SPALANIE

1. Spalanie.

Spalanie jest szybko przebiegającym procesem utleniania połączonym z wydzielaniem się ciepła. Spalaniu z reguły towarzyszy emisja światła.

Podstawowymi pierwiastkami palnymi w paliwach są węgiel i wodór.

W paliwie można wyróżnić część palną i niepalny balast. Balastem są: popiół i wilgoć w paliwach stałych i ciekłych oraz azot, dwutlenek węgla i para wodna w paliwach gazowych.

Substancje doprowadzane do komory paleniskowej (paliwo i powietrze) nazywane są substratami procesu spalania, natomiast substancje wyprowadzane z komory paleniskowej (spaliny gazowe, substancje stałe i ciekłe) nazywane są produktami procesu spalania.

Za produkty ostatecznego utlenienia w procesie spalania uważa się: dwutlenek węgla CO₂, dwutlenek siarki SO₂ i parę wodną H₂O. W spalinach występuje też niewielka ilość trójtlenku siarki SO₃.

Jeżeli podczas spalania ilość dostarczanego tlenu jest niewystarczająca lub tlen nie dociera do wszystkich atomów i cząsteczek substancji palnych, to produkty zawierają również substancje palne.

Spalanie jest niezupełne, jeżeli w produktach występują gazy palne (np. CO, H₂, CH₄). Spalanie jest niecałkowite, jeżeli w produktach występują stałe składniki palne zawierające węgiel.

1. Proces spalania.

Odbywa się w trzech kolejnych fazach, następujących po sobie w

miarę podwyższania temperatury (i częściowo na siebie zachodzących).

1. Podgrzewanie paliwa, w czasie którego z paliwa stałego odparowuje woda, zaś

paliwo ciekłe w całości zamienia się w parę.

2. Piroliza- chemiczne przekształcenie substancji palnej ze złożonych

węglowodorów do prostych substancji takich jak wodór, węgiel elementarny

(sadza, koks) i proste węglowodory, głównie metan CH4.

3. Właściwe utlenianie, czyliłączenie cząstek węgla C, wodoru H i lekkich

węglowodorów z cząstkami tlenu.

2. Pojęcia podstawowe.

2.1 Paliwa

Są związkami chemicznymi węgla pierwiastkowego C i wodoru H, występującymi w dostatecznie dużych ilościach. Występują one we wszystkich stanach skupienia: stałym, ciekłym i gazowym. Stosowane są w postaci: naturalnej (węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny); lub przetworzonej (koks, benzyna, gaz koksowy, acetylen spawalniczy i in.)

Paliwa składają się na ogół z substancji palnej, utworzonej przez związki węgla C,

wodoru H i siarki palnej Sp oraz balastu, na który składają się:

-woda (wilgoć),

-gazy niepalne: głównie azot N2 i dwutlenek węgla CO2,

-substancja mineralna, która w procesie spalania ulega przetworzeniu, wydziela gazy

(głównie CO2 i H2O) i pozostawia popiół, zawierający między innymi siarkę niepalną

(nieograniczną).

2.2 Utlenianicze.

Utleniaczem w procesach spalania jest przeważnie tlen z powietrza atmosferycznego; czasami prawie czysty (ponad 99% O2), tlen techniczny stosowany do spawania i cięcia metali, powietrze wzbogacone w tlen lub związki chemicznełatwo oddające tlen (np. H2O2 - nadtlenek wodoru).

3. Skład paliw

3.1. Paliwa gazowe

gdzie:
,
, itd. - udziały molowe składników paliwa w gazie suchym.

3.2. Paliwa stałe i ciekłe.

4. Obliczenia stechiometryczne przy spalaniu zupełnym i całkowitym

2.1. Zapotrzebowanie tlenu i powietrza

gdzie
w przypadku paliw stałych i ciekłych oraz
dla paliw gazowych.

Współczynnik nadmiaru powietrza

Optymalne wartości λ

Spalanie węgla na ruszcie obsługiwanym ręcznie

Spalanie węgla na ruszcie mechanicznym

Spalanie pyłu węglowego i paliw ciekłych

Spalanie gazu

2.2. Ilość i skład spalin

Udziały molowe składników spalin suchych

Udziały molowe składników spalin wilgotnych

5. Wartość opałowa i ciepło spalania

Ciepło spalania jest to ilość ciepła uzyskana ze spalenia całkowitego i zupełnego jednostki paliwa w warunkach stałego ciśnienia, gdy spaliny zostaną ochłodzone do temperatury substratów, a cała para wodna zawarta w spalinach ulegnie skropleniu.

Wartość opałowa jest to ilość ciepła uzyskana ze spalenia całkowitego i zupełnego jednostki paliwa w warunkach stałego ciśnienia, gdy spaliny zostaną ochłodzone do temperatury substratów, a para wodna zawarta w spalinach nie ulegnie skropleniu.

- ciepło spalania

- wartość opałowa

- ilość pary wodnej w spalinach, która powstała ze spalenia 1 kg paliwa

- ciepło skraplania pary wodnej

5.1 Obliczanie wartości opalowej.

Gazy palne

Ciała stałe - wzór Dulonga

W powyższym wzorze założono, że tlen wchodzący w skład paliwa jest całkowicie związany z wodorem.

6. Straty powstające podczas spalania.

6.1. Strata wylotowa.

Strata wylotowa jest równa strumieniowi ciepła, jaki można by było uzyskać schładzając spaliny do temperatury otoczenia.

- strumień spalin, kmol/s

- średnie molowe ciepło właściwe w zakresie temperatur t₀, t_s

t₀ - temperatura otoczenia

t_s - temperatura spalin

6.2. Strata niecałkowitego spalania.

- strumień i-tej substancji zawierającej części palne, odprowadzanej z paleniska

- udział molowy części palnych w i-tej substancji

- wartość opałowa części palnych w i-tej substancji

6.3. Strata niezupełnego spalania.

W spalinach są gazy palne, głównie CO, CH₄ oraz H₂.

- wartość opałowa i-tego gazu palnego odprowadzanego ze spalinami

---