Tepelná charakteristika hořáku pro předcházení přetěžování teplosměnných ploch ve spalovacích komorách

Co je tepelná charakteristika hořáku a jak ji lze získat

Tepelnou charakteristikou hořáku se rozumí charakter uvolňování tepla při spalování paliva. Při testování hořáků na zkušebních komorách bývá nejčastěji tepelná charakteristika získána ve formě průběhu místního tepelného zatížení teplosměnné plochy zkušební komory. Například zkušebna hořáků Ústavu procesního inženýrství FSI VUT v Brně používá pro testování hořáků do výkonu 2 MW horizontálně orientovanou válcovou zkušební komoru, která je po své délce členěna na 7 samostatně chlazených sekcí. Při testování konkrétního hořáku pak lze při ustáleném průběhu zkoušky zjistit z ohřátí chladicí vody proudící v chlazených sekcích zkušební komory konkrétní množství tepla předaného do každé chlazené sekce (např. v kW). Podělením velikostí teplosměnné plochy každé chlazené sekce (v m²) lze obdržet tepelné zatížení dílčí chlazené sekce zkušební komory (tj. např. v kW/m²). Situace je principiálně znázorněna na obrázku 1.

Výpočtové zpracování tepelné charakteristiky hořáku pro praktické použití

Z obdržené tepelné charakteristiky hořáku ve formě výše uvedeného průběhu místního tepelného zatížení teplosměnné plochy zkušební komory lze pomocí doplňkových tepelných výpočtů zkušební komory tzv. zonální metodou (kdy jednotlivé výpočtové zóny svou velikostí odpovídají velikosti jednotlivých chlazených sekcí) zjistit tzv. stupeň vyhoření paliva v každé výpočtové zóně (tj. chladicí sekci) tak, že výsledná (tj. výpočtem stanovená) tepelná charakteristika je svým průběhem shodná s naměřenou tepelnou charakteristikou při zkouškách hořáku. Situaci znázorňuje obrázek 2 na ukázce konkrétních výsledků reálného nízkoemisního hořáku. Součet takto vypočtených stupňů vyhoření paliva ze všech výpočtových zón přitom musí být roven jedné (tj. 100 % množství spáleného paliva).

Závěr – praktické použití tepelné charakteristiky

Obdržené stupně vyhoření lze použít jako vstupní data do kontrolních tepelných výpočtů energetických spalovacích zařízení, čímž se výpočtově zohlední reálné chování hořáků. Výsledky takových tepelných výpočtů energetického zařízení pak z pohledu lokálního zatížení teplosměnné plochy ukáží, zda zamýšlené hořáky nebudou nadměrně tepelně přetěžovat teplosměnnou plochu. V případě výměny hořáků do stávající komory tak znalost tepelné charakteristiky hořáku umožní řešiteli optimalizovat volbu vhodného typu hořáku pro svou spalovací komoru.

Poděkování

Tento článek vznikl v rámci projektu NETME CENTRE PLUS (LO1202) za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci Národního programu udržitelnosti I.

Autor

• doc. Ing. Jegla Zdeněk Ph.D.