Laboratorium spalania paliw stałych
Wprowadzenie teoretyczne
mgr inż. Karol Majewski
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Al. Jana Pawła II 37
31-864 Kraków
Plan prezentacji
1. Przepisy BHP podczas wykonywania ćwiczeń
2. Wstęp teoretyczny do spalania paliw
3. Ćwiczenie 1.  spalanie paliw stałych
4. Ćwiczenie 2  spalanie gazów i analiza spalin
2
Przepisy BHP
Zagrożenia, które mogą wystąpić podczas
wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych związane są z:
" wykorzystaniem butli z paliwem gazowym
(mieszanina propan-butan)
" wykorzystaniem butli z tlenem
" podłączeniem urządzeń laboratoryjnych do sieci
elektrycznej (230 V)
3
Przepisy BHP
Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy
i Polityki Społecznej w sprawie bezpieczeństwa
i higieny pracy przy produkcji i magazynowaniu
gazów, napełnianiu zbiorników gazami oraz
używaniu i magazynowaniu karbidu
z dnia 23 grudnia 2003 r. (Dz.U. 2004, Nr 7, poz. 59)
4
Przepisy BHP
Zgodnie z rozporządzeniem:
" rozdział 1, ż3, pkt. 1
butla - ciśnieniowe naczynie transportowe o pojemności nie większej niż 150
litrów;
" rozdział 3, ż35, pkt. 1:
Zbiorniki przenośne i magazynowe oraz instalacje, w których może znajdować
się tlen lub mieszanina tlenu z innymi gazami, zwane dalej "instalacjami
tlenowymi", powinny być szczególnie chronione przed substancjami
ropopochodnymi i tłuszczami.
5
Przepisy BHP
W trakcie laboratoriów zwracamy uwagę na:
" kontakt z urządzeniami pod napięciem
" operacje związane z obsługą butli gazowych spoczywają
wyłącznie na prowadzącym zajęcia
" nie opieramy się o butle z gazami
" bezwzględnie stosujemy się do poleceń prowadzącego zajęcia
6
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Skład paliwa stałego lub ciekłego można określić za
pomocą udziałów masowych. Wyznaczają one, jaką
część masy paliwa stanowi dany czynnik. Najczęściej
skład paliw definiuje się za pomocą poniższej
zależności :
7
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Wartość opałowa Qi [J/kg] lub [J/m3]  całkowita
ilość ciepła wydzielona przy spalaniu całkowitym i
zupełnym jednostki masy (lub objętości) paliwa i
schłodzeniu produktów spalania do temperatury
otoczenia, przy czym para wodna zawarta w spalinach
nie ulega wykropleniu.
8
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Ciepło spalania Qc [J/kg] lub [J/m3]  całkowita ilość
ciepła wydzielona przy spalaniu całkowitym i zupełnym
jednostki masy (lub objętości) paliwa i schłodzeniu
produktów spalania do temperatury otoczenia, przy
czym para wodna zawarta w spalinach w całości ulega
skropleniu.
9
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Wartość opałową paliw można wyznaczyć przez wzory
empiryczne:
" wzór Boie go:
" wzór Dulonga:
10
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Równania reakcji spalania dla poszczególnych
pierwiastków palnych:
11
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Przy wykorzystaniu masowego udziału składników
w paliwie oraz wyprowadzonych równaniach spalania,
można wyznaczyć zapotrzebowanie na objętość tlenu
wymaganą do całkowitego i zupełnego spalenia paliwa:
12
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Ponieważ w technice do spalania wykorzystujemy
powietrze, a zawartość tlenu wynosi 21%, to
teoretyczna ilość powietrza wymagana do spalenia
jednostki masy paliwa wynosi:
13
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Ze względu na niedoskonałość procesów spalania
dostarczana jest ilość powietrza odpowiednio większa
od teoretycznej określona przez współczynnik nadmiaru
powietrza :
14
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Jako produkty procesu spalania można zaliczyć:
" dwutlenek węgla,
" dwutlenek siarki,
" parę wodną,
oraz gazy, które nie biorą udział w reakcji:
" azot,
" nadmiar tlenu.
Całkowitą objętość spalin można przedstawić w postaci:
15
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Przy spalaniu jednostki masy paliwa otrzymujemy
objętość:
" dwutlenku węgla:
" dwutlenku siarki:
16
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
" pary wodnej:
x  zawartość pary wodnej w powietrzu
x=0,1
17
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
" azot:
" nadmiar tlenu:
18
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
W celu wyznaczenia zawartości procentowej produktów
spalin odnosi się zawartość danego składnika do
całkowitego strumienia spalin suchych. Wyznacza się
go z zależności:
19
Wstęp teoretyczny do spalania paliw stałych
Zawartość poszczególnych składników w strumieniu
spalin wyznacza się odpowiednio dla:
" dwutlenku węgla:
" dwutlenku siarki:
" azotu:
" tlenu
" wilgoci:
20
Wstęp teoretyczny do spalania paliw
W celu wyznaczenia temperatury punktu rosy spalin należy
posłużyć się zależnością na ciśnienie cząstkowe pary wodnej:
W powyższej zależności należy pamiętać, że ciśnienie
atmosferyczne należy podstawić jako [mbar].
Temperatura punktu rosy wyznacza temperaturę, przy
której wykrapla się para wodna zawarta w spalinach.
21
Wstęp teoretyczny do spalania paliw
22