„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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”

1

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”

2

SPIS TREŚCI

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 sprawdzające 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 sprawdzające 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 sprawdzające 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 sprawdzające 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 sprawdzające 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 sprawdzające 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”

3

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 źródła 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”

4

Schemat układu jednostek modułowych

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

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

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”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

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”

7

4. MATERIAŁ 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 powstają 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 powstają 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 (H

2

SO

4

) 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”

8

Gazy w zależności od pochodzenia dzielimy na:

– naturalne jak gaz ziemny, kopalniany i błotny,
– porafineryjne jak propan, butan są 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 sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś 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 znajdują się wypisane pierwiastki i związki chemiczne. Wybierz

i uporządkuj je tworząc grupy składników paliw stałych ,płynnych i gazowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

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”

10

4.2. Właściwości fizykochemiczne paliw

4.2.1. Materiał nauczania

W procesie spalania istotnymi własnościami fizykochemicznych paliw stałych są:

1. Gęstość określa masę 1m

3

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

pierwiastek(%)

Gęstość
nasypowa
[kg/m

3

]

Wartość opałowa
[kJ/kg]

Temperatura
zapłonu
[ºC]

Węgiel kamienny

C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10),
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)

700÷900 200000÷34000 150÷600

Węgiel brunatny

C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10),
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)

500÷800 9000÷20000 200÷240

Torf suszony

C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10),
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)

300÷750 14000

225

Drewno

C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10),
N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)

100÷600 7000÷20000 200÷300

słoma C(60÷90),H(0,5÷5),O(0,5÷10),

N(1),S(1÷5), popiół (0,5÷5)

50÷150 10000÷14000 150

Główne właściwości fizykochemiczne paliw płynnych to:

1. Gęstość określa masę 1m

3

danego paliwa.

2. Lepkość inaczej tarcie wewnętrzne, płynność. Parametr bardzo istotny w procesie spalania.

Wraz ze wzrostem temperatury maleje lepkość. Jednostką lepkości jest m

2

/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 około 20 ºC wyższa od temperatury zapłonu.
6. Temperatura krzepnięcia wpływa na składowanie olejów które powinno być w temperaturze

wyższej od temperatury krzepnięcia.

Tabela 2. Niektóre właściwości paliw płynnych.

Paliwo płynne

Główne składniki
pierwiastek(%)

Gęstość
przy 20 ºC
kg/m

3

Wartość
opałowa
kJ/kg

Temperatura
zapłonu
ºC

Olej opałowy C(85),H(12),

S(0,3÷2),

+N(0,5),)

800÷900 420000

÷

45000

200÷ 340

benzyna C(85),H(15) 720÷800

9000

÷

20000

350÷ 520

nafta C(85),H(15)

800÷820

43000

500

Olej napędowy
Diesla

C(86),H(13), O+N(0,5),
S(0,5)

840 45000

250

Alkohol etylowy

C(52),H(13), O+N(25), 800

30000

400

Olej smołowy z
węgla kamiennego

C(89),H(7), O+N(4),

800÷1000

39500

600

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

Właściwości fizykochemicznych paliw gazowych:

1. Gęstość względna równa stosunkowi gęstości gazu do gęstości powietrza.

G

g

d =

G

p

w którym:
d– gęstość względna,
G

g

– gęstość gazu [kg/m

3

],

G

p

– gęstość powietrza równa 1,27 kg/m

3

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.

H

u

W =

[ KJ/kg]lub[ KJ/m

3

]

√d

w którym:

W– liczba Wobbego,
H

u

– 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”

12

Tabela 3. Niektóre właściwości paliw gazowych

Granica
wybuchowości
[%]

Paliwo
gazów

Główne składniki
pierwiastek(%)

Gęstość
kg/m

3

Wartość
opałowa
[kJ/m

3

]

Tempe
ratura
zapłon
u
[ºC]

Liczba
Wobbego
[kJ/m

3

]

Dolna

górna

Gaz
ziemny

CH

4

(70÷90),C

2

H

6

(0÷8),

N(0÷15), C

3

H

8

(0÷3),

CO2(0,5÷10),

0,78 200000÷

34000

650 49400 4,8 13,5

Propan
C

3

H

8

C

3

H

8

1,38

92890

510

80730

2,1

9,5

Butan
C

4

H

10

C

4

H

10

1,39

123650

490

92600

1,5

8,5

Gaz
miejski

CH

4

(70÷90),C

2

H

6

(0÷8),

C

3

H

8

( N(0÷15),),

CO2(0,5÷10),

0,60 7000÷

20000

550 26400 5,0 30,0

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś 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”

13

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/m

3

i wartości opałowej 30000 kJ/kg.

Gęstość powietrza wynosi 1,29 kg/m

3

.

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 5m

3

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”

14

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”

15

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
usunięcia tej wody jest podgrzanie paliwa do temperatury około 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
spalin
[kg/m

3

]

Teoretyczne
zapotrzebowanie
powietrza [m

3

/kg]

Temperatura
spalania
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
Butan

1,39 11

490

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”

16

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 sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś 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 są 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 konwekcję 1000 kJ/kg.

Sposób wykonania ćwiczenia

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

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”

18

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”

19

4.4. Współczynnik nadmiaru powietrza

4.4.1. Materiał nauczania

Teoretyczne zapotrzebowanie na tlen do spalania paliwa wynika z następujących równań

chemicznych.
C + O

2

-> CO

2

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

2H

2

+ O

2

—>2H

2

O

2 kmol + l kmol = 2 kmol
4 kg +32 kg = 36 kg oznacza to, że utlenienia l kg wodoru potrzeba 8 kg tlenu

S + O

2

——>SO

2

l kmol + l kmol = l kmol
32 kg +32 kg = 64 kg oznacza to, utlenienia l kg siarki potrzeba 1kg tlenu

Teoretyczna ilość powietrza L

min

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

λ =

L

min

w którym:

λ – współczynnik nadmiaru powietrza
L– rzeczywista ilość powietrza do spalania [m

3

]

L

min

– teoretyczna ilość powietrza do spalania [m

3

]

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 stałych 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”

20

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 sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś 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 m

3

powietrza a z wyliczeń teoretycznych wynika że do spalenia 10 kg potrzeba 80m

3

.

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 λ 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 m

3

powierza a współczynnik nadmiaru powietrza λ 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 λ ,
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”

21

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”

22

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:

p

s

=h g(G

g

- G

p

) [Pa]

w którym:

g - przyspieszenie ziemskie wynoszące 9,81 m/s

2

,

h- wysokość komina [m]
G

s

- gęstość spalin [kg/m

3

],

G

p

– gęstość powietrza przy temperaturze 12

° C wynosi1,24 kg/m

3

.

Dobór komina związany jest z obliczaniem równowagi pomiędzy ciągiem kominowym

a oporami przepływu przez kocioł i przewody odprowadzającymi produktu spalania według
wzoru:

p

s

>p

k

w którym:
p

s

– naturalny ciąg kominowy [Pa],

p

k

- 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 ciągu.

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”

23

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
rozwiązaniem są nasady kominowe wzmacniające ciąg.

Producenci urządzeń grzewczych w zależności od maksymalnej ilości oraz oporu przepływu

spalin przez kocioł podają wymagane podciśnienie za kotłem i wymiary kanału spalinowego. To
podciśnienie to ciąg kominowy, który w zależności od konstrukcji kotła wynosi 15÷40 Pa.

Do pomiaru ciągu kominowego stosujemy ciągomierze, od najstarszych cieczowych,

wyskalowanych w mmH

2

O, 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

0,04m

2

i przy 15 sekundowym przepływie około 1m

3

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 ≈1bar≈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
podmuchową i wyciągową.

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 temperaturę .

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”

24

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 sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś 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/m

3

.Gęstość

powietrza w temperaturze 12ºC wynosi 1,24kg/m

3

.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) wypisać założenia do zadania,
2) obliczyć wielkość p

s

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”

25

– 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”

26

4.6.

Produkty spalania

4.6.3. Materiał nauczania

Głównymi produktami spalania są:

– dwutlenek węgla CO

2

,

– woda H

2

O,

– tlen O

2

,

– azot N

2

.

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 stałego mają temperaturę punktu rosy 40 -50°C, spaliny z gazu ziemnego

i miejskiego oraz olejów opałowych 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 mała 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
temperaturę spalin z kotłów żeliwnych opalanych koksem t

s

= 150°C, a temperaturę spalin

z kotłów stalowych opalanych węglem, olejem lub gazem ziemnym t

s

= 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 CO

2

i tym

mniejsza, im większy jest udział pary wodnej H

2

O.

Tabela 5. Gęstość produktów spalania w warunkach normalnych

Rodzaj gazu

CO

2

O

2

N

2

H

2

O

Gęstość gazu [kg/m

3

]

1,97

1,43

1,257

0.804

Tabela 6. Gęstość spalin

Paliwo gazów

Gęstość spalin

[kg/m

3

]

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”

27

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,

rozluźnieniu 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
znajdujących się 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 mogą ulec zapaleniu. Wysoka temperatura spalania około1300ºC 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. Są to urządzenia odpylające ,katalizatory spalania itp.

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś 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”

28

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”

29

5.SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

Instrukcja dla ucznia

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.

2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę 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 odpowiedź jest prawidłowa.

6. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, prawidłową odpowiedź zaznacz

X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie

ponownie zakreślić odpowiedź 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 później .

8. Na rozwiązanie testu masz 45 min.

Powodzenia

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

ZESTAW ZADAŃ 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) masą,
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”

31

8. Przenoszenie ciepła przez fale elektromagnetyczne w środowisku gazowym nazywamy:

a) konwekcją,
b) przejmowaniem ciepła,
c) promieniowaniem,
d) przewodzeniem.

9. Strata spalania wynikająca z ucieczki ciepła przez ścianki kanałów odprowadzających spaliny

nazywana jest stratą:
a) żużla,
b) rusztu,
c) kominową,
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 cząsteczek 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”

32

15.

Ciąg kominowy mierzymy za pomocą:

a) anemometru,
b) barometru,
c) termometru,
d) higrometru.

16. Przyjmując że różnica gęstości spalin i powietrza to 0,1 kg/m

3

, a wartość przyspieszenia

ziemskiego 10 m/s

2

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/m

3

, a pary wodnej 1,0 kg/m

3

to gęstość spalin wyniesie:

a) 0,8 kg/m

3

,

b) 1,0 kg/m

3

,

c) 1,2 kg/m

3

,

d) 0,9 kg/m

3

.

18. Liczba Wobbego dla gazu o wartości opałowej 30000kJ/kg i gęstości względnej 1,0 kg/m

3

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 m

3

, a ilość teoretyczna 12

m

3

to współczynnik nadmiaru powietrza wynosi:

a) 1,2,
b) 1,25,
c) 1,3,
d) 1,5.

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………..

Spalanie paliw technicznych

Zakreśl poprawną odpowiedź

Nr

zadania

Odpowiedź Punkty

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”

34

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