Wprowadzenie teoretyczne.pdf

(713 KB) Pobierz
POLITECHNIKA KRAKOWSKA im. T. Kościuszki
Wydział Mechaniczny
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Spalanie paliw
studia stacjonarne I stopnia, laboratoria
Wprowadzenie teoretyczne do zajęć laboratoryjnych
z przedmiotu
Spalanie paliw
Ćwiczenie nr 1:
Wyznaczanie ciepła spalania paliw stałych
Ćwiczenie nr 2:
Wyznaczanie wilgotności paliw stałych
Ćwiczenie nr 3:
Wyznaczanie wartości opałowej paliw stałych
Opracował:
mgr inż. Karol Majewski
Kraków, rok akad. 2014/2015
Paliwa stałe – podstawowe informacje ...................................................................................... 3
Wartość opałowa i ciepło spalania ............................................................................................. 4
Wartość opałowa .................................................................................................................... 4
Ciepło spalania ....................................................................................................................... 5
Pomiar ciepła spalania za pomocą bomby kalorymetrycznej .................................................... 5
Budowa stanowiska pomiarowo-badawczego ....................................................................... 6
Bomba kalorymetryczna .................................................................................................... 7
Waga laboratoryjna ............................................................................................................ 8
Przygotowanie paliwa do badań ......................................................................................... 8
Butla z tlenem..................................................................................................................... 9
Wyznaczenie wilgotności paliwa ............................................................................................... 9
Stanowisko pomiarowe .......................................................................................................... 9
Literatura .................................................................................................................................. 11
Załącznik 1. Instrukcja wykonania pomiaru ciepła spalania paliw stałych ............................. 12
Załącznik 2. Instrukcja wykonania pomiaru wilgotności paliw stałych .................................. 13
Załącznik 3. Instrukcja wyznaczenia wartości opałowej paliw stałych ................................... 14
Przykładowe zagadnienia kontrolne ......................................................................................... 15
2
Wprowadzenie teoretyczne do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu
Spalanie paliw
Paliwa stałe – podstawowe informacje
Paliwami nazywamy substancje, które podczas spalania pozwalają na uwolnienie dużych
ilości energii. Energia zmagazynowana jest w paliwach w postaci wiązań chemicznych.
Paliwa można podzielić ze względu na:
pochodzenie,
stan skupienia.
Szczegółowy podział paliw wraz z przykładami zawiera tabela 1.
Tabela 1. Podział paliw wraz z przykładami
Paliwa
Stałe
Ciekłe
Ropa naftowa
Gazowe
Gaz ziemny suchy
Gaz ziemny
zanieczyszczony
Gaz z odmetanowania
kopalni
Gaz miejski
Gaz koksowniczy
Gazy skroplone
Gazy przemysłowe
Węgiel kamienny
Węgiel brunatny
Naturalne
Torf
Drewno
Sztuczne
Koks
Brykiety
Benzyna
Nafta
Olej napędowy
Mazut
Benzen
Paliwa naturalne obejmują wszelkiego rodzaju substancje, które można wykorzystać do
spalania w stanie bezpośrednio po pozyskaniu. Drugą grupę stanowią paliwa sztuczne,
uzyskane w wyniku przetwórstwa innych paliw i substancji. W przypadku paliw stałych
przetwarza się je najczęściej na drodze brykietowania, w procesach zgazowania i koksowania.
Skład paliw stałych i ciekłych można zapisać w postaci sumy udziałów procentowych
poszczególnych pierwiastków i substancji palnych:
c
h
s
o
n
a
w
�½
1
gdzie poszczególne symbole oznaczają udziały:
c – węgla,
s – siarki,
n – azotu,
w – wilgoci.
h – wodoru,
o – tlenu,
a – popiołu i substancji niepalnych,
(1.1)
Węgiel, wodór oraz siarka są pierwiastkami, które podczas spalania pozwalają na
uzyskanie energii w postaci ciepła oraz światła. Tlen zawarty w paliwie związany jest
w postaci różnych związków chemicznych. Azot nie bierze bezpośredniego udziału w reakcji
spalania i podobnie jak tlen wchodzi w skład różnych związków chemicznych. Azot
paliwowy przyczynia się do powstawania termicznych NOx. W paliwach, szczególnie
stałych, znajduje się również cześć mineralna oraz niepalna, którą umownie nazywa się
popiołem. Część substancji gazowych stanowiących części lotne paliwa, wydzielają się
3
Wprowadzenie teoretyczne do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu
Spalanie paliw
podczas rozkładu ogrzewanej części mineralnej paliw. Wilgoć w paliwach pochodzi z dwóch
źródeł. Wilgoć higroskopijna, która w stanie powietrzno-suchym jest na stałe związana
z paliwem. Wilgoć przemijająca, która związana jest ze sposobem wydobycia,
przechowywania, transportu itp., może być usunięta z paliwa podczas suszenia na wolnym
powietrzu.
Wartość opałowa i ciepło spalania
W celu opisania technicznego wykorzystania danego paliwa najczęściej podawanymi
określeniami paliw są wartość opałowa i ciepło spalania.
Wartość opałowa
Wartość opałowa to ilość energii uzyskana podczas spalania całkowitego i zupełnego
jednostki masy (objętości) paliwa. Spalanie zachodzi w atmosferze czystego tlenu i pod
stałym ciśnieniem. Produkty spalania ulegają ochłodzeniu do temperatury otoczenia, a para
wodna zawarta w spalinach nie ulega wykropleniu.
Przy znanym składzie paliwa wartość opałową można wyznaczyć na podstawie wzorów
empirycznych. Najczęściej spotykane zależności to:
wzór Dulonga:
kJ
o
Q
i
�½
32800
c
120040
h
  
9260
s
2500
w
 
8
kg
(2.1)
wzór VDI (Verein Deutscher Ingenieure):
kJ
o
Q
i
�½
33910
c
121420
 
h
  
10470
s
2510
w
 
8
kg
(2.2)
wzór Gumza-Michela:
kJ
Q
i
�½
34040
c
101740
h
6280
n
19090
s
9840
o
2510
w
 
kg
(2.3)
wzóre Boie:
kJ
Q
i
�½
34830
c
93870
h
10470
s
6280
n
1080
o
2450
w
 
kg
(2.4)
W przypadku gdy nie znamy składu paliwa, wartość opałową można wyznaczyć na
podstawie wyznaczenia ciepła spalania metodą kalorymetryczną oraz pomiarze wilgotności
paliwa.
4
Wprowadzenie teoretyczne do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu
Spalanie paliw
Ciepło spalania
Ciepłem spalania nazywamy ilość energii uzyskaną podczas spalania całkowitego
i zupełnego jednostki masy (objętości) paliwa. Spalanie zachodzi w atmosferze czystego tlenu
i pod stałym ciśnieniem. Produkty spalania ulegają ochłodzeniu do temperatury otoczenia,
a para wodna zawarta w spalinach ulega wykropleniu.
Powyższą definicję można zapisać również w z wykorzystaniem wartości opałowej.
W tym wypadku ciepło spalania to wartość opałowa powiększona o ciepło parowania pary
wodnej zawartej w spalinach. Zależność tą opisuje równanie:
kJ
Q
c
�½
Q
i
m
H
2
O
r
 
kg
(2.5)
gdzie:
m
H
2
O
- całkowita zawartość wilgoci w paliwie, %,
m
H
2
O
�½
w
9
h
(2.6)
kJ
r – ciepło parowania pary wodnej, dla paliw stałych
r
�½
2500
 
.
kg
Podobnie jak wartość opałową, ciepło spalania można wyznaczyć przy znanym składzie
paliwa wykorzystując równania (2.1 – 2.6). Dla paliw o nieznanym składzie należy
przeprowadzić badanie za pomocą bomby kalorymetrycznej.
Pomiar ciepła spalania za pomocą bomby kalorymetrycznej
Kalorymetr Kl-12Mn jest urządzeniem przeznaczonym do pomiaru ciepła spalania paliw
stałych (węgiel kamienny, węgiel brunatny, paliwa brykietowane, koks, półkoks, oraz
niewybuchowe substancje organiczne). Wyznaczenie ciepła spalania odbywa się poprzez
pomiar przyrostu temperatury wody, w której zanurzona jest bomba kalorymetryczna.
Przykładowy przebieg procesu przedstawia rys. 1.
Rys. 1. Zmiana temperatury wody podczas pomiaru ciepła spalania za pomocą kalorymetru
5
Wprowadzenie teoretyczne do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu
Spalanie paliw

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin