Czynniki wpływające oraz parametry pomiarowe dla palników i kotłów
a także ich znaczenie dla optymalizacji sprawności i emisji spalin
Wytwarzanie ciepła w systemach palnikowych i kotłowych.
Systemy kotłowe dostarczają niezbędnej energii cieplnej na potrzeby wytwarzania energii elektrycznej, ogrzewania budynków, produkcji cementu i szkła oraz wielu innych zastosowań przemysłowych. Przy wykorzystaniu paliw takich jak węgiel, olej czy gaz są one w stanie generować duże ilości energii przy dobrej ogólnej sprawności.
Ponieważ do wytwarzania ciepła zużywa się znaczne ilości paliwa, a w procesie spalania powstają duże ilości spalin, konfiguracja i regulacja systemów kotłowych muszą zapewniać możliwie najwyższą sprawność przy jednocześnie najniższej emisji zanieczyszczeń – zwłaszcza że obowiązujące prawem dopuszczalne poziomy emisji dla substancji takich jak NOx, CO i CO₂ stają się coraz bardziej restrykcyjne.
Z tego względu podczas uruchamiania i późniejszej konserwacji kotłów oraz palników, a także w trakcie pomiarów wykonywanych przez instytucje kontrolne, określany jest poziom emisji spalin. Na podstawie tych danych można kompleksowo ocenić opłacalność eksploatacyjną systemu oraz sposób jego wyregulowania.
Proces spalania w układach palnikowych
i kotłowych.
W systemach kotłowych związki węgla lub węglowodorów są spalane tlenem zawartym w powietrzu w celu wytworzenia ciepła. Spalanie zachodzi w szczelnej komorze spalania. Powstała energia cieplna jest przekazywana do medium grzewczego za pomocą wymiennika ciepła, a następnie transportowana do miejsca odbioru. Paliwa stałe są spalane w złożu stałym, złożu fluidalnym lub w postaci unoszonego pyłu; paliwa ciekłe są wtryskiwane do komory spalania przez palnik w formie mgły, natomiast paliwa gazowe są już w palniku mieszane z powietrzem do spalania.
Pozostałe elementy systemu odpowiadają za doprowadzenie i dystrybucję paliwa, przekazywanie oraz odprowadzanie ciepła, a także za usuwanie gazów spalinowych i pozostałości po spalaniu, takich jak popiół i żużel.
W wyniku spalania powstaje szereg substancji, które opuszczają komorę spalania w postaci spalin. Największą część strumienia spalin stanowią para wodna oraz dwutlenek węgla (CO₂), będące produktami reakcji pomiędzy paliwem a powietrzem do spalania. W zależności od ilości dostarczonego powietrza, w spalinach mogą występować również tlenki azotu (NOX), tlenek węgla (CO) oraz częściowo nieprzereagowane składniki paliwa. Zanieczyszczenia zawarte w paliwach mogą dodatkowo powodować obecność siarkowodoru, tlenków siarki, kwasu fluorowodorowego (HF) i kwasu solnego (HCl), a także sadzy, metali ciężkich i pyłów zawieszonych
Reakcje chemiczne zachodzące podczas procesu spalania
Powietrze do spalania składa się z wielu substancji. Przede wszystkim zawiera azot (N₂) i tlen (O₂), zmienną ilość pary wodnej oraz śladowe ilości dwutlenku węgla (CO₂), wodoru (H₂) i gazów szlachetnych. Z wyjątkiem tlenu oraz niewielkiej części azotu, składniki te można ponownie odnaleźć w spalinach.
