Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badanie składu chemicznego popiołów lotnych pochodzących z fluidalnego i konwencjonalnego spalania węgla

Kuźnia M., Magiera A., Jerzak W., Ziąbka M., Lach R.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 8

1699--1703

PL

Przedstawiono wyniki analiz składu chemicznego popiołów lotnych pochodzących ze spalania węgla kamiennego w jednej z polskich elektrowni. Analizom poddano popiół lotny fluidalny z komory spalania z cyrkulującym złożem fluidalnym oraz popiół lotny pochodzący z paleniska konwencjonalnego. Analizowane popioły różnią się znacząco średnicą ziaren. W pracy zbadano skład chemiczny popiołów w zależności od wielkości cząstek. W popiele lotnym konwencjonalnym stwierdzono zawartość m.in. niedopalonego węgla. Analizowane popioły znacząco różnią się składem, m.in. stężeniem związków siarki i wapnia.

EN

Fly ashes from the coal combustion were analyzed for chem. compn. and grain size distribution by std. methods. The ashes differed significantly. The chem. compn. of ashes depended on the grain size. The conventional fly ash contained unburnt C. The fly ash from fluidized-bed combustion did not contain any microspheres but contained 10 times more of CaSO₄ than that from the conventional combustion.

2

Kinetic analysis of the addition of CO2 to the flame in the combustion of methane

Jerzak W., Kuźnia M.

Archivum Combustionis

|

2016

|

Vol. 36 nr 1

59--67

EN

The paper presents the results of the calculation of the effect of the CO2 addition in the combustion of methane in air enriched in oxygen up to 25 vol% on the variations in the concentrations of free radicals, CO and NO. The calculations constitute a complement to performed experiments with injecting CO2 at varying distances from the burner. Modelling of the kinetics of methane combustion was done in the Chemked II program by implementing the reaction mechanism GRI-Mech, version 3.0. Residence times of the reagents at temperatures of 1200, 1500 and 1800 K, necessary for obtaining the peak concentrations of H, OH, O and CO, have been determined. It has been demonstrated that the addition of CO2 reduces the peak concentrations of H, OH and O the stronger, the higher the temperature is. If the temperature in the flame region is at a level of 1200 K, then the CO2 addition lengthens the time necessary for achieving the peak reagent concentrations. For T=1100 K, a negligible effect of adding CO2 on the variation in the mole fractions of H, OH, O, CO was noted. The paper enumerates the predominant reactions included in the employed GRI-Mech system, which determine the consumption and production of H, OH, O, CO and NO in the flame.

3

Formation of CO in the Oxy-Fuel Premixed Flame

Jerzak W.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 1

300--315

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz numerycznych dotyczących tworzenia tlenku węgla (II) w kinetycznym płomieniu gazu ziemnego w warunkach oksy-spalania. W doświadczeniach korzystano z palnika nisko-wirowego, w którym stopień zawirowania strugi określony za pomocą liczby wiru S < 0,6. Badano wpływ składu utleniacza zawierającego CO2 i 23–29% obj. O2 na zmiany stężeń CO w płomieniu. Pobór spalin do analizy realizowano w osi palnika w odległościach 0,02–0,1 m z krokiem 0,02 m. Pomiaru temperatury spalin zasysanych do analizy dokonano termoparą PtRh10-Pt. Analizę reakcji w płomieniu o temperaturze 1500K przeprowadzono w programie Chemked II [7], po zaimplementowaniu mechanizmu spalania zaproponowanego przez Mendiara, Glarborg [14] zawierającego 779 reakcji zachodzących pomiędzy 97 związkami chemicznymi. W pakiecie FactSage™ [1] obliczono adiabatyczne równowagowe temperatury płomieni podczas spalania gazu ziemnego z dodatkiem O2 i CO2. Na podstawie obliczeń w programie Chemked wytypowano dominujące reakcje odpowiedzialne za tworzenie CO w płomieniu. Największy wkład w tworzenie CO ma reakcja: OH + CO ↔ H + CO2, a jej szybkość jest uzależniona od udziału CO2 w atmosferze utleniającej. Drugą reakcją sklasyfikowaną wg szybkości tworzenia CO jest: HCCO + O2 ↔ OH + CO + CO. Ponadto określono szczytowe stężenia rodników H, biorące udział w reakcjach tworzenia CO przy współudziale CO2 oraz ich zmiany z zawartością tlenu w mieszance palnej. Tlenek węgla w procesie oksy-spalania powstaje w płomieniu bardzo szybko, o czym świadczą szczytowe stężenia CO występujące najbliżej palnika. Jednak jego utlenienie do CO2 jest znacznie wolniejsze co wynika ze spadku stężenia CO z czasem rezydencji. Obecność znacznych ilości CO2 w substratach spalania ma działanie hamujące proces utleniania gazu ziemnego.

4

Wpływ wyłożenia ogniotrwałego pieca na proces nagrzewania wsadu

Szajding A., Rywotycki M., Gołdasz A., Straka R., Jerzak W.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 267

91--96

PL

W pracy przedstawiono model numeryczny wymiany ciepła w piecu grzewczym. Zaprezentowano wyniki symulacji komputerowych ukazujących wpływ wyłożenia ogniotrwałego pieca na proces nagrzewania wsadu. Analizie poddano pole temperatury i jego jednorodności we wsadzie, oraz czas potrzebny do nagrzewania wsadu. Model numeryczny i obliczenia opracowano w pakiecie ANSYS Fluent 14.5. Walidacji modelu numerycznego dokonano przy użyciu pieca testowego znajdującego się na wyposażeniu Katedry Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska AGH w Krakowie.

EN

This paper presents a numerical model of heat transfer in a heating furnace. The results of computer simulations show the influence of the refractory lining on the furnace charge heating process. The temperature field, the uniformity in the charge and the time needed to heat the charge have been analyzed. The numerical model was developed and calculations have been developed using the commercial program ANSYS FLUENT 14.5. Validation of the numerical model was made using a furnace testing equipment located on the Department of Thermal Engineering and Environment Protection, AGH University in Krakow.

5

Analysis of the combustion products of biogas produced from organic municipal waste

Kuźnia M., Jerzak W., Łyko P., Sikora J.

Journal of Power Technologies

|

2015

|

Vol. 95, nr 2

158--165

EN

Urban areas produce large amounts of organic waste, among others at eateries and residential locations. Methane fermentation can be used to turn these wastes into a valuable substrate for biogas production. Malopolska region (Poland), in 2010, produced 547,796 Mg of biodegradable waste. The estimated volume of biogas from this amount of waste is 62,449,000 m3. The composition of biogas produced from the fermentation of the municipal waste is about 45 vol% CH4, 35 vol% CO2 and other gases (H2O, O2, N2). This paper presents the results of modeling the kinetics of the biogas combustion process. For this purpose the program Chemked II was used, implementing the combustion mechanism created by the Gas Research Institute called the GRI-Mech version 3.0. The software enables thorough analysis of 325 reactions. Concentrations of CO, CO2, NO, N2 and O2 in flue gases were calculated.

6

On CO and NOx emission in the kinetic combustion of propane/natural gas mixtures

Jerzak W., Kalicka Z., Kawecka-Cebula E.

Environment Protection Engineering

|

2015

|

Vol. 41, nr 3

87--100

EN

Concentrations of CO and NOx during combustion of propane/natural gas mixtures in air and in air enriched with oxygen have been investigated. The mixtures were: low-propane (up to 10 vol. %) and high-propane (up to 45 vol. %) types. A large effect of the propane content on the CO concentration in combustion gases was observed; stronger for the low-propane mixtures. The increase in the NOx concentration with increasing propane content was lower and similar for the two types of mixtures.

7

Emissions of NOx and CO from Natural Gas Combustion with Adding CO2 at Varying Distances from the Burner

Jerzak W.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2014

|

Tom 16, cz. 1

148--160

PL

W artykule badano wpływ wysunięcia centralnej dyszy palnika doprowadzającej CO2, na emisję NOx i CO podczas spalania gazu ziemnego w powietrzu wzbogaconym w tlen do 25%. Dwutlenek węgla wstrzykiwano w odległościach 0; 0,05; 0,1 i 0,15 m od palnika, w ilości do 25% obj. Mieszanki utleniającej. Wzrost nadmiaru powietrza oraz oddalenie miejsca wstrzykiwania CO2 od palnika, skutkowało obniżeniem temperatury w miejscu poboru spalin. Stwierdzono, iż miejsce wstrzykiwania CO2 istotnie wpływa na emisję NOx i CO podczas spalania gazu ziemnego. W analizowanym palniku ze wstępnym wymieszaniem paliwa i utleniacza, wysunięcie dyszy doprowadzającej CO2 na odległość 0,05 m zwiększa stężenie NOx w spalaniach suchych, a dalsze wysuwanie dyszy od palnika prowadzi do obniżenia stężeń NOx dla badanych nadmiarów powietrza. Stężenia CO na skutek wysuwania dyszy doprowadzającej CO2, wykazują odmienne tendencje w porównaniu z NOx. Kierunek zmian stężeń CO i NOx istotnie uwarunkowany jest nie tylko od miejsca podawania czy udziału % CO2, lecz również od nadmiaru powietrza. Wstrzykiwanie do 10% CO2 w odległościach 0 oraz 0,05 m dla I=1.25 prowadzi do spadku stężenia CO, a przy dodatku powyżej 15% obj. CO2 mieszanki utleniającej następuje wzrost stężenia CO w spalinach suchych.

8

The effect of adding CO2 to the axis of natural gas combustion flames on CO and NOx concentrations in the combustion chamber

Jerzak W., Kuźnia M., Zajemska M.

Journal of Power Technologies

|

2014

|

Vol. 94, nr 3

202--210

EN

The paper presents the results of experiments on the effect of carbon dioxide addition during natural gas air combustion on the concentrations of CO and NOx in the combustion chamber. Numerical simulations were also performed using the Chemkin-Pro program. As part of the presented experiments, an innovative method of introducing carbon dioxide through the central nozzle of a kinetic burner was tested. This technique allows CO2 to be fed directly into the high-temperature zone, thus not hindering the mixing of the fuel with the oxidizer. The tests were carried out for an excess combustion air ratio of λ=1.1, 1.15 and 1.2, respectively, during the addition of CO2 to 15% vol. of oxidizing mixture (air + carbon dioxide). From combustion gas analyses made at a distance of 740mm from the burner outlet in the furnace axis and 20 and 40 mm from the axis, it was found that combustion chamber CO concentrations depended on the amount of CO2 introduced, the distribution of CO2 in the combustion chamber cross-section associated with the CO2 addition method and the excess air ratio. The highest CO concentrations were only noted in the combustion chamber axis with a considerable fraction of added CO2. Based on the computations and experiments it has been confirmed that diluting combustion gas with CO2 delivers a reduction in NOx concentration.

9

Kinetic analysis of co formation under oxy-combustion conditions

Jerzak W., Kuźnia M.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2014

|

Vol. 21, nr 4

415--424

EN

The paper reports the results of numerical computations concerning the formation of CO in the kinetic flame during natural gas oxy-combustion. The effect of temperature, reagent residence time and the composition of an atmosphere containing CO2 with 21 and 29 vol % O2 on the variation of CO concentration in the flame was examined. The oxy-combustion process was conducted with a 25 % excess oxygen. The analysis of reactions in flames at temperatures of 1500 K and 1800 K was performed within the Chemked II program using the combustion mechanism proposed by Mendiara & Glarborg, which includes 779 reactions. The computation results have confirmed that the rate of the key reactions responsible for the production of CO in the flame depends on the flame temperature and the oxy-combustion temperature. The peak CO concentrations are higher for the oxidizing mixture containing 29 vol % O2. After attaining a maximum, the CO flame concentration drops faster for an atmosphere richer in oxygen. The longer the time of reagent residence in the flame region, the lower the CO concentration. In different atmospheres and at different combustion temperatures, an identical CO level can be achieved in wet combustion gas. Irrespective of the temperature and atmosphere of oxy-combustion, most CO is produced as a result of the reaction OH + COHCO2. The reduction of oxygen in the oxidizing atmosphere at flame temperatures of 1500 and 1800 K lowers the CO production in the dominant reactions responsible for CO formation. The contribution of individual reactions in the CO production for the identical atmospheres is different with varying temperature. In the case of the reaction HCO + O2HO2 +CO, the temperature increase reduces the CO production. A reverse dependence of CO production on temperature characterizes the reaction H2 + CO + MCH2O + M. In addition, change in temperature changes the order in which the dominant reactions occur. Within the residence time equal to 100 ms, two periods of intensified CO production and consumption can be identified. The peak concentrations of H, OH and O radicals in the flame attain a maximum within the same time; as time goes by, the highest concentration is achieved by OH radicals. The presence of considerable levels of CO2 in the combustion substrates has an inhibiting effect on the natural gas oxidation process.

PL

W pracy zaprezentowano wyniki obliczeń numerycznych dotyczących tworzenia CO w kinetycznym płomieniu podczas oksy-spalania gazu ziemnego. Badano wpływ temperatury, czasu przebywania reagentów oraz składu atmosfery zawierającej CO2 i 21 oraz 29 % obj. O2 na zmianę stężenia CO w płomieniu. Proces oksy-spalania prowadzony był z 25 % nadmiarem tlenu. Analizę reakcji w płomieniach o temperaturach 1500 i 1800 K przeprowadzono w programie Chemked II, z zastosowaniem mechanizmu spalania zaproponowanego przez Mendiara, Glarborg zawierającego 779 reakcji. Wyniki obliczeń potwierdziły, że szybkość najistotniejszych reakcji odpowiedzialnych za tworzenie CO w płomieniu zależy od temperatury płomienia oraz atmosfery oksy-spalania. Szczytowe stężenia CO są większe dla mieszanki utleniającej zawierającej 29 % obj. O2. Po osiągnieciu maksimum, stężenie CO w płomieniu spada szybciej dla atmosfery bogatszej w tlen. Im dłuższy czas przebywania reagentów w obszarze płomienia, tym niższe stężenie CO. W różnych atmosferach oraz temperaturach spalania można uzyskać identyczny poziom CO w spalaniach mokrych. Bez względu na temperaturę oraz atmosferę oksy-spalania każdorazowo najwięcej CO utworzone zostaje w wyniku reakcji OH + CO H + CO2. Redukcja tlenu w atmosferze utleniającej przy temperaturach płomienia wynoszących 1500 i 1800K obniża produkcję CO w dominujących reakcjach odpowiedzialnych za tworzenie CO. Wkład poszczególnych reakcji w produkcję CO dla tych samych atmosfer ze zmianą temperatury płomienia jest zróżnicowany. W przypadku reakcji HCO + O2HO2 CO wzrost temperatury zmniejsza produkcję CO. Odwrotna zależność produkcji CO od temperatury charakteryzuje reakcję H2 + CO + MCH2O + M. Dodatkowo zmiana temperatury zmienia kolejność dominujących reakcji. W zakresie czasu rezydencji równego 100 ms wyróżnić można okresy wzmożonego tworzenia oraz zużywania CO. Szczytowe stężenia rodników H, OH i O w płomieniu osiągają maksimum w tym samym czasie, a w miarę jego upływu najwyższe stężenie posiadają rodniki OH. Obecność znacznych ilości CO2 w substratach spalania ma działanie hamujące proces utleniania gazu ziemnego.

10

The effect of combustion of natural gas with 21–29% O2/CO2/N2mixtures on emission of carbon monoxide

Kalicka Z., Jerzak W., Kawecka-Cebula E.

Archives of Environmental Protection

|

2013

|

Vol. 39, no. 4

93--103

EN

Natural gas combustion was carried out in air enriched with oxygen in the amount of 25 and 29% with addition of CO2 in place of part of nitrogen. The research was carried out at different flow rates of gas and oxygen excess ratios. The concentration of CO and NOx was analyzed. It has not been proved that the increased oxygen concentration influences significantly the CO concentration. However, the addition of CO2 caused a substantial variability of CO concentration in the exhaust gas, in contrast to the concentration of NOx which decreased monotonically. Model calculations, performed with use of FactSage, indicate an increase in the concentration of CO not only for the air enriched with oxygen, but after adding CO2 too, as well.

PL

Przeprowadzono spalanie gazu ziemnego w powietrzu wzbogaconym w tlen w ilości 25 i 29% z dodatkiem CO2 w miejsce części azotu. Badania prowadzono przy różnych przepływach gazu i współczynnikach nadmiaru tlenu. Analizowano stężenie CO oraz NOx. Nie stwierdzono, by zwiększone stężenie tlenu wpłynęło w sposób znaczący na stężenie CO. Natomiast dodatek CO2 spowodował znaczną zmienność stężenia CO w spalinach, w przeciwieństwie do stężenia NOx, które spadało monotonicznie. Obliczenia modelowe, przeprowadzone przy pomocy FactSage, wskazują na wzrost stężenia CO nie tylko dla powietrza wzbogaconego w tlen, ale także po dodaniu CO2.

11

Chemical analysis of refractory materials by SEM technique

Kuźnia M., Rozmus-Górnikowska M., Szajding A., Jerzak W.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 38, no. 2

141--149

EN

In Polish industry, especially in the iron and steel industry, uses large amounts of refractory materials. Waste materials are disposed of through a common storage. For altemative methods of waste management of refractory materials, it is necessary to carry out several studies. One of the basie research include determine the chemical composition of refractory materials exposed to liąuid steel. This paper presents the results of microscopic examination of changes in the concentration of refractory elements in new and used.

PL

W polskim przemyśle, zwłaszcza w hutnictwie żelaza i stali, wykorzystuje się duże ilości materiałów ogniotrwałych. Zużyte materiały są bardzo często unieszkodliwiane przez składowanie. Zastosowanie innych metod zagospodarowania odpadowych materiałów ogniotrwałych wiążę się z koniecznością przeprowadzenia wielu badań. Jednym z podstawowych badań jest m.in. określenie zmiany składu chemicznego materiałów ogniotrwałych narażonych na kontakt z ciekłą stalą. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań mikroskopowych dotyczących zmiany stężenia pierwiastków w materiałach ogniotrwałych nowych i zużytych

12

Zależność pomiędzy składem chemicznym popiołów a charakterystycznymi temperaturami topliwości popiołów węglowych oraz temperaturą likwidus

Jerzak W.

Karbo

|

2012

|

Nr 3

146--153

PL

Przedstawiono przegląd metod obliczeniowych dotyczących wyznaczenia zależności charakterystycznych temperatur topliwości od składu chemicznego popiołów węglowych. Przedmiotem badań było powiązanie obliczonych w pakiecie Fact-Sage 6.2 temperatur likwidus popiołów, w atmosferze utleniającej (powietrza) dla składów zaczerpniętych z literatury, z temperaturami kuli, półkuli i płynięcia. Obliczenia przeprowadzono w zakresie temperatur od 1250 do 1650°C z krokiem co 2°C dla 22 składów popiołów węglowych. Analizowano próbki popiołów zawierające dziewięć komponentów. Wyznaczone w FactSage 6.2 temperatury likwidus dla badanych popiołów węglowych zawierały się w przedziale 1294-1580°C. Uporządkowanie badanych popiołów według wzrastającej temperatury likwidus nie pokrywa się z kolejnością wzrostu temperatur ST, HT czy FT. Dla każdej próbki popiołu prognozowano pierwszą fazę stałą, jaka pojawiłaby się w ciekłym popiele węglowym podczas procesu ochładzania. Stosując estymację parametrów równań liniowych, uzyskano zadowalające odzwierciedlenie eksperymentów. Umiarkowaną zgodność wyników reprezentowaną przez współczynnik determinacji 0,76 odnotowano w przypadku temperatury kuli, natomiast dla temperatur płynięcia oraz półkuli współczynnik ten osiągnął satysfakcjonujący poziom (R2=0,94). Zaproponowane parametry do równań na temperatury ST, HT i FT pozwalają niejednokrotnie wierniej odzwierciedlić wyniki eksperymentów od pozostałych modeli empirycznych dla próbek popiołów spełniających kryteria do ich zastosowania. W przypadku temperatury półkuli wykazano 100 % zgodność wyników doświadczeń z obliczeniami, jeśli różnica temperatur pomiar/obliczenia nie przekracza ±40°C.

EN

A review of computational methods concerning the determination of correlations between the characteristic fusion temperatures and the chemical compositions of coal ashes has been made in the article. The purpose of the research presented in this article was to relate the liquidus temperatures of ashes, as computed in the FactSage 6.2 package in an oxidizing (air) atmosphere for compositions drawn from the literature, with the sphere, hemisphere and flow temperatures. The computations were performed in the temperature range from 1250°C to 1650°C with a step of 2°C for 22 coal ash compositions. Ash samples containing nine components were analyzed. The liquidus temperatures as determined in FactSage 6.2 for the coal ashes under study were contained in the range from 1294°C to 1580°C. The ordering of the examined ashes by increasing liquidus temperature does not coincide with the order of increase of ST, HT or FT temperatures. For each ash sample, the first solid phase that would arise in the liquid coal ash during the cooling process was predicted. By using the estimation of the linear equation parameters, the experiments were reflected satisfactorily. A moderate consistence of the results, as represented by the determination coefficient being equal to 0.76, was noted for the sphere temperature, whereas for the flow and hemisphere temperatures this coefficient attained a satisfactory level (R2=0.94). The proposed parameters for the equations for the ST, HT and FT temperatures often allow the experimental results to be reflected better than in the cases of the other empirical models for samples of ashes satisfying the criteria for their use. For the sphere temperature, a 100% consistence between the experimental results and the computations was demonstrated, if the measurement/computation temperature difference did not exceed ±40°C.

13

Obliczenia równowagowe a wyniki pomiarowe produktów spalania gazu ziemnego w atmosferze CO2/O2/N2

Jerzak W., Kalicka Z., Kawecka-Cebula E.

Archiwum Spalania

|

2012

|

Vol. 12, nr 3

81--90

PL

Zaprezentowano porównanie wpływu atmosfery CO2/O2/N2 i O2/N2 na stężenie wybranych produktów spalania gazu ziemnego. Obliczenia równowagowe wykonano w programie FactSage™ 6.2 [1] w warunkach adiabatycznej temperatury płomienia. Numeryczne warianty warunków spalania, jak stężenie tlenu i CO2 w mieszance paliwowej oraz współczynnik nadmiaru tlenu, odpowiadały przeprowadzonym próbom eksperymentalnym. Porównanie wyników eksperymentalnych z obliczeniami w stanie równowagi wykazało podobieństwo m. in. w kierunku spadku stężenia NO wraz ze wzrostem zawartości CO2 w mieszance paliwowej. Zwiększanie współczynnika nadmiaru powietrza w przypadku atmosfery O2/N2 powodowało, początkowo wzrost stężenia NO a następnie spadek, zarówno w przypadku obliczeń jak i pomiarów. Dodatek CO2 do mieszanki utleniającej powodował zwiększenie stężenia CO w spalinach. Efekt ten słabnął wraz ze wzrostem współczynnika nadmiaru tlenu. Przedstawiono również wyniki obliczeń wpływu składu mieszanki na równowagowe stężenia rodników, mających istotny wpływ na przebieg procesu spalania. Wykazano, iż obliczenia równowagowe mogą być pomocne do określenia kierunku zmian składu spalin, szczególnie w przypadku modyfikacji składu mieszanki paliwowej.

EN

The effect of an O2/N2/CO2 atmosphere in comparison with the O2/N2 one on the concentrations of natural gas combustion products was presented. The equilibrium calculations were performed with FactSage ™ 6.2 program [1] for the adiabatic flame temperature. The combustion conditions assumed for the performed numeric calculations, such as the oxygen and carbon dioxide concentrations in oxidizing mixture and the oxygen excess ratio in the fuel mixture, were the same as in the carried-out experiments. The comparison of the experimental results with the calculated ones done for equilibrium conditions showed that NO concentration was decreasing in flue gas with increasing CO2 concentration in fuel mixture. In O2/N2 atmosphere, the increase in oxygen excess ratio results initially in increasing NO concentration, and then in its decrease, which was indicated by the calculations as well as the experimental studies. The CO 2addition in oxidizing mixture was producing the CO increase in flue gas. The effect was declining when the oxygen excess ratio got higher. There was also presented the effect of fuel mixture composition on equilibrium radicals concentrations, which affect substantially the combustion process. It was shown that the equilibrium calculations can be of help to indicate the direction of changes of flue gas composition, especially for the case, when the fuel mixture composition is modified.

14

Evolution of equilibrium composition of MnO-SiO2 and Al2 O3 -MnO-SiO2 inclusions in liquid Fe and Fe-36%Ni alloy during cooling

Jerzak W., Kalicka Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 2

449-455

EN

Evolution of chemical composition of inclusions for Fe-36%Ni melt on cooling was simulated on the basis of theoretical analysis. The equilibrium states for deoxidization reactions using manganese, silicon and aluminum were found by using the subregular solution thermodynamic model, including the interaction parameters and the activity coefficients for O, Mn, Si i Al at infinite dilution in iron and nickel. The equilibrium compositions of the inclusions when cooling the melt were computed for Fe-36%Ni for the temperatures from 1873K to 1773K. For comparison, the same analysis was made for pure iron melt. The obtained results indicate different behavior of the inclusions for those melts. For Fe-36%Ni, either MnO-SiO2 inclusions or Al2 O3 -MnO-SiO2 ones always increase substantially in MnO content on cooling. When Al2 O3 content goes up, the effect gets weaker. As to the pure iron melt, the inclusions behave more differently, i.e., the MnO content may go up, go down or stay constant depending on the initial inclusion composition. Despite of the fact that Al2 O3 -MnO-SiO2 inclusions fluctuate significantly as to their compositions for Fe-36%Ni melt, it seems however, that it would be easier for this melt - in comparison to pure iron one - to forecast such a chemical target composition which would allow to achieve the desired composition of the inclusions left within the residual melt after metal cooling from 1873K to 1773 K.

PL

Przeprowadzono teoretyczną symulację zmiany składu wtrąceń w stopie Fe-36%Ni podczas chłodzenia. Stałe równowagi reakcji odtleniania manganem, krzemem i glinem obliczono zakładając model subregularny i wykorzystując parametry oddziaływania oraz współczynniki aktywności O, Mn, Si i Al w nieskończonym rozcieńczeniu w żelazie i niklu. Obliczono równowagowe składy wtrąceń w procesie chłodzenia Fe-36%Ni od 1873K do 1773K. Porównawczo wykonano taką samą analizę dla żelaza. Uzyskane wyniki wskazują, że wtrącenia zachowują sie różnie w obu metalach. W stopie Fe 36%Ni, zarówno wtrącenia MnO-SiO2 jak i Al2 O3 -MnO-SiO2 zawsze wzbogacają sie w znacznym stopniu w MnO gdy temperatura spada. Zwiększenie zawartości Al2 O2 osłabia ten efekt. Wtrącenia w żelazie zachowują sie bardziej różnorodnie - ułamek molowy MnO może zwiększać się, zmniejszać lub pozostawać stały, zależnie od początkowego składu wtrącenia. Mimo, że wtrącenia Al2 O3 -MnO-SiO2 ulegają znacznym zmianom w stopie Fe-36%Ni, to wydaje się, że prognozowanie takiego składu wtrąceń w 1873K aby po ochłodzeniu metalu i wypłynięciu części z nich, pozostałe wtrącenia miały pożądany skład, może być łatwiejsze w Fe-36%Ni niż w żelazie.

15

Modele teoretyczne do obliczeń współczynników aktywności tlenu w ciekłych stopach Ni-Cu

Jerzak W.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2011

|

R. 56, nr 7-8

420-424

PL

W artykule przedstawiono sposób wyznaczenia współczynników aktywności tlenu według Raoulta, dla ciekłych stopów Ni-Cu w temperaturach 1773 K i 1823 K o zróżnicowanej zawartości Cu, z wykorzystaniem różnych modeli teoretycznych. Brali wiedzy na temat niektórych parametrów oddziaływania sprawił, iż w artykule zaprezentowano metodykę wyznaczenia dwuskładnikowych parametrów oddziaływania typu Redlich-Kister do modelu opartego na formalizmie kwadratowym. Aby dokonać takiego zabiegu, należało wykorzystać zależności wiążące ze sobą parametry oddziaływania pierwszego rzędu w rozwinięciu według ułamków molowych So(Cu)-eo(Ni) oraz współczynniki aktywności tlenu w ciekłym niklu oraz miedzi. Przeprowadzone obliczenia, połączone z wyborem optymalnych współczynników aktywności tlenu w czystych metalach, pozwoliły na lepsze odwzorowanie wyników eksperymentów od prezentowanych do tej pory w literaturze rozwiązań.

EN

The method of estimating the oxygen activity coefficient, according to Raoult, for the liquid Ni-Cu alloys - of a variable Cu content - at temperatures 1773 K and 1823 K is presented in the paper upon four theoretical models. The Ni-Cu alloys, not Cu-Ni alloys, were considered due to the fact that the reference state, for the activity coefficient calculation on the bases of experiments, was pure nickel. Activity coefficients and interaction parameters are the values which can not be directly measured, but can be experimentally determined. However, it should be remembered, that the determination of these values for all liquid alloys at arbitrary temperatures is practically impossible. Therefore several scientists created or modified the previously known models describing systems of the Ni-Cu-O type. Usually models are determined on the given system of elements and transferring them into another system requires new parameters for the model. Calculating the oxygen activity coefficients at an infinite dilution for an arbitrary composition of the Ni-Cu alloy requires the knowledge of these components' interactions in a liquid solution. The method of the determination of binary interaction parameters of the Redlich-Kister model based on the quadratic formalism, is described in this paper. In order to perform such operation, relationships between first order the interaction parameters in expansion abased on the mole fractions and the oxygen activity coefficients in liquid nickel and copper, should be used. The performed calculations - combined with the selection of the optimal values of the oxygen activity coefficients in pure metals - enabled the better representation of the experimental results than the solutions presented so far in the references.

16

Adiabatyczna temperatura płomienia oraz prędkość spalania laminarnego dla mieszanin CH4/H2/powietrze

Jerzak W.

Archiwum Spalania

|

2011

|

Vol. 11, nr 3-4

197-206

PL

W artykule analizowano wpływ składu mieszaniny CH4/H2/powietrze na adiabatyczną temperaturę płomienia i prędkość spalania laminarnego. Korzystając z programu FactSage obliczono adiabatyczne temperatury płomieni podczas spalania mieszanin CH4/H2/powietrze zawierających objętościowo od 0 do 100% H2. Wyznaczono kierunek zmian wartości współczynników ekwiwalencji, przy których uzyskuje się najwyższe temperatury adiabatyczne w zależności od zawartości wodoru w mieszaninie. Dla przypadku spalania mieszanek o składzie 0 do 100% H2 w powietrzu dla współczynnika ekwiwalencji φ= 1,0 odnotowano podobieństwo krzywych opisujących adiabatyczną temperaturę spalania oraz prędkość spalania laminarnego.

EN

In the article the impact at the composition of CH4/H2/air mixtures on the adiabatic flame temperature and laminar burning velocity was analyzed. The adiabatic flame temperatures of CH4/H2/air mixtures burning, containing from 0 to 100% by volume of hydrogen, were calculated using FactSage program. The direction of changes in the values at equivalence ratios for different hydrogen contents in the mixture to ensure the highest adiabatic temperatures was determined. For the case of the combustion of mixtures of 0 to 100% H2 in air for equivalence ratio φ = 1,0 the effect of similarity in the curves of adiabatic combustion temperature and laminar burning velocity was noted.

17

The reduction of the emission of NOx in the heat-treating furnaces

Wilk M., Magdziarz A., Kuźnia M., Jerzak W.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 36, no. 1

47-55

EN

Despite the fossil fuel are still dominant source of primary energy in the word, the natural gas is generally used in many branches in industry. The interest in natural gas is caused by new production technologies (shale gas). This situation leads to take an interest in natural gas combustion technologies, especially low-emission combustion. In spite of many advantages of natural gas, it is also a source of nitrogen oxides generated during combustion in high temperature processes. The knowledge of the mcchanisms of the formation of NOx allows to modify the combustion process. There are two ways of Iow emission combustion processes leading to reduce pollutants: "primary and secondary methods". This paper presents the primary low-emission combustion method using the recirculation of flue gas and air excess ratio.

PL

Pomimo tego, że paliwa kopalne pozostają nadal dominującym źródłem energii pierwotnej na świecie, gaz ziemny cieszy się dużą popularnością. Związane jest to z nowymi technologiami produkcji niekonwencjonalnego gazu w procesie przerobu łupków. W związku z tym, zwraca się uwagę na procesy spalania gazu ziemnego, a szczególnie na niskoemisyjne techniki spalania. W wysokiej temperaturze podstawowym niekorzystnym produktem spalania gazu ziemnego są tlenki azotu NOx. Znajomość mechanizmów ich powstawia pozwala na modyfikację procesu spalania tak, aby ograniczyć ich emisję. Wyróżnia się metody pierwotne i wtórne ograniczania NOx. W pracy przedstawiono wyniki eksperymentalne ograniczania emisji NOX metodą pierwotną z wykorzystaniem recyrkulacji spalin i stosunku nadmiaru powietrza.

18

Activity Coefficients of Manganese, Silicon and Aluminum in Iron, Nickel and Fe-Ni Alloys

Jerzak W., Kalicka Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 2

441-447

EN

The effect of the nickel contents in Fe-Ni melts on the activity coefficients of oxygen and such deoxidisers as manganese, silicon and aluminum, at an infinite dilution, is considered. The activity coefficients are evaluated on the basis of the sub-regular solution model assumption by using the data for O, Si, Mn, Al in pure Fe and Ni melts only. From the obtained results it seems that the activity coefficients of both silicon and aluminium are decreasing, while the activity coefficient of oxygen is increasing, with the increase of the nickel content, and that the strongest effect occurs for aluminium.

PL

Rozważono wpływ zawartości niklu w ciekłym stopie Fe-Ni na współczynniki aktywności tlenu oraz takich odtleniaczy jak mangan, krzem i glin, w roztworze o nieskonczenie dużym rozcieńczeniu. Współczynniki aktywności zostały obliczone przy założeniu modelu roztworu subregularnego, jedynie w oparciu o dane dla O, Si, Mn, Al w czystych Fe i Ni. Z otrzymanych wyników wynika, iż zarówno aktywność krzemu jak i glinu maleje, w przeciwieństwie do rosnącej aktywności tlenu, w przypadku rosnącej zawartości niklu w stopie Fe-Ni, a efekt ten jest najsilniejszy dla glinu.

19

Wpływ lokalnego zróżnicowania stężeń manganu w stali o różnej zawartości niklu na skład wtrąceń MnO-SiO2 w czasie oziębiania

Jerzak W., Kalicka Z.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2006

|

T. 58, nr 4

79-81

PL

Przeprowadzono obliczenia równowagowego składu wtrąceń MnO-SiO2, dla stopu Fe-36Ni w porównaniu ze stalą bez niklu, w przypadku oziębiania metalu o zróżnicowanej zawartości manganu w obszarze kadzi. Obliczenia wykonano w zakresie od 1873 do 1773 K. Założono wariant bez mieszania oraz z częściowym mieszaniem. Zmiany składu wtrąceń okazały się w dużym stopniu zależne od zawartości niklu oraz zróżnicowania stężenia manganu.

EN

Computations of equilibrium compositions for MnO-SiO2., inclusions formed in Fe-36Ni alloy were performed. The data were compared to the ones of nickel-less steel in case of cooling the alloys with different Mn contents within the ladle compartment. The computations were carried out for the temperatures from 1873 to 1773 K. Two variants were considered: with no mixing and with partial mixing. It was found that changes in compositions of inclusions were to a large extent dependent on niekel content and non-uniformity of Mn content in steel.