Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Improving of boiler efficiency by controlling the harmful substances concentration in the combustion products

Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Structure and Environment

|

2018

|

Vol. 10, no. 4

367--375

EN

Chemical carbon level control is considered to be one of the simplest, cheapest and the most effective methods of optimizing fuel combustion. Standardized balance boiler’s tests show that maximum efficiency can be mentioned with highly noticeable chemical underburn responding to concentration of carbon monoxide 0.02-0.03% vol. (200-300 ppm). In addition, nitrogen oxide, which originates in maximum temperature (with lack of underburn), is 35 times more toxic than carbon monoxide. It can be supposed that defining the permissible level of chemical underburn is a typical optimizing issue due to minimize the destination function. To simplify and unify the issue, ecological and economical fuel combustion criteria were proposed as well as general energy-ecology criterion, which is simultaneously the searched destination function. Results of such research on boilers have shown that optimum combustion operation takes place within carbon monoxide concentration of 234-379 mg/m3, oxygen 4.11-4.24% vol. and air pressure 80-81 daPa.

PL

Sterowanie poziomem niedopału chemicznego uważa się za jedną z najprostszych, najtańszych i wysokoefektywnych metod optymalizacji spalania paliwa. Standardowe bilansowe próby kotła pokazują, że maksymalną jego sprawność notuje się przy wielce zauważalnym niedopale chemicznym odpowiadającym stężeniu CO na poziomie 0,02-0,03% obj. (200-300 ppm). Ponadto tlenki azotu, które powstają w maksymalnej temperaturze, czyli przy braku niedopału, są substancjami około 35 razy bardziej toksycznymi niż tlenek węgla. Z tego wynika, że wyznaczenie dopuszczalnego poziomu niedopału chemicznego stanowi typowe zagadnienie optymalizacyjne, mające na celu zminimalizowanie pewnej funkcji docelowej. Dla ujednolicenia tego problemu zostało zaproponowane ekologiczne i ekonomiczne kryterium spalania paliwa, jak również uogólnione kryterium energetyczno-ekologiczne będące poszukiwaną funkcją docelową. Jak pokazały wyniki takich badań na kotłach, optymalny tryb spalania znajduje się w zakresie stężenia tlenku węgla w granicach 234-379 mg/m3, tlenu 4,11–4,24% obj. i ciśnienia powietrza 80–81 daPa.

2

Badanie wspólnego spalania paliwa gazowego i mazutu

Szkarowski A., Janta-Lipińska S., Dąbrowski T.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 2

1515--1529

PL

W dzisiejszych czasach gaz ziemny oraz ropa naftowa (mazut) są paliwami powszechnie wykorzystywanymi w kotłowniach przemysłowo-grzewczych małej i średniej mocy. Obecnie większość rafinerii doskonali procesy technologii przeróbki ropy naftowej. Każda przeróbka surowca tj. ropa naftowa powoduje zmiany szeregu fizyko-chemicznych właściwości mazutu. Wskutek tego podczas spalania mazutu następuje m.in. naruszenie wskaźników przewidywanych w karcie pracy kotła, zwiększenie jego niezupełności spalania, powstawanie na powierzchniach wymiany ciepła osadów z cząsteczek koksu oraz obniżenie stabilności spalania aż do zerwania płomienia. Aby móc zwiększyć szybkość i zupełność procesu spalania oraz efektywne wykorzystanie powierzchni ekranowych należy zapewnić jak najwyższy stopień dyspergowania paliwa. Jednak istniejące wtryskiwacze palników kotłów przeznaczonych do spalania mazutu nie są w stanie zapewnić jego rozpylania na poziomie poniżej 100 μm. Dlatego też rzadko stosowane wspólne spalanie paliwa gazowego i mazutu okazuje się tutaj doskonałym rozwiązaniem posiadającym kilka atutów. Prowadzi ono, bowiem do zwiększenie współczynnika emisyjności, zwiększenia sprawności kotła a także zapobiega osadzaniu się i koksowaniu się resztek mazutu na powierzchniach kotła Uzyskane wyniki badań wykorzystano w praktyce w celu zmniejszenia emisji tlenków azotu do atmosfery oraz poprawy sprawności cieplnej kotła typu DKVR 10-13. Opracowanie wykonane zostało na przykładzie jednego z trzech kotłów zainstalowanych w Ósmej Rejonowej Kotłowni Wyborskiego Rejonu Sankt-Petersburga. W przypadku niniejszego kotła analiza metod zmniejszenia emisji tlenków azotu i doświadczenia autorów wykazują istotne zalety metody wtrysku wilgoci do strefy spalania. Metoda ta wymaga jednak określenia optymalnych charakterystyk parametrów jej zastosowania. Dlatego też w celu wtrysku dodatkowej wilgoci, która jest potrzebna do rozpryskiwania mazutu należy odpowiednio zmodyfikować zawirowywacze głowicy rozpryskującej (rysunek 1). Powyższe działania pozwoliły założyć poziom zmniejszenia emisji NOx o 30% przy spalaniu paliwa gazowego oraz o 20% przy wspólnym spalaniu paliwa gazowego i mazutu. Emisję NOx podaje się w przeliczeniu na masową emisję tlenków azotu, ponieważ właśnie ten wskaźniki charakteryzuje bezwzględny wpływ emisji szkodliwych składników spalin na zanieczyszczenie atmosfery (rysunek 3 i 4). W trakcie przeprowadzonej analizy uwzględniane zostały trzy poziomy ewentualnego wpływu emisji ze spalinami kotłów na zanieczyszczenie atmosfery zarówno przy spalaniu paliwa gazowego jak i wspólnym spalaniu paliwa gazowego i mazutu. Powyższe autorskie rozwiązania towarzyszyły ogólnemu usprawnieniu pracy kotła i zwiększeniu efektywności wykorzystania paliwa przy wspólnym spalaniu gazu i mazutu.

EN

Nowadays natural gas and fuel oil (mazut) are fuels commonly used in low and medium power industrial boiler houses. Currently majority of refineries improves technological processes of crude oil processing. Each processing of the resource, i.e. crude oil, changes many physio-chemical properties of fuel oil. As a result, while fuel oil combustion, indicators provided in boiler’s manual are violated, incomplete combustion is increased, sediments made of coke are created on heat exchange surfaces and combustion stability decreases until flameout, among others. Increasing speed and completeness of the combustion process as well as effective use of screen surfaces requires the highest possible level of fuel dispersing. However, available boilers’ burner injectors intended for fuel oil combustion are not capable of spraying it at level lower than 100 μm. That is why rarely used co-combustion of gas fuel and fuel oil turns out to be a great solution in this situation. It leads to increased emission rate and boiler’s proficiency, as well as prevents deposition and coking of fuel oil leftovers on boiler’s surfaces. Achieved research results were used in practice in order to decrease emission of nitric oxides into the atmosphere and increasing thermal efficiency of type DKVR 10-10 boiler. The study was conducted on an example of three boilers installed in the Wyborsky’s Eighth Regional Industrial Boiler House of Sankt Petersburg Region. In the case of this boiler, the analysis of methods aimed at decreasing emission of nitric oxides and author’s experiences, indicate important advantages of method based on injection of moisture into the combustion area. However, this method requires setting optimal parameters in order to use it. That is why in order to inject additional moisture, which is needed for pulverizing fuel oil, mixer of pulverizing head needs to be modified (Fig. 1). The abovementioned actions allowed to assume lowering NOx emission by 30% with gas fuel combustion and 20% with gas fuel and fuel oil co-combustion. Emission of NOx is provided in conversion to mass emission of nitric oxides, because this indicator characterizes absolute impact of harmful parts of combustion gases on atmosphere pollution (Fig. 3 and 4). Three levels of potential impact of emission with boiler’s combustion gases on atmosphere pollution with gas fuel combustion as well as co-combustion of gas fuel and fuel oil were taken into consideration while conducting the analysis. The abovementioned solutions provided general improvement in boiler’s operation and increased efficiency of fuel use during co-combustion of gas and fuel oil.

3

Wtrysk balastu wodnego jako metoda zmniejszenia emisji tlenków azotu

Szkarowski A., Janta-Lipińska S., Orłowska M., Mamedov S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2017

|

Tom 19

497--510

PL

Metoda wtrysku balastu wodnego jest jednym z najbardziej perspektywistycznych rozwiązań naukowo-technicznych. Skierowana jest ona przede wszystkim na zmniejszenie zanieczyszczeń atmosfery szkodliwymi produktami spalania paliwa organicznego. Przeprowadzona analiza pokazuje, że metoda wtrysku charakteryzuje się unikalnymi energo-ekologicznymi i techniczno-ekonomicznymi wskaźnikami spośród innych technologii ochrony atmosfery. Przesłanką do uzasadnienia tej metody jest zjawisko niejednorodności płomienia wzdłuż paleniska zarówno ze względu na jego skład jak i temperaturę. Przy czym różne strefy płomienia w różnym stopniu „odpowiedzialne” są za powstawanie poszczególnych składników. Temperaturowe warunki i koncentracje komponentów reakcji chemicznych w tych strefach wyznaczają intensywność generacji tlenków azotu (NOx) i ich końcowe stężenie w spalinach. Wtrysk wilgoci do dokładnie określonych stref płomienia obniża ich temperaturę będącą głównym czynnikiem przyśpieszającym generację NOx. Ponadto metoda ta pozwala zapewnić zupełne spalanie przy obniżonym stężeniu wolnego tlenu, co również przyczynia się do zdławienia powstawania tlenków azotu. Opracowanie wykonane zostało dla dwóch kotłów PTVM-50 z palnikami DKZ (rys. 1) zainstalowanych w Drugiej Krasnogwadiejskiej kotłowni w Sankt-Petersburgu. Wstępne obliczenia wykazały, że metoda ta zapewnić może zmniejszenie emisji NOx o 25 do 30% przy wtryskiwaniu balastu w ilości do 1% ekwiwalentnej wydajności parowej kotła. Z kolei zmniejszenie nadmiaru powietrza i towarzyszące temu obniżenie strat ciepła spalinowych powinno pozwolić na zwiększenie sprawności kotła brutto o około 1%. Powyższe założenia zrealizowane zostały w trakcie badań. Ponadto opracowana została optymalna konstrukcja głowicy do wtryskiwania wilgoci, która nakręcana była w miejscu głowicy rozpylającej mazut (rys. 3). Wykorzystanie takiego rozwiązania pozwoliło na pomiary emisji NOx w spalinach, które zaprezentowane zostały w pracy (rys. 4 i rys. 5). W trakcie przeprowadzonej analizy uwzględniane zostały trzy poziomy ewentualnego wpływu emisji ze spalinami kotłów na zanieczyszczenie atmosfery.

EN

The water ballast injection method is one of the most prospective scientific and technical solutions. Its chief purpose is to reduce the pollution of air with harmful products of organic fuel combustion. The analysis conducted demonstrates that the injection method is characterized by unique energy efficiency and environmental friendly indices as compared to other air quality protection methods. The phenomenon of the heterogeneity of the flame along the furnace considering both its composition and temperature constitutes the grounds of this method. Various flame areas are “responsible” to a different extent for the occurrence of individual components. The temperature conditions and the concentrations of the components of chemical reactions in these areas determine the intensity of the generation of nitrogen oxides (NOx) and their final concentration in fumes. An injection of humidity into accurately specified flame areas lowers their temperature, which constitutes the main factor that accelerates the generation of NOx. Furthermore, this method guarantees complete combustion with a reduced concentration of free oxygen, which also contributes to a suppressed occurrence of nitrogen oxides. The present study was performed for two PTVM-50 boilers with DKZ burners (Fig. 1) that are installed in the Second Krasnogwadiejski Boiler Plant in Sankt-Petersburg. Preliminary calculations demonstrated that this method may guarantee a reduction of NOx emissions by 30 per cent with a balance injection in a quantity up to 1 per cent of the equivalent steam boiler performance. A reduction of excess air and the accompanying reduction of fume heat loss should permit an increased gross boiler efficiency by ca. 1 per cent. The aforementioned assumptions were realized during the studies. Furthermore, an optimal design was developed of a head for humidity injection, which was installed in the place of a head that sprays mazut (Fig. 3). The use of this solution permitted measurements of NOx emission in fumes, which are presented in the study (Fig. 4 and Fig. 5). In the analysis conducted, three levels were taken into account of the possible impact of the emissions of fumes from boiler on air pollution.

4

Badania numeryczne wpływu zabudowy grzejnika konwekcyjnego półką poziomą z zakrzywieniem na rozkład pól temperatury i prędkości powietrza w pomieszczeniu

Orłowska M., Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2017

|

Tom 19

590--599

PL

Celem pracy było wykonanie badań numerycznych płytowego wymiennika ciepła obudowanego półką poziomą z zakrzywieniem. Dzisiejsze możliwości komercyjnych programów komputerowych są imponujące. Obliczenia wykonano przy użyciu kodu obliczeniowego Ansys Flotran. Dzięki niemu można symulować przepływy przy zadanych warunkach brzegowych. W przyszłości autorka pragnie poszerzyć badania o weryfikację obliczeń numerycznych na stanowisku pomiarowym laboratoryjnym. Artykuł traktuje o zabudowie płytowych wymienników ciepła. Są to najbardziej popularne i wykorzystywane obecnie w c.o. typy grzejników. Istnieje ich cała gama a rozmaite wymiary, kolory, efekty wizualne oraz duża bezwładność cieplna decydują o wyborze. Często grzejniki takie montowane są wg warunków montażowych osób je instalujących. Nie zawsze przynoszą oczekiwany efekt cieplny. Niekiedy niewłaściwy montaż lub przysłonięcie może wiązać się ze zmniejszeniem efektywności – wydajności cieplnej. Mowa tutaj nie tylko o meblach czy osłonach je przysłaniających ale również o bardzo popularnych półkach poziomych – parapetach. Parapety mają różne głębokości i szerokości. Wykonywane są z rozmaitych materiałów, np. plastik czy marmur. Bywa, że posiadają zakrzywienia krawędzi. Pojawia się pytanie jak tego typu konstrukcje wpływają na efekt cieplny – wydajność grzejnika? W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań numerycznych dotyczących konwekcyjnego wymiennika ciepła. Wymiennik obudowano poziomą płytą z zakrzywieniem (rys. 1). Uzyskano pola temperatury i prędkości – rysunki 2-5. Na ich podstawie wyznaczono współczynnik przejmowania ciepła α, który decyduje o intensywności wymiany ciepła. Okazało się, że zakrzywienie i obudowanie grzejnika parapetem niekorzystnie wpływa na rozkład współczynnika przejmowania ciepła α. Dlatego też korzystniejszy jest układ bez półki poziomej. Decydując się na obudowę powinniśmy zwrócić uwagę na tego typu elementy ozdobne i przemyśleć warunki montażowe aby w pełni wykorzystać możliwości grzewcze wymiennika ciepła.

EN

Main objective of this work was to perform numerical studies with heat exchanger covered in horizontal shelves. Today's possibilities of commercial computer programs are impressive. Calculations were performed using the simulation code Ansys Flotran. One can simulate flows under the given boundary conditions. In the future, the author wants to expand the study to verify the numerical calculations on the laboratory measuring station. This article concerns plate heat exchangers. These are the most popular and currently used in c.h. types of heaters. There are a whole range of different sizes, colors, visual effects and high thermal inertia determine the choice. Very often, such heaters are installed according to installation conditions. Sometimes, improper installation or cover may be associated with decreased heat output efficiency. This applies not only to furnitures but also a very popular horizontal shelves – window sills, which have different depths and width and they are made of various materials, for example – plastic or marble. Sometimes, they have a curvature of the edge. The question is, how this type of structures influence the thermal effect – the performance of the radiator? This article presents selected results of numerical research on the convective heat exchanger. Heat was encased in a horizontal plate with curvation – Fig. 1. Temperature field, velocity and air density – Fig. 2-5. were obtained. heat transfer coefficient α, which determines the intensity of heat exchange was set on that basis. It turned out that the curvature of the enclosure and heater sill affects the distribution of the heat transfer coefficient α. Therefore, no horizontal shelf is preferred. we should pay attention to this type of decorative elements and think about mounting conditions to take full advantage of the heat exchanger when we deciding on the cover.

5

Improving of boiler efficiency by controlling the harmful substances concentration in the combustion products

Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Journal of New Technologies in Environmental Science

|

2017

|

Vol. 1, nr 2

61--67

EN

Working for many years on theory and practice of effective and environment friendly fuel combustion, authors constantly promote the principle of energy-ecological optimisation [1]. Such approach means that optimum result of fuel combustion is qualified not only by direct efficiency of fuel consumption but also by minimal damage made to people and natural environment [2, 14]. One of the simplest, cheapest and at the same time highly effective ways of such optimisation is the burning of fuel in a zone of controllable, remnant chemical underburn (RCU) [3, 9, 10]. This may sound paradoxically for many specialists. Most boiler operation specialists are used to obey the unquestionable rule: products of non complete fuel combustion, especially when burning gas fuel, shall not be present in flue gases. This publication is intended to evaluate this question from the energy-ecological optimisation point of view, that is optimisation regarding fuel savings as well as environment protection.

6

Improving of boiler efficiency by controlling the CO concentration in the furnace cavity

Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Journal of New Technologies in Environmental Science

|

2017

|

Vol. 1, nr 1

31--35

EN

Working for many years on theory and practice of effective and environment friendly fuel combustion, authors constantly promote the principle of energy - ecological optimisation [1]. Such approach means that optimum result of fuel combustion is qualified not only by direct efficiency of fuel consumption but also by minimal damage made to people and natural environment [2]. One of the simplest, cheapest and at the same time highly effective ways of such optimisation is the burning of fuel in a zone of controllable, remnant chemical underburn (RCU) [3, 9]. This may sound paradoxically for many specialists. Most boiler operation specialists are used to obey the unquestionable rule: products of non complete fuel combustion, especially when burning gas fuel, shall not be present in flue gases. This publication is intended to evaluate this question from the energy-ecological optimisation point of view, that is optimisation regarding fuel savings as well as environment protection.

7

Obniżenie emisji tlenków azotu z kotłów DKVR

Szkarowski A., Janta-Lipińska S., Gawin R.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2016

|

Tom 18, cz. 1

565--578

PL

Standardowe bilansowe próby kotła pokazują, że maksymalną jego sprawność notuje się przy zauważalnej niezupełności spalania. Tlenki azotu, które powstają w maksymalnej temperaturze, czyli przy braku chemicznej niezupełności spalania są substancjami o wiele bardziej toksycznymi niż np. tlenek węgla. Z tego też powodu zespół autorów podjął się opracowania i wdrożenia środków mających na celu obniżenie emisji toksycznych tlenków azotu dla atmosfery na przykładzie kotła DKVR-20-13 z trzema palnikami gazowo-mazutowymi GMGB-5,6. Skomplikowany charakter tego zagadnienia powoduje konieczność jego indywidualnego rozwiązania w każdym konkretnym przypadku nastawiania kotła z uwzględnieniem charakterystyk i szczegółów wszystkich składowych urządzeń całego zespołu kotłowo-paleniskowego. Zasadniczym problemem, na który natknął się zespół autorów już w trakcie prowadzenia prac badawczych okazała się kwestia poziomu odniesienia względem, którego określane powinno być obniżenie emisji. Autorzy podjęli w związku z tym decyzję, żeby za taki poziom odniesienia przyjmować faktyczną maksymalną emisję, weryfikując ją uprzednio z maksymalną dopuszczalną emisją tlenków azotu dla omawianych typów urządzeń. W swojej pracy autorzy przedstawili i przeanalizowali szereg wariantów służących zmniejszeniu emisji tlenków azotu do atmosfery. Wśród analizowanych sposobów znalazła się m.in. recyrkulacja spalin, wtrysk pary wodnej oraz inwentaryzacja kotłowni. Wstępna analiza teoretyczna a także doświadczenie zespołu badawczego pozwoliło polecić jako efektywną metodę zmniejszenia emisji tlenków azotu dla kotłów DKVR pracujących w trybie przemysłowo-grzewczym: metodę wtryskiwania pary do strefy spalania lub recyrkulację spalin. Pożądany efekt to co najmniej 30% obniżenie emisji tlenków azotu. Uzyskane przez autorów wyniki emisji NOx zaprezentowane zostały w pracy w dwojaki sposób: w przeliczeniu na masową emisję tlenków azotu (rys. 1) oraz jako wartość obiektywna w przeliczeniu na α = 1 (rys. 2). W trakcie prowadzonej analizy uwzględniano trzy poziomy ewentualnego wpływu emisji ze spalinami kotłów na zanieczyszczenie atmosfery, co uwzględniono i przedstawiono na rysunku 1. Zestawienie głównych mierzonych i obliczanych wartości, które charakteryzują działanie kotła zestawiono w tabeli 1. W niniejszej publikacji ponadto określone zostały faktyczne poziomy emisji tlenków azotu dla kotłów w stanie eksploatacyjnym a także opracowany został a następnie wdrożony układ zmniejszenia emisji NOX metodą wtryskiwania pary. Dodatkowo autorom udało się określić optymalny tryb pracy systemu zmniejszenia emisji, który pozwolił osiągnąć wymagane zakładane na wstępie 30% zmniejszenie. Zalecany w praktyce tryb pracy kotłów z włączonym systemem zmniejszenia emisji tlenków azotu nie powoduje obniżenia sprawności samego zespołu kotłowego.

EN

The standard sample balance of the boiler showed that the maximum efficiency has been observed in noticeable incompleteness of combustion. The nitrogen oxides which are formed at the highest temperature that is in the absence of chemical incompleteness of combustion are substances that are much more toxic than eg. carbon monoxide. For this reason the team of authors undertook the development and implementation of measures to the reduction of toxic emissions of nitrogen oxides to the atmosphere using boiler DKVR-20-13 with three gas/fuel oil burners GMGB-5.6. The complicated nature of the issue makes it necessary to have an individual solution in each case, in relation to the adjustment of the boiler, taking into account the characteristics and details of all components of the whole boiler-furnace mechanism. The principal problem which was encountered by a team of authors already in the process of conducting research turned out to be a matter of respect to a reference level, which should be referred to the reduction in emissions. The authors have therefore decided to be the reference for the actual take maximum emissions, verifying it previously with a maximum nitrogen oxide emission for these types of devices. In their paper the authors presented and analyzed a number of options to reduce emissions of nitrogen oxides into the atmosphere. Among the methods which were analyzed among others exhaust gas recirculation, injection of steam and boiler room inventory. Preliminary analysis of theoretical as well as experience has allowed the research team to recommend as an effective way to reduce emissions of nitrogen oxides DKVR for boilers operating in industrial and heating mode: a method of injecting steam into the combustion zone or flue gas recirculation. The desired effect is at least 30% reduction in nitrogen oxide emissions. The results obtained by the authors of the NO emission results were presented at work in two ways: in terms of mass emissions of nitrogen oxides (Figure 1) and as an objective value per at alpha = 1 (Figure 2). In the course of their analysis takes into consideration three levels the possible impact of emissions from the flue gas boilers atmospheric pollution, which take into account and are shown in Figure 1. Selection of the main measured or calculated values that characterize the operation of the boiler are summarized in Table 1. This publication also sets forth the actual levels of emissions of nitrogen oxides for boiler in operating condition and has been developed and then implemented the system to reduce emissions NOx using steam injection. In addition, the authors were able to determine the optimal mode of operation of the system to reduce emissions, which helped achieve the required, presupposed a 30% decrease. Recommended in practice mode enabled system boilers to reduce emissions of nitrogen oxides does not reduce the efficiency of the boiler.

8

Poprawa sprawności scentralizowanych systemów ciepłowniczych przez doskonalenie metod regulacji

Szkarowski A., Janta-Lipińska S., Koliienko A., Koliienko V.

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2016

|

T. 47, nr 9

347--351

PL

Omówiono metody regulacji obciążenia cieplnego w okresie „załamania” wykresu temperaturowego. Przedstawiono wpływ podwyższenia obliczeniowej temperatury czynnika w zasilającym przewodzie sieci na skrócenie okresu przegrzewania instalacji grzewczych i zmniejszenie strat ciepła. Zaproponowano metodykę szacowania ilości zaoszczędzonego ciepła w wyniku wdrożenia miejscowej ilościowej regulacji w trybie automatycznym. Przeanalizowano zasadnicze schematy węzłów ciepłowniczych z wyposażeniem potrzebnym do realizacji funkcji automatycznej regulacji miejscowej. Opracowano schemat doposażenia zautomatyzowanego węzła ciepłowniczego w celu efektywniejszej regulacji obciążenia cieplnego w scentralizowanym układzie ciepłowniczym.

EN

The methods of the heat regulation during the “fracture period” of the temperature graph are described. The dependence between the increase of the calculated temperature in the supplying pipeline and the shortening of the working period of the heating systems in the overheating mode and the decrease of the over-heat are illustrated. The methods for quantitative evaluation of the saving heat through implantation of local regulation in the automatic mode are proposed. The analysis of the concepts of the heating stations with the equipment necessary for automatic local regulation was done. The scheme of the automated heating point for the most effective regulation of the heat for the heat supplying system in general was developed.

9

Badania doświadczalne a dokładność opracowanego modelu

Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2015

|

Tom 17, cz. 1

576--584

EN

For an extensive range of experimental studies one is constantly looking for the way which would shorten our worktime as well as decrease the amount of measurements and at the same time not worsen the credibility of set research assumptions. One way is the method of planning experiments or elaborating a theoretical physico-mathematical model. The authors’ team decided to elaborate a new physico-mathematical model, as a work line, which determined the range of optimal values for efficiency and ecology ratio of fuel combustion. While conducting the experimental research the authors’ team dealt mainly with the modernization of industrial boilers and heaters to improve their operation ratio in respect of efficiency and ecology. Thanks to the created model the assessment of combustion optimality was performed from the viewpoint of both efficiency and ecology made on the basis of energo-ecological criteria elaborated by the authors. The use of model allowed the authors to considerably decrease the amount of required work mode change of boilers and conducted measurements on real industrial-heating objects. The studies were performed on the real objects of URAN SPB and TERA companies. During the experimental works one examined the influence of quantitive and qualitive ratio of distributing the air into combustion zone as well as boiler power on the emission of CO and NOx. The studies were conducted on identical steam boilers DKVR-20-13 equipped with various fan burners: GMGB-5,6, GMGm-5 and GMG-7. The achieved results of experimental research were set with the previously elaborated mathematical model in order to determine the adequacy rate of achieved results (fig. 1–2). The credible approximating dependence that determined the experimental data was made up by the function including the determination coefficient above 0.95. The values of approximating factors for the particular measurements were set in the table (1–4).

10

Określenie optymalnej mocy kotłów na biopaliwo w składzie kotłowni hybrydowych

Szkarowski A., Janta-Lipińska S., Koliienko V.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2015

|

Nr 5

167--170

EN

More efficient use of fuel and energy is one of the key issues in the development of Polish thermal energy. In this task increasingly used so-called hybrid fuel scheme, with boilers on traditional fuels and on biomass in the same boiler plant. Frequently in hybrid systems gas boiler is considered to be the main, and the biomass boiler is used as an auxiliary. The authors proves that gas boilers should serve as auxiliary functions, which operate in different modes of dynamic changes of power, just as they can in these conditions ensure the efficient and ecological use of fuel. In contrast, biomass boilers have to operate in a fixed (base) mode, thereby covering the major part of the demand for heat. This approach completely changes the look at the optimal ratio of the power of different segments of the hybrid boiler plant. To resolve this dilemma analysis was performed, based on calculations of the annual quantity of heat generated by bioboilers and gas boilers with different load of heating and hot water systems. The calculations were performed for the climatic conditions of Warsaw. The analysis demonstrated that the optimization problem of the composition of boiler power indicator is necessary to conduct an in-depth technical and economic analysis, the authors also made in this paper. Effect of its conduct in the opinion of the authors to improve the efficiency and environmental performance and reliability of the operation of the boiler plant in the supply of customers in the heat.

PL

Zwiększenie efektywności zużycia paliwa i energii stanowi jedno z kluczowych zagadnień w rozwoju polskiej energetyki cieplnej. W rozwiązaniu tego zagadnienia stosuje się coraz częściej tzw. hybrydowe schematy paliwowe z wykorzystaniem kotłów na paliwa tradycyjne i na biomasę w jednej kotłowni. Najczęściej w układach hybrydowych kocioł gazowy uważa się za główny, natomiast kocioł pracujący na biopaliwie wykorzystuje się jako rezerwowy. Zespół autorów udowadnia, że to kotły gazowe powinny pełnić funkcje pomocniczą, czyli pracować w trybach dynamicznych zmian mocy, gdyż właśnie one potrafią w tych warunkach zapewnić sprawne i ekologiczne wykorzystanie paliwa. Natomiast kotły na biomasę muszą pracować w stałym (bazowym) trybie, pokrywając tym samym główną część zapotrzebowania na ciepło. Takie podejście całkowicie zmienia spojrzenie na optymalny stosunek mocy różnych segmentów dla kotłowni hybrydowych. W celu rozwiązania powyższego dylematu przeprowadzona została analiza bazująca na szeregu obliczeń rocznej ilości ciepła, produkowanego przez kotły na biomasę i kotły gazowe, przy zmieniającym się obciążeniu na cele ogrzewania i ciepłej wody. Obliczenia wykonano dla warunków klimatycznych Warszawy. Wykonana analiza pokazała, że do rozwiązania zagadnienia optymalizacji składu kotłowni według wskaźnika mocy kotłów konieczne jest przeprowadzenie dogłębnej analizy techniczno-ekonomicznej, której autorzy również podjęli się w niniejszej pracy. Efektem jej przeprowadzenia będzie zdaniem autorów poprawa sprawności i ekologiczności funkcjonowania kotłowni oraz niezawodność w zaopatrzeniu odbiorców w ciepło.

11

Badania spalania emulsji paliwowych

Pavlenko A., Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2014

|

Tom 16, cz. 1

376--385

EN

Now the majority of oil refineries seek to improve technologies of oil refining. Deeper processing of raw materials leads to change of physical and chemical indicators of the black oil being the final product. As a result when burning black oil indicators of work of a boiler are broken, incompleteness of combustion, adjournment of particles of coke on heating surfaces, and also decrease in stability of burning increases up to torch failure. The complex solution of this problem is fuel burning in the form of a water black oil emulsion (DOE fuel). In a zone of high temperature of a fire chamber the drop of an emulsion blows up that leads to secondary dispersion of fuel. Than more small drops of water contain in an emulsion, especially this effect is noticeable. Therefore is necessary preliminary preparation of fuel oil by preparation of uniformly distributed and small dispersed fraction of water which contains in fuel and by destruction of the quasicrystal structures which were in it. Researches of formation of NOx when burning DOE fuel showed that the black oil and water ratio in an emulsion has the greatest impact on concentration of oxides of nitrogen. Influence of the same factors on combustion value of an emulsion was researched also. The analysis of data showed that the same factor the content of water in an emulsion has the greatest impact on the combustion value of fuel. Though the increase of the dispersed water content reduces combustion value of fuel, temperature growth in a fire chamber was observed. It is explained by positive influence of small dispersed water on process of further dispersion of fuel oil in a flame. The received results of researches were used in practice for increase in efficiency of the reconstructed boiler KSV-2,9G. The gained ecological effect accompanied the general improvement of work of a boiler and increase of efficiency of use of fuel.

12

Badania energo-ekologicznych wskaźników pracy kotłów przy spalaniu paliwa ze sterowanym resztkowym niedopałem chemicznym

Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2013

|

Tom 15, cz. 1

981--995

EN

The issue of better fuel burning in boilers has usually been considered separately in terms of efficiency or fuel consumption ecological aspect. The authors have developed an efficiently ascertainable method of boiler fuel combustion according to the energy-ecological criterion, which provides for solution of both issues at the same time. In case of heating and industrial boilers, where the mentioned method has been applied, the controlled residual chemical underburn during fuel burning was considered as the simplest, cheapest and, at the same time, highly efficient way of such optimization. The authors have determined, using a physical & mathematical model developed by them, that among the factors having impact on the energy-ecological criterion value there are: boiler power, excess air ratio, heating surface soiling degree and air suction via furnace leaks. Impact of the above fuel combustion characteristics on CO and NOx emission was examined during the experimental research work. The type of burner, which could have impact on the boiler operation indicators, was also significant. DKVR 20-13 steam boilers equipped with various injection burners were examined. Figures 1 and 2 show the relationship between CO and NOx concentrations and excess air ratio as well as furnace loading for GMGB-5,6 burners. The research work performed has shown that along with the boiler loading and excess air factor increase, CO content in flue gas decreases, whereas NOx emission decreases with excess air factor and boiler loading decrease. Figures 3 and 4 demonstrate analogous test results for boilers with GMG-5M burners. Figures 5 and 6 show the relationship between CO as well as NOx concentrations and the excess air and loading increase of boiler with GMG-7 burners. With increase of the excess air ratio and boiler loading, CO concentration in flue gas decreases. On the other hand, decrease of nitrogen oxides concentration occurs in the same way as for the previously tested burner types due to decrease of the excess air ratio and boiler loading value. Figure 7 demonstrates, on the other hand, a relationship between nitrogen oxides concentration and the excess air ratio, boiler loading, burner type and air suction volume. Air suction into the furnace at proper loading, with closed and opened peep-holes, amounts respectively to 0.01–.0.04 for GMGB burners and 0.032–0.09 for GMG-m burners; nitrogen oxides concentration increase rate for GMGB burners (curves 1 and 2) is slightly higher compared with GMG-m burners. Figure 8 illustrates the dependence of the fuel burning quality indicators (i.e. carbon oxide and nitrogen oxides concentration) and flue gas temperature on air suction and the degree of screen surfaces soiling. Increased air suction at constant boiler loading is accompanied by certain decrease of CO concentration with simultaneous increase of the excess air ratio. On the other hand, temperature of flue gas behind the furnace depends on the degree of screen surfaces soiling. Due to decrease of the average screens efficiency, flue gas temperature behind the furnace increases, on average, by 20–21°C whereas nitrogen oxide concentration decreases with reduction of the excess air ratio. Based on the above results, the authors have established and implemented the best possible modes of industrial and heating boiler operation in terms of the energy-ecological criterion.

13

Kontrola jakości gazu narzędziem oszczędzania energii

Szkarowski A., Janta-Lipińska S., Kolienko A.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2013

|

Nr 4

146--150

PL

Artykuł składa się z trzech głównych punktów. W punkcie pierwszym przedstawiona jest kontrola wilgotności paliwa gazowego. Skupiono się na problematyce wilgotności tego paliwa. Opisano negatywne skutki oddziaływania zawartej w postaci aerozolu wody na proces spalania paliwa gazowego. Punkt drugi zawiera kontrolę składu i właściwości fizyko-chemicznych gazu. Zwrócono uwagę na utrzymanie stałych właściwości fizyko-chemicznych paliwa, które odgrywają ważną rolę w utrzymaniu prawidłowej pracy palników i urządzeń gazowych. W skrócie omówiono charakterystyki oraz parametry pracy palników. W dalszej części punktu drugiego skupiono się na liczbie Wobbe, która ma duży wpływ na kryterium zmienności paliw gazowych oraz przeprowadzono analizę wpływu wahań właściwości gazu palnego i powietrza nadmuchowego na zmianę parametrów pracy urządzeń gazowych, którą przedstawiono w tabeli. Punktem istotnym powyższej tematyki artykułu jest szereg negatywnych, jak również pozytywnych wnioskowań dotyczących problematyki i analiz wahań wilgotności, składu fizyko-chemicznych charakterystyk paliw gazowych dostarczanych odbiorcom z sieci rozdzielczych oraz jakości i stabilności składu gazu ziemnego.

EN

This paper presents results of the studies of the network gas quality and its delivery to customer mode, what has a great influence on energy savings. Efficiency and ecological characteristics of the gas fuel devices have been discussed. This paper consists of three parts. The humidity control of the gas aspects have been presented in the first part. Negative results of the influence of the aerosol water on the fuel combustion process have been described. The second part of the manuscript shows composition and physical as well as chemical properties of the gas control aspects. Ac-cording to proper work of the gas devices, considerations about retain of constant physical and chemical properties of the fuel has been highlighted. Characteristics and parameters of the gas rings work have been shortly discussed. Influence of the Wobbe number on the variability of the gas criteria has been presented. Investigations of the influence of the instability of the flammable gas and air properties have been done. At the end of the paper we present final conclusions about humidity of the gas fluctuations, physical and chemical composition of the gas fuel characteristics and quality of the ground gas stability.

14

Modelowanie optymalnego spalania paliwa w kotłach przemysłowo-grzewczych

Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2011

|

Tom 13

511-523

PL

Celem opracowania modelu fizyko-matematycznego (MFM) było uzyskanie sposobu określenia przedziału, w którym oczekuje się optymalnych wskaźników sprawności i ekologiczności spalania paliwa w zakresie możliwych zmian następujących czynników wpływu: zużycia paliwa Bg, współczynnika nadmiaru powietrza w palenisku, zmiany współczynnika nadmiaru powietrza na skutek nieszczelności i, temperatury powietrza tp i paliwa tg, wartości opałowej paliwa Qn, stopnia zanieczyszczenia ekranowych powierzchni kotła, sprawności cieplnej konwekcyjnych powierzchni kotła.

EN

Development of a physical and mathematical model (PMM) allows to define an interval of changes inside which optimum factors of fuel burning efficiency and ecological character can be expected. Such solution allows to reduce considerable the number of required boiler operation mode changes and measurements made. The fuel burning optimization assessment was performed, from the point of view of both efficiency and ecological character, basing on the energetic and ecological criteria developed by the authors. The primary values defining criteria are: reduced flue gas toxicity indicator Gsp and the boiler unit gross balance efficiency nbr. Therefore authors have undertaken the task to develop the furnace, convection tube banks and economizer heat exchange process model and analyse the factors having impact on the process. Therefore, the heating surface of the boiler unit was divided into measurement zones (Fig. 1) to develop the model. The heat exchange in particular sections was calculated by application of the heat balance equations and heat exchange theory. The physical and mathematical model of change of the parameters defining the energetic and ecological criteria values which allowing to reduce the number of experiments was developed with aid of the Microsoft Office Visual Basic software. The only factor controlled during combustion process, was flow of air. Fig. 2÷5 show impact of the temperature and natural gas calorific value, air temperature, screen surfaces and furnace pollution degree and air inflow along boiler's gas duct on the optimum values of factors determining the fuel combustion mode i.e. O2 and CO. Basing on the performed analyses it has been ascertained that change of value of no non-regulated factors has no significant impact on CO concentration. The developed PMM contributed to minimization of the operation period through reduction of the parameters change interval.

15

Optymalizacja pracy kotłów metodą sterowanego poziomu niezupełności spalania

Szkarowski A., Janta-Lipińska S.

Polityka Energetyczna

|

2009

|

T. 12, z. 1

129-136

PL

Zasada energo-ekologicznej optymalizacji oznacza, że optymalny wynik spalania paliwa wyznaczany jest nie tylko poprzez bezpoorednią sprawność jego zużycia, lecz również przez minimalną szkodę wyrządzoną środowisku. Optymalizacje spalania paliwa poprzez regulowany poziom niedopału chemicznego uważa się za jedną z najprostszych, najtańszych i wysokoefektywnych metod takiej optymalizacji. Nieprawidłowe jest oczywiste wydawałoby się zdanie, że minimalny niedopał odpowiada maksymalnej sprawności zużycia paliwa w kotłach. Zarówno promieniowanie jak i konwekcyjne odbieranie ciepła przez powierzchnie ekranowe otaczające paleniska kotła w bardzo skomplikowany sposób zależy od wielu czynników: formy, rozmiarów i świecenia się płomienia, położenia strefy maksymalnych temperatur oraz całokształtu aerodynamiki przestrzeni paleniska. Standardowe bilansowe próby kotła pokazują, że maksymalną jego sprawność notuje się przy zauważalnej niezupełności spalania odpowiadającej steżeniu CO na poziomie 0,02-0,03% obj. (200-300 ppm). Ponadto tlenki azotu które powstają w maksymalnej temperaturze, czyli przy braku niedopału, są substancjami około 35 razy bardziej toksycznymi niż tlenek wegla. Z tego wynika, że wyznaczenie dopuszczalnego poziomu niedopału chemicznego stanowi typowe zagadnienie optymalizacyjne, mające na celu zminimalizowanie pewnej funkcji celu. Skomplikowany charakter tego zagadnienia polega na koniecznooci jego indywidualnego rozwiązania w każdym konkretnym przypadku nastawiania kotła z uwzględnieniem charakterystyk i szczegółów wszystkich składowych urządzeń całego zespołu kotłowo-paleniskowego. Dla ujednolicenia tego problemu zostało zaproponowane ekologiczne i ekonomiczne kryterium spalania paliwa, jak również uogólnione kryterium energetyczno-ekologiczne będące poszukiwaą1 funkcją celu. Jak pokazały wyniki takich badań na kotłach, optymalny tryb spalania znajduje się w zakresie stężenia tlenku wegla w granicach 200-400 ppm. Regulacja automatyczna procesu spalania z zachowaniem niezupełności spalania na takim poziomie daje stały eksploatacyjny efekt energetyczno-ekologiczny.

EN

Variety of energy-ecology optimizing means that optimum result of fuel combustion is focused not only on direct efficiency of its usage but also on minimum environmental damage. Best possible fuel combustion connected with controlled level of chemical underburn is considered to be one of the simpliest, cheapest and the most effective methods of optimizing. It is essential to notice that the meaning of common statement that minimum underburn responds to maximum efficiency of fuel combustion in boilers is undoubtedly incorrect. Radiation as well as convection heat reclaiming by screen surfaces surrounding boiler's firing depends on (in a very complicated way) various features: form, size, flames shining, location of maximum temperatures area and also on the shape of firing space aerodynamics. Standardized balance boiler's tests show that maximum efficiency can be mentioned with highly noticeable chemical underburn responding to concentration 0.02-0.03% level of volume (200-300 ppm). What is more, nitrogen oxide, which originates in maximum temperature (with lack of underburn), is 35 times more toxic than carbon monoxide. It can be supposed that defining the permissible level of chemical underburn is a typical optimizing issue due to minimize the destination function. The issue should be resolved individually in every specific area of boiler's adjustment, with accounting such features as precise characteristics and details of firing - boiling set. That is why the optimizing issue is recognized to be really complicated and complex. To simplify and unify the issue, ecological and economical fuel combustion criteria were proposed as well as general energy-ecology criterion, which is simultaneously the searched destination function. Results of such research on boilers have shown that optimum combustion operation takes place within carbon monoxide concentration of 200-400 ppm. Automatic regulation of chemical combustion on such level results in a constant utilizing energy-ecology effect.