Tajemnice zaklęte w ogniu – teoria spalania

2 marca 2015
31

Widoczny dym to drobne cząstki węgla lub szkodliwe związki azotu. Każde paliwo stałe zawiera w swoim składzie chemicznym węgiel (C). Węgiel pali się dwuetapowo. Najpierw powstaje tlenek węgla (CO), a następnie dwutlenek węgla (CO2). Jeżeli na kominie widzimy czarny dym, to spalanie jest nieprawidłowe, gdyż jest niecałkowite i niezupełne. Oprócz węgla i innych pierwiastków, paliwo zawiera także wodór (H2). Jest to gaz palny. Spalając wodór otrzymamy wodę (H2O). Dlatego nawet przy prawidłowym spalaniu w mroźne dni możemy zaobserwować obłoki pary wydobywające się z komina. W procesie spalania paliwa stałego występują zjawiska, które poprzedzają właściwe utlenienie (czytaj: spalanie).

Najpierw paliwo ulega wspomnianemu wcześniej wysuszeniu, następnie wydzielają się części lotne: pary smolistych związków organicznych i węglowodory gazowe, które palą się płomieniem. Nazwano to odgazowaniem. Wreszcie czysty węgiel (koks), żarząc się ulega spaleniu i pozostaje jedynie popiół. Ten trzeci ostatni etap nazywany jest zgazowaniem. Specyficzne właściwości fizyko-chemiczne biomasy wymagają stosowania odpowiednich rozwiązań technologicznych, dostosowanych do paliwa. Tylko 20% masy drewna stanowią nielotne związki węgla, które w tradycyjnym kotle spalają się na ruszcie (w węglu brunatnym stanowią one 45-60%, w węglu kamiennym 60-80%, w koksie – ponad 95%). Reszta, około 80%, to związki lotne, które spalają się nad rusztem, wydzielając się intensywnie w stosunkowo wąskim zakresie temperatur.

Niezupełne spalanie

Niezupełne spalanie to także niekorzystne ekonomicznie obniżenie sprawności procesu. Paliwo ciekłe nie wymaga suszenia. Przed spaleniem, najpierw odparowuje, czyli odgazowuje i zgazowuje. Paliwo gazowe pali się jeszcze prościej. Podczas rozpalania, zjawiska suszenia, odgazowania i zgazowania są rozłożone w czasie. Kiedy już proces spalania rozpoczął się, zjawiska te następują jednocześnie. Pod koniec procesu spalania nie występuje suszenie i odgazowanie. Jest tylko zgazowanie paliwa, gdyż pozostał tylko sam węgiel (koks). Spalając paliwa stałe ulepszone np. koks lub węgiel drzewny faza odgazowania nie występuje, bo nie ma czego odgazować.

Niezupełne spalanie

Podczas produkcji tych paliw nastąpiło odgazowanie części lotnych z węgla kamiennego lub drewna, w specjalnych podgrzewanych urządzeniach bez dostępu powietrza, a więc nie było procesu spalania, chociaż był proces odgazowania. Powstałe produkty uboczne w postaci smoły i gazów są gromadzone w różnego rodzaju zbiornikach i wykorzystywane do różnych celów. Proces ten nazywany jest pirolizą. Zauważmy, że użyliśmy określenia odgazowanie przy spaleniu paliw stałych i odgazowanie podczas procesu pirolizy. W tych przypadkach nastąpiło odgazowanie. Różnica polega na tym, że podczas spalania produkty odgazowania są spalane natychmiast, gdyż proces przebiega w obecności tlenu zawartego w powietrzu. Podczas pirolizy, odgazowanie następuje bez dostępu powietrza, a więc nie ma procesu spalania powstałych produktów na których nam zależy. Otwierając butelkę wody gazowanej, zachodzi odgazowanie zawartych w niej gazów – najczęściej CO2 i chyba przyznacie, że nie ma to nic wspólnego z procesem spalania. Chcąc spalić dane paliwo bez dymu, musimy dostarczyć odpowiednią ilość powietrza. Nie za mało i nie za dużo.

A więc:
• Jeżeli dostarczymy powietrza za mało, to część palnych składników nie spali się. Mówimy, że nastąpiło spalenie niecałkowite i niezupełne. Jest dym.
• Dostarczamy odpowiednią ilość powietrza, spalamy paliwo całkowicie i zupełnie. Dymu nie ma.
• Dostarczamy powietrze w nadmiarze.

Część gazów jest tak rozcieńczona, że przestaje być palna. Znowu na kominie ukazuje się dym. Niektórzy twierdzą, że ograniczając ilość powietrza dostarczonego do kotła następuje zjawisko pirolizy. My twierdzimy, że następuje niezupełne spalanie – stąd ten dym. Źle wyregulowany gaźnik w samochodzie (zbyt dużo benzyny w stosunku do powietrza) powoduje dymienie z rury wydechowej. Samochód dużo pali i ma małą moc. Następuje niezupełne spalanie spowodowane brakiem powietrza. Czy jest to zjawisko pirolizy? Spalanie pirolityczne, kocioł pirolityczny – bzdura ! Tlen w procesie spalania odgrywa pierwszorzędne znaczenie. Ważne są jednak warunki w jakich następuje proces spalania. Zimny silnik samochodu dymi, rozgrzany nie. Dymienie powoduje też źle wyregulowany gaźnik. Wniosek: do prawidłowego spalania oprócz odpowiedniej ilości powietrza niezbędna jest odpowiednia temperatura tj. temperatura zapłonu. Chyba każdy z nas obserwował ogień palącej się świecy. Ale zanim świeca zacznie się palić zrozumiałym jest, że należy ją zapalić.

Przykładając ogień do nasączonego woskiem knota, musimy trochę odczekać, aż wosk z ciała stałego zamieni się w ciecz, ta z kolei zacznie odparowywać (odgazowywać). Pary po uzyskaniu temperatury zapłonu zapalają się. Powstały płomień podgrzewa górną część świecy na tyle , że wosk z którego jest wykonana, przechodzi z ciała stałego w ciecz, która nasącza knot, na knocie następuje odgazowanie oraz zgazowanie wosku i proces spalania trwa do chwili zużycia całego wosku (paliwa). Wosk, czy też parafina z której zrobiona jest świeca ma w swoim składzie chemicznym, tak jak każde inne paliwo – węgiel.

1