PL204936B1

PL204936B1 - Sposób określania parametrów paliw stałych energetycznych, zwłaszcza paliw alternatywnych

Info

Publication number: PL204936B1
Application number: PL357888A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Golec; Sławomir Kakietek; Jan Swirski
Original assignee: Inst Energetyki
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2010-02-26
Also published as: PL357888A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób określania parametrów paliw stałych energetycznych zwłaszcza paliw alternatywnych w szczególności parametrów niezbędnych do optymalizacji spalania w kotłach energetycznych.

Znane dotychczas i opisane w literaturze metody badania własności paliw stałych polegają na wyznaczeniu w warunkach laboratoryjnych wartości takich parametrów jak skład pierwiastkowy, ciepło spalania, wartość opałowa, temperatura i miejsce zapłonu, kinetyka spalania, skłonność do żużlowania. Do wyznaczania każdego z wymienionych parametrów służy odrębne urządzenie lub odrębna metoda, co wydłuża czas i powiększa koszt badań.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 119228 rozwiązanie zapewniające w warunkach zbliżonych do rzeczywistych pomiarów intensywności tworzenia osadów żużlowych na powierzchniach ogrzewalnych kotłów energetycznych. Opisany sposób wykorzystuje reaktor przepływowy i gazowy palnik płasko-płomieniowy generujący gazy spalinowe o określonym składzie chemicznym i temperaturze. Pył węgla energetycznego jest spalany w gorących spalinach płynących całym przekrojem, przy czym temperatura, skład spalin i prędkość przepływu realizowane są w sposób kontrolowany. Popiół ze spalania węgla osadza się na rurce metalowej umieszczonej na wadze, dzięki czemu jego masa podlega ciągłemu ważeniu. Przyrost masy ważonej w znanym czasie stanowi o intensywności tworzenia osadów żużlowych. W publikacji naukowej autorzy Jacek Żelkowski, P. Zehner VGB-Fachtagung „Feurungen 99 1999 r. w artykule pt. Charakterystyka paliwa: wskaźniki i doskonalenia eksploatacyjne, do charakterystyki jakości spalania paliwa stałego określają wskaźniki jakości paliwa jak zdolność węgla do zapłonu, reaktywność - powstanie straty niedopału, intensywność tworzenia osadów, zachowanie się paliwa stałego w procesie mielenia. Każdy z tych wskaźników mierzony jest odrębną metodą na osobnym stanowisku badawczym.

Istota sposobu określania parametrów paliw stałych zwłaszcza paliw alternatywnych wykorzystującego znany reaktor przepływowy oraz palnik płasko-płomieniowy polega na tym, że wprowadza się do sieci neuronowej wartości znanych parametrów standardowych paliw stałych korzystnie składu pierwiastkowego, ciepła spalania, wartości opałowej, temperatury zapłonu, miejsca zapłonu, kinetyki spalania, skłonności do żużlowania, po czym dokonuje się analizy komputerowej na podstawie wprowadzonych danych z szeregu pomiarów przeprowadzonych na jednym stanowisku badawczym, w róż nych atmosferach spalania korzystnie przy nadmiarze powietrza od 0,7 do 1,4, w róż nych temperaturach spalin, korzystnie w przedziale od 800 do 1400°C, dla różnych wydatków masowych paliwa stałego, korzystnie od 0,8 do 1,8 kg/h oraz dla różnych przemiałów paliwa stałego masy paliwa podawanego do stanowiska, ilości gazu palnego, ilości powietrza do spalania gazu, ilości powietrza podawanego do podajnika paliwa, podciśnienia na poziomie palnika, podciśnienia w komorze spalania, rozkładu temperatury spalin wzdłuż komory spalania, temperatury zapłonu paliwa stałego, miejsca zapłonu paliwa stałego, temperatury ścianek w komorze spalania, zawartości części palnych w popiele, masy próbki popiołu, składu spalin, w wyniku której ustala się wartości wskaźników jakości spalania paliwa stałego, jednocześnie korzystnie wskaźnik odgazowania części lotnych będący funkcją wypadkową masy paliwa stałego podawanego do stanowiska energetycznego, ilości gazu palnego dostarczonego do stanowiska energetycznego, ilości powietrza dostarczonego do spalenia gazu palnego, ilości powietrza dostarczanego do stanowiska energetycznego, wartości podciśnienia na poziomie palnika, wartości podciśnienia w komorze spalania, rozkładu temperatur spalin wzdłuż komory spalania, temperatury i miejsca zapłonu paliwa stałego, oraz składu chemicznego spalin i zawartości części palnych w popiele; wskaźnik wartości opałowej będący funkcją wypadkową masy paliwa podawanego do stanowiska energetycznego, ilości gazu palnego dostarczanego do stanowiska energetycznego, ilości powietrza dostarczanego do spalania gazu palnego, ilości powietrza dostarczanego do podajnika paliwa, podciśnienia na poziomie palnika, podciśnienia w komorze spalania, rozkładu temperatur wzdłuż komory spalania oraz rozkładu temperatur na ściankach komory spalania; wskaźnik składu pierwiastkowego będący funkcją wypadkową składu chemicznego spalin, masy paliwa stałego podawanego do stanowiska energetycznego, masy próbki popiołu i zawartości części palnych w popiele, ilości gazu palnego dostarczanego do stanowiska energetycznego, ilości powietrza dostarczanego do podajnika paliwa, ilości powietrza dostarczanego do spalania gazu; wskaźnik zdolności do zapłonu będący funkcją wypadkową temperatury zapłonu, miejsca zapłonu paliwa stałego, podciśnienia w komorze spalania, podciśnienia na poziomie palnika oraz rozkładu temperatury spalin wzdłuż komory spalania; wskaźnik wypalenia paliwa będący funkcją wypadkową składu chemicznego spalin, rozkładu

PL 204 936 B1 temperatur spalin wzdłuż komory spalania, ilości gazu palnego dostarczanego do stanowiska energetycznego, ilości powietrza dostarczonego do spalania gazu palnego, ilości powietrza dostarczanego do podajnika paliwa, podciśnienia na poziomie palnika oraz podciśnienia w komorze spalania i zawartości części palnych w popiele, wskaźnik reaktywności paliwa będący funkcją masy paliwa podawanego do stanowiska energetycznego, ilości gazu palnego dostarczonego do stanowiska energetycznego, ilości powietrza dostarczonego do podajnika paliwa, ilości powietrza do spalenia gazu, rozkładu temperatur spalin wzdłuż komory spalania, temperatury zapłonu, miejsca zapłonu, składu chemicznego spalin, po czym ustala się wartości wskaźników jakości spalania paliwa stałego korzystnie, wskaźnika odgazowania części lotnych, wskaźnika wartości opałowej, wskaźnika składu pierwiastkowego paliwa, wskaźnika zdolności do zapłonu paliwa wskaźnika reaktywności paliwa oraz wskaźnika wypalania paliwa, następnie po zgromadzeniu danych pomiarowych dotyczących masy paliwa podawanego do stanowiska, ilości gazu palnego, ilości powietrza do spalania gazu, ilości powietrza podawanego do podajnika paliwa, podciśnienia na poziomie palnika, podciśnienia w komorze spalania, rozkładu temperatury spalin wzdłuż komory spalania, temperatury zapłonu paliwa stałego, miejsca zapłonu paliwa stałego, temperatury ścianek w komorze spalania, zawartości części palnych w popiele, masy próbki popiołu, składu spalin dla kolejnych badanych paliw przy pomocy sieci neuronowej, wyznacza się dla kolejnych badanych paliw, wartości tych wskaźników a następnie z uzyskanych wyników oceny porównawczej z wartościami wskaźników jakości spalania paliwa stałego określonymi wcześniej, określa się przydatność poszczególnych paliw dla założonych celów energetycznych.

Zaletą sposobu określania parametrów paliw stałych według wynalazku jest kompleksowość badań wykonywanych na jednym stanowisku badawczym oraz możliwość uzyskiwania szeregu danych odnośnie parametrów charakteryzujących paliwo w krótkim czasie przy niskich stosunkowo kosztach symulacji rzeczywistych warunkach spalania paliwa. Ponadto sposób stwarza możliwości badania paliw alternatywnych i ich mieszanek z węglem.

Wynalazek został bliżej objaśniony w oparciu o rysunek na którym przedstawiona jest schematycznie instalacja stanowiska badawczego realizującego sposób określania parametrów paliw stałych w oparciu o wskaź niki jakoś ci spalania paliwa.

Powietrze na energetyczne stanowisko badawcze jest podawane za pomocą sprężarki 1 poprzez zbiornik ciśnieniowy 2 i instalację sprężonego powietrza 3. Następnie powietrze jest rozdzielane na powietrze V_pw kierowane do podajnika węgla 11 przy czym pomiar wydatku tego powietrza jest realizowany za pomocą kryzy 5 oraz na powietrze do spalania gazu palnego ν^ przy czym pomiar wydatku tego powietrza jest realizowany za pomocą kryzy 7. Powietrze V^ do spalania gazu palnego Va miesza się z gazem palnym Va podawanym z butli 8 przy czym pomiar wydatku podawanego gazu V_godbywa się za pomocą kryzy 9, w komorze płasko-płomieniowego palnika gazowego 10. Palnik płasko-płomieniowy 10 umieszczony nad komorą spalania generuje spaliny o temperaturze wystarczającej do zapłonu pyłu i rozkładzie temperatury wzdłuż komory T_k zapewniającym podgrzanie ścianek komory 12 do temperatury T_s. Powietrze doprowadzone do podajnika węgla 11 transportuje pył węglowy o masie M_p z podajnika 11 do palnika 10, skąd dostaje się on do komory spalania 12 w postaci rury opadowej, gdzie ulega spaleniu. Na wylocie komory 12 znajduje się wtrysk wody 13, który umożliwia szybkie schłodzenie pyłu węglowego dzięki odparowaniu wygenerowanej mgły wodnej. Następnie spaliny poprzez cyklon 14, w którym następuje separacja pyłu od spalin są wdmuchiwane do atmosfery za pomocą wentylatora wyciągowego 15 dzięki czemu mierzy się zawartość części palnych C_pw popiele odseparowanym w cyklonie 14. Regulację podciśnienia w P_s komorze spalania 12 dokonuje się za pomocą zaworu 16. W komorze paleniskowej 12 mierzy się temperaturę w różnych miejscach komory w celu ustalenia rozkładu temperatur Tk wzdłuż komory i temperaturę Ts ścianek komory 12. Poza tym mierzy się temperaturę czoła palnika płasko-płomieniowego 10. Wszystkie dane są zapisywane na bieżąco przez system komputerowy z siecią neuronową K z możliwością oglądania ich wartości on-line.

Według wynalazku na podstawie analizy komputerowej wyżej wymienionych danych pomiarowych masy paliwa M_p podawanego do stanowiska, ilości gazu palnego V_p, ilości powietrza do spalania gazu V_pg, ilości powietrza V_p do podajnika paliwa, podciśnienia na poziomie palnika Pp, podciśnienia w komorze spalania P_s, rozkładu temperatury spalin wzdłuż komory spalania Tk, temperatury zapłonu paliwa stałego Tz, miejsca zapłonu paliwa stałego Zz, temperatury ścianek w komorze spalania Tg, zawartości części palnych w popiele CC, masy próbki popiołu M_pp, składu spalin SS wprowadzanych do sieci neuronowej K wielowarstwowej, przykładowo nieliniowej ustalonych w różnych atmosferach spalania na przykład przy nadmiarze powietrza w zakresie od 0,7 do 1,4 w przykładowo 1 w różnych

PL 204 936 B1 temperaturach spalin o przedziale od 800 do 1400°C, przykładowo 1000°C dla różnych wydatków masowych paliwa stałego w zakresie od 0,8 do 1,8 kg/h przykładowo 1 kg/h oraz dla różnych przemiałów paliwa stałego, przykładowo dla paliwa drobnomielonego ustala się jednocześnie określone według wynalazku następujące wskaźniki jakości spalania paliwa stałego: wskaźnik odgazowania części lotnych WOL będący funkcją wypadkową masy paliwa stałego M_p podawanego do stanowiska badawczego, ilości gazu palnego dostarczanego do stanowiska V_g, ilości powietrza Vw dostarczanego do podajnika paliwa 11, ilości powietrza dostarczanego do spalania gazu palnego V_pg, wartości podciśnienia P_p na poziomie palnika 10, wartości podciśnienia P_s w komorze spalania 12, rozkładu temperatury spalin T_k wzdłuż komory spalania 12, temperatury zapłonu paliwa stałego Tj, miejsca zapłonu paliwa stałego Zz oraz składu chemicznego spalin SS zawartości części palnych w popiele C_p; wskaźnik wartości opałowej WWO będący funkcją wypadkową masy paliwa stałego M_p podawanego do stanowiska badawczego ilości gazu palnego V_g dostarczanego do stanowiska badawczego, ilości powietrza V_cw dostarczanego do podajnika paliwa 11, ilości powietrza dostarczanego do spalania gazu V_pg, podciśnienia P_p na poziomie palnika 10, podciśnienia P_s w komorze spalania 12, rozkładu temperatur Tk wzdłuż komory spalania 10 oraz rozkładu temperatur T_s ścianek komory spalania 12; wskaźnik składu pierwiastkowego WSP będący funkcją wypadkową składu chemicznego spalin SS, masy paliwa stałego M_p podawanego do stanowiska badawczego, masy próbki popiołu M_pp, zawartości części palnych w popiele C_p, ilości gazu palnego V_g dostarczanego do stanowiska badawczego, ilości powietrza dostarczanego do spalania gazu V_pg oraz ilości powietrza V_cw dostarczanego do podajnika paliwa 11; wskaźnik zdolności do zapłonu WZZ będący funkcją wypadkową temperatury zapłonu Tz, miejsca zapłonu paliwa stałego Zz, podciśnienia P_s w komorze spalania 12, podciśnienia P_pna poziomie palnika 10 oraz rozkładu temperatur spalin Tk wzdłuż komory spalania 12; wskaźnik wypalenia paliwa WWP będący według wynalazku funkcją wypadkową składu chemicznego spalin SS, rozkładu temperatur spalin Tk wzdłuż komory spalania 12, ilości gazu palnego V_g dostarczanego do stanowiska badawczego, ilości powietrza dostarczanego do spalania gazu palnego V_pg, ilości powietrza V_pw dostarczanego do podajnika paliwa 11, masy paliwa stałego M_p podawanego do stanowiska badawczego, zawartości części palnych w popiele C_p wartości podciśnienia P_p na poziomie palnika 10 oraz wartości podciśnienia Pgs w komorze spalania 12; wskaźnik reaktywności paliwa WRP będący funkcją masy paliwa M_p ilości gazu palnego V_g podawanego do badawczego stanowiska energetycznego, ilości powietrza V_pw podawanego do podajnika paliwa 11, ilości powietrza V_pg dostarczanej do spalenia gazu palnego, rozkładu temperatury spalin Tk wzdłuż ścian komory spalania, temperatury zapłonu i miejsca zapłonu Zz zawartości części palnych w popiele C_p oraz składu chemicznego spalin SS. Następnie ustala się przy pomocy analizy komputerowej przedziały wartości ustalonych według wynalazku wskaźników jakości spalania - wskaźnika odgazowania części lotnych WOL, wskaźnika wartości opałowej WWO wskaźnika składu pierwiastkowego paliwa WSP, wskaźnika zdolności do zapłonu paliwa WZZ, wskaźnika reaktywności paliwa WRP oraz wskaźnika wypalenia paliwa WWP. Po czym badamy według wynalazku kolejne paliwa, gromadząc w nieliniowej sieci neuronowej K wielowarstwowej dane pomiarowe dotyczące masy M_p paliwa podawanego do stanowiska, ilości gazu palnego V_p, ilości powietrza do spalania gazu V_pg, ilości powietrza V_p do podajnika paliwa, podciśnienia na poziomie palnika Pp, podciśnienia w komorze spalania P_s, rozkładu temperatury spalin wzdłuż komory spalania Tk, temperatury zapłonu paliwa stałego Tz, miejsca zapłonu paliwa stałego Zz, temperatury ścianek w komorze spalania Ts, zawartości części palnych w popiele CC, masy próbki popiołu M_pg, składu spalin SS. Po zgromadzeniu odpowiednich ilości danych pomiarowych wyznacza się przy pomocy nieliniowej sieci neuronowej wielowarstwowej K wskaźniki jakości spalania paliwa stałego w postaci wskaźnika odgazowania części lotnych WOL, wskaźnika wartości opałowej WWO, wskaźnika składu pierwiastkowego paliwa WSP, wskaźnika zdolności do zapłonu paliwa WZZ, wskaźnika reaktywności paliwa WRP, oraz wskaźnika wypalenia paliwa WWP, które porównuje je z wartościami tych samych wskaźników jakości spalania paliw badanych wcześniej przez sieć neuronową K wielowarstwową dokonując wyboru paliwa optymalnego dla danych warunków pracy układu młynowego paleniskowego kotła energetycznego.

Claims

Sposób określania parametrów paliw stałych zwłaszcza paliw alternatywnych w szczególności parametrów niezbędnych do optymalizacji spalania w kotłach energetycznych wykorzystujący mierzone parametry oraz wskaźniki jakości spalania paliwa jak skład pierwiastkowy paliwa, ciepło spalania, wartość opałową temperaturę i miejsce zapłonu, reaktywność paliwa, skłonność do żużlowania, znamienny tym, że wprowadza się do sieci neuronowej (K) wartości znanych parametrów standardowych znanych paliw stałych korzystnie składu pierwiastkowego, ciepła spalania, wartości opałowej, temperatury zapłonu, miejsca zapłonu, skłonności do żużlowania, po czym dokonuje się analizy komputerowej na podstawie wprowadzonych danych z szeregu pomiarów w różnych atmosferach spalania przeprowadzonych na jednym stanowisku badawczym korzystnie przy nadmiarze powietrza od 0,7 do 1,4 w różnych temperaturach spalin korzystnie w przedziale od 800 do 1400°C, dla różnych wydatków masowych paliwa stałego korzystnie od 0,8 do 1,8 kg/h oraz dla różnych przemiałów paliwa stałego dotyczących masy (M_p) paliwa podawanego do stanowiska, ilości gazu palnego (V_p), ilości powietrza do spalania gazu (V_pg), ilości powietrza (V_p) podawanego do podajnika paliwa, podciśnienia na poziomie palnika (P_p) podciśnienia w komorze spalania (P_s), rozkładu temperatury spalin wzdłuż komory spalania (Tk), temperatury zapłonu paliwa stałego (T_z), miejsca zapłonu paliwa stałego (Zz), temperatury ścianek w komorze spalania (T_s), zawartości części palnych w popiele (CC), masy próbki popiołu (M_pp), składu spalin (SS) w wyniku której ustala się wskaźniki jakości spalania paliwa stałego jednocześnie, korzystnie wskaźnik odgazowania części lotnych (WOL) będący funkcją wypadkową masy paliwa stałego (M_p) podawanego do stanowiska energetycznego, ilości gazu palnego (V_g) dostarczanego do stanowiska energetycznego, ilości powietrza (V_pw) dostarczonego do podajnika paliwa (11), ilości powietrza dostarczonej do spalania gazu palnego (V_pg), wartości podciśnienia (P_p) na poziomie palnika (10), wartości podciśnienia (P^) w komorze spalania (12), rozkładu temperatur spalin (Tk) wzdłuż komory spalania (12), temperatury zapłonu paliwa stałego (T_z) i miejsca zapłonu paliwa stałego (Z), zawartości części palnych w popiele (C_p), oraz składu chemicznego spalin (SS); wskaźnik wartości opałowej (WWO) będący funkcją wypadkową masy paliwa podawanego do stanowiska energetycznego (M_p), ilości gazu palnego dostarczanego do stanowiska energetycznego (Va), ilości powietrza (Vnw) dostarczanego do podajnika paliwa (11), ilości powietrza (V_sa) dostarczanego do spalania gazu palnego (Va), podciśnienia (P_p) na poziomie palnika (10), podciśnienia (Pp) na poziomie palnika (10) podciśnienia (P_s) w komorze spalania (12), rozkładu temperatur (Tk) wzdłuż komory spalania (12) oraz rozkładu temperatur (T_s) ścianek komory spalania (12); wskaźnik składu pierwiastkowego (WSP) będący funkcją wypadkową składu chemicznego (SS) spalin, masy paliwa stałego podawanego do stanowiska energetycznego (M_p), masy próbki popiołu (M_pp) zawartości części palnych w popiele (C_p) ilości gazu palnego dostarczanego do stanowiska energetycznego (V), ilości powietrza dostarczanego do spalania gazu (V_pg) oraz ilości powietrza (V_Bw) dostarczanego do podajnika paliwa (11); wskaźnik zdolności do zapłonu (WZZ) będący funkcją wypadkową temperatury zapłonu (Tz), miejsca zapłonu paliwa stałego (Zz), podciśnienia (P_s) w komorze spalania (12), podciśnienia (P_p) na poziomie palnika (10) oraz rozkładu temperatur spalin (Tk) wzdłuż komory spalania (12); wskaźnik wypalenia paliwa (WWP) będący funkcją wypadkową składu chemicznego spalin (SS), rozkładu temperatur spalin (Tk) wzdłuż komory spalania (12) ilości gazu palnego dostarczanego do stanowiska energetycznego (V_g), ilości powietrza (V_p) dostarczonego do spalania gazu palnego (V_pg), ilości powietrza (Vnw) dostarczanego podajnika paliwa (11) masy paliwa stałego podawanego do stanowiska energetycznego (M_p) zawartości części palnych w popiele (C_p) podciśnienia (P_p) na poziomie palnika (10) oraz podciśnienia (P_ps) w komorze spalania (12); wskaźnik reaktywności paliwa (WRP) będący funkcją masy paliwa (M_p) podawanego do stanowiska energetycznego, ilości gazu palnego (V_g) podawanego do stanowiska energetycznego, ilości powietrza (V_Ew) podawanego do podajnika paliwa (11), ilości powietrza (V_pg) podawanego do spalenia gazu palnego, rozkładu temperatur spalin (Tk) wzdłuż ścian komory spalania temperatury zapłonu (T_z) i miejsca zapłonu (Zz) zawartość części palnych w popiele (C_p) oraz składu chemicznego spalin (SS) po czym ustala się przedziały wartości wskaźników jakości spalania paliwa stałego korzystnie wskaźnika odgazowania części lotnych (WOL), wskaźnika wartości opałowej (WWO), wskaźnika składu pierwiastkowego paliwa (WSP), wskaźnika zdolności do zapłonu paliwa (WZZ) wskaźnika reaktywności paliwa (WRP) oraz wskaźnika wypalenia paliwa (WWP), następnie po zgromadzeniu dla kolejnych badanych paliw, danych pomiarowych dotyczących masy (M_p), ilości gazu palnego (V_p), ilości powietrza do spalania gazu (V_pg), ilości powietrza (V_p) do podajnika paliwa (11), podciśnienia na poziomie palnika (P_p), podciśnienia w komorze spalania (P_s), rozkładu temperatur spalin wzdłuż komory spalania (Tk), temperatury

PL 204 936 B1 zapłonu paliwa stałego (T), miejsca zapłonu paliwa stałego (Zz), zawartości części palnych w popiele (CC), temperatury ścianek w komorze spalania (T_s), masy próbki popiołu (M_pp), składu spalin (SS) wyznacza się przy pomocy sieci neuronowej (K), wartości wskaźników jakości spalania paliwa stałego po czym z uzyskanych wyników oceny porównawczej z wartościami wskaźników jakości spalania paliwa stałego z ustalonymi wcześniej dla kolejnych badanych paliw, określa się przydatność poszczególnych paliw dla założonych celów energetycznych.