Spalanie teoria.pdf

(536 KB) Pobierz
Spalanie / 1
Spalanie
Spalanie jest szybko przebiegającym procesem utleniania połączonym z wydzielaniem się
ciepła. Spalaniu z reguły towarzyszy emisja światła.
Podstawowymi pierwiastkami palnymi w paliwach są węgiel i wodór.
W paliwie można wyróżnić część palną i niepalny balast. Balastem są: popiół i wilgoć w pa-
liwach stałych i ciekłych oraz azot, dwutlenek węgla i para wodna w paliwach gazowych.
Substancje doprowadzane do komory paleniskowej (paliwo i powietrze) nazywane są
substra-
tami
procesu spalania, natomiast substancje wyprowadzane z komory paleniskowej (spaliny
gazowe, substancje stałe i ciekłe) nazywane są
produktami
procesu spalania.
Za produkty ostatecznego utlenienia w procesie spalania uważa się: dwutlenek węgla CO
2
,
dwutlenek siarki SO
2
i parę wodną H
2
O. W spalinach występuje też niewielka ilość trójtlen-
ku siarki SO
3
.
Jeżeli podczas spalania ilość dostarczanego tlenu jest niewystarczająca lub tlen nie dociera do
wszystkich atomów i cząsteczek substancji palnych, to produkty zawierają również substancje
palne.
Spalanie jest
niezupełne,
jeżeli w produktach występują gazy palne (np. CO, H
2
, CH
4
). Spala-
nie jest
niecałkowite,
jeżeli w produktach występują stałe składniki palne zawierające węgiel.
1. Skład paliw
1.1. Paliwa gazowe
H
2
CO
CH
4
C
m
H
n
O
2
N
2
CO
2
�½
1
(1)
kmol CO
kmol H
2
gdzie:
H
2
,
CO
, itd. – udziały molowe składników paliwa w gazie
kmol g
.
s
.
kmol g
.s.
suchym.
kmol C
n
C
�½
CO
CH
4
mC
m
H
n
CO
2
kmol g
.
s
.
(2a)
Kilomol dowolnej substancji zawiera taką sama liczbę cząsteczek (równą 10
3
·N
A
, gdzie
N
A
= 6,02214129·10
23
jest stałą
Avogadra).
Jeżeli rozdzielimy cząsteczkę
CO
na atom
C
oraz atom
O,
to z jednego kilomola
CO
dosta-
niemy dwa kilomole substancji: jeden kilomol
C
oraz jeden kilomol
O.
Stąd,
CO
kilomola tlenku węgla
CO
zawiera
CO
kilomola węgla
C
oraz
CO
kilomola tlenu
O. CO
kilomola tlenu
O
zawiera 0,5·CO kilomola tlenu
O
2
, gdyż liczba cząstek
O
2
jest dwa razy mniejsza od liczby cząstek (atomów)
C.
2013-12-17 17:39:00
Spalanie / 2
1
n
2
�½
H
2
2
CH
4
nC
m
H
n
H
2
kmol H
2
kmol g
.
s
.
(2b)
1
n
O
2
�½
CO
CO
2
O
2
2
kmol N
2
n
2
�½
N
2
N
kmol g
.
s
.
kmol O
2
kmol g
.
s
.
(2c)
(2d)
1.2. Paliwa stałe i ciekłe
kg wegla
c
kg p
.w.
(3a)
kg wodoru
h
kg p
.w.
kg siarki
s
kg p
.w.
kg tlenu
o
kg p
.w.
kg azotu
n
kg p
.w.
kg wilgoci
w
kg p
.w.
kg popiolu
p
kg p
.w.
c
h
s
o
n
w
p
�½
1
(3b)
(3c)
(3d)
(3e)
(3f)
(3g)
(4)
n
C
�½
c kmol C
12
kg p
.
w
.
(5a)
2013-12-17 17:39:00
Spalanie / 3
n
=
m/M,
gdzie dla węgla masa molowa
M
= 12 kg/kmol. Stąd, 1 kg węgla C to 1/12 kmola węgla, a
c
kg węgla
C to c/12 kmola węgla.
n
 �½
S
s kmol S
32
kg p
.
w
.
h kmol H
2
2
kg p
.
w
.
o kmol O
2
32
kg p
.
w
.
(5b)
n
2
�½
H
(5c)
n
O
2
�½
(5d)
n
2
�½
N
n kmol N
2
28
kg p
.
w
.
w kmol H
2
O
18
kg p
.
w
.
(5e)
n
2
O
�½
H
(5f)
2. Obliczenia stechiometryczne przy spalaniu zupełnym i całkowitym
2.1. Zapotrzebowanie tlenu i powietrza
C
O
2
CO
2
(6a)
Do spalenia jednego atomu węgla
C
potrzeba jednej cząsteczki tlenu
O
2
. W wyniku reakcji spalania tworzy się
jedna cząsteczka dwutlenku węgla
CO
2
. Ponieważ 1 kmol dowolnej substancji zawiera taką samą liczbę cząste-
czek, równanie (6a) jest także ważne dla 1 kmol węgla i 1 kmol tlenu W wyniku reakcji powstaje 1 kmol dwu-
tlenku węgla.
S
O
2
SO
2
1
H
2
O
2
H
2
O
2
kmol O
2
1
n
S min
�½
n
C
n
2
n
O
2
H
2
j. p.
(6b)
(6c)
(7)
gdzie
j. p.
�½
kg p.w.
w przypadku paliw stałych i ciekłych oraz
j. p.
�½
kmol g.s.
dla paliw
gazowych.
2013-12-17 17:39:00
Spalanie / 4
n
L
min
�½
n
S
min
kmol pow
.
0,21
j
.
p
.
(8)
Współczynnik nadmiaru powietrza
�½
n
L
n
L
min
(9)
n
 �½
n
L
min
L
Optymalne wartości
Spalanie węgla na ruszcie obsługiwanym ręcznie
(10)
opt
�½
1,6
2
Spalanie węgla na ruszcie mechanicznym
(11a)
opt
�½
1,3
1,6
Spalanie pyłu węglowego i paliw ciekłych
(11b)
opt
�½
1,2
1,4
Spalanie gazu
(11c)
opt
�½
1,05
1,2
2.2. Ilość i skład spalin
Ilość dwutlenku węgla CO
2
powstała ze spalenia jednostki paliwa (j.p.)
kmol CO
2

n
CO
2
�½
n
C
j
.
p
.
(11d)
(12a)
Zgodnie z równaniem (6a) z 1 kmol C powstaje 1 kmol CO
2
. Stąd z
n’
C
kmol C powstaje
n’
C
kmol CO
2
.
kmol SO
2

n
SO
2
�½
n
S
j
.
p
.
kmol N
2
n

2
�½
n
2
0,79
n
 
N
N
L
j
.
p
.
(12b)
(12c)
2013-12-17 17:39:00
Spalanie / 5
kmol O
2

n
O
2
�½
0,21
n
 
n
S
min
�½
0,21
n
L
min
n
S
min
�½
1
n
S
min
L
j
.
p
.
kmol H
2
O
n

2
O
�½
n
2
n
2
O
H
H
H
j
.
p
.
kmol s
.
s
.


n
 �½
n
CO
2
n

2
n

2
n
O
2
ss
SO
N
j
.
p
.
kmol s
.
w
.
n
 �½
n
 
n

2
O
sw
ss
H
j
.
p
.
(12d)
(12e)
(13)
(14)
Udziały molowe składników spalin suchych
CO
2
�½

n
CO
2
kmol CO
2
n
 
kmol s
.
s
.
ss
n

2
SO
n

ss
kmol SO
2
kmol s
.
s
.
(15a)
SO
2
�½
(15b)

n
O
2
O
2
�½
n

ss
kmol O
2
kmol s
.
s
.
kmol N
2
kmol s
.
s
.
(15c)
N
2
�½
n

2
N
n

ss
(15d)
Udziały molowe składników spalin wilgotnych
CO
2
�½

n
CO
2
n

sw
kmol CO
2
kmol s
.
w
.
(16a)
n

2
kmol SO
2
SO
2
�½
SO
n
 
kmol s
.
w
.
sw
(16b)
O
2
�½

n
O
2
kmol O
2
n
 
kmol s
.
w
.
sw
(16c)
2013-12-17 17:39:00

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin