ABC ogrzewania. Tlenki z paleniska

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Teoretyczna ilość tlenu pozwoliłaby na całkowite i zupełne spalenie paliwa tylko w przypadku, gdy każda cząstka paliwa zetknęłaby się z wynikającą z równania stechiometrycznego ilością cząstek tlenu. Musiałoby więc nastąpić idealne wymieszanie cząstek paliwa z tlenem, a ściśle biorąc z tlenem zawartym w powietrzu dostarczonym do spalania. Wymieszanie to jest, oczywiście, najlepsze w przypadku spalania paliwa gazowego. Stosunek rzeczywistej ilości dostarczanego powietrza do ilości teoretycznej nazywa się współczynnikiem nadmiaru powietrza lambda i określa wyrażeniem: l = zapotrzebowanie rzeczywiste/zapotrzebowanie teoretyczne Z punktu widzenia ekonomiki procesu spalania należy dążyć do osiągnięcia całkowitego i zupełnego spalania, przy jak najmniejszym współczynniku nadmiaru powietrza, ponieważ część uzyskanego ciepła zostanie stracona na podgrzanie tej dodatkowej objętości powietrza. Wskaźnikiem wielkości współczynnika nadmiaru powietrza jest ilość tlenu zawartego w spalinach. Można w sposób dostatecznie dokładny wyznaczyć współczynnik nadmiaru powietrza na podstawie analizy chemicznej spalin. Najłatwiej wykonać to posługując się trójkątem Ostwalda (patrz: Recknagel, Sprenger, Schramek „Ogrzewnictwo i klimatyzacja”).

W procesach energetycznego spalania węgla głównymi zanieczyszczeniami emitowanymi do atmosfery są: pyły, tlenki siarki, tlenki węgla i tlenki azotu. Emisja pyłów zależy od zawartości popiołu w paliwie oraz unosu pyłu z paleniska, który zależny jest od konstrukcji kotła. Emisję dwutlenku siarki łatwo jest obliczyć na podstawie znajomości zawartości siarki w paliwie. Siarka występuje w węglu w postaci siarki organicznej palnej oraz siarki pirytowej. W małych kotłach z rusztami stałymi lub mechanicznymi można przyjmować do obliczeń emisji SO2 tylko zawartość siarki palnej. Określenie emisji tlenków azotu powstających w procesie spalania węgla jest trudniejsze. Tlenki azotu powstają w wysokich temperaturach panujących w komorze paleniskowej na skutek wiązania się atmosferycznego tlenu i azotu. Powstający tlenek azotu NO nie jest związkiem trwałym i może po zmianie warunków ulegać rozpadowi z powrotem na tlen i azot. Jak wykazały badania, zawartość azotu i siarki w paliwie nie wpływa na tworzenie się tlenków azotu. Zasadniczym parametrem wpływającym na reakcję wiązania tlenu z azotem jest temperatura. Im większa zawartość węglowodorów w paliwie, tym wyższa temperatura płomienia. Tak więc największe ilości tlenków azotu powstają przy spalaniu olejów opałowych, niższe przy spalaniu węgla i najniższe przy spalaniu gazu.

Tlenek węgla jest gazem bezbarwnym i bez zapachu. Dla istot żywych jest trujący dlatego, że w zetknięciu z krwią wiąże się z barwnikiem krwi – hemoglobiną, z którą ma 200-240 razy większe powinowactwo niż tlen. Jest to dość trwałe, koordynacyjne połączenie tlenku węgla z atomami żelaza hemoglobiny, które w konsekwencji uniemożliwia naturalną reakcję hemoglobiny z tlenem. Blokowanie hemoglobiny trwa przez kilka godzin od momentu wystawienia organizmu na działanie tlenku węgla, co powoduje, że gaz ten jest szczególnie niebezpieczny. Większość śmiertelnych wypadków, mających związek z efektami spalania, zdarzyło się w wyniku zatruć tlenkiem węgla w budynkach wyposażonych w piece o nieszczelnych paleniskach i kanałach kominowych, w pomieszczeniach słabo wentylowanych. Stężenie 100 ppm (125 mg/m3) CO w powietrzu i oddziaływanie na człowieka w czasie jednej godziny powoduje wiązanie 40% hemoglobiny i wywołuje zaburzenia kardiologiczne. Wartość 250 mg/m3 tlenku węgla w powietrzu może być przyczyną śmierci. Jakie są mechanizmy powstawania tlenku węgla?

Węgiel, jako pierwiastek zawarty w paliwie, spalając się, przechodzi przez stadium tlenku węgla CO. Tak więc działania mające na celu zmniejszenie zawartości tlenku węgla w spalinach polegają na przyspieszeniu jego utleniania do nietoksycznego dwutlenku węgla CO2. Tlenek węgla CO powstaje w dużych ilościach w miejscach silnego niedoboru tlenu, który jest niezbędny do dokończenia reakcji utleniania węgla na CO2. Tlenek węgla może pojawić się również w zwiększonych ilościach w miejscach obszaru spalania, w których lokalny skład mieszanki jest bliski stechiometrycznemu, a odpowiadająca mu temperatura spalania bliska maksymalnej. W miejscach tych CO powstaje wskutek dysocjacji CO2. Tlenek węgla utlenia się stosunkowo wolno i w wielu urządzeniach technicznych właśnie prędkość utleniania CO wyznacza czas przebywania niezbędny do tego, aby spalanie dobiegło końca. Stężenie tlenku węgla w spalinach pochodzących z urządzeń spalających paliwa węglowe jest zależne od całkowitości procesu spalania paliwa – utleniania węgla na produkt finalny CO2.

Praktycznymi przyczynami wytwarzania tlenku węgla (CO) podczas spalania paliwa są:

* niecałkowite przemieszanie paliwa z czynnikiem utleniającym i wytwarzanie stref w przestrzeni spalającej paleniska z niedostatkiem tlenu potrzebnego do całkowitego utleniania węgla,

* niestabilność proporcji temperaturowej w przestrzeni spalającej paleniska i wahania temperatury w palenisku.

Maciej Szumski

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij