01 Spalanie paliw technicznych

__________________________________________________________________________________________

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Małgorzata Suszalska

Spalanie paliw technicznych
712[08].Z1.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Receznzenci:

mgr inż. Halina Darecka

mgr inż. Danuta Gąsiorowska

Opracowanie redakcyjne:

mgr inż. Małgorzata Suszalska

Konsultacja:

mgr inż. Piotr Ziembicki

Korekta:

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 712[08].Z1.01
„Spalanie paliw technicznych” zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu
Zdun.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Rodzaje paliw

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Właściwości fizykochemiczne paliw

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Charakterystyka i przebieg procesu spalania

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Współczynnik nadmiaru powietrza

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Techniczne uwarunkowania procesu spalania

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Produkty spalania

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7. Warunki ekonomicznego spalania

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8. Rozszerzalność termiczna

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

4.9. Elementy wymiany ciepła

4.9.1. Materiał nauczania

4.9.2. Pytania sprawdzające

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.3. Ćwiczenia

4.9.4. Sprawdzian postępów

4.10. Rodzaje sadzy

4.10.1. Materiał nauczania

4.10.2. Pytania sprawdzające

4.10.3. Ćwiczenia

4.10.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten przeznaczony jest dla uczniów, kształcących się w zawodzie Zdun 712[08].

Obejmuje on zagadnienia dotyczące rodzajów paliw i ich właściwości fizykochemicznych,
niezbędne do zrozumienia przebiegu procesu spalania. W skład poradnika wchodzą również
nierozerwalnie związane ze spalaniem produkty spalania, rodzaje sadzy i warunki
ekonomicznego spalania. Znajduje się tu także charakterystyka procesu spalania paliw
technicznych, ale też materiał związany z rozszerzalnością termiczną. Szczególną uwagę
zwróć na dwa bardzo ważne oraz trudne zagadnienia: techniczne uwarunkowania procesu
spalania i elementy wymiany ciepła. W powodu zagrożeń związanych ze spalaniem paliw
stałych, powinieneś bezwzględnie przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

W poradniku znajdziesz:

−

wprowadzenie,

−

wymagania wstępne, jakie powinieneś spełnić przed przystąpieniem do opanowywania
nowego materiału nauczania,

−

cele kształcenia w zakresie opanowywania nowych umiejętności, jakie nabędziesz,
poznając paliwa techniczne i ich spalanie,

−

materiał nauczania, czyli informacje niezbędne do opanowania nowych umiejętności.
Materiał nauczania zawiera podstawowe pojęcia, definicje, opisy zjawisk i procesów
technicznych oraz rysunki i tabele. Umożliwia samodzielne przygotowanie się do
zaliczania sprawdzianów wiedzy i wykonywania zalecanych ćwiczeń,

−

pytania sprawdzające przeznaczone do samodzielnego sprawdzania własnych
umiejętności, niezbędne do wykonania ćwiczeń,

−

ćwiczenia, które dostosowane są do treści kształcenia, składające się z: poleceń, które
określają, jakie czynności należy wykonać, a także wykazu materiałów, sposobów
i metod wykonania na poszczególnych etapach. Ćwiczenia staraj się wykonywać
dokładnie, zgodnie z zaleceniami i wskazówkami nauczyciela,

−

sprawdzian postępów, który posłuży Ci do sprawdzenia swoich umiejętności z tego
zakresu materiału i w przypadku ujawnienia pewnych niedociągnięć – uzupełnienia
brakujących umiejętności,

−

sprawdzian osiągnięć, czyli przykładowy zestaw zadań z instrukcją ich wykonania i kartą
odpowiedzi. Będzie on przeprowadzony na zakończenie cyklu kształcenia jednostki
modułowej. Umożliwi on sprawdzenie wiadomości i umiejętności nabytych podczas
realizacji programu nauczania.

−

wykaz literatury na końcu poradnika, z której możesz skorzystać, aby poszerzyć wiedzę
na ten temat.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

712[08].Z1

Konstrukcje zduńskie i kominiarskie

712[08].Z1.01

Spalanie paliw technicznych

712[08].Z1.02

Prowadzenie kanałów wentylacyjnych,

spalinowych i dymowych

712[08].Z1.03

Przygotowanie materiałów stosowanych

w konstrukcjach ognioodpornych

712[08].Z1.04

Przygotowanie zapraw ognioodpornych

712[08].Z1.05

Wykonywanie podstawowych operacji

technologicznych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji jednostki modułowej „Spalanie paliw technicznych”,

powinieneś umieć:

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu budownictwa,

−

rozróżniać technologie wykonywania budynków,

−

rozpoznawać i charakteryzować podstawowe materiały budowlane,

−

posługiwać się dokumentacją techniczną,

−

wykonywać przedmiary i obmiary robót oraz rysunki inwentaryzacyjne,

organizować sposoby magazynowania i składowania materiałów budowlanych,

−

transportować materiały budowlane,

−

przestrzegać przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska,

−

przewidywać skutki i zapobiegać zagrożeniom na stanowisku pracy,

−

stosować procedury udzielania pierwszej pomocy osobom poszkodowanym,

−

stosować ekologiczne metody pracy oraz materiały,

−

odczytywać potrzebne wielkości ze schematów, tabel i rysunków,

−

przeprowadzać nieskomplikowane obliczenia matematyczne,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

organizować stanowisko pracy zgodnie z zasadami bhp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, 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”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Rodzaje paliw

4.1.1. Materiał nauczania

W technice stosuje się trzy rodzaje paliw: stałe, ciekłe i gazowe. Ze względu na sposób

otrzymywania dzielimy paliwa na naturalne i sztuczne.

Do paliw pochodzenia naturalnego zaliczamy:

−

drewno,

−

węgiel,

−

torf,

−

ropę naftową,

−

gazy ziemne,

−

gazy kopalniane (metan).
Do paliw pochodzenia sztucznego należą między innymi:

−

koks,

−

węgiel drzewny,

−

benzyna,

−

olej napędowy,

−

alkohol,

−

gaz płynny (propan-butan),

−

gaz koksowniczy,

−

gaz świetlny,

−

gaz wodny,

−

gaz generatorowy (np. wodny),

−

gaz wielkopiecowy.
Do ogrzewania pieców mieszkaniowych używamy prawie wyłącznie paliwa stałego.

Jest to:

drewno

opałowe,

węgiel

kamienny

długopłomieniowy

(tłusty),

węgiel

krótkopłomieniowy (chudy) oraz rzadziej stosowane koks, torf i antracyt.
Ze względu na sposób spalania się paliwa te dzielimy na bogate i ubogie w części lotne.

Do grupy paliw bogatych w części lotne zaliczamy:

−

drewno opałowe,

−

torf,

−

węgiel brunatny,

−

węgiel kamienny długopłomieniowy.
Do paliw ubogich w części lotne zaliczamy:

−

węgiel kamienny krótkopłomieniowy,

−

koks,

−

antracyt.
Częściami lotnymi nazywamy te składniki, które podczas spalania wydobywają się

z paliwa stałego i zamieniają na gaz. Spalają się one dopiero poza obrębem paliwa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie znasz rodzaje paliw?
2. Jakie paliwa zaliczamy do paliw naturalnych?
3. Jakie paliwa zaliczamy do paliw sztucznych?
4. Których paliw najczęściej używa się do spalania w piecach grzewczych?
5. Jakie znasz rodzaje paliw stałych?
6. Co to są części lotne paliwa?
7. Jakie paliwa należą do grupy paliw bogatych w części lotne?
8. Które paliwa należą do grupy paliw ubogich w części lotne?
9. Czym różni się węgiel kamienny długopłomieniowy od krótkopłomieniowego?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj i nazwij rodzaje paliw na podstawie trzech próbek.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z opisem różnych rodzajów paliw,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) obejrzeć dokładnie próbki trzech rodzajów paliw,
4) ustalić różnice w wyglądzie paliw,
5) porównać je z wyżej wymienionym opisem,
6) przyporządkować odpowiednie nazwy do próbek paliw,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
8) zlikwidować stanowisko pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki paliw: węgla kamiennego, zamknięte naczynie z ropą naftową, zamknięte
naczynie z gazem,

−

kartki papieru,

−

opis paliw.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozróżnić paliwa ze względu na stan skupienia?

⁯

2) wymienić paliwa otrzymywane w sposób naturalny?

⁯

3) wymienić paliwa pochodzenia sztucznego?

⁯

4) wymienić paliwa stałe?

⁯

5) zdefiniować części lotne paliwa?

⁯

6) wymienić paliwa bogate w części lotne?

⁯

7) wymienić paliwa ubogie w części lotne?

⁯

8) wykazać różnicę między węglem długo- i krótkopłomieniowym?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Właściwości fizykochemiczne paliw

4.2.1. Materiał nauczania

Najszerzej stosowanym paliwem do spalania w piecach mieszkaniowych jest węgiel

kamienny. Powstał on na skutek przeobrażeń substancji roślinnej pod wpływem działania
wysokiej temperatury i ciśnienia bez dostępu powietrza 265 ÷ 185 mln lat temu. Węgle
starsze, zalegające na większych głębokościach, charakteryzują się większym procentem
czystego węgla w swoim składzie, zwanym węglem pierwiastkowym – C. Należy on do paliw
kopalnych zawierających 78-92 % pierwiastka węgla (do węgla kamiennego zalicza się też
antracyt, zwierający do 97 % węgla). Węgiel kamienny ma barwę czarną, jest zwarty, twardy,
Ma stosunkowo dobrą odporność na zawilgocenie, dzięki czemu nadaje się do transportu na
duże odległości oraz składowania na otwartych placach. Paląc się daje on długi, błyszczący
płomień (węgiel długopłomieniowy – tłusty). Ma wysoką wartość opałową (tab.1) i jest
w Polsce łatwo dostępny. Należy zwrócić uwagę, że wskutek zbyt długiego czasu
magazynowania węgla w wysokich hałdach zmniejsza się jego wartość opałowa.
Niekontrolowany wzrost temperatury wewnątrz takiej hałdy może być przyczyną
samozapłonu.

Do paliw kopalnych zaliczamy też węgiel brunatny o barwie od jasnobrunatnej

do czarnej, o pośrednim stopniu uwęglenia, między torfem a węglem kamiennym,
zawierający 65-78% pierwiastka węgla. Jego wartość opałowa jest niewiele niższa od węgla
kamiennego. Węgiel brunatny wydobywa się metodą odkrywkową, ponieważ jego złoża
znajdują się zaledwie kilkanaście lub kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią ziemi. Zawiera
więcej wody i ma mniejszą twardość niż węgiel kamienny. Wysuszony łatwo rozsypuje się
na drobne kawałki. Po spaleniu zostaje z niego duża ilość popiołu, który można stosować jako
kruszywo i materiał wiążący w budownictwie lub do stabilizacji gruntów.

W wyniku chemicznej przeróbki węgla otrzymuje się np. koks (szaroczarna stała

porowata substancja), benzynę (bezbarwna ciecz lotna i łatwo palna o charakterystycznym
zapachu), oraz gazy różniące się składem i właściwościami: gaz koksowniczy, gaz węglowy,
gaz generatorowy (np. powietrzny lub wodny), a także gaz miejski zwany świetlnym
(mieszanina różnych gazów np. gazu węglowego z gazem generatorowym).

Szczególnym rodzajem paliwa jest torf opałowy wytwarzany z masy organiczno –

mineralnej powstałej z obumarłej roślinności bagiennej o zawartości węgla około 60 %.
Odnawialnym źródłem ciepła jest drewno opałowe chętnie stosowane do spalania
w kominkach, ale także w piecach mieszkaniowych. Najczęściej stosuje się drewno drzew
liściastych: bukowe, dębowe, brzozowe i grabowe. Zawierają one znikomą zawartość
związków żywicznych. Można też spalać brykiety i pelety z wiórów drzewnych. Wilgotność
drewna, czyli pośrednio czas jego składowania wpływa na jego wartość opałową. Największą
wartość opałową ma drewno do 25 % wilgotności, czyli sezonowane co najmniej przez rok.
W gospodarstwie domowym stosowany jest też węgiel drzewny, otrzymywany przez
ogrzewanie drewna bez dostępu powietrza, ma postać czarnego, lekkiego porowatego węgla.

Ropa naftowa i gaz ziemny to, obok węgla, najważniejsze źródła surowcowe. Są to

mieszaniny węglowodorów (składają się głównie z dwóch pierwiastków: węgla i wodoru),
których właściwości zależą od składu. Ropa naftowa to ciecz barwy żółtobrunatnej, ciemno
brązowej lub czarnej o charakterystycznym zapachu. Wydobywa się ją za pomocą szybów
wiertniczych, które mogą być ustawione zarówno na lądzie jak i na morzu. Głębokość
szybów sięga do 7 km. Wydobycie ropy z takiej głębokości możliwe jest dzięki
towarzyszącemu jej gazowi ziemnemu, pod którego ciśnieniem ropa często sama wydostaje
się na powierzchnię. Zalety ropy to: największa wartość opałowa (tab.1), łatwe wydobycie,
transport i składowanie, prosta przeróbka na paliwa płynne, możliwość automatyzacji

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

procesów spalania, wyeliminowanie obsługi, a przede wszystkim czystość i brak popiołu przy
spalaniu. W wyniku przeróbki ropy naftowej otrzymuje się m.in.: gaz płynny o bardzo dużej
wartości opałowej w stosunku do innych gazów (mieszanina propanu i butanu, skroplona
i znajdująca się pod ciśnieniem par własnych, najczęściej w cienkościennych butlach),
benzynę, naftę, olej napędowy, olej opałowy, mazut.

Gaz ziemny powstał w tym samym okresie co ropa naftowa. Wydobywa się go z ziemi za

pomocą szybów wiertniczych i transportuje najczęściej rurociągami. Wielką zaletą gazu
ziemnego jest jego nietoksyczność. Gazy ziemne mogą być suche (ok. 95 % metanu) i mokre
(ok. 80 % metanu). Suche występują w złożach nie związanych z ropą naftową, natomiast
mokre towarzyszą zwykle ropie naftowej i z nich wyodrębnia się m.in. gazy płynne. Gaz
ziemny jest cennym surowcem do przeróbki oraz jest stosowany jako paliwo.

Gazy techniczne mogą być lżejsze od powietrza (unoszą się do góry) i cięższe od

powietrza (gromadzą się w dole). Cięższe są pary gazu płynnego, pozostałe gazy są lżejsze od
powietrza. Gazy, które posiadają w swoim składzie tlenek węgla (czad) są silnie trujące (gaz
węglowy, koksowniczy, generatorowy, miejski).

Ogólnie w skład paliw wchodzą następujące składniki: węgiel, wodór, tlen, siarka, para

wodna, popiół i żużel. Z tych składników pali się: węgiel, wodór i siarka. Im więcej paliwo
zawiera składników niepalących się, tym mniejsza jest jego wartość opałowa.

Wartość opałowa paliwa określa stosunek ciepła uzyskanego ze spalenia paliwa do masy

lub objętości tego paliwa.

Tabela 1. Wartości opałowe paliw technicznych [3, s.13, 2, s.50, 13, 14].

Rodzaje paliw

Wartość opałowa,

kJ/kg lub kJ/m

Wartość opałowa,

kcal/kg lub kcal/m

Węgiel kamienny

25000

7200

Węgiel brunatny

23000

4100

Koks

29000

7100

Drewno suszone

18400

3600

Drewno świeże

13300

2600

ali

sta

łe

Torf

13400

3500

Benzyna

42000

10000

Mazut

42000

9900

Olej napędowy

44000

9900

Olej opałowy

40000

9500

Ropa naftowa

43000

9700

ali

łe

Alkohol etylowy

21500

5100

Gaz płynny (pary propanu-
butanu)

109000

26000

Gaz ziemny

35000

8300

Gaz świetlny (miejski)

16000

4000

Gaz koksowniczy

17000

4200

Gaz generatorowy

7300

1800

ali

Gaz wielkopiecowy

3800

960

* jednostka dla paliw gazowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaka jest zawartość pierwiastka węgla w węglu kamiennym?
2. Jaką barwę mają stosowane do spalania różne rodzaje węgla oraz koks?
3. Co to jest antracyt?
4. Z czego powstaje torf opałowy?
5. Drewno jakich drzew wykorzystywane jest do spalania i dlaczego?
6. Jakim drewnem korzystniej jest opalać: wilgotnym czy suchym i dlaczego?
7. Jak powstaje węgiel drzewny?
8. Jakie paliwa otrzymuje się z przeróbki ropy naftowej?
9. Co to jest gaz płynny?
10. Jakie właściwości ma gaz płynny?
11. Czym różnią się gazy ziemne: suchy i mokry?
12. Które gazy są lżejsze od powietrza?
13. Które gazy są trujące i dlaczego?
14. Co to jest wartość opałowa paliwa?
15. W jakich jednostkach podaje się wartość opałową paliw stałych?
16. W jakich jednostkach podaje się wartość opałową paliw gazowych?
17. Od czego zależy wartość opałowa paliwa?
18. Jakie są wartości opałowe węgla kamiennego, brunatnego i drewna?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj i nazwij rodzaje paliw na podstawie ich próbek.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z opisem różnych rodzajów paliw,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) obejrzeć dokładnie próbki paliw,
4) ustalić różnice w wyglądzie i właściwości paliw,
5) porównać je z wyżej wymienionym opisem,
6) przyporządkować odpowiednie nazwy do próbek paliw,
7) zapisać nazwy paliw,
8) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
9) zlikwidować stanowisko pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki paliw: drewna, koksu, węgla kamiennego, węgla brunatnego, węgla drzewnego,
brykiety z torfu,

−

czyste kartki papieru,

−

opis paliw.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Określ, które z próbek paliw są pochodzenia naturalnego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z opisem różnych rodzajów paliw,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) obejrzeć dokładnie próbki paliw,
4) ustalić różnice w wyglądzie i właściwości paliw,
5) porównać je z wyżej wymienionym opisem,
6) wybrać próbki paliw pochodzenia naturalnego,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
8) zlikwidować stanowisko pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki paliw: drewna, koksu, węgla kamiennego, węgla brunatnego, węgla drzewnego,
brykiety z torfu,

−

czyste kartki papieru,

−

opis paliw.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) odróżnić węgiel kamienny od węgla brunatnego?

⁯

2) wskazać różnice między węglem kamiennym i brunatnym,

biorąc pod uwagę ich właściwości?

⁯

3) wymienić produkty powstające z przeróbki węgla?

⁯

4) określić pochodzenie torfu?

⁯

5) uzasadnić, dlaczego stosuje się do spalania drewno drzew liściastych?

⁯

6) wyjaśnić zależność wartości opałowej drewna od jego wilgotności?

⁯

7) scharakteryzować właściwości ropy naftowej?

⁯

8) wymienić produkty powstałe z przeróbki ropy naftowej?

⁯

9) scharakteryzować gaz ziemny?

⁯

10) wyjaśnić pojęcie „gazu płynnego”?

⁯

11) wymienić gazy lżejsze od powietrza?

⁯

12) wyjaśnić, dlaczego gazy są trujące?

⁯

13) zdefiniować wartość opałową paliw?

⁯

14) rozróżnić jednostki wartości opałowej dla różnych rodzajów paliw?

⁯

15) porównać wartości opałowe podstawowych paliw: węgla kamiennego,

brunatnego i drewna?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Charakterystyka i przebieg procesu spalania

4.3.1. Materiał nauczania

Spalanie jest to reakcja chemiczna polegająca na łączeniu się palnych składników paliwa

(węgla, wodoru, siarki i tlenku węgla) z tlenem. Towarzyszy jej wydzielanie się dużej ilości
ciepła (reakcja egzotermiczna). W wyniku spalania się paliw stałych otrzymujemy
pozostałości – popiół, żużel, pył, a podczas spalania paliw gazowych – dwutlenek węgla,
dwutlenek siarki, parę wodną i tlenek węgla. Tlen sam się nie pali, a jedynie podtrzymuje
palenie. W procesie spalania występuje jednocześnie zjawisko świetlne w postaci płomienia.
Bezpłomieniowe łączenie się tlenu ze związkami lub pierwiastkami chemicznymi nazywa się
utlenianiem. Składniki palne paliw stałych, doprowadzone do temperatury zapłonu – przy
dostępie tlenu – wytwarzają gazy, które niezwłocznie się zapalają.

Proces spalania materiałów bogatych w części lotne

można w uproszczeniu podzielić na

trzy główne fazy, które charakteryzują się specyficznymi właściwościami:

−

faza I – zapłon i wydzielanie się gazów; faza ta charakteryzuje się brakiem dużego
płomienia, wydzielaniem się ciemnego dymu i wielkimi stratami ciepła,

−

faza II – palenie się; faza ta charakteryzuje się wytwarzaniem ciepła, podniesieniem
temperatury i pełniejszym spalaniem się paliwa,

−

faza III – żarzenie się paliwa; faza ta charakteryzuje się brakiem wydzielania płomieni
i stopniowym obniżaniem temperatury.
Paliwo bogate w części lotne pali się na początku jasnym, żółtawym płomieniem

o długich językach i większej ilości dymu. Te długie, jasne płomienie są wynikiem palenia się
uwalniających się z paliwa części lotnych. W miarę tego, jak te części lotne ulegają spaleniu,
płomień staje się coraz krótszy i jaśniejszy. Ilość dymu zmniejsza się aż do zaniku, sama zaś
masa paliwa rozżarza się i w końcu pozostaje tylko żar z krótkimi, od czasu do czasu
ukazującymi się niebieskawymi płomykami.

Paliwo ubogie w części lotne pali się na początku krótkim i jasnym płomieniem i lekko

dymi, szybko jednak zaczyna palić się nadal krótkim, lecz niezbyt jasnym płomieniem
(węgiel chudy), bądź zupełnie bez płomienia (koks). Nad rozżarzonym paliwem zauważamy
zjawiające się od czasu do czasu krótkie niebieskawe płomyki. Dymu nie ma już zupełnie.

Paliwo stałe (węgiel, drewno) najpierw podlega suszeniu. Polega to na podgrzewaniu

paliwa np. węgla do temperatury 105 ÷ 110

C. Przez ten czas pobiera ciepło potrzebne do

odparowania wody. Gdy osiąga temperaturę zapłonu, zapalają się gazy lotne dające żółtawy
płomień o długich językach.

Węgiel pozbawiony już części lotnych spala się na pewnej wysokości nad poziomem

rusztu. Powietrze, które przez szczeliny rusztu dostaje się do paliwa od spodu, przechodzi
między płonącymi cząstkami i dostarcza niezbędnego do procesu palenia tlenu. Ze względu
jednak na zbyt małą powierzchnię zetknięcia się płonących cząstek z tlenem, węgiel nie spala
się od razu na dwutlenek węgla, lecz początkowo na tlenek węgla tzw. czad. Dopiero
wznosząc się ponad żar, tlenek węgla zmieszany z nową ilością tlenu z powietrza spala się na
dwutlenek węgla. Tę ostatnią część procesu palenia obserwujemy w postaci niebieskawych
płomyków.

Jeżeli dopływ powietrza nie jest dostateczny, czad nie ulega dalszemu spalaniu i uchodzi

do komina, względnie przez nieszczelności w powierzchni pieca może przedostawać się do
pomieszczenia, gdy drzwiczki piecowe zostaną przedwcześnie zamknięte. Powstaje wtedy
niebezpieczeństwo zatrucia osób przebywających w pomieszczeniu, zwłaszcza gdy
jednocześnie z drzwiczkami piecowymi zostanie zamknięta zasuwa kominowa.

Paliwa olejowe w chwili doprowadzenia do paleniska są sprężone i wtryskiwane do

komory spalania jednocześnie z powietrzem potrzebnym do spalania. Rozpylony i zmieszany

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z powietrzem olej zostaje zapalony przez iskrę elektryczną. Zapewnia to optymalne spalanie
oleju, redukujące emisję szkodliwych produktów spalania.

Najprostsze spalanie występuje przy paliwach gazowych. Polega ono na doprowadzeniu

i wymieszaniu gazu z odpowiednią ilością powietrza gwarantującą wysoką sprawność
urządzeń i najmniejszą ilość spalin.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Czym jest spalanie?
2. Które składniki paliwa ulegają spaleniu?
3. Jaki produkt jest pozostałością po spalaniu?
4. Jakie zjawiska towarzyszą spalaniu?
5. Jakie zadanie spełnia tlen podczas spalania?
6. Co to jest utlenianie?
7. Z jakich faz składa się proces spalania?
8. W której fazie wydziela się najwięcej ciepła?
9. Która faza charakteryzuje się największymi stratami ciepła?
10. W której fazie wydzielają się części lotne?
11. W której fazie wydziela się najwięcej dymu?
12. Na czym polega żarzenie paliwa?
13. Jak zmienia się płomień podczas spalania paliwa bogatego w części lotne?
14. W jaki sposób spala się węgiel chudy?
15. W jaki sposób spala się koks?
16. Na czym polega suszenie paliwa?
17. Jaki płomień powstaje podczas spalania się gazów lotnych?
18. Jaki gaz powstaje po spaleniu się gazów lotnych w paliwie i dlaczego?
19. Jaki gaz spala się nad żarem?
20. Jaki płomień powstaje przy spalaniu się tlenku węgla?
21. W jakich okolicznościach tlenek węgla nie ulega spaleniu zupełnemu?
22. Jakie niebezpieczeństwo może zaistnieć, gdy dopływ powietrza do spalania nie jest

dostateczny?

23. Jak spalają się paliwa ciekłe i gazowe?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozróżnij fazy spalania się drewna.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z opisem faz spalania się różnych rodzajów paliw,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) zaobserwować barwę płomienia, jego wielkość, dym, barwę dymu oraz wydzielane

ciepło,

4) ustalić zmiany wyżej wymienionych zjawisk w poszczególnych fazach spalania,
5) porównać je z opisem,
6) zapisać zaobserwowane fazy spalania,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
8) zlikwidować stanowisko pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

szczapy drewniane,

−

czyste kartki papieru,

−

opis faz spalania.

Ćwiczenie 2

Rozróżnij rodzaj paliwa: bogatego i ubogiego w części lotne, na podstawie spalania się

dwóch próbek paliw.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z opisem faz spalania się paliw bogatych i ubogich w części lotne,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) zaobserwować barwę płomienia, jego wielkość, dym, barwę dymu,
4) ustalić różnice wyżej wymienionych zjawisk w procesie spalania dwóch próbek paliwa,
5) porównać je z opisem,
6) zapisać zaobserwowane zjawiska w trakcie spalania,
7) przyporządkować wyniki obserwacji do dwóch rodzajów paliw,
8) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
9) zlikwidować stanowisko pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki dwóch rodzajów paliw: węgla tłustego i chudego,

−

czyste kartki papieru,

−

opis procesu spalania paliw bogatych i ubogich w części lotne.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować proces spalania?

⁯

2) wymienić składniki ulegające spaleniu?

⁯

3) wymienić produkty pozostałe po spalaniu?

⁯

4) wymienić zjawiska towarzyszące spalaniu?

⁯

5) scharakteryzować funkcję tlenu podczas spalania?

⁯

6) zdefiniować utlenianie?

⁯

7) rozróżnić fazy spalania paliw?

⁯

8) scharakteryzować poszczególne fazy?

⁯

9) określić ilość wydzielanego się ciepła w trakcie każdej z faz?

⁯

10) określić ilość wydzielanego się dymu podczas każdej z faz?

⁯

11) określić barwę płomienia w każdej z faz?

⁯

12) określić wpływ części lotnych na proces spalania?

⁯

13) scharakteryzować spalanie się paliw ubogich w części lotne?

⁯

14) scharakteryzować fazę suszenia paliwa?

⁯

15) scharakteryzować płomień podczas spalania gazów lotnych
16) wydzielonych z paliwa?

⁯

17) wyjaśnić powstawanie tlenku węgla?

⁯

18) wyjaśnić powstawanie dwutlenku węgla?

⁯

19) scharakteryzować płomień przy spalaniu się tlenku węgla?

⁯

20) wyjaśnić powody niezupełnego spalania się tlenku węgla?

⁯

21) wyjaśnić zagrożenia spowodowane niezupełnym spalaniem się tlenku

węgla?

⁯

22) scharakteryzować spalanie paliw ciekłych i gazowych?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Współczynnik nadmiaru powietrza

4.4.1. Materiał nauczania

Prawidłowy przebieg procesu palenia przy każdym rodzaju paliwa wymaga dopływu

dostatecznej ilości tlenu (w praktyce – powietrza). Znając skład chemiczny paliwa możemy
obliczyć potrzebną do spalenia ilość powietrza. Jednakże w praktyce ilość doprowadzonego
powietrza musi być większa niż obliczona teoretycznie. Nie cała ilość tlenu z powietrza łączy
się z paliwem. Część ulatuje niezmieniona wraz ze spalinami do komina. Zwiększoną ilość
powietrza nazywamy nadmiarem powietrza i określamy w postaci współczynnika nadmiaru
powietrza. Jeśli paliwo jest dobrze rozdrobnione i rozpylone, to nadmiar powietrza może być
mniejszy niż przy paliwie grubym.

Współczynnik nadmiaru powietrza oznaczamy zazwyczaj literą λ. Określamy go dzieląc

ilość powietrza praktycznie użytego przez ilość powietrza obliczoną teoretycznie:

L – rzeczywista ilość powietrza doprowadzonego do paleniska [m

]

– teoretyczna ilość potrzebnego powietrza [m

]

Jest to zatem liczba większa od jedności, a wynosi od 1,2 do 2,5.

Tabela 2. Wartości współczynników nadmiaru powietrza λ [4 s. 18].

Wielkość współczynnika nadmiaru powietrza zależy od konstrukcji paleniska i rodzaju

paliwa. Paliwa bogate w części lotne wymagają większego nadmiaru powietrza niż ubogie,
przy czym część nadmiaru powietrza, zwłaszcza w początkowym okresie palenia, powinna
być doprowadzona nad paliwo inną drogą. Służą do tego otwory w drzwiczkach
paleniskowych lub specjalne urządzenia. Jeżeli otworów w drzwiczkach paleniskowych nie
ma, trzeba w początkowym okresie palenia zostawiać te drzwiczki nieco uchylone.
Zamknięcie hermetycznych drzwiczek paleniskowych w początkowym okresie palenia może
spowodować wybuch gazów. Przekroczenie koniecznego nadmiaru powietrza też nie jest

Typ paleniska

Rodzaj paliwa

Współczynnik nadmiaru

powietrza λ

Ręczne

węgiel kamienny – kostka
węgiel kamienny – miał
węgiel brunatny
koks
drewno
torf

1,5 ÷ 1,9
1,7 ÷ 2,2
1,5 ÷ 1,8

1,25 ÷ 1,5
1,3 ÷ 1,35

1,3 ÷ 1,4

Mechaniczne

węgiel kamienny
węgiel brunatny

1,25 ÷ 1,6

1,3 ÷ 1,5

Pyłowe

pył węglowy

1,2 ÷ 1,3

Olejowe

oleje opałowe, mazut

1,2 ÷ 1,5

Gazowe

gaz ziemny
palne gazy techniczne

1,05 ÷ 1,25

1,1 ÷ 1,5

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

korzystne. Nie związany tlen oraz obojętny azot niepotrzebnie pobierają ciepło z paleniska,
obniżając jego sprawność. Zapotrzebowanie na powietrze podczas spalania paliw stałych jest
zmienne: rośnie ono w czasie wydzielania się części lotnych, osiągając wartość maksymalną,
a w czasie palenia i żarzenia paliwa maleje praktycznie aż do zera na skutek ubytku substancji
palnej.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Dlaczego potrzebny jest nadmiar powietrza do spalania paliwa?
2. W jaki sposób określamy nadmiar powietrza?
3. Jak obliczamy współczynnik nadmiaru powietrza?
4. Jakie wartości graniczne przyjmuje ten współczynnik?
5. Od czego zależy wielkość współczynnika nadmiaru powietrza?
6. Które paliwa wymagają większego nadmiaru powietrza?
7. Gdzie należy doprowadzić część nadmiaru powietrza?
8. W której fazie palenia paliwo potrzebuje najwięcej nadmiaru powietrza?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz współczynnik nadmiaru powietrza dla pieca mieszkaniowego. Do obliczeń

wykorzystaj następujące dane:

−

ilość powietrza praktycznie użytego – 6 m

−

ilość powietrza obliczona teoretycznie – 3,2 m

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze sposobem obliczania współczynnika nadmiaru powietrza,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić wzór do obliczenia współczynnika nadmiaru powietrza,
4) podstawić odpowiednie wartości do wzoru,
5) wyliczyć współczynnik nadmiaru powietrza,
6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

kalkulator,

−

opis współczynnika nadmiaru powietrza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Oblicz potrzebną ilość powietrza do spalania paliwa w trzonie kuchennym. Do obliczeń

przyjmij następujące dane:

−

współczynnik nadmiaru powietrza – n = 2,

−

ilość teoretyczną powietrza – 15 m

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze sposobem obliczania współczynnika nadmiaru powietrza i ilości

powietrza potrzebną do spalania,

2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić wzór do obliczania współczynnika nadmiaru powietrza,
4) przekształcić wzór do obliczania nadmiaru powietrza,
5) podstawić odpowiednie wartości do wzoru,
6) wyliczyć nadmiar powietrza potrzebny do spalania,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

kalkulator,

−

opis współczynnika nadmiaru powietrza.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) uzasadnić dlaczego do spalania potrzeba więcej powietrza

niż wynika to z obliczeń?

⁯

2) wyjaśnić pojęcie nadmiaru powietrza?

⁯

3) zdefiniować współczynnik nadmiaru powietrza?

⁯

4) określić wartości jakie przyjmuje ten współczynnik?

⁯

5) określić od czego zależy wielkość tego współczynnika?

⁯

6) wskazać, które paliwa wymagają większego nadmiaru powietrza?

⁯

7) wskazać, gdzie należy doprowadzić część nadmiaru powietrza?

⁯

8) wskazać, w której fazie spalania paliwo potrzebuje najwięcej

nadmiaru powietrza?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Techniczne uwarunkowania procesu spalania

4.5.1. Materiał nauczania

Niezbędnymi warunkami spalania są:

−

pozbycie się wody z paliwa,

−

osiągnięcie temperatury zapłonu,

−

dostarczenie tlenu w ilości zapewniającej całkowite utlenienie pierwiastków i związków
palnych.
Wilgocią przemijającą jest woda, którą paliwo zostało nasączone w czasie wydobywania,

wadliwego magazynowania i transportu. Wilgoć tę można usunąć, susząc paliwo na
powietrzu. Wodę higroskopijną zaadsorbowaną przez paliwo można usunąć przez podgrzanie
paliwa do temperatury 105 ÷ 110

C. Suszone paliwo pobiera cały czas ciepło, lecz nie osiąga

temperatury zapłonu, w której wydzielałyby się gazy palne.

Łączenie się składników palnych z tlenem następuje – pod wpływem wymaganej

temperatury zapłonu – według pewnych stałych proporcji zależnych od rodzaju, ciężaru
atomowego i ciężaru cząstkowego danego pierwiastka.

Rzeczą istotną w procesie spalania jest powstanie i utrzymywanie temperatury zapalania

(zapłonu) jako temperatury minimalnej.

Tabela 3 Temperatury zapłonu niektórych paliw technicznych [2, s.42].

Zasadniczy wpływ na odbywający się proces spalania ma doprowadzenie do paleniska

odpowiedniej ilości powietrza (tlenu) za pomocą działającej we wnętrzach kominów tzw. siły
ciśnienia, znanej ogólnie jako siły „ciągu kominowego”.

Ciąg

kominowy

powstaje

wskutek

ruchu

ogrzanych

gazów

spalinowych,

a uzasadnieniem tego ruchu jest różnica ciężarów ogrzanego (a przez to lżejszego) słupa
powietrza w kominie oraz powietrza atmosferycznego (ciśnienie atmosferyczne). Ciąg
kominowy nie działa ssąco, lecz zimne powietrze znajdujące się poza kominem wypiera ku
górze (ciśnie do góry) przez ruszt paleniska lżejszy słup powietrza w kominie albo wywiera
ciśnienie na znajdujące się tam gazy, aby doprowadzić do równowagi ciśnień. Im wyższa
temperatura wewnętrznego słupa powietrza albo gazów w kominie, im niższa temperatura
zewnętrzna, tym silniejszy jest pęd (ciśnienie) ku górze. Na odwrót, jeżeli temperatura
wewnętrzna słupa powietrza jest niższa od temperatury zewnętrznej, wtedy wewnętrzny słup

Rodzaj paliwa

Temperatura zapłonu [

Torf

230

Drewno

280 ÷ 300

Węgiel kamienny

325 ÷ 500

Koks

700

Gaz świetlny

800

Wodór

580 ÷ 590

Nafta

380

Olej

580

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

powietrza jest cięższy od odpowiedniego słupa zewnętrznego i naciska w dół. Wówczas nie
ma ciśnienia (ciągu) w górę, lecz jedynie nacisk w dół. Stąd pochodzi zjawisko, że latem przy
wysokiej temperaturze zewnętrznej, początkowe gazy spalinowe nie ulatniają się przez komin
na zewnątrz. W takim wypadku można spowodować ciąg kominowy jedynie przez ogrzanie
(ogień prowokacyjny bezpośrednio w kominie) wewnętrznego słupa powietrza.

W celu przezwyciężenia oporu chłodnego powietrza oraz w celu nadania gazom

odpowiedniej szybkości potrzebna jest odpowiednia – w zależności od oporu – siła ciśnienia,
czyli ciąg kominowy. Im bardziej surowe są ściany i dłuższa droga, którą muszą przebyć gazy
w warunkach utrudnionych, a także im większa jest ilość gazów, tym większy jest opór. Opór
w kominie powstaje między innymi przez zmiany kierunku komina, zmiany jego przekroju
(prześwitu), zwężenia itp.

Duża część siły ciągu zostaje zużyta, jeżeli na strumień gazów spalinowych uderza inny

strumień gazów. Powstają przez to wiry. Aby pokonać szkodliwe wpływy i inne, działające
wskutek oporu, niekorzystne zjawiska, szybkość przepływu gazów musi być odpowiednio
duża - minimum 2 m/s przy kominach nieprzemysłowych (w gospodarstwach domowych).
Zaleca się, aby w kominach o ciągu naturalnym i wysokości do 20 m prędkość spalin
wynosiła 2,0÷6,0 m/s. Występowanie mniejszych prędkości przepływu może doprowadzić do
nadmiernego schładzania spalin poniżej temperatury wykraplania się pary wodnej ze spalin
i jest wynikiem przewymiarowania komina. Jeśli prędkość spalin jest większa od 6 m/s, to
następuje gwałtowny wzrost oporów przepływu, co może być przyczyną zakłóceń w pracy
komina. Jeżeli więc ciąg kominowy jest za słaby, to albo temperatura wewnętrzna komina jest
za niska, albo też opór jest za duży.

Straty ciepła w kominach są spowodowane ponadto przez nieszczelności palenisk

i przewodów kominowych oraz nadmierne oziębienie przewodów przebiegających w ścianie
zewnętrznej budynku lub w ścianie klatki schodowej.

Szkodliwe działanie prądów powietrza na wylot komina jest spowodowane przez wyżej

położone ściany, przyległe do siebie domy różnej wysokości, stojące w pobliżu wieże lub
wysokie drzewa, maszty, druty energetyczne, góry, teren wznoszący się i opadający itp.

Ciśnienie odwrotne może powstać również, gdy silny wiatr wieje na samotnie stojące

budynki i tworzy ścianę. Przeciwległe w stosunku do wiatru rozrzedzone powietrze i gazy
w kominie zostają wtedy wciągnięte w dół, czyli w kierunku przeciwnym. W takich
sporadycznie, na ogół występujących wypadkach, należałoby doraźnie spowodować przypływ
powietrza dodatkowego z zewnątrz do pomieszczenia, w którym znajduje się palenisko.

Za wysoki ciąg może spowodować spadek wydajności paleniska, za mały może

doprowadzić do przedostawania się spalin do pomieszczenia. Jednym ze sposobów
regulowania ciągu i niwelowania tych niekorzystnych zjawisk jest zastosowanie nasady
kominowej. Do jej podstawowych zalet należą:

−

zmniejszenie wpływu wiatru na ciąg w kominie,

−

ochrona komina przed nadmiernym wzrostem ciągu,

−

zapobieganie cofaniu się wiatru do komina,

−

zapobieganie zawilgoceniu przewodu spalinowego,

−

stabilizacja pracy pieca lub trzonu kuchennego.
Przewody kominowe wykonuje się z elementów ceramicznych lub blachy

kwasoodpornej, rzadziej z wyrobów szamotowych. Na wielkość ciągu ma przede wszystkim
wpływ kształt przekroju poprzecznego, kierunek przewodu pionowy (z odchyleniem nie
więcej niż 30

od pionu) oraz sposób wykończenia wewnętrznej powierzchni przewodu.

Do łączenia elementów drobnowymiarowych, z których wykonuje się przewód, musi być
zastosowana zaprawa ogniotrwała. Spoiny muszą być pełne i wyprawione (rozsmarowane
celem pozbycia się nawisów zaprawy).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do najczęściej występujących przyczyn niedostatecznego ciągu kominowego

i wadliwego funkcjonowania urządzeń grzewczo – kominowych zaliczamy:

−

niewystarczającą – w stosunku do obciążenia (podłączeń) – wysokość komina,

−

nadmierne oziębienie komina (przewodu) przebiegającego w ścianie zewnętrznej
budynku lub w ścianie klatki schodowej, powodujące zmniejszenie prędkości przepływu
spalin,

−

szkodliwe działania prądów powietrza (wiatrów) na wylot komina,

−

niewłaściwy przekrój komina – za mały w stosunku do ilości odprowadzanych gazów
spalinowych (przekrój za duży powoduje zmniejszenie prędkości spalin i ich nadmierne
schładzanie) lub nadmiernie (rażąco) odbiegający od najkorzystniejszego przekroju,
jakim jest przekrój okrągły, a następnie kwadratowy,

−

nierówno wykonane i zbyt surowe wewnętrzne ściany kominowe,

−

wystające do wnętrza komina cegły, zwężenia, załamania, itd.,

−

zasysanie z zewnątrz zimnego powietrza przez komin, w tym przez uszkodzone
drzwiczki wycierowe, pęknięcia, zbędne otwory (szczególnie otwory poniżej
użytkowanego paleniska), podłączone nie użytkowane paleniska itp.,

−

uszkodzone ścianki pomiędzy przewodami zgrupowanymi w kominie,

−

nasada kominowa zwężająca przekrój wylotu komina,

−

zawilgocone ściany komina i kanałów dymowych (odbierają ciepło spalinom),

−

nie odpowiadające przekrojom kominów i przekrojom kanałów paleniskowych łączniki
dymowe (zbyt duże lub za małe przekroje) oraz zbyt długie poziome łączniki,

−

niedostateczny lub nadmierny dopływ powietrza do komory spalania paleniska
(niedostosowany do danego paliwa ruszt),

−

uderzanie strumienia gazów spalinowych na inny strumień gazów,

−

wadliwe konstrukcje palenisk oraz paleniska uszkodzone,

−

nadmierny osad sadzy w kominie, kanałach połączeniowych lub paleniskowych,

−

używanie paliwa nie dostosowanego do konstrukcji danego paleniska.
Dla lepszego zrozumienia procesu spalania i obliczania siły ciągu kominowego

niezbędne jest zapoznanie się z pewnymi podstawowymi pojęciami z zakresu praw cieczy
i gazów.

Wzajemny stosunek gęstości określony jest mianem gęstości względnej, przy czym za

gęstość wzorcową przyjęto masę 1 litra (dm

) wody w temperaturze 4

C. Woda w tej

temperaturze waży 1 kg, a zatem ma masę właściwą (gęstość) równą 1. Ustalono, że gęstości
innych ciał określa się liczbą, która wyraża, ile razy dane ciało jest lżejsze lub cięższe od
wody.

Wszystkie ciecze i gazy swoim ciężarem wywierają pewien nacisk, pewne ciśnienie na

otoczenie. Również powietrze wywiera ciśnienie na kulę ziemską i wszystkie przedmioty na
Ziemi. Nazywamy je ciśnieniem atmosferycznym. Wynosi ono 1013 hPa = 1 atmosfera
(1 atm = 760 mm słupa rtęci). Ciśnienie powietrza mierzymy barometrem i określamy
wysokość równoważnego słupa rtęci, mierzonego w milimetrach (mm). Barometr zbudowany
jest na zasadzie porównywania ciężarów powietrza i rtęci. Doświadczalnie wyznaczone
ciśnienie powietrza wykazuje, że słup wody o przekroju 1 cm

i wysokości 10 m ciśnie na

dno z siłą 10 N. Jest to ciśnienie atmosferyczne równe 1 atmosferze.

Wszelkie gazy mogą zarówno rozszerzać swoją objętość, jak i ją zmniejszać. Tę możność

zmniejszania objętości nazywamy ściśliwością gazów. Zmniejszając objętość gazu
zwiększamy jego ciśnienie czyli prężność gazu. Prężność mierzy się w paskalach lub
atmosferach, z tym, że w technice przez prężność rozumie się tylko nadwyżkę ciśnienia ponad
ciśnienie atmosferyczne. Tylko bowiem to ciśnienie można zużytkować do wytwarzania siły.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy ogrzewaniu dowolnego gazu pod stałym ciśnieniem ze wzrostem temperatury o 1

objętość gazu zwiększa się o 1/273 części tej objętości, jaką gaz miał w temperaturze 0

Natomiast przy ogrzaniu dowolnego gazu w stałej objętości, ze wzrostem temperatury o 1

ciśnienie gazu zwiększa się o 1/273 części tego ciśnienia, jakie gaz miał w temperaturze 0

Wszystkie te prawa zakładają stałość jednej danej, to jest stałość temperatury, stałość
ciśnienia lub stałość objętości.

Mówiąc o gazach warto jeszcze pamiętać o następujących stwierdzeniach:

−

przy stałym ciśnieniu objętość gazu jest wprost proporcjonalna do temperatury
bezwzględnej,

−

masa właściwa gazu jest wprost proporcjonalna do ciśnienia i odwrotnie proporcjonalna
do temperatury bezwzględnej.
Powietrze oraz gazy spalinowe posiadają pewną lepkość. Zjawiskiem bezpośrednio z tym

związanym jest to, że strumień gazów przemieszczający się w idealnym środowisku,
natrafiając na jakikolwiek przedmiot stały (nie przemieszczający się), a usytuowany wzdłuż
kierunku strumienia, zwalnia w bezpośredniej bliskości tego przedmiotu - jak gdyby "lepiąc"
do niego. Jest to wynikiem tarcia wewnętrznego, charakteryzującego opór wewnętrzny gazów
przeciw ich płynięciu.

Teoretyczną siłę ciągu kominowego można obliczyć, mnożąc różnicę masy 1 m

powietrza cięższego i lżejszego (czyli różnicę mas powietrza zewnętrznego i ciężaru gazów
spalinowych – powietrza w kominie) przez wysokość komina oraz przyspieszenie ziemskie:

)

(

[Pa]

gdzie:

P – siła ciągu kominowego wyrażona w N/m

czyli paskalach – Pa – (można ją również

wyrażać w milimetrach słupa wody – mm/ws – dzieląc obliczoną wartość przez 10),

– gęstość słupa powietrza zewnętrznego w kg/m

– gęstość słupa gazów wewnątrz komina w kg/m

H – wysokość komina w m,
g – przyspieszenie ziemskie w m/s

(9,81 m/s

Gęstość powietrza przyjmuje się równą 1,293 kg/m

(w temperaturze 0

C i przy ciśnieniu

1013 hPa). Orientacyjne wartości gęstości spalin można przyjmować następująco:

•

paliwa stałe – 1,33 kg/m

•

paliwa ciekłe – 1,32 kg/m

•

paliwa gazowe – 1,25 kg/m

Gęstość słupa powietrza zewnętrznego oraz słupa gazów wewnątrz komina o danej

temperaturze można obliczyć za pomocą wzoru:

[kg/m

]

gdzie:
ρ – gęstość powietrza (gazu) w kg/m

t – temperatura gazu w

/ T / – moduł z temperatury bezwzględnego zera równej w przybliżeniu -273

W obliczeniach możemy spotkać się z wartością dodatnią, ujemną lub zerową. Ujemny

wynik otrzymamy wtedy, gdy S

jest większe od S

. Wynik ujemny oznacza, że ciąg jest

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

odwrotny. Wynik zerowy oznacza zastój. Otrzymujemy go przy zrównoważeniu gęstości
słupa powietrza zewnętrznego i gazów wewnątrz komina (S

= S

Niekorzystny ciąg może mieć miejsce, gdy komin będzie za niski, lub różnica

temperatury zewnętrznej i wewnętrznej za mała, spowodowana np. zbytnim ochłodzeniem
przewodu kominowego wewnątrz i nagłym wzrostem temperatury zewnętrznej (wskutek np.
chłodnych nocy jesiennych i szybkiego wzrostu temperatury dziennej lub w porze letniej, gdy
temperatura zewnętrzna jest wyższa od temperatury w kominie).

Zaznaczyć trzeba, że wysokość przewodu kominowego (uwzględniając siłę ciągu) liczy

się od wysokości położenia rusztu danego paleniska do wylotu komina.

W ten sposób obliczamy tzw. teoretyczną siłę ciągu, którą w praktycznym działaniu

obniżają opory przepływu spalin przez piec, opory ścian kominowych, załamania oraz inne
utrudnienia.

Do prawidłowej pracy komina konieczne jest osiągnięcie odpowiedniej prędkości

przepływającego powietrza. Pomiar prędkości oraz objętości przepływającego powietrza
w przewodzie odbywa się przy użyciu:

−

anemometru cieplno – oporowego – w którym czujnikiem pomiarowym jest element,
przez który przepływa prąd. Czujnik powinien być ustawiony prostopadle do strumienia
przepływającego powietrza. Intensywniejszy przepływ oznacza większą prędkość
omywającego go powietrza.

−

anemometru skrzydełkowego – w którym liczba obrotów wirnika przekłada się
bezpośrednio na prędkość strumienia powietrza,

−

rurki Pitota – gdzie przyrządem pomiarowym jest sztywna rurka umożliwiająca odczyt
ciśnienia statycznego i całkowitego powietrza, aby następnie przeliczyć je na ciśnienie
dynamiczne,

−

manometru cieczowego.
Wielkość ciągu można prosto zmierzyć za pomocą wygiętej rurki w kształcie litery

U (manometr cieczowy lub U - rurka) pokazanej na rysunku 1, której jeden koniec łączymy
z badanym przewodem. W rurce znajduje się woda. Wskutek różnicy ciśnień woda
w ramieniu połączonym z kominem będzie się znajdowała na poziomie nieco wyższym niż
w drugim ramieniu. Różnica poziomów mierzona w milimetrach określa siłę ciągu.
W piecach nowoczesnych siła ciągu wynosi 0,8 ÷ 1 mm słupa wody. Piece starego typu
wymagają większego ciągu, a mianowicie 2,0 ÷ 2,5 mm słupa wody.

Rys. 1. Przyrząd do mierzenia podciśnienia (siły ciągu): 1 – ściana kominowa, 2 – przyrząd do mierzenia

podciśnienia zwany U – rurką, 3 – podziałka, h – wielkość podciśnienia [5, s.15].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są niezbędne warunki potrzebne do spalania paliwa?
2. Jak powstaje ciąg w kominie?
3. Od czego zależy ciąg kominowy?
4. Od czego zależą opory przepływu spalin w kominie?
5. Jak powstają opory przepływu spalin w kominie?
6. Jak wysokość komina wpływa na ciąg?
7. Jakie skutki może spowodować umieszczenie komina w ścianie zewnętrznej?
8. Jakie skutki może spowodować zbyt mały lub zbyt duży przekrój komina?
9. Jaki przekrój komina jest najkorzystniejszy dla przepływu spalin?
10. Jak wpływa materiał przewodu na ciąg?
11. W jaki sposób powinny być wykończone wewnętrzne ścianki komina?
12. W jaki sposób reguluje się ciąg?
13. Co mogą spowodować zawilgocone ściany komina lub przewodów dymowych?
14. Jak wpływa nadmierny osad sadzy na ciąg?
15. W jaki sposób można regulować ciąg?
16. W jaki sposób wpływa rodzaj paliwa na ciąg kominowy?
17. Jakie są zasady przepływu gazów w przewodach kominowych?
18. Co to jest lepkość gazów spalinowych?
19. Za pomocą jakiego wzoru można obliczyć ciąg kominowy?
20. W jakich jednostkach wyraża się siłę ciągu?
21. Za pomocą jakiego wzoru można obliczyć gęstość powietrza lub gazów spalinowych?
22. Jakie wielkości obniżają teoretyczną siłę ciągu kominowego?
23. Jakim przyrządem mierzy się ciąg kominowy?
24. Jak działa U – rurka?
25. Jakiego ciągu wymagają piece nowoczesne oraz starego typu?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz wielkość siły ciągu dla trzonu kuchennego. Dokonaj obliczeń mając dane:

−

gęstość powietrza w temperaturze 0

C równą 1,293 kg/m

−

gęstość gazów spalinowych równą 1, 33 kg/m

−

temperaturę powietrza zewnętrznego t

= 10

−

temperaturę spalin t

= 150

−

temperaturę zera bezwzględnego │T│= 273

−

wysokość komina 10 m,

−

przyspieszenie ziemskie g = 9,81 m/s

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze sposobem obliczania ciągu kominowego,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić wzory do obliczania ciągu spalin,
4) podstawić odpowiednie wartości do wzorów,
5) wyliczyć wielkość ciągu kominowego,
6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

kartki papieru,

kalkulator,

opis obliczania ciągu kominowego.

Ćwiczenie 2

Oblicz niezbędną wysokość komina dla pieca mieszkaniowego. Dokonaj obliczeń, mając

dane:

−

siła ciągu P = 20 Pa,

−

gęstość słupa powietrza zewnętrznego o temperaturze 10

C równą S

= 1,248 kg/m

−

gęstość gazów spalinowych o temperaturze 130

C równą S

= 0,879 kg/m

−

przyspieszenie ziemskie g = 9,81 m/s

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze sposobem obliczania ciągu kominowego oraz wysokości komina,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić wzory do obliczania ciągu spalin,
4) przekształcić wzór do obliczania ciągu kominowego,
5) podstawić odpowiednie wartości do wzorów,
6) wyliczyć wysokość komina,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

kalkulator,

−

opis z wzorami do obliczeń ciągu kominowego i wysokości komina.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) opisać warunki potrzebne do spalania paliwa?

⁯

2) wyjaśnić powstawanie ciągu w kominie?

⁯

3) wyjaśnić, czego skutkiem są opory przepływu spalin?

⁯

4) wyjaśnić skutki zbyt małej i nadmiernej prędkości przepływu spalin?

⁯

5) uzasadnić wpływ wysokości komina na ciąg kominowy?

⁯

6) wyjaśnić skutki umieszczenia komina w ścianie zewnętrznej?

⁯

7) wyjaśnić skutki zbyt małego i za dużego przekroju komina?

⁯

8) określić prawidłowy kształt przekroju komina?

⁯

9) wyjaśnić skutki zawilgocenia ścianek kominowych?

⁯

10) uzasadnić wpływ osadu sadzy na ciąg kominowy?

⁯

11) uzasadnić wpływ rodzaju paliwa na ciąg?

⁯

12) wyjaśnić zasady regulacji ciągu?

⁯

13) opisać zmiany parametrów gazu wskutek ogrzewania?

⁯

14) określić lepkość gazów spalinowych?

⁯

15) obliczyć ciąg kominowy?

⁯

16) scharakteryzować wyniki obliczeń ciągu kominowego?

⁯

17) obliczyć gęstość powietrza i gazów spalinowych?

⁯

18) uzasadnić, co zmniejsza teoretyczny ciąg kominowy?

⁯

19) określić sposób dokonywania pomiaru ciągu kominowego?

⁯

20) wyznaczyć pomiar ciągu za pomocą U – rurki?

⁯

21) określić wartości ciągu dla pieców nowoczesnych i starego typu?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Produkty spalania

4.6.1. Materiał nauczania

W wyniku spalania paliw powstają spaliny. Najczęściej w składzie spalin występuje

dwutlenek węgla, tlen, azot i para wodna. W wyniku niezupełnego spalania może powstać
tlenek węgla (szczególnie dotyczy to paliw stałych) i dwutlenek siarki (gazy techniczne).

Tlenek węgla (CO) jest produktem niezupełnego spalania, określanym powszechnie jako

czad. Pali się niebieskim płomieniem tworząc dwutlenek węgla. Jest on gazem bezbarwnym,
bez zapachu i bardzo trującym. Gaz ten łączy się z hemoglobiną krwi, uniemożliwiając
przyłączanie przez nią tlenu. Stanowi wyjątkowe niebezpieczeństwo dla otoczenia: tym
większe, że jego ciężar równa się w zasadzie ciężarowi powietrza.

Dwutlenek węgla (CO

) jest produktem całkowitego spalania. Jest on również gazem

bezbarwnym, bez zapachu, nie jest trujący, ale można się nim zadusić, ponieważ nie ma
w nim tlenu. Dwutlenek węgla jest cięższy od powietrza i dlatego musi być usuwany
z przewodów dymowych i kominów przez wywołanie odpowiedniego przewiewu, tzn. ciągu
kominowego.

Dwutlenek siarki (SO

) jest to gaz cięższy od powietrza o ostrym duszącym zapachu,

działający drażniąco na drogi oddechowe. Z wodą tworzy kwas siarkowy, który niszczy
przewody kominowe.

Para wodna występująca w spalinach może, po wpływem zbytniego ochłodzenia spalin,

wykroplić się na ściankach komina. Następuje to po obniżeniu do tzw. temperatury punktu
rosy. Zależy ona od składu chemicznego paliwa, a przede wszystkim – wprost
proporcjonalnie – 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 ÷

Do najbardziej szkodliwych składników spalin należą:

−

tlenek węgla (CO),

−

dwutlenek siarki (SO

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia.

1. Jakie podstawowe gazy wchodzą w skład spalin?
2. Jakie gazy powstają podczas niezupełnego spalania?
3. Jakie właściwości posiada tlenek węgla?
4. Dlaczego tlenek węgla jest uznawany za gaz niebezpieczny?
5. Jakie właściwości posiada dwutlenek węgla?
6. Jakie właściwości posiada dwutlenek siarki?
7. Jaki związek chemiczny może powstać podczas reakcji dwutlenku siarki i wody?
8. Co to jest temperatura punktu rosy?
9. Od czego zależy temperatura punktu rosy?
10. Jakie gazy spalinowe są najbardziej szkodliwe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ, na podstawie właściwości składników, z którego paliwa: stałego i gazowego,

powstały spaliny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z opisem spalin i ich składem,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić różnice w składzie spalin pochodzących z różnych paliw,
4) porównać podane właściwości gazów z opisem,
5) nazwać gazy spalinowe na podstawie ich właściwości zgodnie z opisami,
6) przyporządkować odpowiednie gazy spalinowe do paliwa stałego i gazowego,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

opisy gazów spalinowych dostosowane do paliwa stałego i gazów technicznych.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić podstawowe gazy spalinowe?

⁯

2) wymienić gazy powstające podczas niezupełnego spalania paliw?

⁯

3) scharakteryzować tlenek węgla?

⁯

4) uzasadnić szkodliwość tlenku węgla?

⁯

5) scharakteryzować dwutlenek węgla?

⁯

6) scharakteryzować dwutlenek siarki?

⁯

7) uzasadnić szkodliwość dwutlenku siarki?

⁯

8) zdefiniować temperaturę punktu rosy?

⁯

9) określić od czego zależy temperatura punktu rosy?

⁯

10) wymienić najbardziej szkodliwe gazy spalinowe?

⁯

11) przyporządkować odpowiednie gazy spalinowe do paliwa stałego

i gazowego?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Warunki ekonomicznego spalania

4.7.1. Materiał nauczania

Chcąc osiągnąć możliwie najlepsze wyniki spalania, należy dążyć do tego, aby straty

paliwa i wytwarzanego ciepła były jak najmniejsze, zaś ciąg w kominie – jak najbardziej
wyrównany w czasie. Straty paliwa są najmniejsze wówczas, gdy każda cząsteczka
doprowadzonego tlenu może swobodnie połączyć się z odpowiednią cząsteczką paliwa.
Można to częściowo osiągnąć przez odpowiednie ułożenie paliwa na ruszcie, na którym
paliwo jest rozpalane. Duże znaczenie ma również grubość warstwy paliwa. Przy wkładaniu
paliwa do paleniska – żar zostaje przeważnie całkowicie przykryty, tak że wytwarzające się
gazy palne uchodzą nie spalone.

Rys. 2. Przekrój przez warstwę węgla płonącego na ruszcie [5, s. 10].

Bardzo ważna jest ilość powietrza dostarczonego do komory paleniskowej. Niedostatek

tlenu może spowodować spalanie niezupełne, polegające na utlenianiu węgla
pierwiastkowego do tlenku węgla, zamiast do dwutlenku węgla, oraz niepaleniu części
lotnych paliwa. Spalanie niezupełne jest bardzo niekorzystne, ponieważ:

−

tlenek węgla powstający zamiast nieszkodliwego dwutlenku węgla ma bardzo silne
właściwości toksyczne i jest przyczyną wielu zatruć,

−

nie utlenione lotne związki węgla i wodoru uchodzące ze spalinami do komina
zmniejszają uzyskiwaną ilość ciepła (w wyniku utleniania węgla do tlenku węgla można
otrzymać ok. 10 MJ/kg, a jeśli utlenia się go do dwutlenku węgla, to aż ok. 34 MJ/kg).
Oznaką spalania niezupełnego jest ciemnoczerwony płomień i obfity, czarny dym.

Podczas spalania zupełnego ogień ma kolor żółtopomarańczowy, a dym jest jasny.

W warunkach spalania niecałkowitego spaleniu ulega tylko część stałej masy paliwa.

Podczas spalania całkowitego spala się cała stała masa paliwa, a końcowym produktem jest
popiół.

Ilości ciepła uzyskiwane w wyniku spalania paliw w warunkach technicznych są

mniejsze od teoretycznej ilości, jaką można byłoby uzyskać z tej samej masy paliwa
w warunkach laboratoryjnych. Ta różnica to straty spalania wynikające z niedoskonałych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

warunków, w jakich w rzeczywistości odbywa się spalanie. Straty te można podzielić
w zależności od miejsca i sposobu powstawania:

−

strata paleniskowa – należą tu straty: popielnikowa, przesypu, w żużlu, w sadzy, na
skutek niezupełnego spalania, na skutek promieniowania i konwekcji,

−

strata w kanałach spalinowych – należą tu: straty na skutek promieniowania i konwekcji,
na skutek dopływu powietrza np. z nieszczelności komina,

−

strata kominowa (odlotowa),

−

strata piecowa np. spowodowana nieszczelnością pieca.

Całkowite i zupełne spalanie paliwa nastąpi zatem wówczas, gdy:

1) do paliwa dopływać będzie dostateczna ilość powietrza,
2) powietrze w głównej swej masie przepływać będzie przez ruszt i paliwo,
3) przestrzeń paleniska będzie dostatecznie duża i dobrze zabezpieczona przed stratami

ilości ciepła,

4) części lotne, uchodzące z płonącego paliwa, będą mogły dobrze wymieszać się

z powietrzem i spalić w dostatecznie wysokiej temperaturze,

5) produkty spalania będą odpowiednio szybko odprowadzane do komina.

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Od czego zależą najlepsze wyniki spalania?
2. W jaki sposób można zmniejszyć straty paliwa?
3. W jaki sposób zmniejszyć straty wytworzonego ciepła?
4. Co to jest spalanie niezupełne?
5. Dlaczego spalanie niezupełne jest niekorzystne?
6. Jakie są symptomy spalania niezupełnego?
7. Jakie są oznaki spalania zupełnego?
8. Co to jest spalanie całkowite?
9. Co to jest spalanie niecałkowite?
10. Co to są straty spalania?
11. Jakie są rodzaje strat spalania?
12. Jakie warunki należy zapewnić, by doprowadzić do całkowitego i zupełnego spalania

paliwa?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ rodzaj spalania paliwa stałego na podstawie trzech próbek pozostałości po

spalaniu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z rodzajami procesu spalania,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) zaobserwować rodzaj składników w pozostałościach po spalaniu,
4) porównać zaobserwowane rodzaje składników z opisem,
5) ustalić przyczynę i skutek obecności zaobserwowanych składników,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6) nazwać rodzaj spalania na podstawie wyciągniętych wniosków,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

trzy próbki pozostałości po spalaniu paliw stałych,

−

szkło powiększające,

−

rękawiczki gumowe,

−

pojemnik z wodą,

−

czyste kartki papieru,

−

opisy procesu spalania.

Ćwiczenie 2

Określ rodzaj spalania się trzech próbek paliw stałych na podstawie obserwacji płomienia

i dymu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z rodzajami procesu spalania,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) zaobserwować barwę i wielkość płomienia oraz barwę i ilość dymu podczas spalania się

trzech próbek paliw,

4) porównać zaobserwowany płomień i dym z opisem,
5) ustalić przyczynę i skutek zaobserwowanych parametrów spalania,
6) nazwać rodzaj spalania na podstawie wyciągniętych wniosków,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

trzy próbki paliw stałych,

−

kartki papieru,

−

opis procesu spalania.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić od czego zależą najlepsze wyniki spalania?

⁯

2) określić sposoby zmniejszenia strat spalania?

⁯

3) określić sposoby zmniejszenia strat wytworzonego ciepła?

⁯

4) zdefiniować proces spalania niezupełnego?

⁯

5) uzasadnić z jakich powodów spalanie niezupełne jest niekorzystne?

⁯

6) wymienić oznaki spalania niezupełnego?

⁯

7) wymienić oznaki spalania zupełnego?

⁯

8) scharakteryzować spalanie całkowite?

⁯

9) określić straty spalania?

⁯

10) wymienić rodzaje strat?

⁯

11) wymienić warunki całkowitego i zupełnego spalania paliw?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Rozszerzalność termiczna

4.8.1. Materiał nauczania

Rozszerzalność termiczna jest to właściwość materiału wyrażająca się zmianą wymiarów

pod wpływem wzrostu temperatury. Wielkości charakterystyczne rozszerzalności cieplnej to:
współczynnik rozszerzalności liniowej

α oraz współczynnik rozszerzalności objętościowej β.

Współczynnik rozszerzalności liniowej określa przyrost względnej długości materiału

wskutek ogrzania o 1

∆

⋅

∆

[1/

Δ l – bezwzględny przyrost długości próbki [mm],
l – długość pierwotna próbki [mm],
Δ t – przyrost temperatury [

C].

W praktyce najczęściej interesuje nas przyrost długości elementu lub konstrukcji po

podgrzaniu o wartość Δ t przy długości początkowej l. Wówczas po przekształceniu wzoru
otrzymamy:

∆

⋅

∆

[mm]

Tabela 4 Współczynniki cieplnej rozszerzalności liniowej niektórych materiałów budowlanych [7 s. 22]

Rodzaj materiału

Współczynnik cieplnej

rozszerzalności liniowej

[1/

Materiały kamienne, ceramika i drewno wzdłuż włókien
Szkło
Betony cementowe i stal
Aluminium

(0,3 ÷ 0,9) ∙ 10

-5

(0,87 ÷ 0,9) ∙ 10

-5

(1,0 ÷ 1,1) ∙ 10

-5

2,4 ∙ 10

-5

Współczynnik rozszerzalności objętościowej β określa przyrost objętości materiału

wskutek ogrzania go o 1

C. Wartość tego współczynnika dla materiałów jednorodnych

oblicza się wg uproszczonego wzoru:

≈

α - współczynnik rozszerzalności liniowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Elementy składowe pieców, jak cegły i kafle, w czasie nagrzewania i stygnięcia ulegają

rozszerzaniu się i kurczeniu. W celu umożliwienia ruchu elementów przy zmianach
temperatury konieczne są odpowiednie luzy między elementami, zwane dylatacjami. Rolę
tych dylatacji spełniają poziome i pionowe spoiny. W czasie palenia wewnętrzna
powierzchnia ścianek pieca nagrzewa się silniej, co powoduje powstanie odkształceń
termicznych cegieł. Odkształcenie takie może spowodować pękanie ścianek pieca. Aby temu
zapobiec, należy przyciosać w odpowiedni sposób cegły.

Rys. 3. Powstawanie szpar w spoinach nagrzanej ściany ceglanej [1, s. 93].

Rys. 4. Ściana z przyciosanych cegieł [1, s.93].

W piecach ceglanych bez wykładania powierzchni zewnętrznej kaflami stosujemy

podwójny układ cegieł na rąb. W ten sposób konstrukcja ściany pieca składa się z dwóch
części, z których wewnętrzna silniej nagrzewana, rozszerzając się ulega odkształceniu nie
powodując jednak prawie żadnych zmian w ściance zewnętrznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 5. Ściana z cegieł na rąb w dwóch warstwach: a) ściana zimna b) ściana rozgrzana [1, s.94].

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakimi współczynnikami określona jest rozszerzalność termiczna?
2. Za pomocą jakiego wzoru oblicza się współczynnik rozszerzalności liniowej?
3. W jaki sposób można obliczyć przyrost długości elementu powstający na skutek

podgrzania?

4. Za pomocą jakiego wzoru oblicza się współczynnik rozszerzalności objętościowej?
5. Do czego służą dylatacje?
6. W jaki sposób zabezpiecza się cegły przed odkształceniami termicznymi?
7. W jakim celu stosuje się układ dwóch warstw cegieł na rąb w piecach ceglanych?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz zmianę długości elementów stalowych trzonu kuchennego przy podgrzaniu

o 20

C. Do obliczeń przyjmij następujące dane:

−

długość początkowa elementu 1,5 m,

−

współczynnik rozszerzalności liniowej

α = 0,00001 1/

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze sposobem obliczania współczynnika rozszerzalności termicznej,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić wzór do obliczania przyrostu długości elementu za pomocą współczynnika

rozszerzalności termicznej,

4) podstawić odpowiednie wartości do wzoru,
5) wyliczyć zmianę długości elementu,
6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

kalkulator,

−

opis z wzorami.

Ćwiczenie 2

Oblicz współczynnik rozszerzalności objętościowej elementów stalowych trzonu

kuchennego, wiedząc, że współczynnik rozszerzalności liniowej wynosi

α = 0,00001 1/

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze sposobem obliczania współczynnika rozszerzalności termicznej liniowej

i objętościowej,

2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić wzór do obliczania współczynnika rozszerzalności objętościowej,
4) podstawić odpowiednie wartości do wzoru,
5) wyliczyć współczynnik rozszerzalności objętościowej,
6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

kalkulator,

−

opis współczynnika rozszerzalności objętościowej.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić od czego zależą najlepsze wyniki spalania?

⁯

2) wymienić współczynniki rozszerzalności termicznej?

⁯

3) określić wzór do obliczania współczynnika rozszerzalności liniowej?

⁯

4) określić wzór do obliczania przyrostu długości elementu?

⁯

5) określić wzór do obliczania współczynnika rozszerzalności objętościowej? ⁯

⁯

6) wyjaśnić stosowanie dylatacji?

⁯

7) wyjaśnić sposób zabezpieczania przed odkształceniami

termicznymi cegieł?

⁯

8) uzasadnić stosowanie układu dwóch warstw cegieł na rąb?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Elementy wymiany ciepła

4.9.1. Materiał nauczania

Ciepło jest to jeden ze sposobów przekazywania energii między ciałami. Polega on na

przekazywaniu energii chaotycznego ruchu cząsteczek ciał i wiąże się ze zmianą energii
wewnętrznej tych ciał. Proces ten nazywa się wymianą ciepła.

Przepływ ciepła odbywa się z ośrodka o temperaturze wyższej do ośrodka o temperaturze

niższej, czyli wszędzie tam, gdzie występuje różnica temperatur. Rozróżnia się wymianę
ciepła przez:

−

przewodzenie,

−

konwekcję,

−

promieniowanie.
Przewodzenie polega na wymianie ciepła pomiędzy dwoma stykającymi się ciałami

stałymi o różnych temperaturach. W technice spotyka się pojęcie: dobry i zły przewodnik
ciepła. Dobrymi przewodnikami ciepła są np. wszystkie metale, złymi przewodnikami są:
drewno, korek, wełna, filc, piasek, popiół, a przede wszystkim sadza, kamień kotłowy. Złych
przewodników ciepła używa się do izolacji w celu zapobieżenia stratom ciepła. Przeciwnie,
aby nie utrudnić przenoszenia ciepła na powierzchnię ogrzewania, należy tę powierzchnię
systematycznie oczyszczać z sadzy, popiołu i kamienia kotłowego.

Miarą przewodzenia ciepła jest współczynnik przewodzenia ciepła λ. Współczynnik ten

jest równy ilości ciepła przepływającego w czasie 1 godziny przez powierzchnię 1 m

jednorodnej warstwy materiału o grubości 1m, jeżeli różnica temperatur Δt po obu stronach
warstwy wynosi 1

C. Jednostką współczynnika jest W/(m ∙ K). Współczynnik ten zależny jest

od wilgotności, temperatury, porowatości, struktury materiału i składu chemicznego. W miarę
wzrostu zawilgocenia materiału wartość współczynnika λ zwiększa się, a zatem izolacyjność
cieplna materiału pogarsza się.

Tabela 5. Współczynnik przewodzenia ciepła niektórych materiałów budowlanych [7, s. 20].

Rodzaj materiału

Współczynnik λ
dotyczący materiału suchego
[W/(m ∙ K)]

Styropian
Płyty pilśniowe porowate
Drewno sosnowe
Beton komórkowy
Mur z cegły pełnej
Szkło okienne
Beton zwykły
Granit
Stal budowlana

0,037 ÷ 0,045
0,058 ÷ 0,069
0,163 ÷ 0,300
0,140 ÷ 0,275
0,756
0,95 ÷ 1,05
1,22 ÷ 1,50
3,20 ÷ 3,50
58, 00

Konwekcja, czyli unoszenie, zachodzi w cieczach i gazach. Unoszenie się ciepła określa

się popularnie jako tzw. krążenie powietrza. Drogą unoszenia rozchodzi się najwięcej ciepła
wydzielanego przez domowe urządzenia grzewcze. Powietrze, stykając się z powierzchnią
gorącego pieca kaflowego lub grzejnika centralnego ogrzewania, nagrzewa się i unosi ku

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

górze, zaś na jego miejsce napływa powietrze zimne. W praktyce słowo „konwekcja”
zastępuje się terminem przejmowanie ciepła.

Promieniowanie polega na bezpośrednim wysyłaniu energii cieplnej przez ciało za

pomocą fal elekromagnetycznych. Ilość ciepła wypromieniowanego zależy od źródła
promieniowania, jego temperatury i powierzchni. Ciała o temperaturze wyższej wysyłają
więcej energii promieniowania. Również powierzchnie ciemne i matowe wysyłają więcej
energii promieniowania niż powierzchnie jasne i błyszczące. Tym też tłumaczy się, że kafle
piecowe są błyszczące, aby jak najdłużej zachowały nagromadzone ciepło.

Wymiana ciepła przez przegrody z różnych materiałów jest procesem złożonym.

Przyjmuje się więc pewne uproszczenia, polegające na wytypowaniu dominującego rodzaju
wymiany ciepła. Najczęstsza jest wymiana ciepła między dwoma ośrodkami oddzielonymi
przegrodą z ciała stałego. Składa ona się z:

−

przejmowania ciepła przez powierzchnię przegrody od ośrodka o temperaturze wyższej,

−

przewodzenia ciepła przez przegrodę z ciała stałego,

−

przejmowania ciepła przez ośrodek o temperaturze niższej.
Taki rodzaj wymiany ciepła nazywa się przenikaniem ciepła. Miarą przenikania ciepła

jest współczynnik przenikania ciepła U [W/m

·K]. Określa on moc cieplną przenikającą od

jednego do drugiego ośrodka przez 1 m

powierzchni przegrody z ciała stałego przy różnicy

temperatur ośrodków wynoszącej 1

C (lub 1 K – kelwin). Współczynnik ten zależy od

różnicy temperatur po obu stronach przegrody budowlanej, grubości warstw przegrody
i wartości współczynników przewodzenia ciepła poszczególnych materiałów przegrody. Im
większa jest wartość tego współczynnika, tym gorsza jest izolacyjność cieplna przegrody
budowlanej. Maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła dla wybranych przegród
budowlanych w budynkach jednorodzinnych podano w tabeli 6.

Z ciepłem wiążą się pojęcia ciepła właściwego, pojemności cieplnej, ogniotrwałości

i odporności ogniowej.

Pojemność cieplna jest to zdolność materiału do kumulowania (magazynowania) ciepła

podczas ogrzewania. Ilość ciepła Q potrzebną do ogrzania materiału o temperaturze t

temperatury t

można określić, korzystając z wzoru:

)

(

⋅

[kJ]

– ciepło właściwe materiału próbki [kJ / (kg ∙

C)],

– temperatura początkowa materiału [

C],

– temperatura przy końcu ogrzewania [

C],

m – masa próbki, [kg].

Tabela 6. Maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła U

dla budynków jednorodzinnych

[10, s. 5269].

Rodzaj przegrody i temperatura w pomieszczeniu

(max)

[W / m

∙ K]

Ściany zewnętrzne:
a) przy t

> 16

−

o budowie warstwowej

−

jednowarstwowe

b) b) przy ti ≤ 16oC

0,30
0,50
0,80

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ściany piwnic nieogrzewanych

bez wymagań

Stropodachy i stropy pod nieogrzewanymi poddaszami
a) przy t

≥ 16

b) przy 8

C < t

≤ 16

0,30
0,50

Stropy nad piwnicami nieogrzewanymi

0,60

Stropy nad piwnicami ogrzewanymi

bez wymagań

Ściany

wewnętrzne

oddzielające

pomieszczenie

ogrzewane od nieogrzewanego

1,00

Okna, drzwi balkonowe w pomieszczeniach o t

≥ 16

2,6 (2,0 )

Okna połaciowe

2,0

Okna

pomieszczeń

piwnicznych

poddaszy

nieogrzewanych

bez wymagań

Drzwi zewnętrzne wejściowe

2,6

– temperatura obliczeniowa w pomieszczeniu

– wartość w nawiasie dotyczy IV i V strefy klimatycznej

Zdolność kumulacji ciepła zależy zatem od masy materiału (im większa masa tym

większa akumulacja), różnicy temperatur i ciepła właściwego materiału.

Ciepło właściwe c

(współczynnik pojemności cieplnej) wynosi:

−

woda 4,187 kJ / (kg ∙

C),

−

drewno 2,4 ÷ 2,7 kJ / (kg ∙

C),

−

powietrze 1,0 kJ / (kg ∙

C),

−

ceramika, betony, zaprawy i materiały kamienne 0,75 ÷ 0,92 kJ / (kg ∙

C),

−

stopy aluminium 0,92 kJ / (kg ∙

C),

−

stal 0,46 kJ / (kg ∙

C),

−

ołów 0,13 kJ / (kg ∙

C).

Z powyższych przykładów wynika, że największą pojemność cieplną ma woda i dlatego

należy do materiałów najbardziej przydatnych do magazynowania ciepła.

Ogniotrwałość jest to zdolność zachowania kształtu materiału podczas długotrwałego

działania wysokiej temperatury. Do ogniotrwałych zalicza się materiały, które wytrzymują
długotrwałe działanie temperatury powyżej 1580

C bez zniekształceń i rozmiękania, np.

wyroby szamotowe.

Pojęcie odporności ogniowej wiąże się z ochroną przeciwpożarową budynków. Budynki

oraz części budynków stanowiące odrębne strefy pożarowe zalicza się do jednej (lub więcej)
kategorii zagrożenia ludzi, oznaczonych ZL. Na przykład budynki mieszkalne to kategoria ZL
IV. W zależności od wysokości i kategorii zagrożenia ludzi budynki powinny spełniać
wymagania odpowiednich klas odporności pożarowej. Rozróżnia się pięć klas tej odporności
budynków lub ich części (w kolejności od najwyższej do najniższej) oznaczonych literami A,
B, C, D, E. Na przykład budynek mieszkalny: niski (do 12 m) powinien spełniać wymagania
klasy odporności ogniowej D, średnio wysoki (od ponad 12 do 25 m) – klasy C, a wysoki
(od ponad 25 do 55 m) i wysokościowy (ponad 55 m) – klasy B. Elementy budynku, zależnie
od jego klasy odporności pożarowej, powinny spełniać wymagania określone w tabeli.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 7. Klasa odporności ogniowej wybranych elementów budynku [10, s. 5244].

Klasa odporności ogniowej elementów budynku

Klasa

odporności

pożarowej

budynku

Główna

konstrukcja

nośna

Konstrukcja

dachu

Strop

Ściana

zewnętrzna

Ściana

wewnętrzna

Przekrycie

dachu

A
B
C
D

R 240
R 120

R 60
R 30

( – )

R 30
R 30
R 15

( – )
( – )

R E I 120

R E I 60
R E I 60
R E I 30

( – )

E I 120

E I 60
E I 30
E I 30

( – )

E I 60
E I 30
E I 15

( – )
( – )

E 30
E 30
E 15

( – )
( – )

Oznaczenia:
R – nośność ogniowa (w minutach),
E – szczelność ogniowa (w minutach),
I – izolacyjność ogniowa (w minutach),
( – ) – nie stawia się wymagań.

4.9.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co to jest ciepło?
2. Jakie są rodzaje wymiany ciepła?
3. Co to jest przewodzenie?
4. Jakie znasz dobre i złe przewodniki ciepła?
5. Co to jest współczynnik przewodzenia ciepła?
6. W jakich jednostkach wyraża się współczynnik przewodzenia ciepła?
7. Od czego zależy współczynnik przewodzenia ciepła?
8. Co to jest konwekcja?
9. Dlaczego konwekcję nazywa się też przejmowaniem ciepła?
10. Co to jest promieniowanie?
11. Od czego zależy ilość wypromieniowanego ciepła?
12. Na czym polega uproszczony sposób wymiany ciepła?
13. Co to jest przenikanie ciepła?
14. Co to jest współczynnik przenikania ciepła?
15. W jakich jednostkach wyraża się współczynnik przenikania ciepła?
16. Od czego zależy wartość współczynnika przenikania ciepła?
17. Jakie są maksymalne wartości współczynnika przenikania ciepła dla przykładowych

przegród?

18. Co to jest pojemność cieplna?
19. Od czego zależy pojemność cieplna?
20. Który materiał najbardziej nadaje się do magazynowania ciepła?
21. Co to jest ogniotrwałość?
22. Na jakie klasy podzielono odporność ogniową budynków?
23. Ile minut wynosi nośność ogniowa głównej konstrukcji nośnej budynku niskiego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ na podstawie rysunków, jaki wpływ na przenikanie ciepła ma grubość przegrody

i rodzaj materiału przegrody.

Rys. 6. Wpływ grubości ściany jednolitej (cegła pełna) na przenikanie przez nią ciepła:

a) ściana grubości 2 cegieł, b) ściana grubości 1 cegły [6, s.159].

Rys. 7. Wpływ rodzaju materiału ściany jednolitej o określonej grubości na przenikanie przez nią ciepła:

a) ściana z cegły, b) ściana z gazobetonu M 500 [6, s.159].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z przenikaniem ciepła przez przegrody budowlane,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) zapoznać się z rysunkami z ćwiczenia,
4) ustalić wpływ grubości przegrody na przenikanie ciepła,
5) ustalić wpływ rodzaju materiału przegrody na przenikanie ciepła,
6) przeanalizować wykresy temperatur na rysunkach,
7) zapisać wnioski z ćwiczenia,
8) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

rysunki przegród budowlanych,

−

kartki papieru,

−

opis przenikania ciepła.

Ćwiczenie 2

Oblicz pojemność cieplną następujących materiałów: drewna, ceramiki, wody

i powietrza, wiedząc, że: masa każdego z nich wynosi 10 kg, temperatura początkowa 10

temperatura końcowa 20

C. Porównaj pojemność cieplną tych materiałów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się ze sposobem obliczania pojemności cieplnej,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić wzór do obliczania pojemności cieplnej,
4) podstawić odpowiednie wartości do wzoru,
5) wyliczyć pojemność cieplną wymienionych materiałów,
6) porównać uzyskane wyniki i wyciągnąć wnioski,
7) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

kalkulator,

−

opis, wzór i tabela do obliczenia pojemności cieplnej.

Ćwiczenie 3

Porównaj nośność, szczelność i izolacyjność ogniową budynków niskich, średnio

wysokich i wysokich.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z pojęciami nośności, szczelności i izolacyjności ogniowej,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) ustalić klasy odporności pożarowej budynków niskich, średnio wysokich i wysokich,
4) odczytać odpowiednie wielkości z tabeli,
5) porównać uzyskane wyniki i wyciągnąć wnioski,
6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kartki papieru,

−

opis odporności ogniowej budynków i ich klas.

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) zdefiniować zjawisko ciepła?

⁯

2) wymienić rodzaje wymiany ciepła?

⁯

3) zdefiniować przewodzenie?

⁯

4) wymienić złe i dobre przewodniki ciepła?

⁯

5) zdefiniować współczynnik przewodzenia ciepła?

⁯

6) określić jednostki współczynnika przewodzenia ciepła?

⁯

7) wyjaśnić od czego zależy współczynnik przewodzenia ciepła?

⁯

8) zdefiniować konwekcję?

⁯

9) wyjaśnić pojęcie przejmowania ciepła?

⁯

10) zdefiniować promieniowanie?

⁯

11) wyjaśnić od czego zależy ilość wypromieniowanego ciepła?

⁯

12) wyjaśnić na czym polega uproszczony sposób wymiany ciepła?

⁯

13) scharakteryzować przenikanie?

⁯

14) zdefiniować współczynnik przenikania ciepła?

⁯

15) określić jednostkę współczynnika przenikania ciepła?

⁯

16) wyjaśnić od czego zależy wartość współczynnika przenikania ciepła?

⁯

17) wymienić przykładowe maksymalne wartości współczynników

przenikania ciepła dla wybranych przegród?

⁯

18) zdefiniować pojemność cieplną?

⁯

19) wyjaśnić od czego zależy pojemność cieplna?

⁯

20) wymienić materiał najwięcej akumulujący ciepło?

⁯

21) zdefiniować ogniotrwałość?

⁯

22) scharakteryzować klasy odporności ogniowej budynków?

⁯

23) wymienić ile minut wynosi nośność ogniowa budynku niskiego?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10. Rodzaje sadzy

4.10.1. Materiał nauczania

W wyniku niepełnego spalania się paliw (głównie paliw stałych) wytwarzają się dym

i sadza. Dym jest zagęszczoną parą smołową, zmieszaną z pyłem i cząstkami popiołu. Sadza
składa się z dużej ilości czystego węgla. Powstaje ona z rozkładu ciężkich węglowodanów
znajdujących się w gazach dymowych.

W zależności od rodzaju spalonego paliwa powstają różne rodzaje sadzy. Rozróżnia się

sadzę:

−

miękką lub płatkową, która składa się z luźno leżących nie spalonych cząstek czystego
węgla,

−

smołową lub mazistą,

−

świecącą czyli szklistą, zawierającą dużo domieszek smołowych i kwas octowy.
Sadze płatkowe (miękkie) wytwarzają się przy spalaniu węgla i drewna iglastego. Sadze

maziste (smołowe) powstają przeważnie przy paleniu torfu lub węgla brunatnego, o dużym
procencie wilgotności. Sadze szkliste (świecące) tworzą się w czasie spalania drewna
twardego jak dąb, grab, buk.

Niekorzystną stroną sadzy jest tworzenie przez nią stałego osadu. Osad (mieszanina

sadzy, popiołu i wody) umiejscawia się na wewnętrznych powierzchniach ścian kominowych
nieraz jako gruba, twarda warstwa. W większości kominów domowych osad sadzy zmniejsza
przekrój komina i osłabia ciąg kominowy. Ponadto sadze w kominie mogą ulec zapaleniu.
Paląc się wytwarzają wysoką temperaturę dochodzącą do 1300

C i więcej, wskutek czego

następuje gwałtowny wzrost objętości gazów w kominie. Zdarza się często, że gazy te, nie
znajdując ujścia, rozsadzają komin powodując liczne pęknięcia.

Sadza w kominach o przekrojach ponadnormatywnych działa w pewnym sensie dodatnio,

ponieważ jest złym przewodnikiem ciepła. Dzięki temu komin pokryty wewnątrz sadzą
utrzymuje wysoką temperaturę gazów spalinowych, co jest niezbędne dla zachowania ciągu
uzależnionego od wymaganej temperatury.

4.10.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia.

1. Z czego składa się dym?
2. Co to jest sadza?
3. Jakie są rodzaje sadzy?
4. Ze spalania jakiego paliwa powstaje sadza płatkowa?
5. Ze spalania jakiego paliwa powstaje sadza smołowa?
6. Ze spalania jakiego paliwa powstaje sadza świecąca?
7. Na czym polega niekorzystne działanie sadzy na przewody kominowe?
8. W jakim przypadku sadza może mieć pozytywny wpływ na przewody kominowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.10.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ rodzaj spalanego paliwa na podstawie trzech próbek sadzy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1) zapoznać się z rodzajami sadzy i ich powstawaniem,
2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3) zaobserwować właściwości sadzy na podstawie oględzin i dotykowo,
4) ustalić rodzaj sadzy,
5) porównać uzyskane wyniki i wyciągnąć wnioski,
6) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

trzy próbki sadzy z różnych paliw,

−

rękawiczki gumowe,

−

pojemnik z wodą,

−

opis rodzajów sadzy.

4.10.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) określić skład dymu?

⁯

2) zdefiniować sadzę?

⁯

3) wymienić rodzaje sadzy?

⁯

4) wyjaśnić z czego powstaje sadza płatkowa?

⁯

5) wyjaśnić z czego powstaje sadza smołowa?

⁯

6) wyjaśnić z czego powstaje sadza świecąca?

⁯

7) uzasadnić niekorzystne działanie sadzy na komin?

⁯

8) określić w jakim przypadku sadza działa korzystnie na komin?

⁯

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Zanim zaczniesz rozwiązywać zadania – przeczytaj dokładnie instrukcję.

Test składa się z 25 zadań dotyczących spalania paliw technicznych. Na rozwiązanie masz
60 minut. Odpowiedzi udzielaj tylko na karcie odpowiedzi. Nie zapomnij się podpisać.

Zadania 1 – 14 zawierają cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest poprawna.

Wybraną odpowiedź zakreśl kółkiem. Jeżeli uznałeś, że nie jest ona poprawna – przekreśl ją
znakiem X i zaznacz kółkiem prawidłową odpowiedź. W zadaniach 15 – 19 uzupełnij
brakujący wyraz lub wyrazy. Zadania 20 – 23 wymagają udzielenia krótkiej odpowiedzi.
W zadaniach na dobieranie 24 – 25 należy przyporządkować podanym z lewej strony hasłom
– odpowiedzi umieszczone po stronie prawej. Zadania oznaczone gwiazdką, jako trudniejsze
należą do poziomu ponadpodstawowego.

Za każdą pełną poprawną odpowiedź uzyskasz 1 punkt. Błędna odpowiedź lub jej brak

oznacza 0 punktów.

Uzyskaną ilość punktów możesz przeliczyć na oceny szkolne: 8 ÷ 12 – dopuszczający, 13

÷ 16 – dostateczny, 17 ÷ 20 – dobry, 21 ÷ 25 – bardzo dobry.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Gazem nie zawierającym silnie trującego tlenku węgla jest gaz

a) generatorowy.
b) koksowniczy.
c) węglowy.
d) ziemny.

2. Do spalania w kominkach stosuje się drewno z drzew liściastych, gdyż

a) jest tańsze od iglastego.
b) łatwiej dzieli się na szczapy.
c) szybciej wysycha od iglastego.
d) zawiera mniej żywic od iglastego.

3. Antracyt należy do paliw

a) stałych.
b) ciekłych.
c) gazowych.
d) płynnych.

4. Gaz płynny to

a) inna nazwa oleju opałowego.
b) gaz wydobywany z ziemi.
c) gaz pochodzący z przeróbki węgla.
d) gaz skroplony z par propanu i butanu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Największy nadmiar powietrza potrzebny jest w trakcie

a) suszenia paliwa.
b) palenia się paliwa.
c) żarzenia się paliwa.
d) wydzielania się gazów lotnych.

6. Zbyt mała prędkość spalin w kominie może być oznaką

a) małych oporów przepływu.
b) zbyt dużego przekroju komina.
c) zbyt wysokiej temperatury komina.
d) zawirowań spalin wewnątrz komina.

7. Powodem niezupełnego spalenia tlenku węgla jest

a) łączenie się z parą wodną.
b) obniżenie temperatury paleniska wskutek suszenia paliwa.
c) niedostateczny dopływ powietrza potrzebnego do spalania.
d) zbyt mała gęstość tlenku węgla i szybkie wypieranie go do komina.

8. Osad sadzy w kominie wpływa na

a) zmniejszenie przekroju komina.
b) obniżenie temperatury spalin.
c) zwiększenie prędkości spalin.
d) zwiększenie wypływu spalin.

9.* Wartość opałowa paliwa nie zależy od

a) zawartości składników niepalnych.
b) budowy paleniska.
c) zawartości węgla.
d) wilgotności.

10.* Budynki niskie należą do klasy odporności pożarowej oznaczonej literą

a) B,
b) C,
c) D,
d) E.

11.* Temperatura punktu rosy jest temperaturą

a) samozapłonu paliwa.
b) pary wodnej w spalinach.
c) pozbycia się wilgoci z paliwa.
d) powyżej której następuje wykroplenie się pary wodnej.

12.* Ciąg kominowy nie zależy od

a) wykończenia wewnętrznych ścian komina.
b) zaprawy użytej do budowy komina.
c) wysokości komina.
d) przekroju komina.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13.* Niekorzystny wpływ dwutlenku siarki na wnętrze komina polega na

a) zmniejszeniu ciągu spalin.
b) zbytnim ochładzaniu spalin.
c) obniżaniu temperatury punktu rosy.
d) tworzeniu z wodą kwasu siarkowego.

14.* Miarą wymiany ciepła między dwoma ośrodkami przedzielonymi przegrodą jest

współczynnik
a) przenikania.
b) pojemności.
c) przewodzenia.
d) rozszerzalności.

15. Węgiel kamienny długopłomieniowy jest paliwem …………………..….. w części lotne.
16. Najbardziej korzystnym kształtem przekroju poprzecznego komina jest przekrój
……………………………….. .
17. Powierzchnie błyszczące i jasne emitują ………………….... ciepła niż matowe i ciemne.
18.* Gęstość powietrza oraz gęstość spalin zależy od ………………………………………. .
19.* Największe ciepło właściwe cp = 4,187 kJ / (kg ∙ oC) ma ………………………………
20. Zbyt duży nadmiar powietrza doprowadzony do paleniska jest niekorzystny, gdyż ………
………………………………………………………………………………………………… .
21. Pomiar ciągu w U – rurce następuje wskutek różnicy ……………………………………
………………………………………………………………………………………………… .
22. Sadza składa się z:………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………….. .
23.* Straty spalania powstają wskutek........................................................................................
………………………………………………………………………………………………… .

24. Przyporządkuj rodzaje paliw do odpowiednich grup ze względu na ich pochodzenie
i właściwości:

Grupy paliw

Rodzaje paliw

a) z przeróbki węgla

1. pelety

b) ubogie w części lotne

2. olej opałowy

c) z przeróbki ropy naftowej

3. drewno opałowe

d) powstające z odpadów drzewnych

4. gaz koksowniczy

5.węgiel krótkopłomieniowy

25. Przyporządkuj odpowiednie temperatury zapłonu do wymienionych paliw:

a) torf

1. 100

b) koks

2. 230

c) drewno

3. 300

d) węgiel kamienny

4. 500

5. 700

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Nazwisko i imię …………………………………………………………………

Spalanie paliw technicznych

Zakreśl poprawną odpowiedź, wpisz brakujące części zdania lub przyporządkuj
nazwy, wyrażenia, wielkości z prawej kolumny do odpowiednich pozycji
lewej kolumny.

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

a - …

b - …

c - …

d - …

25.

a - …

b - …

c - …

d - …

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1. Birszenk A.: Poradnik. Roboty zduńskie. Arkady, Warszawa 1973
2. Heryszek A.: Kominiarz i jego wiedza zawodowa. Wydawnictwo Spółdzielcze,

Warszawa 1985

3. Krygier K., Cieślowski S.: Instalacje sanitarne. Część 2, WSiP, Warszawa 1998
4. Krygier K., Klinke T., Sewerynik J.: Ogrzewnictwo, wentylacja, klimatyzacja. WSiP,

Warszawa 1997

5. Paradistal J.: Roboty zduńskie Część 2. PWSZ, Warszawa 1957
6. Słowiński Z.: Technologia budownictwa Część 3. WSiP, Warszawa 1994
7. Szymański E.: Materiały budowlane. WSiP, Warszawa 2003
8. Żenczykowski W.: Budownictwo ogólne. Materiały i wyroby budowlane. T. 1. WNT,

Warszawa 2005

9. PN-EN ISO 6946:2004 Komponenty budowlane i elementy budynku – Opór cieplny

i współczynnik przenikania ciepła – Metoda obliczania

10. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 2002 Nr 75,
poz. 690)

11. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie

ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (Dz. U. 1997 Nr 129, poz. 844)

12. Ustawa Prawo budowlane z dnia 7 lipca 1994 r. (Dz. U. 1994 Nr 89, poz. 414)
13. http://encyklopedia.pwn.pl/
14. http://encyklopedia.interia.pl/
15. www.murator.pl/
16. www.muratorplus.pl/

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
01 Spalanie paliw technicznych
Spalanie paliw technicznych
3 Spalanie paliw gazowych
Spalanie paliw 2012
01 ADMINISTRACJA OPIS TECHNICZNY KONSTRUKCJI LELKOWO, Fizyka Budowli - WSTiP, MOSTKI CIEPLNE U DR. P
2Podstawowe wiadomości o spalaniu paliw lot
29.01.11, masaz, technik masazysta, teoria mas
Spalanie paliw ciekłych
Mariusz J sprawozdanie 2, PWR [w9], W9, 3 semestr, Spalanie i Paliwa, Laborki SiP, 17.10.2013 - Spa
01 Wstęp El technikaid 2995 ppt
Spalanie paliw ciekłych sprawozdanie
Spalanie paliw a ochrona środowiska, INŻYNIERIA PROCESOWA, T. cieplna
Oznaczanie ciepła spalania paliw gazowych
1 Procesy energetycznego spalania paliw jako źródło emisji
1 procesy energet spalania paliw jako zrodlo emisji do atm
4 Spalanie paliw cieklych(1)
Spalanie paliw gazowych
mościcki,spalanie i paliwa, spalanie paliw ciekłych
Sprawko 3 spalanie paliw stałych

więcej podobnych podstron