SUBSTANCJA PALNA

BALAST

C

S

H

2

POPIÓŁ WILGOĆ

PA

LIWO STAŁE , PALIWO CIEKŁE

SUBSTANCJA PALNA

BALAST

C

S

H

2

CO

2

,N

2

, H

2

O

PALIWO GAZOWE

KOMORA SPALANIA

SUBSTRATY

PALIWO

POWIETRZE

PRODUKTY SPALANIA

S

(romb)

+ O

2

=SO

2

+ H



= - 296,9 kJ/mol

2H

2

+ O

2

= 2H

2

O + H



= - 285,9 kJ/mol

C

+ O

2

= CO

2

+ H



= - 393,51 kJ/mol

C+ 0.5O

2

= CO

+ H



=

- 110,5 kJ/mol

Spalanie zupełne- jeżeli w spalinach nie ma palnych części gazowych (np.CO, C

x

H

y

)

Spalanie całkowite - jeżeli w produktach spalania nie ma palnych części stałych (np.sadza,

koksik lotny).

Współczynnik nadmiaru powietrza

min

a

a

n

n





min

a

a

n

,

n

- rzeczywista ilość powietrza doprowadzonego do spalania, teoretyczna ilość

powietrza niezbędna do spalenia zupełnego i całkowitego paliwa .

Kontrakcja chemiczna



V

ch

– różnica objętości substratów i wilgotnych produktów

spalania.

Kontrakcja fizyczna



V

f

- różnica objętości substratów i produktów po uwzględnieniu

wykroplenia się pary wodnej .

Kontrakcja całkowita



V=



V

f

+



V

ch

– suma kontrakcji chemicznej i fizycznej,

Wartość opałowa- Q

i

jest to ilość ciepła, jaka powstaje w wyniku spalania zupełnego i

całkowitego jednostki ilości paliwa przy założeniu, że produkty spalania zostaną ochłodzone

do temperatury substratów, a para wodna zawarta w spalinach nie ulega wykropleniu

Ciepło spalania – Q

s

jest to ilość ciepła, jaka powstaje w wyniku spalania zupełnego i

całkowitego jednostki ilości paliwa przy założeniu, że para wodna zawarta w spalinach

ulegnie całkowitemu wykropleniu

r

m

Q

Q

s

i









m



- masa skroplin uzyskana ze spalenia jednostki ilości paliwa: dla paliw stałych i ciekłych

[kg/kg], dla paliw gazowych [kg/um

3

]

r- entalpia parowania wody, [kJ/kg]

Paliwa ciekłe i stałe Q

i

[kJ/kg], Q

s

[kJ/kg],

Paliwa gazowe Q

i

[kJ/um

3

], Q

s

[kJ/um

3

],

1 um3 (umowny metr sześcienny) jest to ilość substancji zawartej w 1 m3 gazu doskonałego
lub półdoskonałego o ściśle określonym ciśnieniu pN i temperaturze TN. Parametry pN, TN
nazywamy parametrami umownymi.

Najczęściej przyjmuje się następujące wartości parametrów umownych: pN = 1 bar,
TN = 273,15 K , które nazywa się parametrami umownymi SI.

Bilans energetyczny kalorymetru Junkersa

u

w

d

E

E

E













d

E

- strumień energii doprowadzonej do układu

w

E

- strumień energii wyprowadzonej z układu

1

u

2

u

u

E

E

E













- przyrost strumienia energii układu

Warunki pomiaru: kalorymetr powinien znajdować się w stanie ustalonym, wtedy

0

E

u







,



stałe natężenie przepływu: gazu ,powietrza, wody chłodzącej, spalin,



stałe ciśnienie gazu, otoczenia,



stały rozkład temperatury,



różnica temperatury wody:

K

10

6

t

t

t

1

w

2

w

w













średnia temperatura wody chłodzącej kalorymetr

ot

1

w

2

w

w

t

)

t

t

(

5

,

0

t







0

E

u







, czyli

1

u

2

u

E

E







1

w

pg

kp

p

pg

kg

g

d

I

E

E

I

Q

E

E

I

E



































str

2

w

ps

ks

s

w

Q

I

E

E

I

E























w

d

E

E







str

2

w

ps

ks

s

1

w

pg

kp

p

pg

kg

g

Q

I

E

E

I

I

E

E

I

Q

E

E

I



















































Gaz:

g

I ,

kg

E



,

pg

E



,

Q



Powietrze:

p

I ,

kp

E



,

pp

E



Spaliny:

ks

E



,

ps

E



,

s

I

Straty ciepła do
otoczenia:

str

Q



.

Woda chłodząca:

1

w

I

Woda chłodząca:

2

w

I

Założenia upraszczające bilans energetyczny kalorymetru Junkersa :



v



0,

ks

pg

kg

E

,

E

,

E









0,





h<80-100m,

ps

pp

pg

E

,

E

,

E









0



nie ma kontrakcji chemicznej



V

ch

=0,czyli

s

produktów

otnych

lg

wi

p

g

V

V

V

V

w

Vsubstrató











s

p

g

V

,

V

,

V

objętość gazu, powietrza, spalin

s

p

g

V

V

V





Jeżeli założymy dodatkowo , że gęstość gazu, powietrza , spalin jest taka sama:

s

p

g











to można zapisać , że suma masy gazu i powietrza jest w przybliżeniu równa masie
spalin

s

p

g

m

m

m





Jeżeli założymy, z błędem



0,5%, że ciepło właściwe gazu, powietrza , spalin przy

p=const są w przybliżeniu takie same :

ps

pp

pg

c

c

c





a temperatura gazu, powietrza i spalin (z definicji ciepła spalania )

s

p

g

t

t

t





to można zapisać, że

s

ps

s

p

pp

p

g

pg

g

t

c

m

t

c

m

t

c

m

















,

czyli, ze suma entalpii spalanego gazu I

g

i powietrza I

p

jest w przybliżeniu równa entalpii

spalin I

s

:

s

p

g

I

I

I





lub posługując się strumieniem masy gazu, powietrza, spalin zapisać to w innej postaci:

s

ps

s

p

pp

p

g

pg

g

t

c

m

t

c

m

t

c

m























i zapisać to jako sumę strumieni entalpii gazu i powietrza , która jest równa
strumieniowi entalpii spalin:

s

p

g

I

I

I













nie ma strat ciepła przez konwekcję

k

Q



i promieniowanie

r

Q



0

Q

Q

Q

r

k

str













wynika to z konstrukcji kalorymetru i warunków przeprowadzania pomiaru

Ostatecznie bilans kalorymetru Junkersa , po wprowadzeniu uproszczeń:

2

w

1

w

I

I

Q















1

w

2

w

2

tw

1

tw

w

1

w

2

w

t

t

c

m

I

I

Q





















-gdzie:

Q



- strumień ciepła wydzielonego podczas spalenia określonej ilości gazu

I

,

I

2

w

1

w







strumień entalpii wody chłodzącej kalorymetr Junkersa

s

gN

Q

V

Q









Ciepło spalania gazu:









gN

1

w

2

w

2

tw

1

tw

w

w

gN

1

w

2

w

2

tw

1

tw

w

w

gN

s

V

t

t

c

m

V

t

t

c

m

V

Q

Q



























Wartość opałowa gazu:

gN

skr

s

s

i

V

r

m

Q

r

m

Q

Q















Ilość spalonego gazu oblicza się ze wzoru:

g

g

g

N

gN

N

T

V

p

T

V

p



g

N

N

g

g

gn

T

p

T

V

p

V









, [um

3

]

Ciśnienie gazu suchego:

s

b

g

g

p

p

p

p









, [Pa]

m



- masa skroplin uzyskana ze spalenia jednostki ilości paliwa gazowego [kg/um

3

]



















3

gN

skr

um

kg

,

V

m

m

1.Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2lipca 2010 w sprawie szczegółowych

warunków funkcjonowania systemu gazowego (Dz.U.z 2010r. Nr.133, poz.891.

2. Polskie Normy :



PN-C-04750: Paliwa gazowe .Klasyfikacja , oznaczenia i wymagania.



PN-C-04753:Gaz ziemny .Jakość gazu dostarczanego odbiorcom z sieci

rozdzielczej.



WZGLĘDNA GĘSTOŚĆ GAZU

Stosunek gęstości danego gazu do gęstości suchego powietrza w tej samej temperaturze i pod

tym samym ciśnieniem.

• LICZBA WOBBEGO

Liczba Wobbego-Wo, [kJ/um

3

] : ciepło spalania gazu podzielone przez pierwiastek

kwadratowy ze względnej gęstości gazu odniesionej do powietrza:

Wartość liczby Wobbego jest podstawą do podziału paliw gazowych na podgrupy.

p

g

d











d

Q

Wo

s



Wyszczególnienie

Jednostka

System

gazu

ziemnego

grupy E

gazu

ziemnego

grupy Lw

gazu

ziemnego

grupy Ls

ciepło spalania

MJ/m

3

≥ 34,1

≥ 30,1

≥ 26,1

wartość opałowa

MJ/m

3

≥ 31,0

≥ 27,0

≥ 24,0

górna liczba Wobbego

- nominalna

MJ/m

3

50,0

41,5

35,0

- zakres zmienności

MJ/m

3

45,0-54,0

37,5-45,0

32,5-37,5

zawartość siarkowodoru

mg/m

3

≤ 7,0

≤ 7,0

≤ 7,0

zawartość tlenu

% mol/mol

≤ 0,2

≤ 0,2

≤ 0,2

zawartość ditlenku węgla

% mol/mol

≤ 3,0

≤ 3,0

≤ 3,0

zawartość par rtęci

µg/m

3

≤ 30,0

≤ 30,0

≤ 30,0

temperatura punktu rosy wody

dla 5,5 MPa od 1 kwietnia do

30 września

ºC

≤ +3,7

≤ +3,7

≤ +3,7

temperatura punktu rosy wody

dla 5,5 MPa od 1 października

do 31 marca

ºC

≤ -5,0

≤ -5,0

≤ -5,0

temperatura punktu rosy

węglowodorów

ºC

0

0

0

zawartość węglowodorów

mogących ulec kondensacji w

temp. -5ºC przy ciśnieniu

panującym w gazociągu

mg/m

3

≤ 30,0

≤ 30,0

≤ 30,0

zawartość pyłu o średnicy

cząstek większej niż 5 µm

mg/m

3

≤ 1,0

≤ 1,0

≤ 1,0

zawartość siarki

merkaptanowej

mg/m

3

≤ 16,0

≤ 16,0

≤ 16,0

zawartość siarki całkowitej

mg/m

3

≤ 40,0

≤ 40,0

≤ 40,0