POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI

LABORATORIUM WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Temat: Analiza spalin.

Wykonał:

Rafał Chałas

ED. 8.4

1. Wstęp

Przepisy związane z ochroną środowiska jak i technologie stosowane w kotłach rusztowych wymuszają stosowanie analizatorów spalin. Optymalne ustawienie kotła rusztowego polega na odpowiednim doborze mieszaniny powietrza i paliwa w procesie spalania oraz prędkości przesuwania się rusztu. Taki proces spalania staje się wydajniejszy, co wiąże się bezpośrednio z dużą oszczędnością paliwa, a także w mniejszym stopniu uwalnianiem CO₂, CO, SO₂, NO_x do atmosfery.

W czasie spalania wyzwala się ciepło, które może być wykorzystane do ogrzewania lub może być zamienione na pracę. Maksymalną ilość ciepła otrzymuje się przy tzw. spalaniu całkowitym i zupełnym, tj. gdy po zakończeniu procesu spalania brak jest niespalonych cząstek paliwa oraz gdy powstają niepalne tlenki, nie dające się dalej utleniać. Kontrolę procesu spalania umożliwia analiza spalin, która między innymi daje informację, czy prawidłowy jest nadmiar ilości powietrza dostarczonego do spalania, czy w spalinach nie występuje tlenek węgla CO, którego obecność świadczy o niedostatecznej ilości tlenu do spalania.

Pełna analiza spalin obejmuje oznaczenie:

- składu chemicznego spalin,

- współczynnika nadmiaru powietrza,

- temperatury spalania,

- strat ciepła uchodzącego ze spalinami do otoczenia.

Podstawowymi gazami w spalinach są:

- tlen 0₂

- tlenek węgla CO

- dwutlenek węgla CO₂

- tlenek azotu NO_x

- dwutlenek siarki SO₂

Do ustawienia kotła rusztowego wystarczy pomiar stężenia tlenu, tlenku węgla, temperatury spalin oraz temperatury otoczenia. Tlenki azotu znajdujące się w spalinach są substancjami szkodliwymi dla zdrowia i należy je ograniczać do minimum. Natomiast tlenek siarki świadczy o czystości używanego paliwa oraz jest w zasadzie niezależnych od nastawy kotła rusztowego.

Ilość spalin zależy od nadmiaru powietrza L_t. Masę spalin określa następujący wzór M_s=λL_t+1.

Znając skład masowy dla każdego paliwa można określić wartość stechiometryczną paliwa.

Dla węgla kamiennego:

Dla węgla brunatnego:

Dla olejów opalnych:

Dla gazu:

W wyniku spalania paliwa para wodna i dwutlenek węgla. Zawartość dwutlenku węgla określa się na podstawie wzoru:

; C - zawartość masowa węgla w paliwie

; λ - współczynnik nadmiaru powietrza

W wyniku spalania paliwa wartość opałowa W_u równa jest ciepłu spalin stałym ciśnieniu C_psp:

Teoretyczna temperatura spalin wobec tego wynosi:

Współczynnik nadmiaru powietrza oblicza się z następującego wzoru:

Wynikiem spalania całkowitego jest CO:

2. Przyrząd pomiarowy - analizator spalin (analizator chemiczny)

Aparat Orsata jest przyrządem stosowanym w analizie spalin do oznaczania zawartości dwutlenku węgla CO₂, tlenku węgla CO i tlenu O₂ metodą selektywnej absorpcji. Składa się z biurety połączonej z naczyniem poziomowym, wypełnionej zwykle nasyconym roztworem chlorku sodu oraz 3 płuczek zawierających roztwory odpowiednich absorbentów: 50-procentowy roztwór wodorotlenku potasu KOH (pochłania CO₂), zasadowy roztwór pirogalolu (pochłania O₂) oraz amoniakalny roztwór chlorku miedzi II (pochłania CO). Próbkę gazu pobiera się do biurety, a następnie przez zmianę położenia naczynia poziomowego wprowadza się kolejno do płuczek. Mierząc w biurecie pierwotną objętość mieszaniny gazowej i objętość po pochłonięciu danego składnika oznacza się zawartość poszczególnych składników. Zbudowany został przez francuskiego chemika Orsata.

1 - biureta wypełniona badanym gazem

2-5 - płuczki

6 - biureta do spalań

7 - butelka z wodnym roztworem NaCl

3. Wyniki pomiarów.

Analiza składu chemicznego spalin metodą aparatu Orsata (zawartość procentowa).

Badane składniki	Pomiar
		I		II		III
		Strona kotła
		Lewa	Prawa	Lewa	Prawa	Lewa	Prawa
CO2	13,2	9,2	5,8	11,8	12,4	11,4
O2	5,6	10,2	13,2	7	5,6	7,6
CO	0,2	0,2	1	0,6	1	0,6

Analiza składu chemicznego metodą elektroniczną

Badane składniki	Pomiar
		I		II
		Strona kotła
		Lewa	Prawa	Lewa	Prawa
CO2 [%]	10,1	9,5	9,8	8,8
O2 [%]	6,3	7,7	6,8	8,5
CO [ppm]	16	6	11	6
Temperatura (^oC)	419	394	409	392

4. Wnioski.

Celem ćwiczenia było zbadania i analiza składu chemicznego spalin w kotle rusztowym w elektrociepłowni Megatem - Lublin.

Z analizy spalin i porównaniu ich z Rozporządzeniem Ministra Ochrony Środowiska Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z 28 kwietnia 1998 roku w sprawie dopuszczalnych wartości stężeń substancji zanieczyszczających w powietrzu stwierdzam, że nie występują żadne przekroczenia wartości produktów spalania.

Analizę spalin robiliśmy dwoma sposobami, za pomocą aparatu Orsata, a także przyrządem elektronicznym. Otrzymane wyniki różnią się nieznacznie, gdyż podczas odczytu z aparatu Orsata, występowały trudne warunki w postaci braku odpowiedniego oświetlenia.

---