż temperatura zapłonu, tworzy front płomienia. U podstawy głowicy palnika formuje się żagiew płomienia o określonej konfiguracji i o określonej barwie. Przy całkowitym i zupełnym spalaniu żagiew płomienia powinna być ograniczona powierzchnią o ostrych konturach barwy biało- -żółto-niebieskiej bez ciemnoczerwonych przestrzeni zawierających sadzę. Żagiew płomienia spalającego się oleju rzepakowego składa się z wielu oddzielnych, rozczłonkowanych płomieni w formie warkoczy, z wolnymi od płomienia przestrzeniami, zarówno na obwodzie żagwi, jak i w jej wnętrzu. Liczba oddzielnych warkoczy jest uzależniona od wydajności nominalnej palnika. Na rysunku 3 a, b i c przedstawiono strukturę żagwi palnika o wydajności 200, 400 i 600 kg/h. Palnik o wydajności 200 kg/h ma 2 warkocze, o wydajności 400 kg/h ma 3 warkocze, a o wydajności 600 kg/h ma 4 warkocze. Badania modelowe wykazały, że zarówno w części obwodowej, jak i w części centralnej żagwi tworzą się wiry recyr- Rys. 3. Struktura geometryczna żagwi płomienia palnika o wydajności: a) 200 kg/h, b) 400 kg/h, c) 600 kg/h; l - recyrkulacja zewnętrzna między warkoczami żagwi płomienia, 2 - recyrkulacja wewnętrzna w osi żagwi, 3 - warkocz żagwi płomienia, 4 - powierzchnia frontu płomienia Z paliwa gazowego i powietrza można przygotować mieszankę o dowolnym składzie. Jednak nie każda mieszanka jest zdolna do zapłonu i spalania. Istnieją, tzw. ubogie (z nadmiarem utleniacza) i bogate (z niedomiarem utleniacza) mieszaniny, które wyznaczają przedział mieszanin zdolnych do zapłonu. Graniczne koncentracje wyznaczające obszar, gdzie możliwy jest zapłon mieszaniny, nazywane są dolną i górną granicą zapłonu. Istnienie granic zapłonu nie oznacza jednak, że mieszaniny znajdującej się na zewnątrz tych granic nie można spalić. Mimo, że w mieszaninach tych płomień nie rozprzestrzenia się samoistnie, to istnieje jednak możliwość ich zapłonu i całkowitego spalenia w obecności źródła o wysokiej energii, np. w obecności gorących gazów spalinowych. Na koncentracyjne granice zapłonu wywiera wpływ wiele czynników, np. skład chemiczny i fizyczny, domieszka inertnych i aktywnych komponentów mieszaniny, ciśnienie, temperatura, szybkość i konfiguracja pola prędkości mieszaniny, moc źródła zapłonowego itd. Z obniżeniem ciśnienia następuje zawężenie granic zapłonu i przy pewnych minimalnych ciśnieniach zapłon staje się niemożliwy. Wzrost początkowej temperatury mieszaniny powoduje rozszerzenie koncentracyjnych granic zapłonu. Dodatek inertnych substancji do mieszaniny palnej praktycznie nie wpływa na położenie dolnej granicy zapłonu, lecz silnie zawęża górną granicę, zmniejszając obszar zapłonu. Słaba zależność dolnej granicy zapłonu domieszek inertnych podyktowana jest tym, że inertne cząsteczki zamieniają cząsteczki tlenu, które są w dużym nadmiarze, nie biorąc udziału w reakcji są również obojętnym substratem. Zamiana jednego obojętnego substratu na drugi nie zmienia właściwości mieszaniny palnej, która na dolnej granicy palności określona jest zawartością paliwa, a nie zawartością tlenu. Palne właściwości mieszaniny na górnej granicy zapłonu, określone są zawartością tlenu, ponieważ substancje palne występują w dużym nadmiarze. Dodatek inertnej domieszki na górnej granicy zapłonu doprowadza do zamiany utleniacza inertem, co powoduje szybkie obniżenie palnych właściwości mieszaniny, w konsekwencji obniża górną granicę zapłonu. Rozpatrując wpływ inertnych substancji na koncentracyjne granice zapłonu, łatwo objaśnić funkcję dodatkowych ilości tlenu w mieszaninie, który nieznacznie wpływa na dolną granicę zapłonu i bardzo podwyższa górną granicę zapłonu. Na dolnej granicy zapłonu, czynnikiem kontrolującym powstawanie frontu jest szybkość doprowadzania tlenu. Górna granica zapłonu znacznie rośnie w miarę oddalania się od głowicy palnika, co powoduje rozszerzanie się zakresu koncentracyjnych granic mieszaniny palnej wzdłuż osi płomienia. Koncentracyjne granice zapłonu zawężają się w miarę przybliżania się do palnika i w bezpośrednim sąsiedztwie głowicy łączą się. Zapłon mieszaniny paliwowej jest więc możliwy 8

w odległości nie mniejszej od punktu połączenia się dolnej i górnej granicy zapłonu. Pewność zapłonu PZjest najwyższa w przedziale stężeń między dolną a górną granicą zapłonową. Pewność zapłonu PT. określono jako procentową ilość skutecznych zapłonów oleju w stosunku do liczby prób załączenia urządzenia zapłonowego. Pewność zapłonu PZ określono w stosunku do 20. prób zapłonu. Jako źródło zapłonu użyto iskry elektrycznej o energii 10 J powstałej między elektrodami wysokoenergetycznej zapalarki niskonapięciowej (prąd o napięciu 220 V) typu Hesi. Wpływ usytuowania elektrod zapalarki na pewność zapłonu PZ w zależności od rodzaju czynnika rozpylającego i jego temperatury przedstawiono w tab. Pewność zapłonu badano dla palników o wydajności nominalnej 200,400 i 600 kg/h oleju rzepakowego. Czynnikiem rozpylającym była para wodna o temperaturze 300, 250, 200, 150 i 120 C oraz powietrze 0 temperaturze 150, 100, 50 i 20 C. Podane w tabeli wartości pewności zapłonu PZ odnoszą się do takiego usytuowania elektrod zapalarki, przy którym pewność zapłonu jest maksymalna. Zaznaczone kreską pola oznaczają brak zapłonu w danych warunkach. Pewność zapłonu wyraźnie zależy od rodzaju czynnika rozpylającego i jego temperatury oraz mocy cieplnej palnika. Im większa jest temperatura czynnika rozpylającego i większa moc palnika, tym elektrody zapalarki mogą być umieszczone bliżej głowicy palnika, a paliwo będzie osiągało maksymalną zdolność zapłonu i pewność zapłonu PZ; w przypadku pary wodnej rośnie stopniowo wraz ze wzrostem odległości od głowicy palnika, osiągając 100% w określonym dla danej temperatury przedziale odległości. W miarę obniżania temperatury pary przedział ten zawęża się 1 odsuwa od głowicy palnika. Po przekroczeniu tego obszaru PZ obniża się tym bardziej im niższa jest temperatura pary rozpylającej. Dla temperatury pary poniżej 150 C żaden z badanych palników nie osiągnął 100% pewności zapłonu za pomocą iskry elektrycznej o energii 10 J i częstotliwości 5-6 iskier/s. Przy rozpylaniu powietrzem zapłon oleju następuje w większej odległości od głowicy palnika niż w przypadku pary wodnej. Dla temperatury powietrza 150 C, 100% PZ osiągnięto dla palnika o wydajności 600 i 400 kg/h oleju, a dla palnika o wydajności 200 kg/h osiągnięto maksymalnie 85% PZ. Dla palników o wydajności 600 i 400 kg/h wysoka pewność zapłonu utrzymuje się na odcinku od 100 do 300 mm, a więc nie wymagana jest dużą precyzja w ustawieniu elektrod zapalarki do uzyskania wysokiej niezawodności w uruchomieniu palnika. TABELA. Skuteczność zapłonu oleju rzepakowego w palniku gazodynamicznym typu K o wydajności 1000 kg/h za pomocą zapalarki elektrycznej o energii iskry 10 J Dla palnika o wydajności 200 kg/h maksymalną PZ = 85% uzyskano dla temperatury powietrza 150, 100 C. Dla palnika o wydajności 400 kg/h PZ = 100% uzyskano dla temperatury powietrza powyżej 100 C, a dla palnika o wydajności 600 kg/h dla temperatury powyżej 50 C. * Dla powietrza jako czynnika rozpylającego, obszar w którym następuje skuteczny zapłon oleju, równy lub bliski 100%, jest znacznie szerszy niż w przypadku pary wodnej i występuje dla znacznie niższej temperatury. Minimalną odległość elektrod zapalarki od głowicy palnika, przy której możliwy jest zapłon oleju rzepakowego, przedstawiono na rys. 4. Zapłon oleju za pomocą wysokoenergetycznej zapalarki elektrycznej typu Hesi o energii iskry l O J i częstotliwości 5-6 iskier/s jest ściśle uzależniony od wydajności znamionowej palnika oraz od rodzaju czynnika rozpylającego i jego temperatury (rys. 5). Najbliżej głowicy palnika zapala się olej rozpylony parą wodną o najwyższej temperaturze. Wzrost wydajności palnika przybliża zapłon w pobliżu dyszy głowicy. W miarę wzrostu wydajności nominalnej palnika odległość usytuowania elektrod zapalarki, przy której możliwy Rys. 4. Zależność minimalnej odległości elektrod zapalarki od głowicy palnika, przy której możliwy jest zapłon oleju rzepakowego, od wydajności palnika: dla pary wodnej (linia ciągła): 1 - para 300 C, 2 - para 250 C, 3 - para 200 C. 4 - para 150 C, J - para 120 C i powietrza (linia przerywana), 6 - powietrze 20 C, 7 - powietrze 50 C, 8 - powietrze 100 C, 9 - powietrze 150 C " B [k 700-600 - soo 30-2oo :: g/h] 123 674 8 5 i 9 rti s 1 i 1_ J V x x HM t +1 i N i 1 ul4~ u A 1-para wodna-300 st.c * ' 2-para wodna-250 st.c & =3-para wodna-200 st.c -'... - - 6-powietrze-1 50 st.c O -7-powietrze-100 st.c ~» 4-para wodna-150 st.c & 8-powietrze-50 st.c - * 5-parawodna-120st.C O 9-powietrze-20 st.c o 0 3 50 100 150 200 250 300 h [mm]

t p [ C] 300 200-150 - 100 50 N - - ft _^_ ~~-f^^~- ^5 ^X ^ ""S ^«H= ^^5^:^-- "---& «J., I; U t) 0 D 50 100 150 200 250 <» Bo=600kg/h SśBo=400kg/h ABo=200kg/h Bo=600Kg/h O Bo=400Kg/h O Bo=200kg/h Rys. 5. Zależność minimalnej odległości elektrod zapalarki od głowicy palnika, przy której możliwy I temperatury czynnika rozpylają-! cego: dla pary wodnej (linia ciągła) 1-200 kg/h,2-400 kg/h, 3-600 kg/ h i powietrza (linia przerywana) 4-200 kg/h, 5-400 kg/h, 6-600 kg/h 300 h [mm] jest zapłon oleju, asymptotycznie dąży do określonej granicy, która jest zależna od temperatury czynnika rozpylającego. Graniczna odległość h, poniżej której niemożliwy jest zapłon, występuje przy wydajnościach tym niższych, im wyższa jest temperatura czynnika rozpylającego. Dla porównywalnych wartości temperatury pary wodnej i powietrza, zapłon występuje bliżej dyszy głowicy w przypadku powietrza, jako czynnika rozpylającego (rys. 4). Obniżenie temperatury pary wodnej poniżej 120 C, zapłon oleju rzepakowego za pomocą iskry elektrycznej w palniku gazodynamicznym z wewnętrznym mieszaniem, stawia pod znakiem zapytania (rys. 5). Zastosowanie natomiast powietrza, jako czynnika rozpylającego 0 temperaturze otoczenia, stwarza możliwość zapłonu oleju rzepakowego w palniku o każdej wydajności. Przybliżenie obszaru zapłonu w pobliże dyszy głowicy 1 zwiększenie pewności zapłonu w miarę wzrostu wydajności palnika związane jest, z tzw. zjawiskami autostabilizacji, zwiększającymi się wraz ze wzrostem liczby dysz na obwodzie głowicy palnika (rys. 3 a, b, c) [6, 8-9, 14]. W przypadku pary wodnej, jako czynnika rozpylającego, granice palności mieszaniny gazowej, wyznaczające zapłon oleju, są uzależnione od zawartości tlenu i szybkości jego doprowadzenia do strefy reakcji w obszar umieszczenia elektrod zapalarki. Natomiast powietrze, jako czynnik rozpylający, wpływa na dalszą granicę zapłonu mieszaniny gazowej, która wyznaczana jest przez szybkość powstawania gazów węglowodorowych w wyniku odparowania kropel oleju. Im wyższa jest temperatura powietrza rozpylającego, tym szybciej następuje odparowanie kropel oleju i powstanie mieszaniny gazowej, zdolnej do zapłonu w strefie umieszczonych elektrod zapalarki [11-16]. (dokończenie w numerze 4/2004) AC System Sp. z o.o. specjalizuje się w dostawach, projektowaniu i serwisowaniu systemów rozpałkowych palników przemysłowych, automatyki palnikowej i systemów detekcji zagrożeń gazowych i pożarowych. Oferujemy także doradztwo, montaż, serwis a często wykonanie instalacji "pod klucz". Oferujemy: ^ zapalarki elektryczne, wysokoenergetyczne typu HESl do palników przemysłowych firmy FORNEY Corp., przeznaczone do bezpośredniego rozpalania gazu, oleju lekkiego a nawet ciężkiego, rozpylanego parą ^ zapalarki gazowe typu MAXFire 10 o mocy 50-300 kw firmy FORNEY Corp. do palników przemysłowych ^ systemy dozoru płomienia firmy FIREYE Inc. do wszystkich typów palników przemysłowych, ^ systemy detekcji płomienia pożarowego, gazów palnych i toksycznych oraz unikalne systemy monitoringu zagrożeń firmy DETTRONICS Corp. AC System wdrożyła system zapewnienia jakości co jest potwierdzone uzyskaniem certyfikatu PCBC na zgodność z norm PN-EN ISO 9001:2001 Naszymi Klientami są największe firmy w Polsce: rafinerie, elektrownie i elektrociepłownie, zakłady chemiczne, dystrybutorzy paliw, zakłady celulozowo- papiernicze, huty. AC System Sp. z o.o. ul. Łąkowa 46, 05-092 Łomianki tel +48 22 751 98 99, fax +48 22 751 97 96 "*^ e-mail: acsystem@aesystem.com.pl