Spalování paliv

Download Report

Transcript Spalování paliv

Slide 1

Autor:

Ing. Bc. Pavel Kolář

Předmět/vzdělávací
oblast:

Základy přírodních věd - Fyzika

Tematická oblast:

TERMIKA

Téma:

Spalování paliv (výhřevnost, spalné teplo)

Ročník:

2.

Datum vytvoření:

listopad 2013

Název:

VY_32_INOVACE_08.2.09.FYZ

Anotace:

Učební materiál je věnován spalování paliv.
Kvalitativně i kvantitativně hodnotí tento proces.
Pozornost je věnována výběru paliv z hlediska
výhřevnosti a dopadům na životní prostředí.

Metodický pokyn:

Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění
výuky v hodinách fyziky, ale může být využita
i k samostudiu nebo pro distanční formu
vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří
u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál
vyžaduje použití multimediálních prostředků
(PC a dataprojektoru).


Slide 2

Spalování paliv
Výhřevnost, spalné teplo


Slide 3

Spalování paliv
 Spalování paliv je chemický proces, při kterém dochází ke slučování
prvků obsažených v palivu s kyslíkem;
 Při hoření paliva se uvolňuje teplo;
 Kvalita spalování závisí na:
 Správném poměru paliva a kyslíku;
 Teplotě spalování;
 Době hoření;
 Konstrukci a technickém stavu spalovacího zařízení.


Slide 4

Dokonalé spalování
 Hořením uhlíku (C) vznikne při dostatečném přísunu vzduchu (O2)
nehořlavý oxid uhličitý (CO2);

C  O 2  CO

2

 V kouři nejsou odnášeny hořlavé plyny;

 Kyslíku nesmí být zbytečně mnoho, aby se netvořilo velké množství
teplého kouře.


Slide 5

Nedokonalé spalování
 Hořením uhlíku (C) při nedostatečném přísunu vzduchu (O2) vznikne
hořlavý oxid uhelnatý (CO);

2C  O 2  2CO
 Příliš nízká teplota spalování nebo příliš krátký čas hoření;
 Oxid uhelnatý je prudce jedovatý plyn, který se dá ještě spalovat:

2CO  O 2  2CO

2


Slide 6

Zplodiny hoření
 Kouřové plyny jsou směsí produktů hoření (CO, CO2, SO2, NOx), zbytku
kyslíku (O2), vzdušného dusíku, vodních par a dalších složek;
 Oxid uhelnatý (CO):
 Silně toxický bezbarvý plyn bez chuti a zápachu;
 Lehčí než vzduch;
 Vzniká při nedokonalém spalování (lokální topeniště, automobily);
 Oxid uhličitý (CO2):
 Nedýchatelný bezbarvý plyn bez chuti a zápachu;
 Těžší než vzduch;
 Má vliv na globální oteplování (skleníkový efekt);


Slide 7

Zplodiny hoření
 Oxid siřičitý (SO2):





Jedovatý bezbarvý plyn, ostře zapáchající;
Těžší než vzduch;
Vzniká hořením paliv s vysokým obsahem síry (S);
Podporuje korozi kovů, v podobě kyselých dešťů ničí vegetaci,
ohrožuje lidské zdraví;

 Oxidy dusíku (NOx):
 Jedovaté plyny Oxid dusnatý (NO) a Oxid dusičitý (NO2);
 Vznikají při spalování paliv při teplotách plamene nad 1100 °C;
 Vodní pára (H2O):
 Voda obsažená v palivu se při spalování uvolňuje ve formě páry;
 Zvětšuje objem spalin, snižuje spalovací teplotu, prodlužuje spalování;
 Zvyšuje nebezpečí koroze.


Slide 8

Rozdělení paliv
 Přírodní paliva:
 Uhlí;
 Ropa;
 Zemní plyn;

 Dřevo.

Obrázek 9.1. Těžba ropy
HOWE, Stanley. cit. 2013-11-30.
Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AWytch_Farm_oilfield_(1980)_-_geograph.org.uk_-_860599.jpg


Slide 9

Rozdělení paliv
 Vyrobená paliva:
 Koks;
 Brikety;
 Nafta;
 Benzín;

 Petrolej;
 Propan-butan.

Obrázek 9.2. Brikety
FOTOGRAFEUR. cit. 2013-11-30.
Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ABrennende_Braunkohlebriketts.jpg


Slide 10

Rozdělení paliv
 Druhotná paliva:

 Komunální odpad;
 Průmyslový odpad;
 Agroodpad;
 Dřevní odpad;

 Kaly odpadních vod.

Obrázek 9.3. Spalovna komunálního odpadu Praha Malešice
GROH, Jan. cit. 2013-11-30.
Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ASpalovna_Male%C5%A1ice-094.jpg


Slide 11

Výhřevnost
 Kvalita paliv se nejčastěji posuzuje podle jejich výhřevnosti;
 Výhřevnost h udává, jaké množství tepla Q se uvolní dokonalým
spálením 1 kg (1 m3) paliva;

h 

Q

h  

m
 Předpokládá se, že vodní pára uniká spolu se zplodinami.

J
kg


Slide 12

Výhřevnost paliv
Pevná paliva

Výhřevnost MJ/kg

Kapalná paliva

Výhřevnost MJ/kg

HU tříděné Sokolov

14,17

Těžký topný olej

40,61

HU tříděné Most

17,18

Lehký topný olej

42,30

ČU energetické Kladno

22,61

Motorová nafta

42,61

ČU energetické Ostrava

29,21

Autobenzín

43,59

Koks otopový

27,49

Brikety

23,05

Plynná paliva

Dřevěné brikety

16,21

Zemní plyn

33,48

Dřevo palivové

14,62

Propan-Butan

46,40

Sláma obilná

15,50

Bioplyn

22,50

Papír

14,11

Koksárenský plyn

15,62

Svítiplyn

14,50

Komunální odpad

9,12

Tabulka 9.1. Výhřevnost paliv

Výhřevnost MJ/m3


Slide 13

Spalné teplo
 Spalné teplo H udává množství tepla Q získaného při dokonalém
spálení 1 kg (1 m3) paliva, za předpokladu, že jsou spaliny ochlazeny
na výchozí teplotu (20 °C) a dojde ke kondenzaci vodní páry;
 Nabývá vždy vyšších hodnot než výhřevnost;

 Kondenzační kotel pro spalování zemního plynu:
 Funguje na principu ochlazení zplodin pod rosný bod a využití
kondenzačního tepla vody. Teplo obsažené ve spalinách tak
neuniká bez užitku do atmosféry.
 Až o 15 % vyšší účinnost něž běžné plynové kotle.


Slide 14

Obrázek 9.4. Nástěnný plynový kotel

Obrázek 9.5. Nástěnný plynový kotel (odkrytý)

TURBOJET. cit. 2013-11-30.
Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AWallmounted_boiler_Junkers_Novatherm_1.jpg

TURBOJET. cit. 2013-11-30.
Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AWallmounted_boiler_Junkers_Novatherm_2.jpg


Slide 15

Ekologické hledisko spalování paliv
 Spalování tuhých paliv (uhlí, komunální odpad):
 Vznik škodlivých látek znečišťujících ovzduší (CO, CO2, SO2, NOx);
 Zanechávají pevné zbytky (popel, saze);
 Nutnost odsiřování a snižování emisí NOx u velkých znečišťovatelů;
 Spalování kapalných paliv (topné oleje, nafta, benzín):
 Vyšší výhřevnost, menší emise škodlivin, nepatrný obsah popelovin;
 Zavedení řízených katalyzátorů u benzínových motorů;
 Použití filtrů pevných částic u naftových motorů;

 Spalování plynných paliv (zemní plyn, propan-butan):
 Ekologické palivo jehož spalováním vznikají CO2 a vodní páry;
 Nezanechává pevné zbytky;
 Možnost dosažení vyšší účinnosti kotlů.


Slide 16

Obrázek 9.6. Znečištění ovzduší spalováním fosilních paliv
PALMER, Alfred. cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Public domain na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAlfedPalmersmokestacks.jpg


Slide 17

Obrázek 9.7. Následky kyselých dešťů (Jizerské hory)
NIPIK. cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Public domain na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAcid_rain_woods1.JPG


Slide 18

Obrázek 9.8. Škodlivé výfukové plyny
De RIJCKE, Ruben. cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAutomobile_exhaust_gas.jpg


Slide 19

Obrázek 9.9. Smog
SERVUS. cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AHaze_in_Kuala_Lumpur.jpg


Slide 20

Shrnutí nejdůležitějších poznatků
 Při spalování paliv se uvolňuje teplo;
 Dokonalým spalováním uhlíku (C) vzniká nehořlavý oxid uhličitý (CO2);
 Nedokonalým spalováním uhlíku (C) vzniká hořlavý oxid uhelnatý (CO);
 Výhřevnost h udává, jaké množství tepla Q se uvolní dokonalým spálením
1 kg (1 m3) paliva:

h 

Q
m

h  

J
kg

 Spalování fosilních paliv má negativní vliv na životní prostředí.


Slide 21

Otázky a úkoly
1)

Popište rozdíl mezi dokonalým a nedokonalým spalováním.

o

Dokonalé spalování: Hořením uhlíku vznikne nehořlavý oxid uhličitý (CO2).
Nedokonalé spalování: Hořením uhlíku vznikne hořlavý oxid uhelnatý (CO).

2)

Jaké podmínky je třeba vytvořit pro dokonalé spálení paliva?

o

Správný poměr paliva a kyslíku, dostatečná teplota spalování a čas hoření.

3)

Jakou vlastnost paliva udává veličina výhřevnost?

o

Výhřevnost udává, jaké množství tepla se uvolní dokonalým spálením 1 kg (1 m3) paliva.

4)

Jaký vliv na výhřevnost má vlhkost obsažená v palivu? Proč není
vhodné spalovat čerstvé dřevo?

o

Vlhkost snižuje výhřevnost paliva, protože část tepla se spotřebuje na vypaření vody.
Vlhké dřevo silně kouří, zanáší komín, působí korozi kovových částí, zůstává více popela.


Slide 22

Otázky a úkoly
5)

Vyjmenujte složky obsažené ve spalinách hoření ?

o

Kouřové plyny jsou směsí produktů hoření (CO, CO2, SO2, NOx), zbytku kyslíku (O2),
vzdušného dusíku, vodních par a dalších složek.

6)

Která opatření je nutné učinit, pro zmírnění negativních dopadů
spalování paliv na životní prostředí?

o

Například spalování ekologicky šetrnějších paliv (zemní plyn, propan-butan, vodík).

7)

Zhodnoťte výhody a nevýhody paliv, která doma používáte.


Slide 23

Použité zdroje
• BLAŽEK, Jaroslav, FABINI, Ján. Chemie pro studijní obory SOŠ a SOU
netechnického zaměření. 2. vyd. Praha: SPN, 1986, s. 336. Učebnice
pro střední školy.
• ŠRAMKO, Tibor a kolektiv. Chemie pro 8. ročník základní školy. 6. vyd.
Praha: SPN, 1992, s. 176. Učebnice pro základní školy. ISBN 80-04-26250-3.
• Kolektiv. Schiedel.cz: Něco málo o spalování. online. cit. 2013-11-20.
Dostupný z WWW: http://www.schiedel.cz/cz/neco-malo-o-spalovani
• NOVÁK, Jan. Výhřevnosti paliv. [online]. [cit. 2013-11-20]. Dostupný
z WWW: http://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/11-vyhrevnosti-paliv
• Autorem obrázků a tabulek, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového
materiálu.


Slide 24

Použité zdroje
Obrázek 9.1.:
HOWE, Stanley. Commons.wikimedia.org: Wytch Farm oilfield (1980) - geograph.org.uk 860599.jpg online. 1980 cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AWytch_Farm_oilfield_(1980)_-_geograph.org.uk__860599.jpg
Obrázek 9.2.:
FOTOGRAFEUR. Commons.wikimedia.org: Brennende Braunkohlebriketts.jpg
cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ABrennende_Braunkohlebriketts.jpg

online.

Obrázek 9.3.:
GROH, Jan. Commons.wikimedia.org: Spalovna Malešice-094.jpg online. 2012-02-28
cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ASpalovna_Male%C5%A1ice-094.jpg
Obrázek 9.4.:
TURBOJET. Commons.wikimedia.org: Wall-mounted boiler Junkers Novatherm 1.jpg online.
2010-01-22 cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AWall-mounted_boiler_Junkers_Novatherm_1.jpg


Slide 25

Použité zdroje
Obrázek 9.5.:
TURBOJET. Commons.wikimedia.org: Wall-mounted boiler Junkers Novatherm 2.jpg online.
2010-01-22 cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AWall-mounted_boiler_Junkers_Novatherm_2.jpg
Obrázek 9.6.:
PALMER, Alfred. Commons.wikimedia.org: AlfedPalmersmokestacks.jpg
cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Public domain na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAlfedPalmersmokestacks.jpg

online.

1942

Obrázek 9.7.:
NIPIK. Commons.wikimedia.org: Acid rain woods1.JPG online. 2006-07-07 cit. 2013-11-30.
Dostupný pod licencí Public domain na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAcid_rain_woods1.JPG

Obrázek 9.8.:
De RIJCKE, Ruben. Commons.wikimedia.org: Automobile exhaust gas.jpg online. 2009-12-13
cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AAutomobile_exhaust_gas.jpg
Obrázek 9.9.:
SERVUS. Commons.wikimedia.org: Haze in Kuala Lumpur.jpg online.
cit. 2013-11-30. Dostupný pod licencí Creative Commons na WWW:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AHaze_in_Kuala_Lumpur.jpg

2010-11-14