Title
Rozvoj v oblasti výzkumu spalování alternativních paliv ve fluidní vrstvě
Code
SP2017/72
Summary
Oblast, k níž se projekt vztahuje:
Zaměření předkládaného projektu spočívá v realizaci a vývoji zařízení pro fyzikální simulace spalování ve fluidní vrstvě, sorpce a záchytu škodlivin a následné výzkumné činnosti na tomto zařízení.
Využití fluidních kotlů se v celosvětovém měřítku dostává do popředí, a to především díky jejich provozní spolehlivosti a možnosti využívat rozličné typy paliv ve velkém rozsahu složení, výhřevností a granulometrie. Tento typ spalovacích zařízení navíc disponuje velkým rozsahem a možností regulace výkonu – v řádu 30 až 100 %. Díky provozním teplotám a fyzikálním pochodům, ke kterým ve fluidních kotlích dochází, vykazují tyto velmi efektivního přenosu tepla a hmoty v ohništi při velmi nízké produkci emisí. Z pohledu ekologicko-ekonomického lze pozitivně hodnotit možnost spalovat odpadní biomasu a vedlejší zemědělské, lihovarnické, nebo lesnické produkty, které nemají lepší ekonomické využití a jsou hojně dostupné.
S ohledem na výše uvedené je možné konstatovat, že budoucnost využívání těchto typů energetických zařízení je evidentní, stejně jako jejich vývoj a s tím spojený výzkum procesu spalování různých paliv ve fluidní vrstvě. Dlužno dodat, že vzhledem k současné legislativní pozici EU a přijetí normativních zákonů, které zpřísňují produkci škodlivin z energetických zdrojů u velkých a středních jednotek, je zapotřebí hledat principy, technologie a postupy, jak spalovací zařízení provozovat dle požadovaných legislativních kritérií. Oblasti, k nimž se předkládaný projekt váže, jsou tedy vysoce aktuální.
Specifikace projektu:
Projekt si klade za cíl vyvinout fyzikální model spalovacího zařízení se stacionární fluidní vrstvou, který by byl následně využíván jak v rámci výzkumné činnosti, tak výuky studentů energetických oborů. Vzhledem k typům a provedením fluidních spalovacích zařízení se nabízí velká škála konstrukčních a provozních řešení, proto je záměrem vytvořit laboratorní jednotku modulárního typu s možností regulace příkonu paliva, spalovacího vzduchu a teplotních poměrů ve spalovacím prostoru. Zařízení bude osazeno snímači pro kontinuální měření vybraných fyzikálních veličin (teploty, tlaky, průtoky) za různých podmínek spalování. Stěny spalovacího prostoru budou z žárupevného skla z důvodu optické diagnostiky procesu. Tepelný příkon bude v rozmezí 0,5–2,0 kW. Složení spalin bude měřeno stávajícím analyzátorem a teplotní pole termovizní kamerou.
Zařízení bude využíváno pro dvě výzkumné oblasti: (i) studium procesu hoření různých paliv a přidružených jevů ve fluidní vrstvě a (ii) výzkum aktivních koksů z hlediska efektivity sorpce škodlivin ve spalinách. Unikátnost experimentů prováděných na tomto zařízení bude spočívat mj. v testování různých alternativních paliv a alternativních sorbentů, které jsou vyprodukovány z procesů zplyňování a pyrolýzy. Využití těchto produktů v energetickém průmyslu má obecně velký výzkumný potenciál, neboť pyrolýzní a zplyňovací procesy jsou v současnosti vysoce perspektivní, a to zejména v oblasti tepelného zpracování odpadů a biomasy.
Konkrétní cíle projektu lze shrnout v následujících bodech:
1. Navrhnout a zrealizovat prototypový fyzikální model fluidního spalovacího zařízení a rozšířit tak laboratorní zázemí Katedry energetiky Fakulty strojní pro výzkumnou i výukovou činnost.
2. Získat charakteristiky hoření alternativních paliv ve fluidní vrstvě s ohledem na různé podmínky spalovacího procesu.
3. Definovat sorpční vlastnosti různých alternativních aktivních koksů.
4. Specifikovat požadavky pro bezproblémový průběh spalování různých paliv ve fluidní vrstvě.
5. Na základě experimentálně získaných dat vytvořit reprezentativní matematické modely zkoumaných jevů vč. jejich verifikace
6. Získané poznatky publikovat v prestižních vědeckých časopisech.
Souhrn oblastí, kterých se bude výzkum týkat:
- kinetika spalovacích procesů,
- matematické modelování,
- potenciál využití produktů tepelných procesů jakožto alternativních paliv v energetice a sorbentů pro redukci nečistot ve spalinách,
- fyzikální, chemické a spalovací vlastnosti paliv.
Časový plán:
02/2017
Koncepční a konstrukční návrh prototypového systému.
Studium problematiky ze současných literárních zdrojů.
03–05/2017
Započetí realizačních prací.
Začátek rešeršní činnosti pro budoucí publikace.
06/2017
Testovací provoz a zkoušky zařízení vč. případných konstrukčních úprav.
Detailní plánování ostrých experimentů.
Příprava vzorků pro testy.
Přípravné práce na matematických simulacích zkoumaných dějů.
07–12/2017
Ostrý provoz – experimentální měření.
Vyhodnocování a interpretování naměřených dat.
Rozvoj matematických modelů jednotlivých dějů a jejich verifikace prostřednictvím experimentálně získaných dat.
Vyvozování závěrů.
Tvorba publikací na základě výše uvedeného.
Start year
2017
End year
2017
Provider
Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy
Category
SGS
Type
Specifický výzkum VŠB-TUO
Solver