Paliva a spalování (FSI-LPS)

Předmět je zaměřen na paliva, jejich charakteristiku a vliv na stavbu a provoz energetických zařízení. Paliva jsou členěna na tuhá, kapalná a plynná. Fosilní paliva doplňují paliva alternativní. Velký důraz je kladen na syntetická plynná a kaplná paliva a biopaliva.
Druhá část předmětu je zaměřena na projektování a konstrukci zařízení dopravy, skladování a přípravy paliv před jejich spalováním. 
Znalosti z oblasti fyzikální chemie se zaměřením na spalování fosilních a alternativních paliv, dále z oblasti přípravy paliva a palivového hospodářství v průmyslových aplikacích.

Znalosti z termodynamiky, základní zákony termodynamiky, sdílení tepla a proudění plynů a par, lopatkové stroje a z předmětu experimentální metody. Doporučeny jsou znalosti z praktické aplikace spalování paliv, kotle, pece případně malé spotřebiče paliv.

Předmět pojednává o vlastnostech paliv a vlivu těchto vlastností na konstrukci a provoz kotlů v energetických zařízeních. Paliva dělíme na pevná, kapalná a plynná. Fosilní paliva jsou doplněna alternativními palivy. Velký důraz je kladen na syntetická plynná a kapalná paliva a biopaliva. Další oblastí je palivové hospodářství tuhých, kapalných a plynných paliv včetně technologií mechanické úpravy, t.j. drcení, mletí a sušení paliv, konstrukce zařízení, provozní a bezpečnostní předpisy při přepravě a dezintegraci, manipulace s palivy (skládkování a přeprava), štěpkování, peletizace a briketování biomasy. Poslední oblastí, se kterou se studenti seznámí, je chemie spalovacích reakcí a reakční kinetika. Na tyto poznatky pak navážou témata hořáků a spalovacích komor.

Pro udělení zápočtu je nutná aktivní účast ve cvičení, předložení prováděných výpočtů, dále pak vypracování zápočtového testu dle zadání. Zkouška je písemná a ústní.
Účast na cvičeních kontroluje vedoucí cvičení. Cvičení jsou povinná. Omluvenou neúčast student nahradí po dohodě s vedoucím cvičení. Přednášky jsou nepovinné.

1. TERMODYNAMIKA A MODELOVÁNÍ PROCESŮ V OBLASTI PALIV A SPALOVÁNÍ – ideální a reálné chování plynů, měrná tepelná kapacita, vnitřní energie, entalpie.
2. BILANCE PALIV A PRODUKTŮ TERMOCHEMICKÝCH KONVERZÍ – bilance systému, odvození statiky spalovacích reakcí pro vybrané palivo.
3. TUHÁ PALIVA – rozdělení paliv, charakteristické vlastnosti tuhých paliv – uhlí, biomasa, odpady.
4. VLIV VLASTNOSTÍ TUHÉHO PALIVA NA STAVBU A PROVOZ KOTLŮ – výhřevnost, obsah vody, obsah popeloviny, prchavá hořlavina, dusík, síra, chlor.
5. PLYNNÁ PALIVA – průmyslová plynná paliva, bioplyn, metody úpravy-zušlechťování plynných paliv.
6. PLYNNÁ PALIVA – vodík, syntetický plyn z procesu zplyňování, syntetický metan.
7. SPALOVACÍ KOMORY PLYNOVÝCH TURBÍN – bilance, konstrukce, provoz.
8. KAPALNÁ PALIVA – ropné deriváty, bioetanol, metylester, syntetická kapalná paliva z procesu hydrogenace oxidu uhličitého a uhelnatého.
9. PŘÍPRAVA A DOPRAVA TUHÝCH PALIV PŘED JEJICH SPALOVÁNÍM – doprava, vyprazdňování, skladování, zásobníky, dopravníky – potenciální rizika požáru a výbuchu.
10. MLÝNSKÉ OKRUHY – typy mlýnů, sušení, inertizace.
11. PALIVOVNÉ HOSPODÁŘSTVÍ KAPALNÝCH A PLYNNÝCH PALIV – doprava, skladování.
12. CHEMICKÁ ROVNOVÁHA PROCESŮ SPALOVÁNÍ, KINETIKA SPALOVACÍH REAKCÍ.
13. HOŘÁKY – tuhá, kapalná, plynná paliva.

1. Výpočet změn kompresibilního faktoru pro složky vzduchu při různých a tlacích. Komentování vlivu zanedbání reálných vlastností plynů na přesnost výpočtů. Přepočet složení tuhého paliva.
2. Stechiometrie tuhého paliva, výpočet množství vzduchu a produkce spalin. Kontrola bilance.
3. Stanovení teploty rosného bodu spalin, stanovení teplot saturace ostatních plynů. Bilanční výpočet denní spotřeby paliva pro kotel teplárny Maloměřice (ktM). Plocha potřebná pro růst rychle rostoucí biomasy pro spotřebu kotle.
4. Výpočet výkonu vzduchového ventilátoru pro roštový kotel (ktM) spalující biomasu.
5. Analýza kapacity spaloven komunálního odpadu v ČR. - analýza stávajících zdrojů, analýza projektů před realizací a plánem, porovnání s produkčním odpadem, výpočet produkce páry z množství s složením odpadu SAKO Brno, spalovací diagram roštu a kotle, vysvětlení provozních stavů.
6. Výpočet teploty nechlazeného plamene pro roštový kotel (ktM) spalující biomasu.
7. Analýza vlivu změny provozních podmínek na teplotu nechlazeného plamene. - vliv vstupního vstupního materiálu, - vliv součinitele přebytku vzduchu, - vliv obohacení vzduchu o kyslík, - vliv recirkulovaných spalin (teplota, podíl recirkulace).
Vyhledání aktuálního složení zemního plynu pro Brno, přepočet na molární podíl vodíku v rozsahu 0-100 %.
8. Přípravné výpočty pro spalovací komoru spalovací turbíny pracující se směsí zemního plynu a vodíku.
9. Výpočet teploty nechlazeného plamene pro spalovací komoru spalovací turbíny pracující se směsí zemního plynu a vodíku. Vytvoření modelu kompresoru.
10. Model expanze v turbíně. Hmotnostní a energetická bilance.
11. Posuzování vlivu přídavku vodíku ve směsi na celek spalovací turbíny.
12. Chemická rovnováha a kinetika spalovacích reakcí.
13. Zápočtový test