Opracował: dr inż. Jerzy Kuś
Teoria maszyn cieplnych
03. Spalanie
- streszczenie
Materiały, z których przy spalaniu uwalnia się energia nazywane są paliwami, a reakcja che-
miczna, podczas której paliwo jest utleniane, a utlenianiu towarzyszy uwalnianie duża ilość
energii nazywana jest spalaniem. Utleniaczem najczęściej stosowanym w procesach spalania
jest powietrze. Przybliżony objętościowy (molowy) skład powietrza to 21% tlenu i 79% azo-
tu. Dlatego,
1kmol O
2
+ 3,76kmol N
2
= 4,76kmol powietrza
Podczas procesu spalania, składniki, które występują przed reakcją nazywamy substrata-
mi, a składniki, które występują po reakcji nazywamy produktami. Równania rekcji chemi-
cznych bilansowane są na podstawie zasady zachowania masy, która stanowi, że podczas re-
akcji chemicznej masa całkowita każdego pierwiastka jest zachowana. Stosunek masy powie-
trza do masy paliwa, podczas procesu spalania, nazywany jest współczynnikiem powietrze-
paliwo AF:
pal
pow
paliwa
powietrza
m
m
m
m
AF
=
=
gdzie m
pow
= (nM)
pow
i m
pal
=
S(n
i
M
i
)
pal
.
Proces spalania jest zupełny, gdy cały węgiel zawarty w paliwie spali się do CO
2
, cały
wodór spali się do H
2
O i cała siarka (o ile występuje w paliwie) spali się do SO
2
. Minimalna
ilość powietrza niezbędna do całkowitego spalenia paliwa nazywana jest stechiometrycznym
lub teoretycznym powietrzem. Idealny proces spalania, podczas którego paliwo spala się
zupełnie z teoretyczną ilością powietrza nazywamy stechiometrycznym lub teoretycznym
spalaniem tego paliwa. Nadmiar powietrza względem teoretycznego powietrza nazywamy
nadmiarowym powietrzem. Ilość nadmiarowego powietrza jest zazwyczaj określana wzglę-
dem stechiometrycznego (teoretycznego) powietrza jako procent nadmiaru powietrza lub
współczynnik nadmiaru powietrza
l zdefiniowany jako
.
pow
ego
teoretyczn
pow
m
m
=
l
gdzie m
pow
– masa powietrza doprowadzonego, m
teoretycznego pow.
– masa teoretycznego powie-
trza.
Podczas reakcji chemicznej niektóre wiązania są rozrywane a inne powstają. Dlatego w
procesie, w którym występują reakcje chemiczne występują również zmiany w energii
chemicznej. Z powodu zmiany składu chemicznego, konieczne jest określenie standardowego
stanu odniesienia dla wszystkich substancji i jest nim stan przy 25
°C i 1atm.
Różnica pomiędzy entalpią produktów przy określonym stanie, a entalpią substratów przy
tym samym stanie, dla zupełnej reakcji chemicznej, nazywana jest entalpią reakcji i
R
. W
procesach spalania, entalpia reakcji jest zazwyczaj nazywana entalpią spalania i
S
i repre-
zentuje ilość ciepła uwalnianego podczas ustalonego procesu spalania wtedy, gdy 1kmol (lub
1kg) paliwa spalany jest zupełnie przy określonej temperaturze i ciśnieniu. Entalpia substancji
przy określonym stanie związana z jej składem chemicznym nazywana jest entalpią two-
rzenia
T
i
. Entalpii tworzenia wszystkich stabilnych pierwiastków przypisujemy wartość zero
przy standardowym stanie odniesienia (25
°C i 1atm). Wartość opałowa paliwa definiowana
jest jako ilość ciepła uwalnianego wtedy, gdy paliwo spala się zupełnie w procesie ustalonym,
a produkty po procesie spalania powracają do stanu substratów. Wartość opałowa paliwa jest
równa bezwzględnej wartości entalpii spalania paliwa,
