1. Co to jest: spalanie, spalanie całkowite i spalanie zupełne?

Spalanie – fizykochemiczne zjawisko polegające na utlenianiu składników palnych tlenem własnym (proch strzelniczy) lub tlenem z powietrza atmosferycznego , w wyniku którego wydziela się ciepło i zjawiska świetlne.

Spalanie całkowite – stałe produkty spalania (popiół, żużel) nie zawierają składników palnych (węgla i siarki).

Spalanie zupełne – produkty spalania (spaliny) nie zawierają gazowych składników palnych (CO, H₂, CH₄).

2. Paliwa i ich podział.

W zależności od pochodzenia paliwa dzielimy na: naturalne (kopalne, odnawialne) i sztuczne (alkohole, oleje).

W zależności od stanu skupienia paliwa dzielimy na: stałe, ciekłe i gazowe.

Stałe: naturalne (węgiel brunatny, węgiel kamienny, torf, drewno) i sztuczne (koks, półkoks).

Ciekłe: naturalne (ropa naftowa, oleje łupkowe, smoła łupkowa) i sztuczne (alkohole, paliwa z upłynniania węgla, oleje roślinne).

Gazowe: naturalne (gaz ziemny, kopalniany) i sztuczne (gaz miejski, koksowniczy, wielkopiecowy, konwertorowy, czadnicowy).

3. Co to jest ciepło spalania?

Jest to ilość ciepła otrzymana przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki paliwa wagowej lub objętościowej, gdy produkty spalania zostały oziębione do temperatury początkowej paliwa i powietrza, a para wodna zawarta w paliwie lub powstała ze spalania wodoru ulega skropleniu wydzielając ciepło skraplania (parowania).

4. Co to jest wartość opałowa?

Jest to ilość ciepła otrzymana przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki paliwa wagowej lub objętościowej, gdy produkty spalania oziębione do temperatury początkowej paliwa i powietrza zawierają wodę w postaci pary.

5. Zasada działania kalorymetru Junkersa.

Do wyznaczenia wartości opałowej paliw gazowych używa się kalorymetru Junkersa. Zasada oznaczania za pomocą tego przyrządu polega na spaleniu badanego paliwa w przeponowym wymienniku ciepła i pomiarze ilości ciepła przekazanego wodzie chłodzącej. W cylindrycznej komorze spala się dokładnie odmierzone ilości paliwa. Gazy spalinowe przepływają najpierw ku górze, a następnie rurkami ku dołowi, zaś woda chłodząca przepływa w kierunku przeciwnym. Wymiana ciepła pomiędzy spalinami, a wodą chłodzącą następuje w przeciwprądzie. Zadaniem naczyń przelewowych jest utrzymanie stałej wysokości słupa wody, a tym samym stałej różnicy ciśnień, co zapewnia stałe natężenie przepływu wody chłodzącej przez wymiennik (niezależnie od ewentualnych wahań ciśnienia w sieci wodociągowej). Do zmiany natężenia przepływu wody służy zawór regulacyjny umieszczony na rurociągu dopływowym poniżej naczynia przelewowego. Na górze komory znajdują się dwa termometry, pierwszy pokazuję temperaturę wody na wlocie do kalorymetru, a drugi temperaturę na wylocie.

6. Metoda oznaczania ciepła spalania gazu w kalorymetrze Junkersa.

Polega na odebraniu całej ilości ciepła, powstającej podczas spalania określonej ilości paliwa gazowego, przez przepływający w sposób ciągły strumień wody.

7. Zasada oznaczania wartości opałowej gazu w kalorymetrze Junkersa.

Polega na oznaczeniu ciepła, powstającego z kondensacji pary wodnej przy oziębianiu spalin, poprzez pomiar masy wykroplonej wody.

8. Definicje tlenu stechiometrycznego i teoretycznego.

Tlen stechiometryczny – minimalna ilość tlenu konieczna do całkowitego i zupełnego spalania 1 kg paliwa stałego i ciekłego lub 1 m³ paliwa gazowego zgodnie z równaniem stechiometrycznym.

Tlen teoretyczny – tlen stechiometryczny pomniejszony o wolny tlen zawarty w paliwie.

9. Definicja powietrza teoretycznego i całkowitego.

Powietrze teoretyczne – minimalna ilość powietrza, którą należy dostarczyć do całkowitego i zupełnego spalania 1 kg paliwa stałego i ciekłego lub 1 m³ paliwa gazowego. Teoretyczną jednostkową objętość powietrza V₀ oblicza się przy założeniu objętościowego składu powietrza suchego: tlen O₂ = 21%, azot N₂ = 79 %.

Powietrze całkowite – powietrze dostarczone do spalania. V_c = V₀*λ=4,76*O_t*λ.

10. Co to jest stosunek nadmiaru powietrza?

Stosunek nadmiaru powietrza – stosunek ilości powietrza dostarczonego do spalania jednostkowej ilości paliwa (powietrza całkowitego), do ilości powietrza teoretycznego.

$$\lambda = \frac{V}{V_{0}} = \frac{\frac{100}{21} \bullet O_{c}}{\frac{100}{21}\ \bullet O_{t}} = \frac{O_{c}}{O_{t}}\ $$

11. Obliczanie ilości spalin wilgotnych i suchych powstałych podczas całkowitego i zupełnego spalania paliwa gazowego.

SPALINY MOKRE:

V_S^′= V_CO2 + V_SO2 + V_H2O + V_N2 + V_O2

$V_{\text{CO}_{2}} = \ \text{CO}_{2} + CO + \ \sum_{}^{}{mC_{m}H_{n}}$

V_SO2 = SO₂ + H₂S

$V_{H_{2}O} = \ H_{2}O + H_{2} + \ H_{2}S + \sum_{}^{}{\frac{n}{2}C_{m}H_{n} + V_{H_{2}O}^{p}}$

V_N2 = N₂ + 0, 79 * V

V_O2 =  O_t(λ − 1)

$O_{t} = \frac{1}{2}\ CO + \frac{1}{2}H_{2} + \frac{3}{2}H_{2}S + \left( n + \frac{m}{4} \right)C_{m}H_{n} - O_{2}$

V₀ = 4, 76 * O_t

V = 4, 76 * O_t * λ

SPALINY SUCHE:

V_SS = V_S^′ − V_H2O

12. Warunki wyznaczania k_max.

K_max – maksymalna zawartość dwutlenku węgla w spalinach suchych (x=0 – stopień wilgoci), powstałych w wyniku całkowitego i zupełnego spalania paliwa (CO=0) z teoretyczną ilością powietrza (λ=1).

13. Cel kontroli procesu spalania.

Celem kontroli procesu spalania jest określenie jakości spalania. Służy temu określenie stosunku nadmiaru powietrza i rzeczywistej temperatury spalania.

14. Parametry kontroli procesu spalania.

Parametry: stosunek nadmiaru powietrza i rzeczywista temperatura spalania. Kontrolę stosunku nadmiaru powietrza w oparciu o analizę elementarną paliwa i analizę chemiczną spalin można przeprowadzić analitycznie lub graficznie, natomiast temperaturę kontroluje się przez bezpośredni pomiar lub obliczenia.

15. Zależność pomiędzy ciepłem spalania i wartością opałową.

Q_s = Q_i + r_ow, gdzie w – ilość pary wodnej powstałej ze spalenia 1 kg paliwa; r₀ – ciepło parowania wody (2454$\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}$)

16. Dlaczego tak ważne jest utrzymywanie odpowiedniego nadmiaru powietrza?

Każdy typ paleniska i paliwa ma inny stosunek nadmiaru powietrza (który zawsze jest większy od 1), więc spalanie ze stosunkiem nadmiaru powietrza λ = 1 może powodować duże straty stałych i gazowych składników palnych ze względu na utrudniony kontakt tlenu ze składnikami palnymi paliwa (szczególnie dla paliw stałych). Z kolei zbyt wysoki nadmiar powietrza powoduje nadmierne straty ciepła fizycznego oraz znaczne obniżenie temperatury spalania.

17. Jakie produkty powstają podczas spalania i jakie zanieczyszczenia?

Ostateczne produkty: CO₂, SO₂ i para wodna H­­₂O.

Inne produkty: CO, NO, NO_x.

Zanieczyszczenia: efekt cieplarniany (CO₂), kwaśne deszcze (SO₂), tlenki azotu (NO, NO₂, NO_x), które mogę powodować dziurę ozonową.