SPALANIE
Zapotrzebowanie powietrza do spalania
Spalanie - zamiana energii chemicznej paliwa na energię Teoretyczne (minimalne) zapotrzebowanie tlenu do spalania cieplną w wyniku egzotarmicznego gwałtownego utlenienia, poszczególnych składników paliwa określa się na podstawie któremu towarzyszy oprócz wydzielania się ciepła zjawisko równań stechiometrycznych.
cieplne.
• Oznaczenia udziałów masowych poszczególnych Podstawowe równania stechiometryczne
składników paliw stałych i ciekłych
(spalanie zupełne)
C + O
2 → CO 2
c
- udział masowy węgla w paliwie
h
- udział masowy wodoru w paliwie
2C + O → 2CO (spalanie niezupełne) 2
s
- udział masowy siarki w paliwie
S + O
o
- udział masowy tlenu w paliwie
2 → SO 2
n
- udział masowy azotu w paliwie
H
2
2
2 + O 2 →
H O
2
w
- udział masowy wilgoci w paliwie
• węglowodory o budowie CnHm
A
- udział masowy popiołu w paliwie
m
1
C H + (n +
)O
2 → nCO 2 +
mH O
n
m
•
4
2
2
Wzory do obliczania teoretycznego zapotrzebowania
•
tlenu dla paliw stałych i ciekłych
węglowodory o budowie CnH2n+2
8
kg tlenu
n
3
1
[2]
Omt = ⋅ c + 8 ⋅ h + s − o,
C H
+
+ O → nCO +(n +1)H O
n
2n + 2
2
2
2
2
3
kg paliwa
Φ
2 ,
2 41
m 3 tlenu
[3]
Wykorzystanie równań stechiometrycznych w Ovt =
⋅Omt =
⋅O , u
mt
obliczeniach
32
32
kg paliwa
Przy ilościowym określaniu przebiegu spalania można oprzeć Omt
- teoretyczne masowe zapotrzebowanie tlenu, kg/kg się na prawie Daltona o stałych stosunkach masowych oraz Ovt
- teoretyczne objętościowe zapotrzebowanie tlenu, Guy-Lussaca o stałych stosunkach objętościowych gazów m 3
u /kg
reagujących ze sobą.
Φ
- objętość molowa, m 3
3
u /kmol, Φ = 22,41 mu /kmol
32
- masa cząsteczkowa tlenu,kg/kmol
2CO + O → 2CO
2
2
•
2kmol + 1kmol = 2kmol
Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza dla paliw stałych i ciekłych
2 ⋅ 28kg + 1⋅ 32kg = 2 ⋅ 44kg O
22,41
2 3
m + 1 3
m = 2 3
m
L
=
vt
[4]
vt
=
⋅Omt
0,21
32 ⋅ 0,21
Ciepło spalania Qc - ilość ciepła uzyskanego ze spalania 22,41
8
m 3 powietrza
całkowitego i zupełnego jednostki paliwa (kmol, kg, m3) , L vt =
⋅ ⋅c + s + 8 ⋅h − o, u
32 ⋅
je
0,21 3
śli produkty spalania osiągną temperaturę początkową i kg paliwa
skropleniu ulegnie para wodna wytworzona w procesie O
kg powietrza
[5]
Lmt =
mt ,
spalania.
0,23 kg paliwa
L
Wartość opałowa Q
vt
- teoretyczne objętościowe zapotrzebowanie na i - różni się od wartości ciepła spalania powietrze,m 3/kg
tym, że nie uwzględnia ciepła skraplania pary wodnej u
L
zawartej w spalinach (woda w produktach spalania jest w mt
-
teoretyczne
masowe
zapotrzebowanie
na
powietrze, kg/kg
stanie pary).
0,21
- udział obj
ętościowy tlenu w powietrzu
•
0,23
- udział masowy tlenu w powietrzu
Wzór empiryczny dla paliw stałych (formuła związkowa inżynierów niemieckich)
• Współczynnik nadmiaru powietrza
o
MJ
Qr = 33 9
, ⋅ c + 12 ,
1 5 ⋅ h −
+ 1 ,
0 5 ⋅ s − 2 5
, ⋅ W
L
O
O
i
v
v
m
8
t
kg
λ =
=
=
[6]
L
O
O
[1]
vt
vt
mt
3
W
Lv - rzeczywiste zapotrzebowanie powietrza, mu /kg t
- wilgoć całkowita, kg/kg
O
3
v ,Om - rzeczywiste zapotrzebowanie tlenu, mu /kg, kg/kg
•
Współczynnik nadmiaru powietrza określany na podstawie wielkości wyznaczanych doświadczalnie λ =
21
[7]
79
1
21 −
⋅ o − ⋅ t
n
2
oznaczenia jak przy wzorach [15] – [18]
Objętość spalin
Ciąg kominowy
Obj
p
∆ = h ⋅ g ⋅ (
ętość spalin można określić jako sumę objętości ρ − ρ
[21]
o
sp )
, Pa
poszczególnych składników spalin:
h
- wysokość komina, m
g
- przyspieszenie ziemskie, g=9,81m2/s
22,41
m 3 CO
[8]
V
ρo
- gęstość powietrza zewnętrznego, kg/m3
CO
=
⋅ c
u
2
2
12
kg paliwa
ρsp
- gęstość spalin, kg/m3
22,41
m 3 SO
[9]
VSO =
⋅s
u
2
2
32
kg paliwa
3
[10]
VO = ,
0 21 ⋅ (λ − 1)
m
O
⋅L
u
2
vt
2
kg paliwa
Φ
m 3
N
[11]
VN =
⋅n + 7
,
0 9 ⋅ λ ⋅ L
u
2
2
28
vt
kg paliwa
m 3 spalin suchych
Vss = VCO + VSO + VN + V , u O
2
2
2
2
kg
paliwa
[12]
3
[13]
VH O = 22 4
, 1 ⋅(9⋅h + w)
m
H O
u
2
2
18
kg paliwa
m 3 spalin wi lg otnych
Vs = VCO + VSO + VN + VO + V
,
u
H O
2
2
2
2
2
kg
paliwa
[14]
Analiza spalin suchych
• Oznaczenia udziałów objętościowych poszczególnych składników spalin
n
- udział objętościowy azotu w spalinach suchych
b
- udział objętościowy CO2 w spalinach suchych
t
- udział objętościowy CO w spalinach suchych
o
- udział objętościowy tlenu w spalinach suchych
b + t + o + n = 1
VCO
2 +SO
V
V
V
b =
2
t
CO
=
o
O
=
2
n
N
=
2
,
,
,
V
V
V
V
ss
ss
ss
ss
22 4
, 1
b
m 3 CO
[15]
u
2 + SO
V
2
CO2 +SO =
⋅c⋅
2
12
b + t
kg paliwa
22,41
t
m 3 CO
[16]
VCO =
⋅c ⋅
u
12
b + t
kg paliwa
22,41
n
m 3
N
[17]
VN =
⋅c ⋅
u
2
2
12
b + t
kg paliwa
22,41
o
m 3
O
[18]
VO =
⋅ c ⋅
u
2
2
12
b + t
kg paliwa
m 3 spalin suchych
Vss = V
u
CO2 +SO + VCO + VN + V
,
O
2
2
2
kg
paliwa
[19]
m 3 spalin wi lg otnych
[20]
Vs = VSS + V
,
u
H O
2
kg
paliwa