MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Artur Kryczka
Spalanie paliw technicznych
714[02].Z1.01
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr inż. Bogumiła Porębska
mgr inż. Halina Gołąb
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Barbara Olech
Konsultacja:
mgr inż. Krzysztof Wojewoda
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 714[02].Z1.01
Spalanie paliw technicznych zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu
kominiarz.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREÅšCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Rodzaje paliw 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 8
4.1.3. Ćwiczenia 8
4.1.4. Sprawdzian postępów 9
4.2. Właściwości fizykochemiczne paliw 10
4.2.1. Materiał nauczania 10
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 12
4.2.3. Ćwiczenia 12
4.2.4. Sprawdzian postępów 14
4.3. Przebieg procesu spalania 15
4.3.1. Materiał nauczania 15
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 16
4.3.3. Ćwiczenia 16
4.3.4. Sprawdzian postępów 18
4.4. Współczynnik nadmiaru powietrza 19
4.4.1. Materiał nauczania 19
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 20
4.4.3. Ćwiczenia 20
4.4.4. Sprawdzian postępów 21
4.5. Techniczne uwarunkowania procesu spalania 22
4.5.1. Materiał nauczania 22
4.5.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 24
4.5.3. Ćwiczenia 24
4.5.4. Sprawdzian postępów 25
4.6. Produkty spalania 26
4.6.1. Materiał nauczania 26
4.6.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 27
4.6.3. Ćwiczenia 28
4.6.4. Sprawdzian postępów 28
5. Sprawdzian osiągnięć 29
6. Literatura 34
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o paliwach, ich właściwościach
i procesie spalania.
Poradnik ten zawiera:
1. Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiedzy, które powinieneś
mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej.
2. Cele kształcenia tej jednostki modułowej.
3. Materiał nauczania (rozdział 4) umożliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania
ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Do poszerzenia wiedzy wykorzystaj wskazaną literaturę
oraz inne z
ródła informacji. Obejmuje on również:
- pytania sprawdzające wiedzę niezbędną do wykonania ćwiczeń,
- ćwiczenia zawierające polecenie, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska
pracy,
- sprawdzian postępów, sprawdzający poziom wiedzy po wykonaniu ćwiczeń.
Wykonując sprawdzian postępów powinieneś odpowiadać na pytanie tak lub nie, co oznacza,
że opanowałeś materiał albo nie. Zaliczenie ćwiczeń jest dowodem osiągnięcia umiejętności
określonych w tej jednostce modułowej. Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub
ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy
dobrze wykonujesz daną czynność.
4. Zestaw pytań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej
jednostki. Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki
modułowej.
Jednostka modułowa: Spalanie paliw technicznych, której treści teraz poznasz jest jednym
z modułów koniecznych do zapoznania się z konstrukcjami zduńskimi i kominiarskimi .
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp oraz
instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te
poznasz podczas trwania nauki.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
 Moduł 714[02].Z1
Konstrukcje zduńskie i kominiarskie
Moduł 714[02].Z1.01
Spalanie paliw technicznych
Moduł 714[02].Z1.02
Prowadzenie kanałów wentylacyjnych,
spalinowych i dymowych
Moduł 714[02].Z1.03
Przygotowanie materiałów stosowanych
w konstrukcjach ognioodpornych
Moduł 714[02].Z1.04
Przygotowanie zapraw ognioodpornych
Moduł 714[02].Z1.05
Wykonywanie podstawowych operacji
technologicznych
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej  Spalanie paliw technicznych
powinieneś umieć:
- posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu budownictwa,
- rozpoznawać podstawowe materiały budowlane,
- posługiwać się dokumentacją techniczną,
- przestrzegać przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej i ochrony
środowiska,
- magazynować, składować i transportować materiały budowlane.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3. CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- zastosować przepisy bhp, ochrony przeciwpożarowej i przeciwporażeniowej obowiązujące
na stanowisku pracy,
- wyjaśnić zasady ruchu powietrza i gazów spalinowych w przewodach kominowych,
- wyjaśnić zasady obliczania ciągu,
- wyjaśnić zasady osadzania się sadzy,
- wyjaśnić zjawisko ciągu,
- określić właściwości gazów,
- określić rodzaje paliw: stałych, gazowych i płynnych,
- porównać właściwości paliw,
- scharakteryzować proces spalania,
- określić wpływ paliwa na proces spalania,
- określić wpływ paliwa na akumulację ciepła,
- wyjaśnić wpływ gazów spalinowych na organizm człowieka,
- scharakteryzować rodzaje gazów spalinowych,
- określić lepkość gazów spalinowych,
- wyjaśnić wpływ kształtu przewodu na ciąg,
- wyjaśnić wpływ materiału przewodu na ciąg,
- wyjaśnić wpływ zawilgocenia na ciąg,
- określić wpływ ciągu na zużycie paliwa,
- wyjaśnić zasady regulacji ciągu,
- wyjaśnić zasady przenikania ciepła przez ścianki przewodu kominowego,
- wyjaśnić wpływ temperatury na przewody kominowe,
- porównać odporność ogniową elementów budynku,
- określić rodzaje sadzy,
- dokonać pomiaru ciągu komina.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Rodzaje paliw
4.1.1. Materiał nauczania
Paliwa stałe ze względu na pochodzenie dzielimy na naturalne i sztuczne.
Paliwa pochodzenia naturalnego to:
 węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf, powstawały one w wyniku rozkładu i przemiany
części roślinnych starszych epok,
 drewno jako paliwo związane jest najczęściej z gospodarką leśną,
 słoma, owies to paliwa pochodzenia roślinnego.
Paliwa pochodzenia sztucznego powstajÄ… w wyniku uszlachetniania paliw naturalnych
i zaliczamy do nich:
 brykiety węglowe produkowane z rozdrobnionego i wysuszonego węgla poprzez prasowanie
w brykieciarkach,
 pelety to granulki powstałe ze sprężenia trocin, ścinek, wiórów i innych odpadów powstałych
przy obróbce drewna,
 koks powstaje poprzez usuwanie składników gazowych z węgla przez ogrzewanie bez
dostępu powietrza,
 węgiel drzewny powstaje poprzez zwęglanie drewna przy niedoborze powietrza
w mielarzach.
Podstawowymi składnikami tych paliw są: węgiel, wodór, tlen niewielkie ilości siarki, azot,
woda i popiół. Zawartość węgla wzrasta wraz z wiekiem geologicznym złoża. Woda występuje
w postaci domieszki objętościowej, powierzchniowej i higroskopijnej.
Popiół stanowią niepalne części paliw takie jak kamień, glinki, mika , tlenki glinu, wapnia
czy żelaza. Ilość popiołu zależy od zawartość czystego węgla.
Lotnymi składnikami węgla są gazy, smoły, które ulatniają się podczas ogrzewania bez
dostępu powietrza. Lepiej spalają się węgle bogate w części lotne.
Wśród paliw płynnych wyróżniamy:
 oleje mineralne takie jak ropa, które powstawały w warunkach podwyższonej temperatury
przy współudziale bakterii w wyniku rozkładu pozostałości roślinnych i zwierzęcych,
 benzyny, oleje i nafta powstajÄ… podczas uszlachetniania ropy w procesie destylacji ,
 oleje smołowe powstają w wyniku destylacji smół otrzymywanych najczęściej z węgla,
 oleje syntetyczne wytwarzane są z węgla kamiennego i brunatnego,
 inne paliwa takie jak spirytus, oleje roślinne.
Paliwa płynne są mieszaniną różnych węglowodorów np. parafin, olefin, aromatów i innych,
niewielkich ilości siarki, azotu i wody.
Zawartość siarki zależy od gatunku i pochodzenia paliwa. Siarka powoduje powstawanie
kwasu siarkowego (H2SO4 ) w spalinach który ma szkodliwy wpływ na środowisko. Woda
i osady to niekorzystne domieszki mogące zakłócać proces spalania.
Popiół jest pozostałością po spalaniu i wpływa na niszczenie ścianek kotłów dlatego jego
ilość powinna być jak najmniejsza.
Paliwa gazowe są mieszaniną gazów palnych i niepalnych. Składniki palne to metan, wodór
i inne węglowodory, w mniejszej ilości tlenek węgla, siarkowodór. Składniki niepalne to azot,
dwutlenek węgla i inne.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
Gazy w zależności od pochodzenia dzielimy na:
 naturalne jak gaz ziemny, kopalniany i błotny,
 porafineryjne jak propan, butan sÄ… produktami odpadowymi przy rafinacji ropy naftowej,
 sztuczne otrzymywane poprzez odgazowywanie i zgazowywanie węgla, przykładem tych
paliw jest gaz węglowy , koksowniczy czy wodny.
Odgazowywanie polega na oddzieleniu substancji gazowych od stałych bez dostępu
powietrza przy wysokiej temperaturze.
W procesie zgazowywania następuje całkowita przemiana ciał stałych w paliwa gazowe.
Gazy propan i butan nazywane są płynnymi ponieważ w zbiorniku pod ciśnieniem własnych
oparów zmieniają stan skupienia z gazowego w ciekły.
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
OdpowiadajÄ…c na pytania, sprawdzisz, czy jesteÅ› przygotowany do zaplanowania przebiegu
ćwiczeń i ich wykonania.
1. Jakie znasz rodzaje paliw stałych?
2. Jakie są główne składniki paliw stałych?
3. Jakie znasz rodzaje paliw płynnych?
4. Jakie są główne składniki paliw płynnych?
5. Jakie znasz rodzaje paliw gazowych?
6. Jakie są główne składniki paliw gazowych?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie informacji zawartych w tabeli z właściwościami uporządkuj paliwa stałe
kopalniane wg wieku geologicznego zaczynając od najstarszego do najmłodszego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) prawidłowo odczytać zawartość węgla w poszczególnych paliwach kopalnianych,
2) wypisać paliwa w kolejność o największej zawartości węgla,
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
4) dokonać oceny poprawności i wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tabela zawierająca skład różnych paliw kopalnianych,
 długopis
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Na kartkach formatu A4 znajdujÄ… siÄ™ wypisane pierwiastki i zwiÄ…zki chemiczne. Wybierz
i uporządkuj je tworząc grupy składników paliw stałych ,płynnych i gazowych.
Sposób wykonania ćwiczenia
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) prawidłowo zidentyfikować pierwiastki i związki chemiczne zapisane na kartkach,
2) prawidłowo przyporządkować pierwiastki i związki chemiczne zapisane na kartkach do
rodzaju paliw.
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
4) dokonać oceny poprawności i wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 kartki z zapisanymi różnymi pierwiastkami i związkami chemicznymi,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) podzielić paliwa ze względu na stan skupienia?

2) opisać pochodzenie węgla kamiennego?

3) opisać pochodzenie ropy naftowej?

4) opisać pochodzenie gazu ziemnego?

5) wymieć główne składniki paliw stałych?

6) wymieć główne składniki paliw płynnych?

7) wymieć główne składniki paliw gazowych?

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
4.2. Właściwości fizykochemiczne paliw
4.2.1. Materiał nauczania
W procesie spalania istotnymi własnościami fizykochemicznych paliw stałych są:
1. Gęstość określa masę 1m3 danego paliwa, dla paliw stałych określa się gęstość nasypową
związaną z rzeczywistymi warunkami składowania.
2. Wartość opałowa określana jako ilość ciepła podawana w kJ uzyskiwanego w warunkach
laboratoryjnych z1 kg paliwa.
3. Ciepło spalania jest równa wartości opałowej paliwa zwiększonej o ciepło zawarte w parze
wodnej będącej składnikiem spalin.
4. Temperatura zapłonu temperatura w której mieszanina paliwa i tlenu zapala się.
Tabela 1. Niektóre właściwości paliw stałych.
paliwo Główne składniki Gęstość Wartość opałowa Temperatura
pierwiastek(%) nasypowa [kJ/kg] zapłonu
[kg/m3] [ºC]
WÄ™giel kamienny C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10), 700÷900 200000÷34000 150÷600
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)
WÄ™giel brunatny C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10), 500÷800 9000÷20000 200÷240
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)
Torf suszony C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10), 300÷750 14000 225
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)
Drewno C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10), 100÷600 7000÷20000 200÷300
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)
sÅ‚oma C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10), 50÷150 10000÷14000 150
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)
Główne właściwości fizykochemiczne paliw płynnych to:
1. Gęstość określa masę 1m3 danego paliwa.
2. Lepkość inaczej tarcie wewnętrzne, płynność. Parametr bardzo istotny w procesie spalania.
Wraz ze wzrostem temperatury maleje lepkość. Jednostką lepkości jest m2/s.
3. Wartość opałowa określana jako ilość ciepła uzyskiwanego w warunkach laboratoryjnych
z jednego kilograma paliwa.
4. Temperatura zapłonu przy której zaczyna się proces spalania paliwa.
5. Temperatura palenia zwykle okoÅ‚o 20 ºC wyższa od temperatury zapÅ‚onu.
6. Temperatura krzepnięcia wpływa na składowanie olejów które powinno być w temperaturze
wyższej od temperatury krzepnięcia.
Tabela 2. Niektóre właściwości paliw płynnych.
Główne składniki Gęstość Wartość Temperatura
Paliwo pÅ‚ynne pierwiastek(%) przy 20 ºC opaÅ‚owa zapÅ‚onu
kg/m3 kJ/kg ºC
Olej opaÅ‚owy C(85),H(12), S(0,3÷2), 800÷900 420000 ÷ 200÷ 340
+N(0,5),) 45000
benzyna C(85),H(15) 720÷800 9000 ÷ 350÷ 520
20000
nafta C(85),H(15) 800÷820 43000 500
Olej napędowy C(86),H(13), O+N(0,5), 840 45000 250
Diesla S(0,5)
Alkohol etylowy C(52),H(13), O+N(25), 800 30000 400
Olej smoÅ‚owy z C(89),H(7), O+N(4), 800÷1000 39500 600
węgla kamiennego
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
Właściwości fizykochemicznych paliw gazowych:
1. Gęstość względna równa stosunkowi gęstości gazu do gęstości powietrza.
Gg
d =
Gp
w którym:
d gęstość względna,
Gg gęstość gazu [kg/m3],
Gp  gęstość powietrza równa 1,27 kg/m3
2. Wartość opałowa lub ciepło spalania określane jako ilość ciepła uzyskiwanego w warunkach
laboratoryjnych z1 kg paliwa.
3. Dolna i górna granica wybuchowości określa podawany w % przedział stężenia gazu
w powietrzu gdy następuje wybuch . Przy stężeniu mniejszym niż dolna granica
wybuchowości nie następuje niekontrolowane spalanie ponieważ mieszanina nie osiąga
temperatury zapłonu. Przy stężeniu większym niż górna granica wybuchowości nie
następuje wybuch, gdyż jest za mało powietrza do spalania. Szczególnie niebezpieczne są
gazy o małej dolnej granicy wybuchowości.
4. Liczba Wobbego- jest to stosunek ciepła spalania gazu do pierwiastka kwadratowego
z gęstość względnej.
Gazy o gęstości względnej większej od 1 opadają, są to np. propan, butan. Dlatego dla
zapewnienia bezpieczeństwa urządzenia zasilane tymi gazami powinny znajdować się powyżej
poziomu terenu.
Hu
W = [ KJ/kg]lub[ KJ/m3]
"d
w którym:
W liczba Wobbego,
Hu  wartość opałowa [kJ/kg],
d  gęstość względna równa stosunkowi gęstości gazu do gęstości powietrza.
Liczba Wobbego charakteryzuje gazy ze względu na proces spalania .Gazy o jednakowej
liczbie Wobbego mają równe wydajności palnika, podobne własności spalania i mogą być
spalane w tych samych palnikach bez zmiany dyszy.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
Tabela 3. Niektóre właściwości paliw gazowych
Paliwo Główne składniki Gęstość Wartość Tempe Liczba Granica
gazów pierwiastek(%) kg/m3 opałowa ratura Wobbego wybuchowości
[kJ/m3] zapłon [kJ/m3] [%]
u
Dolna górna
[ºC]
Gaz CH4(70÷90),C2H6(0÷8), 0,78 200000÷ 650 49400 4,8 13,5
ziemny N(0÷15), C3H8(0÷3), 34000
CO2(0,5÷10),
Propan C3H8 1,38 92890 510 80730 2,1 9,5
C3H8
Butan C4H10 1,39 123650 490 92600 1,5 8,5
C4H10
Gaz CH4(70÷90),C2H6(0÷8), 0,60 7000÷ 550 26400 5,0 30,0
miejski C3H8( N(0÷15),), 20000
CO2(0,5÷10),
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
OdpowiadajÄ…c na pytania, sprawdzisz, czy jesteÅ› przygotowany do zaplanowania przebiegu
ćwiczeń i ich wykonania.
1. Jakie własności paliw stałych są istotne ze względu na spalanie?
2. Jak określamy gęstość nasypową paliw stałych?
3. W jakich jednostkach miary podaje się gęstość?
4. W jakich jednostkach miary podaje się wartość opałową paliw?
5. Jakie własności paliw płynnych są istotne ze względu na spalanie?
6. Jak zmienia się lepkość wraz ze zmianami temperatury?
7. Jakie własności paliw gazowych są istotne ze względu na spalanie?
8. Jakie obliczamy liczbę Wobbego dla gazów?
9. Przy jakim stężeniu gazu z powietrzem następuje niekontrolowane spalanie?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz gęstość nasypową dla węgla
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zmierzyć wymiary wewnętrzne pojemnika na węgiel w ustalonych jednostkach miary,
2) zapisać wyniki pomiaru:
długość ....................
szerokość .................
wysokość ..................
3) obliczyć objętość pojemnika,
4) zważyć pusty pojemnik na wadze (np. szalkowej),
5) zważyć pojemnik z węglem na wadze,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
6) obliczyć gęstość nasypową węgla,
7) zapisać wynik, porównać z wielkością w tabeli,
8) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
9) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- prostopadłościenne pudełko (np. kartonowe ),
- węgiel w ilości zapewniającej całkowite zapełnienie pudełka ,
- przymiar liniowy,
- waga,
- tabela zawierająca wartości gęstości nasypowych różnych paliw stałych.
Ćwiczenie 2
Oblicz liczbę Wobbego dla gazu o gęstości 0,78 kg/m3 i wartości opałowej 30000 kJ/kg.
Gęstość powietrza wynosi 1,29 kg/m3.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) obliczyć gęstość względną gazu w stosunku do powietrza korzystając ze wzoru,
2) obliczyć liczbę Wobbego,
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 długopis
 kalkulator z podstawowymi funkcjami
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 3
Do pomieszczenia o długości 8 m, szerokości 6 m i wysokości 3 m ulotniło się 5m3
mieszaniny gazu propan, butan. Oblicz stężenie tego gazu i porównując z wartościami w tabeli
określ czy nastąpi wybuch.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) obliczyć stężenie gazu w pomieszczeniu,
2) uzyskaną wartość porównać z dolną i górną granicą wybuchowości dla mieszaniny gazu
propan butan,
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
4) dokonać oceny poprawności i wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tabela zawierająca granice wybuchowości dla mieszaniny gazu propan butan,
 długopis ,
 kalkulator z podstawowymi funkcjami,
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie gęstości nasypowej paliw stałego?

2) obliczyć gęstość nasypową paliw stałych?

3) zdefiniować pojęcie lepkości?

4) zdefiniować pojęcia wartości opałowej i temperatury krzepnięcia olejów?

5) zdefiniować pojęcia gęstość względna, liczba Wobbego dla gazu?

6) zdefiniować pojęcia wartość opałowa, temperatura zapłonu?

7) obliczyć liczbę Wobbego dla gazów?

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
4.3. Przebieg procesu spalania
4.3.1. Materiał nauczania
Spalanie paliw jest procesem chemicznego łączenia się palnych składników paliw z tlenem
z jednoczesnym wydzielaniem ciepła. Produktem ubocznym są spaliny i woda.
Niezbędnymi warunkami spalania są:
 pozbycie się wody z paliwa i osiągnięcie temperatury zapłonu części lotnych,
 dostarczenie tlenu w ilości zapewniającej całkowite utlenienie pierwiastków i związków
palnych.
Dla paliw stałych proces spalania można podzielić na trzy etapy:
1. Suszenie paliwa polega na odparowaniu wilgoci. Suszone paliwo pobiera cały czas ciepło,
lecz nie osiąga temperatury zapłonu, w której wydzielałyby się gazy łatwo palne takie jak
tlenek węgla, metan i inne wyższe węglowodory. Woda absorbowana przez paliwo dzięki
jego właściwościom higroskopijnym nazywa się wilgocią higroskopijną. Jedynym sposobem
usuniÄ™cia tej wody jest podgrzanie paliwa do temperatury okoÅ‚o 110ºC. Wilgoć nabywana
przez paliwo w czasie wydobywania, nieodpowiedniego magazynowania lub transportu
nazywana jest przemijającą. Usuniecie tej wilgoci możliwe jest poprzez suszenie na
powietrzu.
2. Odgazowanie paliwa polega na zwiększeniu temperatury paliwa co powoduje wydzielanie
się z niego gazów łatwo palnych.
3. Zgazowanie paliwa jest ostatnią częścią procesu spalania Gazy z procesu odgazowywania
łączą się z tlenem zawartym w powietrzu i spalają, wytwarzając płomień o wysokiej
temperaturze. Zapotrzebowanie na powietrze jest największe w drugiej części tego etapu
i polega na utlenianiu się węgla pierwiastkowego na tlenek i dwutlenek węgla. Pozostałością
spalania jest popiół.
Dla paliw stałych proces spalania rozpoczyna się podczas ogrzewania paliwa, dla gazów
w momencie przekroczenia granicy zapłonu.
Tabela 4. Niektóre właściwości paliw związane ze spalaniem.
Paliwo gazów Gęstość Teoretyczne Temperatura
spalin zapotrzebowanie spalania
[kg/m3] powietrza [m3/kg] teoretyczna
[ºC]
Węgiel kamienny 0,78 8 2200
Węgiel brunatny 1,38 3 1500
Olej opałowy 1,38 11 2000
Gaz ziemny 1,38 14 1950
Propan 1,39 11 490
Butan
Gaz miejski 0,60 10 1500
Rodzaje spalania :
1. Spalanie zupełne zachodzi przy odpowiedniej ilości powietrza i temperaturze ścianek
paleniska. Ogień ma kolor żółtopomarańczowy, a dym jest jasny.
2. Spalanie niezupełne spowodowane najczęściej niedoborem tlenu. Powoduje to utlenianie się
węgla pierwiastkowego do tlenku węgla, zamiast do dwutlenku węgla. Tlenek węgla
powstający zamiast nieszkodliwego dwutlenku węgla ma bardzo silne właściwości
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
toksyczne i jest przyczyną wielu zatruć. Oznaką spalania niezupełnego jest ciemnoczerwony
płomień i obfity, czarny dym. Nie utlenione lotne związki węgla i wodoru uchodzące ze
spalinami do komina zmniejszają znacznie uzyskiwaną ilość ciepła.
3. Spalanie całkowite zachodzi gdy spala się cała stała masa paliwa, a końcowym produktem
jest popiół.
4. Spalanie niecałkowite występuje wtedy gdy spalaniu ulega tylko część stałej masy paliwa.
Straty spalania wynikają z niedoskonałych warunków, w jakich w rzeczywistości odbywa
się spalanie. Ilości ciepła uzyskane w wyniku spalania paliw w warunkach technicznych są
mniejsze od teoretycznej ilości, jaką można byłoby uzyskać z tej samej masy paliwa
w warunkach laboratoryjnych.
Straty spalania:
 popielnikowa jest wywołana usunięciem z komory paleniskowej niespalonych części
paliwa, zależy ona także od zawartości części palnych w żużlu,
 przesypu występuje w paleniskach rusztowych, wynika z wypadania ziaren paliwa przez
szczeliny rusztu,
 w żużlu wynika z usuwania poza obręb kotła żużla o temperaturze wyższej od temperatury
otoczenia ,
 strata na skutek niezupełnego spalania polegająca na nie spalaniu gazowych składników
palnych,
 strata w koksiku lotnym i sadzy jest spowodowana unoszeniem przez spaliny nieopalonych
cząstek paliwa, produkty te mogą osadzać się w kanałach odprowadzających dym,
 strata kominowa postaje na skutek uchodzenia do atmosfery gazów spalinowych
o temperaturze wyższej od temperatury otoczenia,
 pozostałe straty powstałe na skutek promieniowania, konwekcji, nieszczelności.
Sprawność kotła jest stosunkiem energii wytworzonej w kotle do energii zawartej w paliwie.
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
OdpowiadajÄ…c na pytania, sprawdzisz, czy jesteÅ› przygotowany do zaplanowania przebiegu
ćwiczeń i ich wykonania.
1. Na czym polega spalanie paliw?
2. Na jakie etapy możemy podzielić proces spalania?
3. Co nazywamy suszeniem paliwa?
4. Jak usuwamy wilgoć higroskopijną?
5. Na czym polega odgazowywanie paliwa?
6. Na czym polega zgazowywanie paliwa?
7. Kiedy zachodzi spalanie niezupełne i jakie są jego skutki?
8. Kiedy zachodzi spalanie niecałkowite i jakie są jego skutki?
9. Jakie sÄ… straty spalania?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz sprawność kotła gazowego zasilanego gazem o wartości opałowej 30000 kJ/kg
wiedząc że strata kominowa wynosi 2000 kJ/kg, strata związana ze stratami ciepła poprzez
promieniowanie i konwekcjÄ™ 1000 kJ/kg.
Sposób wykonania ćwiczenia
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) obliczyć całkowitą stratę spalania,
2) obliczyć procentowy udział strat spalania w stosunku do wartości opałowej,
3) obliczyć sprawność kotła,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 długopis,
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnik dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Wykonaj plakat przedstawiający kocioł połączony z kominem pokazujący straty spalania.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zapoznać się z rodzajami strat ciepła,
3) wykonać plakat pokazujący straty spalania,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
5) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 kredki,
 kartka papieru formatu A3,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 3
Oblicz sprawność kotła na paliwo stałe zasilanego węglem o wartości opałowej 20000 kJ/kg
wiedząc że, strata popielnikowa wynosi 1000 kJ/kg, kominowa wynosi 1500 kJ/kg, strata
związana ze stratami ciepła poprzez promieniowanie i konwekcję 1000 kJ/kg a strata w koksiku
lotnym i sadzy 500 kJ/kg.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) obliczyć całkowitą stratę spalania,
2) obliczyć procentowy udział strat spalania w stosunku do wartości opałowej,
3) obliczyć sprawność kotła,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
5) dokonać oceny poprawności i wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 długopis ,
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) zdefiniować proces spalania?

2) określić etapy spalania paliwa?

3) scharakteryzować proces suszenia paliwa?

4) scharakteryzować proces odgazowywania paliwa?

5) scharakteryzować proces zgazowywania paliwa?

6) określić kiedy zachodzi spalanie niezupełne i jakie są jego skutki?

7) określić kiedy zachodzi spalanie niecałkowite i jakie są jego skutki?

8) scharakteryzować straty spalania?

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
4.4. Współczynnik nadmiaru powietrza
4.4.1. Materiał nauczania
Teoretyczne zapotrzebowanie na tlen do spalania paliwa wynika z następujących równań
chemicznych.
C + O2 -> CO2
l kmol + l kmol = l kmol
12 kg + 32 kg =44 kg oznacza to,że do spalenia l kg węgla potrzeba 2,67 kg tlenu
2H2 + O2  >2H2O
2 kmol + l kmol = 2 kmol
4 kg +32 kg = 36 kg oznacza to, że utlenienia l kg wodoru potrzeba 8 kg tlenu
S + O2  >SO2
l kmol + l kmol = l kmol
32 kg +32 kg = 64 kg oznacza to, utlenienia l kg siarki potrzeba 1kg tlenu
Teoretyczna ilość powietrza Lmin wystarcza do całkowitego spalenia paliwa pod warunkiem
dokładnego wymieszania cząsteczek tlenu z cząsteczkami paliwa. W praktyce dopływ powietrza
w paleniskach kotłów jest nie równomierny i teoretyczna ilość powietrza jest za mała żeby
zachodził proces prawidłowego spalania. Powietrze trzeba dostarczać z pewnym nadmiarem
w stosunku do wartości teoretycznej, który zależy od rodzaju paliwa. Jeśli paliwo jest dobrze
rozdrobnione i rozpylone, to nadmiar powietrza może być mniejszy niż przy paliwie grubym.
W warunkach rzeczywistych w paleniskach dla uzyskania pełnego spalania trzeba doprowadzić
większą ilość powietrza niż wynika to z obliczeń teoretycznych.
Współczynnik nadmiaru powietrza obliczamy ze wzoru:
L
 =
Lmin
w którym:
  współczynnik nadmiaru powietrza
L rzeczywista ilość powietrza do spalania [m3]
Lmin teoretyczna ilość powietrza do spalania [m3]
Wartości współczynników nadmiaru powietrza potrzebnego do spalania zależy od:
 rodzaju paliwa,
 typu paleniska,
 stopnia rozdrobnienia paliw,
 innych czynników.
Przyjmuje się poniższe współczynniki nadmiaru powietrza:
 paleniska gazowe 1÷1,5
 paleniska olejowe 1,2÷1,5
 paleniska paliw staÅ‚ych 1,3÷2,0
Ilość doprowadzanego powietrza do paleniska powinna być stale kontrolowana.
Zmniejszenie bowiem ilości powietrza może doprowadzić do strat niezupełnego spalania.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
Przekroczenie wartości współczynnika nadmiaru powietrza też nie jest korzystne. Nie związany
tlen oraz obojętny azot niepotrzebnie pobierają ciepło z paleniska, obniżając jego sprawność.
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
OdpowiadajÄ…c na pytania, sprawdzisz, czy jesteÅ› przygotowany do zaplanowania przebiegu
ćwiczeń i ich wykonania.
1. Ile kg tlenu potrzeba do spalenia 1 kg węgla?
2. Ile kg tlenu potrzeba do spalenia 1 kg wodoru?
3. Ile kg tlenu potrzeba do spalenia 1 kg siarki?
4. Dlaczego rzeczywista ilość powietrza do spalania jest większa od ilości teoretycznej?
5. Jak obliczamy współczynnik nadmiaru powietrza?
6. Jaki wpływ na spalanie ma zbyt mała ilość powietrza?
7. Jaki wpływ na spalanie ma zbyt duża ilość powietrza?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz współczynnik nadmiaru powietrza wiedząc, że do spalenia 200 kg węgla potrzeba
2000 m3 powietrza a z wyliczeń teoretycznych wynika że do spalenia 10 kg potrzeba 80m3.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) wypisać dane do zadania,
2) obliczyć zużycie powietrza dla warunków rzeczywistych,
3) obliczyć zużycie powietrza dla warunków teoretycznych,
4) obliczyć wielkość  podstawiając do wzoru,
5) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
6) dokonać oceny poprawności i wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 długopis ,
 kalkulator z podstawowymi funkcjami,
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Oblicz ilość powietrza potrzebną do spalenia 11kg gazu propan butan wiedząc że na 1 kg
potrzeba 11 m3 powierza a współczynnik nadmiaru powietrza  wynosi 1,4.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) wypisać dane do zadania,
2) obliczyć teoretyczną ilość powietrza potrzebną do spalania,
3) przekształcić wzór na  ,
4) obliczyć rzeczywistą ilość powietrza potrzebną do spalania,
5) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
6) dokonać oceny poprawności i wykonanego ćwiczenia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
Wyposażenie stanowiska pracy:
 długopis ,
 literatura z rozdziału 6
 kartka papieru formatu A4,
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) określić wpływ zbyt małej ilości powietrza na proces spalania?

2) określić wpływ zbyt dużej ilości powietrza na proces spalania?

3) zdefiniować pojecie współczynnika nadmiaru powietrza?

4) obliczyć współczynnik nadmiaru powietrza?

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
4.5. Techniczne uwarunkowania procesu spalania
4.5.1. Materiał nauczania
Ciąg kominowy stanowi różnicę ciśnienia jaka powstaje na skutek tego, że gęstość gorących
spalin lub cieplejszego powietrza jest mniejsza niż gęstość chłodnego powietrza. Zimne
powietrze znajdujące się poza kominem wypiera ku górze lżejszy słup powietrza aby
doprowadzić do wyrównania ciśnienia.
Ciąg kominowy zmienia się w czasie i zależy od:
 długości przewodów spalinowych,
 chropowatości ścianek przewodów spalinowych,
 zmian kierunku przepływu spalin ,zwężenia czyli tzw. oporów miejscowych,
 strat ciepła przewodów kominowych,
 szczelnością przewodów,
 wiejących wiatrów,
 stopnia zawilgocenia ścian kominowych.
Wartość ciągu kominowego naturalnego oblicza się wg wzoru:
ps=h g(Gg - Gp) [Pa]
w którym:
g - przyspieszenie ziemskie wynoszÄ…ce 9,81 m/s2,
h- wysokość komina [m]
Gs- gęstość spalin [kg/m3],
Gp  gÄ™stość powietrza przy temperaturze 12° C wynosi1,24 kg/m3 .
Dobór komina związany jest z obliczaniem równowagi pomiędzy ciągiem kominowym
a oporami przepływu przez kocioł i przewody odprowadzającymi produktu spalania według
wzoru:
ps>pk
w którym:
ps  naturalny ciÄ…g kominowy [Pa],
pk- straty ciśnienia spowodowane przepływem spalin, dymu lub powietrza, przez przewód
kominowy i kocioł [Pa]
Kształt przekroju kanału kominowego musi sprzyjać odpływowi spalin. Korzystne są
przewody okrągłe lub owalne. W kanałach o przekroju prostokątnym powstają zawirowania
spalin zmniejszające ciąg. Możliwe jest zastosowanie przekroju kanału prostokątnego ale
o proporcji boków maksymalnie 1:1,5. Wielkość pola przekroju przewodu kominowego
decyduje o przepustowości ,czyli objętości gazów spalinowych ,dymowych i wentylacyjnych. Za
mała średnica powoduje powstanie zatorów. W za dużym kanale spliny ochładzają się mieszając
z powietrzem. W obu przypadkach dochodzi do zmniejszenia ciÄ…gu.
Korzystne dla odpływu gazów ciepłych gazów jest utworzenie możliwie jak najgrubszej
powłoki izolacyjnej, która zapewnia równomierną temperaturę w kominie.
Im większy ciąg tym większa ilość gazów spalinowych zostanie w określonym czasie
wyrzucona i pole przekroju komina może być mniejsze.
Zbyt duży ciąg kominowy przy niedostatecznej ilości spalin powoduje zwiększenie zużycia
paliwa ponieważ gorące spaliny zbyt krótko przekazują ciepło do celów grzewczych i zbyt
gorące wypływają przez komin.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
W celu wyrównania siły ciągu na danym poziomie stosuje się różne rozwiązania techniczne.
Jednym z nich są przerywacze ciągu. Zasada działania tych urządzeń polega na zasysaniu
powietrza za komorą spalania, powietrza schładza spaliny i zmniejsza się ciąg. Innym
rozwiÄ…zaniem sÄ… nasady kominowe wzmacniajÄ…ce ciÄ…g.
Producenci urządzeń grzewczych w zależności od maksymalnej ilości oraz oporu przepływu
spalin przez kocioł podają wymagane podciśnienie za kotłem i wymiary kanału spalinowego. To
podciÅ›nienie to ciÄ…g kominowy, który w zależnoÅ›ci od konstrukcji kotÅ‚a wynosi 15÷40 Pa.
Do pomiaru ciÄ…gu kominowego stosujemy ciÄ…gomierze, od najstarszych cieczowych,
wyskalowanych w mmH2O, poprzez nowocześniejsze przeponowe podające wielkość ciągu
w Pascalach[Pa] lub też milibarach [mbar] do najnowocześniejszych dokonujących pomiaru
szybkości strumienia powietrza zwanych anemometrami. Anemometry mają dodatkową zaletę,
można nimi oprócz szybkości strumienia badać także prawidłowość cyrkulacji powietrza
w pomieszczeniu. Znając przekrój kanału możemy przeliczyć jednostki ciśnienia na jednostki
prędkości. Przy przeliczaniu prędkość przepływu spalin na ciąg wyrażony w Paskalach musimy
znać wielkość przekroju komina.
Dokonując uproszczeń przy kanale kominowym o wymiarach 20x20 cm czyli powierzchni
0,04m2 i przy 15 sekundowym przepływie około 1m3 powietrza przez anemometr czyli 1,29kg,
gdy anemometr wskazał 2 m/s ciąg kominowy wyniesie:
P=1,29x 2/0,04x15=4,3 Pa
1atmosfera H"1barH"100000Pa=0,1MPa
W kominach o ciągu naturalnym i wysokości do 20 m przyjmuje się że prędkość spalin
powinna wynosić od 2 do 6 m/s. Przy prędkościach mniejszych będących skutkiem za dużego
przekroju komina może nastąpić nadmierne schładzanie spalin poniżej punktu rosy czyli
temperatury poniżej której wykrapla się para wodna i następuje zawilgocenie komina. Prędkości
większe od 6 m/s powodują wzrost oporu przepływu spalin i w konsekwencji zakłócenia pracy
komina.
W dużych kotłowniach stosuje się wentylatory wywołujące ciąg sztuczny .
Wentylator może wtłaczać powietrze pod ruszt, które następnie przepływa przez kocioł do
komina. Stosowane są także wentylatory wyciągowe lub rozwiązanie z dwoma instalacjami
podmuchowÄ… i wyciÄ…gowÄ….
Sposoby przekazywania ciepła:
1. Konwekcja czyli unoszenie ciepła przez gazy lub ciecze . Ruch cząsteczek może być
wywołany w sposób naturalny lub sztuczny za pomocą wentylatora lub pompy. W praktyce
słowo konwekcja jest zastępowane terminem przejmowanie ciepła.
2. Promieniowanie polega na przesyłaniu ciepła za pośrednictwem fal elektromagnetycznych
w atmosferze gazowej lub próżni, które są emitowane przez powierzchnie o wyższej
temperaturze. Fala taka uderzając powierzchnie chłodniejsze przekazuje energię podnosząc
ich temperaturÄ™ .
3. Przewodzenie to zjawisko zachodzące w ciałach stałych polegające na przekazywaniu ciepła
między cząsteczkami stykającymi się ze sobą. Ilość ciepła przepływająca na drodze
przewodzenia zależy od rodzaju i grubości materiału oraz różnicy temperatury na jego
powierzchniach.
W technice opisane rodzaje wymiany ciepła występują zazwyczaj równocześnie tworząc
różne kombinacje. Najczęściej jest to przenikanie ciepła będące złożeniem przejmowania po
stronie wewnętrznej, przewodzenia przez ścianki i przejmowania po stronie zewnętrznej. Taka
wymiana zachodzi w kotle pomiędzy spalinami i czynnikiem grzewczym zazwyczaj wodą czy
w kominie, gdzie spaliny schładzają się oddając ciepło otaczającemu komin powietrzu. Kominy
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
powinny być izolowane cieplnie tak aby zapewnić ciąg kominowy, a ze względu na ochronę
przeciwpożarową niepalne, posiadać odporność ogniową co najmniej 60 minut.
4.5.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
OdpowiadajÄ…c na pytania, sprawdzisz, czy jesteÅ› przygotowany do zaplanowania przebiegu
ćwiczeń i ich wykonania.
1. Co nazywamy przenikaniem ciepła?
2. Co rozumiemy pod pojęciem ciąg kominowy?
3. Od czego zależy ciąg kominowy
4. Co wpływa na przepustowość kanału kominowego?
5. W jakich jednostkach określany jest ciąg kominowy?
6. Na czym polega przekazywanie ciepła przez konwekcję?
7. Na czym polega przekazywanie ciepła przez promieniowanie?
8. Na czym polega przekazywanie ciepła przez przewodzenie?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na kartkach formatu A3 wykonaj plakat obrazujący czynniki od których zależy ciąg
kominowy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) wypisać czynniki od których zależy ciąg kominowy,
2) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
3) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 kredki lub kolorowe pisaki ,
 kartki papieru formatu A3,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Oblicz ciąg kominowy w kanale o wysokości 6m. Gęstość spalin wynosi 1,31 kg/m3.Gęstość
powietrza w temperaturze 12ºC wynosi 1,24kg/m3.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) wypisać założenia do zadania,
2) obliczyć wielkość ps podstawiając do wzoru,
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
4) dokonać oceny poprawności i wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 długopis,
 kalkulator z podstawowymi funkcjami,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) wyjaśnić na czym polega konwekcja?

2) wyjaśnić na czym polega promieniowanie?

3) wyjaśnić na czym polega przewodzenie ciepła?

4) opisać proces przenikaniem ciepła?

5) zdefiniować pojęcie ciągu kominowego?

6) określić co wpływa na ciąg kominowy?

7) obliczać ciąg kominowy?

8) określić czynniki wpływające na przepustowość kanału kominowego?

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
4.6. Produkty spalania
4.6.3. Materiał nauczania
Głównymi produktami spalania są:
 dwutlenek węgla CO2,
 woda H2O,
 tlen O2,
 azot N2.
Podczas eksploatacji kotłów należy dążyć do jak największego wykorzystania ciepła spalin,
schładzając je do temperatury dopuszczalnej, wyższej niż temperatura punktu rosy spalin. W ten
sposób zmniejsza się do minimum stratę kominową. Jeżeli spaliny mają temperaturę poniżej
punktu rosy wykraplają się kwasy, przede wszystkim siarkowy, które niszczą komin i urządzenie
grzewcze. Ciąg kominowy jest też za mały by pokonać opory przepływu spalin przez komin.
W kotłach kondensacyjnych wychodzące spaliny mają temperaturę poniżej punktu rosy.
Wykorzystuje się dzięki temu ciepło zawarte w parze wodnej w spalinach. Kotły te i kominy
wymagają wtedy użycia materiałów kwasoodpornych oraz wentylatora usuwającego spaliny.
Temperatura punktu rosy spalin zależy od składu chemicznego paliwa, a przede wszystkim
od udziału wody i wodoru.
Spaliny z paliwa staÅ‚ego majÄ… temperaturÄ™ punktu rosy 40 -50°C, spaliny z gazu ziemnego
i miejskiego oraz olejów opaÅ‚owych 50-60°C.
Istotne ze względu na pracę komina są związki siarki. Niewielka zawartość w spalinach
dwutlenku siarki może być przyczyną tworzenia się bardzo niszczącego komin, kwasu
siarkowego, którego punkt rosy wynosi 140-160°C. Nawet maÅ‚a zawartość siarki w paliwie
powoduje konieczność zwiększenia minimalnej wymaganej temperatury spalin w kominie.
Większy jest wtedy ciąg kominowy, ale kosztem zwiększonej straty kominowej. W praktyce,
w celu uniknięcia wykraplania kwasu siarkowego w kominach, przyjmuje się do obliczeń
temperaturÄ™ spalin z kotłów żeliwnych opalanych koksem ts = 150°C, a temperaturÄ™ spalin
z kotłów stalowych opalanych wÄ™glem, olejem lub gazem ziemnym ts = 200°C.
Wartość gęstości spalin zależy od procentowego udziału dwutlenku węgla, tlenu, azotu
i pary wodnej. Wartość gęstości spalin jest tym większa, im większy jest udział CO2 i tym
mniejsza, im większy jest udział pary wodnej H2O.
Tabela 5. Gęstość produktów spalania w warunkach normalnych
Rodzaj gazu CO2 O2 N2 H2O
Gęstość gazu [kg/m3] 1,97 1,43 1,257 0.804
Tabela 6. Gęstość spalin
Paliwo gazów Gęstość spalin
[kg/m3]
Węgiel kamienny 0,78
Węgiel brunatny 1,38
Olej opałowy 1,38
Gaz ziemny 1,38
Propan , Butan 1,39
Gaz miejski 0,60
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
W wyniku niezupełnego lub niecałkowitego spalania powstaje tlenek węgla popularnie
zwany czadem. Jest to gaz bezbarwny, bez zapachu. Wdychany przez człowieka łączy się
z czerwonymi ciałkami krwi, które tracą zdolność przenoszenia tlenu. Brak tlenu objawia się
bólami głowy, osłabieniem aż do utraty przytomności, a skrajnym przypadku śmiercią przez
uduszenie.
Pierwsza pomoc polega na umieszczeniu poszkodowanego na świeżym powietrzu,
rozluz
nieniu ubrania, ułożeniu w pozycji ułatwiającej oddychanie i okryciu ciepłym nakryciem.
Produktami spalania niekorzystnie działającymi na organizm człowieka są:
 tlenki azotu są przyczyną podrażnienia i uszkodzenia płuc, a odkładając się w glebie
niekorzystnie wpływają na rośliny,
 dwutlenek siarki powoduje trudności w oddychaniu, podrażnia i uszkadza płuca,
 chlorowodór w połączeniu z parą wodną tworzy kwas solny,
 cyjanowodór tworzy z wodą kwas pruski,
 pyły zanieczyszczają rośliny metalami ciężkimi.
Przebywanie w atmosferze spalin nawet zawierających uznane za obojętne chemicznie azot
i dwutlenek węgla powoduje wzrost intensywności działania czynników trujących Spaliny
mieszające się z powietrzem obniżają stężenie tlenu koniecznego do oddychania dla człowieka.
Produktami spalania paliw stałych jest dym i sadza. Dym jest zagęszczoną parą smołową
zmieszaną z pyłem i cząsteczkami popiołu. Sadza postaje z rozkładu węglowodorów
znajdujÄ…cych siÄ™ w dymie.
W zależności od wyglądu wyróżniamy sadze:
 płatkowe powstające przy spalaniu drewna iglastego,
 miękkie,
 smołowe,
 maziste powstające podczas spalania paliw zawierających wilgoć,
 szkliste inaczej świecące tworzą się podczas spalania drewna twardego jak dąb, buk itp.
Mieszanina sadzy, wody popiołu tworzy wewnątrz kanałów kominowych przede
wszystkim dymowych twarde warstwy osadu. Osad ten zmniejsza przekrój komina co wpływa
na ciąg kominowy. Ilość produktów spalania które może odprowadzić ten kanał jest mniejsza.
W kominie sadze mogÄ… ulec zapaleniu. Wysoka temperatura spalania okoÅ‚o1300ºC powoduje
gwałtowny wzrost objętości gazów często rozsadzających komin, powodując liczne pęknięcia.
Powstaje niebezpieczeństwo powstania pożaru . Sadza w pewnym sensie ma także działanie
dodatnie tworzy izolację cieplną i zabezpiecza przed niszczącym działaniem kwasów będących
produktami spalania. Ochrona powietrza atmosferycznego narzuca stosowanie urządzeń do
oczyszczania spalin. SÄ… to urzÄ…dzenia odpylajÄ…ce ,katalizatory spalania itp.
4.6.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
OdpowiadajÄ…c na pytania, sprawdzisz, czy jesteÅ› przygotowany do zaplanowania przebiegu
ćwiczeń i ich wykonania.
1. Jakie są główne składniki spalin?
2. Od czego zleży temperatura punktu rosy?
3. Ile wynosi temperatura punktu rosy dla spalin?
4. Od czego zależy gęstość spalin?
5. Jakie są produkty niezupełnego i niecałkowitego spalania?
6. Jakie właściwości ma tlenek węgla?
7. Co nazywamy dymem w odniesieniu do paliw stałych?
8. Co to jest sadza?
9. Jakie mamy rodzaje sadzy?
10. Jak wpływają spaliny na organizmy żywe?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
4.6.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz gęstość spalin zawierających 70% dwutlenku węgla, 20% pary wodnej, 5 % tlenu i
5% azotu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) wypisać dane do zadania,
2) obliczyć wielkość podstawiając do wzoru,
3) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
4) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 długopis,
 kalkulator z podstawowymi funkcjami,
 kartka papieru formatu A4,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Na kartkach formatu A3 wykonaj plakat obrazujący produkty spalania i ich wpływ na
organizmy żywe.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2) zapoznać się z produktami spalania,
3) Wykonać plakat obrazujący produkty spalania i ich wpływ na organizmy żywe,
4) zaprezentować efekty swojej pracy,
5) dokonać oceny wykonania ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 kredki lub kolorowe pisaki ,
 kartki papieru formatu A3,
 literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
4.6.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) wymienić główne składniki spalin?

2) zdefiniować temperaturę punktu rosy?

3) obliczyć gęstość spalin?

4) scharakteryzować tlenek węgla i jego wpływ na człowieka?

5) zdefiniować pojęcie dym w odniesieniu do paliw stałych?

6) zdefiniować pojęcie sadzy?

7) wymienić rodzaje sadzy?

8) określać wpływ sadzy na pracę komina?

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
5.SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
Instrukcja dla ucznia
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartÄ™ odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Dodatkowo otrzymałeś oddzielną kartkę na brudnopis, ponieważ w niektórych pytaniach
musisz dokonać obliczeń.
5. Test zawiera 21 zadań dotyczących spalania paliw technicznych. Są to zadania
wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedz
jest prawidłowa.
6. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, prawidłową odpowiedz
zaznacz
X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedz
zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedz
prawidłową).
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na póz
niej .
8. Na rozwiÄ…zanie testu masz 45 min.
Powodzenia
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Większa zawartość węgla w paliwie stałym świadczy o:
a) wieku geologicznym paliwa,
b) głębokości zalegania,
c) lepkości paliwa,
d) granicy wybuchowości gazu.
2. Tarcie miedzy cząsteczkowe w paliwie płynnym nazywane jest:
a) gęstością,
b) lepkością,
c) masÄ…,
d) granicą wybuchowości.
3. Gdy cześć paliwa nie spala się mówimy o spalaniu:
a) całkowitym,
b) zupełnym,
c) niecałkowitym,
d) niezupełnym.
4. Gazem posiadającym właściwości trujące jest:
a) metan ,
b) propan ,
c) dwutlenek węgla,
d) tlenek węgla.
5. Przy spalaniu niezupełnym płomień ma kolor:
a) niebieski,
b) ciemnoczerwony,
c) żółtopomarańczowy,
d) brunatny.
6. Parametrem charakteryzującym gaz ze względu na warunki spalania jest:
a) gęstość,
b) dolna granica wybuchowości,
c) górna granica wybuchowości,
d) liczba Wobbego.
7. Wartość ciągu kominowego zależy od:
a) składu spalin,
b) długości przewodów spalinowych,
c) temperatury zapłonu paliwa,
d) wysokości kanałów spalinowych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
8. Przenoszenie ciepła przez fale elektromagnetyczne w środowisku gazowym nazywamy:
a) konwekcjÄ…,
b) przejmowaniem ciepła,
c) promieniowaniem,
d) przewodzeniem.
9. Strata spalania wynikająca z ucieczki ciepła przez ścianki kanałów odprowadzających spaliny
nazywana jest stratÄ…:
a) żużla,
b) rusztu,
c) kominowÄ…,
d) koksiku.
10. Ilość ciepła otrzymywana w warunkach laboratoryjnych z 1kg paliwa nazywana jest:
a) gęstością,
b) lepkością,
c) ciepłem utajonym,
d) wartością opałową.
11. Sadza powstaje z:
a) związków azotu,
b) związków wodoru,
c) nie spalonych czÄ…steczek paliwa,
d) związków fluoru.
12. Głównym składnikiem gazu ziemnego jest:
a) siarkowodór,
b) metan,
c) wodór,
d) propan.
13. Kotły w których wykorzystuje się energię skraplając parę wodna zawartą spalinach
określa się jako:
a) z zamknięta komora spalania,
b) ze spalaniem dolnym,
c) kondensacyjne,
d) ze spalaniem górnym.
14. Gaz propan i butan należy do grupy gazów:
a) naturalnych,
b) sztucznych,
c) porafineryjnych,
d) błotnych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
15. CiÄ…g kominowy mierzymy za pomocÄ…:
a) anemometru,
b) barometru,
c) termometru,
d) higrometru.
16. Przyjmując że różnica gęstości spalin i powietrza to 0,1 kg/m3, a wartość przyspieszenia
ziemskiego 10 m/s2 ciąg kominowy w kanale dymowym o wysokości 5 m wynosi:
a) 0,5 Pa,
b) 5 Pa,
c) 50 Pa,
d) 100 Pa.
17. Gdy w spalinach zawierają po 50% dwutlenku węgla i pary wodnej, gęstość dwutlenku
węgla wynosi 0,6 kg/m3, a pary wodnej 1,0 kg/m3 to gęstość spalin wyniesie:
a) 0,8 kg/m3,
b) 1,0 kg/m3,
c) 1,2 kg/m3,
d) 0,9 kg/m3.
18. Liczba Wobbego dla gazu o wartości opałowej 30000kJ/kg i gęstości względnej 1,0 kg/m3
wynosi:
a) 300 kJ/kg,
b) 3000 kJ/kg,
c) 30000 kJ/kg,
d) 1000 kJ/kg.
19. 12 kg pierwiastka czystego węgla znajduje się w 20 kg węgla brunatnego oznacza to, że
udział tego pierwiastka wynosi:
a) 40%,
b) 50%,
c) 60%,
d) 70%.
20. Jeżeli w 12 kg węgla znajduje się 8 kg pierwiastka węgla jego zawartość procentowa
wynosi:
a) 60%,
b) 70%,
c) 80%,
d) 90%.
21. W sytuacji gdy rzeczywista ilość powietrza do spalania wynosi 15 m3, a ilość teoretyczna 12
m3 to współczynnik nadmiaru powietrza wynosi:
a) 1,2,
b) 1,25,
c) 1,3,
d) 1,5.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
KARTA ODPOWIEDZI
ImiÄ™ i nazwisko & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..
Spalanie paliw technicznych
Zakreśl poprawną odpowiedz

Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1
a b c d
2
a b c d
3
a b c d
4
a b c d
5
a b c d
6
a b c d
7
a b c d
8
a b c d
9
a b c d
10
a b c d
11
a b c d
12
a b c d
13
a b c d
14
a b c d
15
a b c d
16
a b c d
17
a b c d
18
a b c d
19
a b c d
20
a b c d
21
a b c d
Razem:
& & & & & & & & & & & & & & & &
Ocena
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
6. LITERATURA
1. Abramowicz K. , W.Lenkiewicz: Podstawowe wiadomości z kominiarstwa. Zakład
Wydawniczy CRS ,Warszawa 1965
2. Birszenk A.: Roboty zduńskie. Arkady, Warszawa 1973
3. Heryszek A.: Kominiarz i jego wiedza zawodowa. Wydawnictwo Spółdzielcze, Warszawa
1985
4. Krygier K. , Klinke T., Sewerynik J.: Ogrzewnictwo wentylacja klimatyzacja. WSiP,
Warszawa 1991
5. Recknagel, Sprenger, Hoenmann, Schramek: Poradnik Ogrzewanie + Klimatyzacja. EWFE,
Gdańsk 1994.
6. Katalogi producentów
7. Czasopismo:  Kominiarz Polski
Wykaz literatury należy aktualizować w miarę ukazywania się nowych pozycji wydawniczych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34