Efektywność energetyczna procesów spalania paliw

Produkty
Cementownia Qassim w Arabii Saudyjskiej
Elektrownia Jänschwalde w Niemczech
Urządzenia pomiarowe ABB
Efektywne spalanie paliw jest kluczowym czynnikiem redukcji kosztów operacyjnych
w procesach przemysłowych i energetyce. Wraz z zachowaniem norm ochrony środowiska
i redukcją zanieczyszczeń są to najważniejsze czynniki rozwoju instalacji energetycznych.
Fot. na kolumnach: Arch. ABB
K
rytycznym parametrem w efektywnym spalaniu paliw kopalnych i biopaliw jest stosunek
ilości powietrza do cząsteczek
paliwa. Aby następowało pełne spalenie, potrzebna jest odpowiednia
ilość tlenu wynikająca z zawartości węgla,
wodoru, siarki i innych pierwiastków w paliwie. Takiej stechiometrycznej (wynikającej
z równań reakcji, przy której określa się
współczynnik λ=1) mieszaniny w praktyce
się nie uzyskuje. W układach kotłowych
stosuje się pewien nadmiar powietrza, dla
których λ przyjmuje wartości od 1,05 dla
paliw gazowych do 1,2÷1,4, a nawet 2
dla węgla kamiennego i brunatnego w zależności od rodzaju paleniska. Uzyskiwanie jak największych sprawności procesu
spalania jest uzależnione od redukcji strat,
w tym:
n s traty wylotowej objawiającej się unoszeniem ciepła przez spaliny do otoczenia (wzrost λ powoduje zwiększenie tej
straty),
n straty niezupełnego spalania wynikającej
z odprowadzania gazów palnych (tlenku
węgla, metanu, innych węglowodorów)
i straty części energii paliwa (odpowied-
34 Dzisiaj Lipiec 2010
nie napowietrzenie paleniska ogranicza
tę stratę),
n straty niecałkowitego spalania, kiedy
część nieopalonego paliwa pozostaje
w popiele, żużlu albo jest emitowana
w postaci lotnego koksika lub sadzy
(większa ilość powietrza minimalizuje tą stratę).
Odpowiednia regulacja doprowadzenia paliwa i powietrza do komory
paleniskowej jest sztuką balansowania
pomiędzy niedomiarem tlenu, gdzie będzie
tracona energia (dodatkowo z emisją szkodliwego tlenku węgla i pyłu) i nadmiarem,
przy którym ciepło będzie uciekać wraz
z większą ilością spalin. Dlatego istotne
jest wyznaczenie takiego optimum, przy
którym proces spalania zachodził będzie
z największą efektywnością. Pomocą służą
urządzenia pomiarowe pozwalające na ciągłą kontrolę i regulację procesu.
Sondy cyrkonowe
Historycznie pomiary rozpoczęto od mierzenia zawartości dwutlenku węgla w spalinach.
Składnik ten, powstający w reakcji łączenia
węgla zawartego w paliwie z tlenem z po-
wietrza, uzyskiwał w teoretycznym punkcie
pełnego spalania swoje maksimum. Z tego
względu wynik pomiaru nie stanowił jednoznacznego wyznacznika sytuacji. Ta sama
zawartość CO2 mogła oznaczać niepełne
spalanie (niedomiar tlenu), jak i nadmiar powietrza. Wyjściem z sytuacji było sprawdzanie ilości tlenu w spalinach, co przekładało
się proporcjonalnie do nadmiaru powietrza.
Ciągłe pomiary zawartości O2 można realizować, stosując wiele metod (więcej o tych
pomiarach w „Dzisiaj” nr 19/2007). Początkowo stosowane były analizatory wykorzystujące paramagnetyczne właściwości
tlenu. Jednakże te aplikacje potrzebowały
rozbudowanych układów przygotowania
próbki i częstego serwisu eksploatacyjnego. Pod koniec lat 60. wdrożono pierwsze
sondy cyrkonowe, jako urządzenia „in-situ”,
czyli bezpośrednio instalowane na kanałach spalin. ABB, będąc jednym z pierwszych producentów sond cyrkonowych,
wprowadziła je z sukcesem do europejskiej
energetyki zawodowej na początku lat siedemdziesiątych. Wykorzystując czterdziestoletnie doświadczenia, od końca ubiegłego roku dostępna jest nowa generacja
cyrkonowych analizatorów zawarto-
ści tlenu typu Endura AZ20.
Są to urządzenia w pełni
automatyczne i bezobsługowe, pozwalające na precyzyjne pomiary przez wiele
lat. Konstrukcja sondy, w której
umieszczono czujnik na końcu,
tuż za filtrem, umożliwia bezpośredni i szybki pomiar (dla gazów
wzorcowych opóźnienie wynosi 5 s),
szybszy niż dla rozwiązań z inżektorowymi
układami zaciągania próbki. Spaliny do elementu pomiarowego dostają się dyfuzyjnie,
dzięki czemu filtr się nie zatyka i aplikacja
może być stosowana w trudnych warunkach o wysokim zapyleniu bez układu
przedmuchu. Z myślą o użytkowni-
Efektywność procesu spalania
zależy od proporcji paliwa i tlenu.
W wyznaczaniu optimum pomocne są
urządzenia pomiarowe ABB.
Fot. na kolumnach: Arch. ABB
Efektywność energetyczna procesów spalania paliw