Badania i modelowanie pracy kotła wielopaliwowego opalanego biomasą w postaci peletu drzewnego : rozprawa doktorska = [Research and modeling of the operation of a multi-fuel boiler fired with biomass ... więcej

Badania i modelowanie pracy kotła wielopaliwowego opalanego biomasą w postaci peletu drzewnego : rozprawa doktorska = [Research and modeling of the operation of a multi-fuel boiler fired with biomass in the form of wood pellets] / Grzegorz Ojczyk. – Kraków, 2023. – 170 k. : rys., tab., wykr. – Politechnika Krakowska. Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki. – Promotor: prof. dr hab. inż. Wiesław Zima. – Bibliogr. 229 poz.

Praca zawiera analizę w zakresie eksploatowanych kotłów wielopaliwowych w Polsce oraz spodziewanego kierunku rozwoju technicznego kotłów na paliwa stałe na postawie danych statystycznych, stanu badań, ... więcej

Praca zawiera analizę w zakresie eksploatowanych kotłów wielopaliwowych w Polsce oraz spodziewanego kierunku rozwoju technicznego kotłów na paliwa stałe na postawie danych statystycznych, stanu badań, stanu prawnego i preferencji użytkowników. W pracy szczegółowo omówiono właściwości paliwa podstawowego i zastępczego badanego kotła, techniki spalania paliw stałych oraz rozwiązania konstrukcyjne w zakresie palników wielopaliwowych.
Celem pracy było wykonanie badań cieplnych automatycznego kotła wielopaliwowego, dla którego paliwem podstawowym jest węgiel kamienny, zaś paliwem zastępczym jest pelet drzewny. Badania kotła przeprowadzono podczas spalania peletu drzewnego. Celem badania było opracowanie podstawowych charakterystyk cieplnych oraz stwierdzenie możliwości prowadzenia procesu spalania w sposób ciągły, bezpieczny, kontrolowany i przyjazny środowisku naturalnemu.
W celu zbadania i poprawy parametrów spalania, zrealizowano ciągły pomiar temperatury spalin na wylocie z komory spalania oraz składu spalin na wylocie z kotła. Dodatkowo była mierzona temperatura spalin na wylocie z kotła oraz chwilowa moc cieplna kotła. W oparciu o przeprowadzone obserwacje i analizę wyników pomiarów opracowano empiryczne zależności pomiędzy wydajnością wentylatora a maksymalną temperaturą w komorze spalania, zawartością tlenu w spalinach i maksymalną sprawnością kotła oraz zależności pomiędzy wydajnością wentylatora i podajnika paliwa w funkcji mocy kotła. Na ich podstawie opracowano wytyczne do stworzenia algorytmu sterowania pracą podajnika paliwa oraz wentylatora podmuchowego kotła przy spalaniu paliwa zastępczego. Potrzeba opracowania algorytmu sterownia dla paliwa zastępczego wynikała z różnej dynamiki i sposobu spalania węgla kamiennego i peletu drzewnego.
W pracy zaadoptowano metodę CKTI obliczania cieplnego komór paleniskowych kotłów energetycznych dla komory paleniskowej kotła małej mocy. Przeprowadzone pomiary potwierdziły na drodze eksperymentalnej poprawność przyjętego modelu matematycznego. Opracowane na podstawie badań wnioski oraz proponowany model matematyczny mogą być w przyszłości uogólnione na jednostki o większych mocach oraz dla innych rodzajów biopaliw stałych.
Obserwacje i wyniki pomiarów stanowią podstawę do propozycji w zakresie zmian konstrukcyjnych automatycznych kotłów wielopaliwowych małej mocy. W pracy zawarto zalecenia dotyczące dalszych prac modernizacyjnych badanego kotła oraz prognozy i przewidywania w zakresie kierunku rozwoju technicznego kotłów wielopaliwowych w przyszłości.

The thesis contains an analysis in the field of multi-fuel boilers in exploitation in Poland and the expected direction of technical development of solid fuel boilers on the basis of statistical data, ... więcej

The thesis contains an analysis in the field of multi-fuel boilers in exploitation in Poland and the expected direction of technical development of solid fuel boilers on the basis of statistical data, the state of research, the legal status, and users' preferences. The thesis discusses in detail the properties of the basic and substitute fuel of the examined boiler, solid fuel combustion techniques and design solutions for multi-fuel burners.
The aim of the study was to perform thermal tests of an automatic multi-fuel boiler for which the basic fuel is hard coal, while the substitute fuel is wood pellets. Boiler tests were carried out during the combustion of wood pellets to develop its basic thermal characteristics and to determine the possibility of carrying out the combustion process in a continuous, safe, controlled and environmentally friendly way.
In order to examine and improve the combustion parameters, continuous measurement of the fumes temperature at the outlet of the combustion chamber and the composition of the fumes at the outlet of the boiler was carried out. In addition, the temperature of the fumes at the boiler outlet and the current thermal power of the boiler were measured. Based on the observations and analysis of the measurement results, empirical relationships were developed between fan efficiency and maximum temperature in the combustion chamber, oxygen level in the fumes and maximum efficiency of the boiler, as well as relationships between fan and fuel feeder efficiency as a function of boiler power.
Based on these, guidelines were developed for the development of an algorithm for controlling the operation of the fuel feeder and the boiler blow fan when combusting alternative fuel. The need to develop a control algorithm for the alternative fuel arose from the different dynamics and combustion procedure of hard coal and wood pellets.
In this study, the CKTI method of thermal calculation of furnace chambers of power boilers was adopted for the combustion chamber of a low-power boiler. The measurements carried out experimentally confirmed the correctness of the adopted mathematical model. The conclusions developed on the basis of the research and the proposed mathematical model can be generalized in the future to units with higher capacities and for other types of solid biofuels.
The observations and results of the measurements form the basis for proposals for design changes in automatic low-power multi-fuel boilers. The thesis includes recommendations for further modernization work on the boiler under examination, as well as forecasts and predictions for the direction of technical development of multi-fuel boilers in the future.