Výpočty spaľovacích procesov
description
Transcript of Výpočty spaľovacích procesov
![Page 1: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/1.jpg)
Výpočty spaľovacích procesov
![Page 2: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/2.jpg)
Chemické zloženie palív
Zloženie tuhých a kvapalných palív Zloženie plynných palív
![Page 3: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/3.jpg)
Zloženie tuhých a kvapalných palív (odpadov)
![Page 4: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/4.jpg)
• nepresné určovanie organických zlúčenín, tvoriacich horľavinu (zlúčenín C, H, O, N. S)
• elementárna analýza (percentuálny podiel hmotností prvkov v horľavine)
• nehorľavé látky – obsah popola (A) a vody (W) sa určia spálením resp. sušením
• C + H + O + N+ Scelk + A + W = 100%
![Page 5: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/5.jpg)
Imediátna technická analýza
• okrem stanovenia obsahu vlhkosti a popola stanoví aj prchavé zložky(
• prchavé zložky – látky, ktoré vyprchajú pri zahrievaní z téglika bez prístupu vzduchu pri teplote 850 °C (okrem vody)
• PZ + V + A + W = 100%(PZ – pevný zvyšok v tégliku, V-prchavá horľavina, A- obsah popola, W - obsah vody)
![Page 6: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/6.jpg)
Horľavina
• Je podiel paliva po odčítaní nehorľavých látok (popol a voda)
• Skladá sa z C, H, O, H, Sprch
![Page 7: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/7.jpg)
Uhlík - C
• Qn = 33 900 kJkg-1
• hlavný nositeľ tepelnej energie
• nachádza sa vo forme organických zlúčenín
![Page 8: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/8.jpg)
Vodík - H
• Qn = 119 700 kJkg-1
• celkový vodík – skladá sa z vodíka viazaného a neviazaného
HC = HV + HN
– viazaný vodík – HV – viazaný na kyslík
– neviazaný vodík –HN – zvýši po zlúčení s celým obsahom kyslíka
HN =H-O/8
![Page 9: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/9.jpg)
Síra - S
• je nežiadúca – zvyšuje výhrevnosť
• produkty horenia síry - SO2 a SO3
• kratšia trvanlivosť spaľovacích zariadení
• znečistenie ovzdušia
![Page 10: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/10.jpg)
Kyslík - O
• Nežiadúca súčasť
• Viaže sa na H a C
![Page 11: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/11.jpg)
Dusík - N
• nezúčastňuje sa na reakcii horenia
• podieľa sa na tvorbe NOX
• znižuje obsah iných zložiek
• znižuje výhrevnosť
![Page 12: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/12.jpg)
Zloženie plynných palív (odpadových plynov)
• horľavé plyny – H2, CO, metán, H2S a nenasýtené uhľovodíky
• nehorľavé plyny – N2, CO2, O2, H2O, SO2
![Page 13: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/13.jpg)
Spalné teplo a výhrevnosť palív (horľavých odpadov)
• spaliny – produkty spaľovania (vznikli zlúčením paliva a kyslíka)
• spalné teplo - Qv – množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri dokonalom spaľovaní, za predpokladu, že sa spaliny ochladia na 0°C a všetka vzniknutá para sa skondenzuje
• výhrevnosť paliva - Qn – množstvo tepla uvoľnené pri dokonalom spaľovaní mernej jednotky paliva pri ochladení na 0°C, vlhkosť zostane v spalinách ako vodná para
Qn = Qv – 2500mH2O kJkg-1
(Qn- výhrevnosť paliva, Qv – spalné teplo, mH2O- množstvo vodnej pary)
![Page 14: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/14.jpg)
Tuhé a kvapalné palivá• tuhé palivá
Qv = 339C + 1440 (H-1/8O) + 105S
Qv = 339C + 1214 (H-1/8O) +105S – 25W
• kvapalné palivá (Mendelejevova rovnica)
Qv = 339C + 1256H + 109 (O-S)
Qv = 339C + 1030H + 109 (O-S) – 25W
C, H, O, S, W sú hmotnostné percentá uhlíka, vodíka, kyslína, síry a vlhkosti v palive (odpade) %
![Page 15: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/15.jpg)
Plynné palivá
• Spalné teplo a výhrevnosť plynných palív sa počíta ako súčet spalných tepiel a výhrevnosti jednotlivých plynov
QV = V1Qv,1+V2Qv,2+...+ VnQv,n
Qn = V1Qn,1+V2Qn,2+...+ VnQn,n
kde V1 až Vn je objem jednotlivých plynov v 1mN-3
![Page 16: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/16.jpg)
Spalné teplo a výhrevnosť rôznych plynov
Plyn Qn, kJ.mN-3 Qn, kJ.mN
-3
Vodík 12 790 10 752
Oxid uhoľnatý 12 702 12 702
Metán 39 888 35 847
Etán 69 250 64 310
Propán 101 823 93 575
n-bután 134 020 123 552
Izobután 132 010 121 627
Etylén 64 016 59 955
Propylén 94 370 88 216
Butylén 121 878 113 839
Acetylén 58 992 56 940
Zmes uhľovodíkov CmHn
(2,4 mN3 H2+ 1400 g C)
78 168 73 269
![Page 17: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/17.jpg)
Spaľovanie palív (odpadov)
• zahrievanie za prítomnosti vzduchu – spaľovanie
• zahrievanie za obmedzeného prístupu vzduchu – splyňovanie
• zahrievanie bez prístupu vzduchu - pyrolýza
![Page 18: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/18.jpg)
Podmienky spaľovania
Spaľovanie prebieha len ak sú splnené dve základné podmienky:
• palivo (odpad) musí byť v styku s okysličovadlom
• zmes paliva a okysličovadla musí byť zahriata na zápalnú teplotu
![Page 19: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/19.jpg)
Rozmedzie vznietenia
• Dolné – najmenší podiel paliva v objemových percentách zmesi
• Horné - najväčší podiel paliva v objemových percentách zmesi
![Page 20: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/20.jpg)
Zápalná teplota
• je teplota, pri ktorej prebieha horenie paliva bez prívodu tepla z vonkajšieho prostredia
• je teplota, pri ktorej rýchlosť oxidačnej reakcie je taká vysoká, že teplo, ktoré sa pri nej uvoľní je väčšie ako teplo odovzdané do okolia
![Page 21: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/21.jpg)
Zápalné teploty a rozmedzia vznietenia
Palivo Zápalná teplota°C
Rozmedzie vznietenia
Dolné objemové % Horné objemové %
Vodík 530 4,0 74,2
Oxid uhoľnatý 610 12,5 74,2
Metán 645 5,0 15,0
Vysokopecný plyn 35-40 65-75
Generátorový plyn 700 25 75
Koksárenský plyn 560 5 30
Svietiplyn 560 6 35
Zemný plyn 645 4 17
![Page 22: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/22.jpg)
Zápalné teploty rôznych druhov pevných a kvapalných palív
Tuhé palivá Zápalná teplota °C Kvapalné palivá Zápalná teplota °C
Drevo – mäkké tvrdé
220 (tvrdé 300) Benzín 330-520
Vysušená rašelina 225-280 Benzol 520-600
Hnedé uhlie 200-240 Vykurovací olej 212
Čierne uhlie 220-240 Olej z hnedouhoľného dechtu
360
Antracit 220-340 Olej z čiernouhoľného dechtu
315
Drevné uhlie 485
Polokoks 144
Petrolejový koks 411
Smolný koks 544-582
Čiernouhoľný koks 500-600
![Page 23: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/23.jpg)
Horenie plynných palív
• prebieha vo veľmi tenkej vrstve, ktorá oddeľuje palivá a spaľovaný vzduch
• prebiehajú tu chemické reakcie horenia
• oblasť sa nazýva front horenia
• teplo uvoľnené horením palivá predhrieva a zapaľuje
![Page 24: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/24.jpg)
Normálna rýchlosť šírenia plameňa - un
• Ak je rúrke nehybná zmes paliva a spaľovaného vzduchu potom sa front horenia bude premiestňovať v smere kolmom na povrch frontu
• Táto rýchlosť s nazýva normálnou rýchlosťou šírenia plameňa • Ak je pre danú zmes na jednotku povrchu frontu horenia zhorí za
jednu s rovnaké množstvo paliva m, tak pri posunutí rovinného frontu horenia je normálna rýchlosť šírenia plameňa daná vzťahom un = m/ρ (ms-1)m – rýchlosť horenia kgm-2s-1, ρ – merná hmotnosť pôvodného chladného plynu kgm-3
![Page 25: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/25.jpg)
Normálna rýchlosť šírenia plameňa pre zmes niekoľkých horľavých
plynov
...
......
42
4242
CHHCO
uCHuHuCOu
CHn
Hn
COn
n
CO, H2, CH4 – obsahy jednotlivých horľavých zložiek v zmesi so vzduchom v obj. %
unCO – normálna rýchlosť šírenia plameňa jednotlivej horľavej zložky, ms-1
![Page 26: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/26.jpg)
Normálna rýchlosť šírenia plameňa závisí:
• koncentrácie horľavej látky
• tlaku
• teploty
![Page 27: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/27.jpg)
Horenie kvapalných palív
• kvapalné palivá sa nespaľujú priamo, ale po rozprášení
• pre rozprášenie kvapalného paliva sa používa:- samotné palivo pri vysokom tlaku- ventilátorový vzduch- predhriaty stlačený vzduch alebo vysokotlaká para
![Page 28: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/28.jpg)
Horenie tuhého paliva
• tuhé palivo sa pred vlastným spaľovaním najprv zahrieva
• nastane termický rozklad organickej hmoty paliva
• dva spôsoby: • horenie tuhého paliva vo vrstve• horenie tuhého paliva v prášku
![Page 29: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/29.jpg)
Stechiometria spaľovacích procesov
Stanovuje sa :
• výhrevnosť paliva (odpadu)
• množstvo O (vzduchu) potrebného k dokonalému spaľovaniu paliva (odpadu)
• množstvo a zloženie spalín
• adiabatická, teoretická a praktická spalná teplota
![Page 30: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/30.jpg)
Výpočty spotreby vzduchu a množstva spalín
• Dokonalé spaľovanie
• Nedokonalé spaľovanie
• Zmiešané spaľovanie
![Page 31: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/31.jpg)
Dokonalé spaľovanie
• Nastane spálenie všetkých horľavých zložiek v palive
• C + O2 = C O2
• Dokonale spaľovanie s teoretickým prebytkom vzduchu (Lmin), ktoré sa dá vypočítať zo stechiometrických vzťahov spaľovacích rovníc je možné dosiahnuť len pri dokonalom premiešaní a pri ideálnych podmienkach
• V skutočnosti – prebytok vzduchu
![Page 32: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/32.jpg)
Súčiniteľ prebytku vzduchu
• Pomer medzi skutočnou a teoretickou spotrebou vzduchu
minmin O
O
L
Ln skutskut
![Page 33: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/33.jpg)
Hodnoty súčiniteľa prebytku vzduchu n pre rôzne palivá
Druh paliva n
Kusové uhlie 1,5-2,0
Tuhý odpad 1,6-2,5
Práškové hnedé uhlie 1,15-1,30
Práškové čierne uhlie 1,15-1,30
Vykurovací olej 1,1-1,3
Koksárenský plyn 1,05-1,1
Zemný plyn 1,05-1,1
Vysokopecný plyn 1,15-1,20
![Page 34: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/34.jpg)
Nedokonalé spaľovanie
• V spalinách sa nachádza určité množstvo spaľovaných látok
• C+1/2O2=CO
• n⟨1
• n≥1 pri nedokonalom zmiešaní paliva s oxidačným činidlom
![Page 35: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/35.jpg)
Zmiešané spaľovanie
• ak spaliny obsahujú CO2 aj CO
![Page 36: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/36.jpg)
Spôsoby výpočtov spotreby vzduchu a množstva spalín
• Podľa údajov elementárnej analýzy pomocou stechiometrických rovníc (analytický spôsob)
• Pomocou približných vzorcov, odlišných pre rôzne druhy paliva (na základe výhrevnosti)
• Grafickými metódami
![Page 37: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/37.jpg)
Stechiometrické výpočty
• Predpokladá sa dokonalé spaľovanie
• Výpočet sa zjednodušuje zaokrúhlením molekulových hmotností a objemov
• Ako okysličovadlo sa používa suchý vzduch
![Page 38: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/38.jpg)
Zjednodušené zloženie suchého vzduchu
• objemovo • (21% O2, 79% N2)
• Hmotnostne• 23,1% O2, 76,9%N2
76,4:76,3:121
100:
21
79:
21
21:: 22 vzduchNO
33,4:33,3:11,23
100:
1,23
6,79:
1,23
1,23:: 22 vzduchNO
![Page 39: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/39.jpg)
Spalná teplota
• Charakterizuje palivo vzhľadom k jeho technologickému použitiu
• Stanovuje sa z rovnice tepelnej rovnováhy
Qch+Qp+Qvz= Qsp+Qned+Qdis +Qz (kJkg-1)
![Page 40: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/40.jpg)
Príjem tepla
Qch+Qp+Qvz= Qsp+Qned+Qdis +Qz (kJkg-1)
• Príjem tepla:
(Qch-chemické teplo, ktoré je určené výhrevnosťou paliva
Qpenatetalpia predhriateho paliva)
Qp=cptp
Qvz- entalpia predhriateho vzduchu
Qvz= cvz tvznLmin
![Page 41: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/41.jpg)
Výdaj tepla
• Qch+Qp+Qvz= Qsp+Qned+Qdis +Qz (kJkg-1)
• Qsp- entalpia spalín
Qsp= Vsp csp tsp
Qned – chemický a mechanický nedopal
Qdis – disociačné teplo
Qz- teplo odvedené do konštrukcie pece a do okolia
![Page 42: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/42.jpg)
Výpočet teploty spalín , ktorá charakterizuje spalnú teplotu
paliva
• Tsp = Qch+ Qp+ Qvz-Qned-Qdis-Qz/Vsp. csp
![Page 43: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/43.jpg)
Základné druhy spalných teplôt
• Adiabatická
• Teoretická
• Praktická
![Page 44: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/44.jpg)
Adiabatická spalná teplota ta
ta = Qn /Vsp,mincsp
![Page 45: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/45.jpg)
Teoretická spalná teplota tt
tt=Qn+ Qp+ Qvz/ Vsp. csp
![Page 46: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/46.jpg)
Praktická spalná teplota tp
• tp= Qch+ Qp+ Qvz- Qned- Qdis- Qz/ Vsp. Csp
• Prepočet cez pyrometrický efektTp= tt. „ný“pyr
![Page 47: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/47.jpg)
Cvičenie č.: 2
![Page 48: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/48.jpg)
Výpočty spotreby vzduchu a množstva spalín
Dva spôsoby:
• analytický spôsob - podľa údajov elementárnej analýzy pomocou stechiometrických rovníc
• pomocou približných vzorcov, odlišných pre rôzne druhy palív – na základe výhrevnosti
• grafickými metódami
![Page 49: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/49.jpg)
Spaľovanie odpadov
• používa sa analytický spôsob
• predpokladá sa dokonalé spaľovanie
• výpočet sa zjednodušuje zaokrúhlením molekulových hmotností a molekulových objemov
• ako okysličovadlo sa používa suchý vzduch
![Page 50: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/50.jpg)
Objemové zloženie suchého vzduchu
• 21% O2, 79% N2
• pomer kyslíka, dusíka a vzduchu
• O2:N2:vzduch = 21/21:79/21:100/21 = 1:3,76:4,76
![Page 51: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/51.jpg)
Hmotnostné zloženie suchého vzduchu
• 23,1% O2, 76,9% N2
• pomer kyslíka, dusíka a vzduchu
• O2:N2:vzduch = 23,1/23,1:79,6/23,1:100/23,1 = 1:3,33:4,33
![Page 52: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/52.jpg)
Poznámka
Pri praktických stechiometrických výpočtoch zanedbáva vlhkosť vzduchu a tak môžu vznikať chyby 1 až 2%.
![Page 53: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/53.jpg)
Spaľovanie tuhých a kvapalných odpadov
• výpočet – hmotnostný alebo objemový, výnimočne molárny
• spaľovanie plynných palív – zloženie je udávané v objemových % sa používa spaľovanie objemové
![Page 54: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/54.jpg)
Označenie vo výpočtoch
Omin – teoretické množstvo kyslíka pre dokonalé spaľovanie, m3N, kg
Lmin – teoretické množstvo vzduchu pre dokonalé spaľovanie, m3N, kg
Lskut - skutočné mnžstvo vzduchu pre dokonalé spaľovanie, m3N, kg
n -súčiniteľ prebytku vzduchu
VVsp, mV
sp - objemové a hmotnostné množstvo vlhkých spalín, m3N, kg
VSsp, mS
sp - objemové a hmotnostné množstvo suchých spalín, m3N, kg
VSsp, min – množstvo suchých spalín pri spaľovaní s teoretickým množstvom vzduchu, m3
N, kg
VCO, mCO - objem a hmotnosť CO (po prípade ostatných zložiek), m3N, kg
C, H2 - množstvo uhlíka, vodíka, ... v 1m3 alebo 1 kg paliva, m3N, kg
W- vlhkosť (voda), m3N, kg
![Page 55: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/55.jpg)
Spaľovanie tuhých a kvapalných odpadov
Použitím molekulových hmotností jednotlivých prvkov je možné vyjadriť vzťahy pre oxidačné rekcie pri spaľovaní rovnicami
![Page 56: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/56.jpg)
Uhlík
UHLÍK
C + O2 = CO2 + teplo
12 kg + 32 kg = 44 kg + 406,3 MJ
12 kg + 22,4 m3 = 22,4 m3
![Page 57: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/57.jpg)
Vodík
VODÍK
2H + 0,5 O2 = H2O + teplo
2 kg + 16 kg = 18 kg + 241 MJ
2 kg + 11,2 m3 = 22,4 m3
![Page 58: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/58.jpg)
Síra
SÍRA
S + O2 = S2O + teplo
32 kg + 32 kg = 64 kg + 290 MJ
32 kg + 22,4 m3 = 22,4 m3
![Page 59: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/59.jpg)
Ostatné prvky a vlhkosť (voda)
• 2N = N2
• 28 kg = 28 kg• 28 kg = 22,4 m3
• 2O = O2
• 32 kg = 32 kg• 32 kg = 22,4 m3
• H20kvap=H2Opara
• 18 kg = 18 kg• 18 kg = 22,4 m3
![Page 60: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/60.jpg)
Poznámka
Výpočty spaľovania vychádzajú z molekulovej hmotnosti jednotlivých prvkov, ktoré sa udávajú v kilogramoch.
Podľa Avogadra 1 mol akejkoľvek plynnej látky pri normálnych podmienkach (0°C, 101, 325 kPa) objem 22,4 m3
![Page 61: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/61.jpg)
Výpočty hmotnostného spaľovania
![Page 62: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/62.jpg)
• Omin = 2,67 C + 8H + S – O
• Lmin = Omin . 4,33
• Lskut = Omin . 4,33 . n
• mspv = mCO2+ mSO2+ mH2O+ mN2+ mO2
• mspS = mCO2+ mSO2+ mN2+ mO2
• mCO2=3,67.C
• mSO2= 2 . S
• mH2O= 9H + W
• mN2= N + Omin . 3,33.n
• mO2 = Omin (n-1)
![Page 63: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/63.jpg)
Vyjadrenie jednotlivých zložiek spalín
• CO2 = (mCO2 /mspV) . 100
• H2O = (mH2O /mspV) . 100
• SO2 = (mSO2 /mspV) . 100
• N2 = (mN2 /mspV) . 100
• O2 = (mO2 /mspV) . 100
![Page 64: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/64.jpg)
Výpočty objemového spaľovania
![Page 65: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/65.jpg)
• Omin = 1,87 C + 5,6H + 0,7S – 0,7O
• Lmin = Omin . 4,76
• Lskut = Omin . 4,76 . n
• Vspv = mVCO2+ VSO2+ VH2O+ VN2+ VO2
• VspS = VCO2+ VSO2+ VN2+ VO2
• mCO2=1,87.C
• mSO2= O,7 . S
• mH2O= 11,2H + 1,24W
• mN2= 0,8N + Omin . 3,76.n
![Page 66: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/66.jpg)
Vyjadrenie jednotlivých zložiek spalín
• CO2 = (VCO2 /VspV) . 100
• H2O = (VH2O /VspV) . 100
• SO2 = (VSO2 /VspV) . 100
• N2 = (VN2 /VspV) . 100
• O2 = (VO2 /VspV) . 100
![Page 67: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/67.jpg)
Príklad
• Určite množstvo spaľovacieho vzduchu a množstvo vlhkých spalín, ak sa spaľuje tuhý komunálny odpad so zložením: C 21,7 %, H 2,5%, O 15,6%, S 0,6%, H2O 21,5%, N 0,2% a zvyšok je popol. Spaľuje sa s 50% prebytkom vzduchu. Pre výpočet použite
hmotnostné i objemové spaľovanie.
![Page 68: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/68.jpg)
Riešenie
• Kvôli prehľadnosti je výpočet spaľovania uvedený v tabuľke. Počtový úkon sa vzťahuje k výpočtu Omin. Hmotnosť zložiek spalín sa určí pri hmotnostnom spaľovaní zo súčtu hmotností spaľovanej zložky a hmotnosti kyslíka, potrebného pri spaľovaní
![Page 69: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/69.jpg)
Množstvo vlhkých spalín
• VVsp= 0,765 + 0,44 + 0,012 + 3,144 + 0,
315 = 4,707kg.kg-1
![Page 70: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/70.jpg)
Množstvo spaľovacieho vzduchu
• použujeme vzťah
Lskut = Omin . 4,33 . n kgkg_1
Lskut = 0,629+1,5+4,33=4,085 kgkg_1
![Page 71: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/71.jpg)
Spaľovanie tuhého v hmotnostných jednotkách
Zložka kg Spaľovacia rovnica Počtový úkon Qmin Spaliny
CO2 H2O SO2 N2 O2
C 0,217 C+O2 = CO2 (32/12).0,217= 2,67.0,217
0,579 0,796
H 0,025 2H+0,5O=H2O (16/2).0,025=8.0,025 0,200 0,225
S 0,006 S+O2=SO2 (32/32).0,006=1.0,006 0,006 0,012
O 0,156 -0,156
Qmin celkové 0,629
N 0,002 N z paliva 0,002
W 0,215 H2O z paliva 0,215
N2 zo vzduchu Qmin.m. 3,33=
0,629.1,5.3,33
3,142
Prebytočný O2 Qmin.(m-1)=0,629.0,5 0,315
Spolu ∑
0,796 0,44 0,012 3,144 0,3154,707
![Page 72: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/72.jpg)
Spaľovanie tuhého paliva v objemových jednotkách
Zložka kg Spaľovacia rovnica Počtový úkon Qmin Spaliny
CO2 H2O SO2 N2 O2
C 0,217 C+O2 = CO2 (22,4/12).0,217 0,406 0,406
H 0,025 2H+0,5O=H2O (11,2/2).0,025 0,140 0,280
S 0,006 S+O2=SO2 (22,4/32).0,006 0,004 0,004
O 0,156 Prepočet z hmotnosti na objem
(22,4/32).0,156 -0,109
Qmin celkové 0,441
N 0,002 Prepočet z hmotnosti na objem
(22,4/28).0,02 0,0016
W 0,215 Prepočet z hmotnosti na objem
(22,4/18).0,215 0,267
N2 zo vzduchu Qmin.m. 3,76=
0,441.1,5.3,76
2,487
Prebytočný O2 Qmin.(m-1)=0,441.0,5 0,221
Spolu ∑
0,406 0,547 0,004 2,489 0,2213,667
![Page 73: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/73.jpg)
Zloženie vlhkých spalín (% hmotn.)
• vychádzame zo vzťahov:
CO2 = (mCO2 /mspV) . 100
H2O = (mH2O /mspV) . 100
SO2 = (mSO2 /mspV) . 100
N2 = (mN2 /mspV) . 100
O2 = (mO2 /mspV) . 100
• CO2 = (0,012/4,707)100 = = 16,91%
• SO2 = (0,012/4,707)100 = = 0,25%
• O2 = (0,35/4,707)100=6,69%
• H2O = (0,44/4,707)100 = 9,35%
• N2 = (3,144/4,707).100 = 66,8%
![Page 74: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/74.jpg)
K spáleniu 1kg uvedeného odpadu je treba Lsk = Qminm.4,76 = 0,441.1,5.4,76 = 3,149 m3
N
vzduchu a pri tom vznikne 3,667 m3N spalín.
![Page 75: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/75.jpg)
Spaľovanie plynných palív
• zloženie plynných palív sa udáva v objemových percentách
• preto sa u tohto druhu uvažuje len v objemových percentách
![Page 76: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/76.jpg)
Základné rovnice objemového spaľovania
![Page 77: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/77.jpg)
Oxid uhoľnatý
• CO + 0,5 O2 = CO2 + teplo
• 1m3 + 0,5m3 = 1m3 + 12,64 MJ
![Page 78: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/78.jpg)
Vodík
• H2 + 0,5 O2 = H2O + teplo
• 1m3 + 0,5 m3 = 1m3 + 10,76 MJ
![Page 79: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/79.jpg)
Sírovodík (sulfán)
• H2S + 1,5 O2 = SO2 + H2O + teplo
• 1m3 + 1,5m3 = 1m3 + 1m3 + 23,7 MJ
![Page 80: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/80.jpg)
Metán
• CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + teplo
• 1m3 + 2m3 = 1m3 + 2m3 + 35,8 MJ
![Page 81: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/81.jpg)
Uhľovodíky
• CmHn + 3,8 O2 = 2,6 CO2 + 2,4 H2O + teplo
• 1 m3 + 3,8 m3 = 2,6 m3 + 2,4 m3 + 73,27 MJ
![Page 82: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/82.jpg)
Výpočet
• Omin = 0,5 CO+0,5H2+1,5H2S+2CH4+3,8CmHn
• Lmin = Omin4,76
• Lskut = Omin 4,76n
• VspV = VCO2+VSO2+VH20+VN2+VO2
• VspS = VCO2+VSO2+VN2+VO2
![Page 83: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/83.jpg)
Kde..
• VCO2 = CO + CO2 + CH4 + 2,6 CmHn
• VSO2 = H2S
• VH2O = H2 + 2 CH4 + H2S + 2,4 CmHn
• VN2 = N2 + O2min(n-1)
![Page 84: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/84.jpg)
Vyjadrenie jednotlivých zložiek v objemových percentách
• CO2 = (VCO2/VspV). 100
• H2O = (VH2O/VspV). 100
![Page 85: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/85.jpg)
Príklad
Ako príklad spaľovania plynného paliva je uvedené spaľovanie odpadového plynu (koksárenský plyn), ktorý má zloženie: 4% oxidu uhličitého, 2% uhľovodíkov, 1% kyslíka, 8% oxidu uhoľnatého, 51% vodíka, 24% metánu, 9,1% duíka, m=1,15.
![Page 86: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/86.jpg)
Spaľovanie plynného palivaZložka M3
N Spaľovacia rovnica Počtový úkon Qmin Spaliny
CO2 H2O N2 O2
O 0,08 CO+0,5O2=CO2 0,5.0,08 0,40 0,8
H2 0,51 H2+0,5O=H2O 0,5.0,51 0,255 0,510
CH4 0,249 CH4+2O2=CO2 + H2O 2.0,249 0,498 0,249 0,498
CmHn 0,02 CmHn+3,8O2=2,6CO2+2,4H2O 3,8,0,02 0,076 0,052 0,048
O2 0,01 -0,01
Qmin celkové 0,859
CO2 0,04 CO2 z plynu 0,04
N2 0,091 N2 z plynu 0,091
N2 zo vzduchu Qmin.m. 3,76= 0,859.1,15.3,76 3,71
Prebytočný O2 Qmin.(m-1)=0,859.0,15 0,129
Spolu ∑
0,421 1,056 3,801 0,1295,407
![Page 87: Výpočty spaľovacích procesov](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062723/56813f57550346895daa2466/html5/thumbnails/87.jpg)
• Zmes ťažkých uhľovodíkov sa spaľuje podľa rovnice odvodenej z ich predpokladaného zloženia CmHn = 2,4 mN
3
H2 a 1400g C.
CmHn = 3,8 O2 = 2,6 CO2 + 2,4 H2O
• K spáleniu 1 mN3 koksárenského plynu
daného zloženia je treba: Lsk= Omin.m.4?76 = 0,859.1,15.4,76=4,7 mN
3
vzduchu a vznikne 5,407 mN3 spalín