Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Výpočet objemu spalovacího vzduchu a objemu spalin

Objem spalovacího vzduchu určuje požadavky na jeho přívod. Objem spalin je základem pro přesný výpočet spalinové cesty, komínu.


© Fotolia.com

Pro potřeby výpočtů objemů spotřebovaného spalovacího vzduchu a vzniklého objemu spalin po spálení jednotkového množství paliva jsou udávány jednak:

  • objemy minimální za normálních podmínek, tj. teoretická nejmenší spotřeba spalovacího vzduchu a teoretický (nejmenší) objem vzniklých spalin,
  • objemy skutečné za normálních podmínek, tj. objem spalovacího vzduchu při součiniteli přebytku spalovacího vzduchu α a objem vzniklých spalin při součiniteli přebytku spalovacího vzduchu α.

Součinitel přebytku spalovacího vzduchu je zjednodušeně odvozen pro dokonalé spalování z objemu volného kyslíku ve spalinách ωO2, který lze stanovit měřením této hodnoty vhodným kyslíkovým analyzátorem spalin. Mezi α a ωO2 platí jednoduchý vztah:

vzorec 8 (8)
 

Při výpočtu objemů spotřebovaného spalovacího vzduchu a vzniklého objemu spalin po spálení jednotkového množství paliva se pracuje s následujícími objemy vzduchu a spalin:

  • Vvs min [m3/kg] minimální objem suchého vzduchu potřebný pro spálení 1 kg paliva,
  • Vvv min [m3/kg] minimální objem vlhkého vzduchu potřebný pro spálení 1 kg paliva,
  • Vss min [m3/kg] minimální objem suchých spalin vzniklých spálením 1 kg paliva,
  • Vsv min [m3/kg] minimální objem vlhkých spalin vzniklých spálením 1 kg paliva.

Pro přepočet minimálního objemu suchého vzduchu na vlhký vzduch lze použít vztah:

Vvv min = ø . Vvs min (9)
 

kde součinitel ø je přibližně 1,016 (pro vzduch s relativní vlhkostí 60 % a teplotou 20 °C).

Dále obecně platí:

Vsv min = Vss min + VH2O (10)
 

Vss min = VN2 + VCO2 + VSO2 + VAr (11)
 

kde značí

VN2
objem N2 ve spalinách [m3.kg−1, nebo m3.m−3],
VH2O
objem vodních par ve spalinách [m3.kg−1, nebo m3.m−3],
VCO2
maximální objem CO2 ve spalinách [m3.kg−1, nebo m3.m−3],
VSO2
maximální objem SO2 ve spalinách [m3.kg−1, nebo m3.m−3],
VAr
objem Ar ve spalinách [m3.kg−1, nebo m3.m−3].
 

K přesnému stanovení minimálních objemů suchých a vlhkých spalin dle vztahů (10) a (11), ale i výpočtu minimálního objemu suchého vzduchu potřebného ke spálení 1 kg paliva, je nutná znalost prvkového složení paliva a výpočet jednotlivých složek vychází z příslušných rovnic pro spalování prvků hořlaviny a ze složení vzduchu pro spalování.

Pro objem vlhkého a suchého vzduchu Vvv a Vvs při spalování s přebytkem vzduchu α platí:

Vvv = Vvv min α (12) [m3.kg−1, nebo m3.m−3]
 

a obdobně:

Vvs = Vvs min α (13) [m3.kg−1, nebo m3.m−3]
 

Skutečný objem vlhkých spalin při teplotě spalin tS [°C] a absolutním tlaku pS [Pa] a při dokonalém spalování s přebytkem vzduchu α můžeme určit dle vztahu:

vzorec 14 (14) [m3.kg−1, nebo m3.m−3]
 

Pro objem suchých spalin za normálních podmínek a při dokonalém spalování s přebytkem vzduchu α platí vztah:

Vss = Vss min + (α − 1) Vvs min (15) [m3.kg−1, nebo m3.m−3]
 

Vztahy pro přibližné určení spotřeby spalovacího vzduchu a množství spalin

V mnoha případech neznáme přesné složení paliva, pro které chceme přibližně určit spotřebu spalovacího vzduchu a množství vzniklých spalin. Pokud známe výhřevnost paliva, můžeme použít přibližných vztahů.

Všechny dále uváděné vztahy pro výpočet spotřeby spalovacího vzduchu a pro výpočet objemu vzniklých spalin jsou přibližné, protože jsou odvozeny pro výhřevnost paliva o průměrném prvkovém složení a průměrném obsahu vody a popelovin v palivu. Výsledné vztahy jsou tedy platné pro 1 kg paliva (1 m3 plynného paliva za normálních podmínek) a udávané objemy jsou všechny platné pro normální podmínky.

Pro paliva s výhřevností QN [MJ.kg−1 pro pevná a kapalná paliva nebo MJ.m−3 pro plynná paliva] můžeme použít pro α = 1 a dokonalé spalování Rosin–Fehlingovy vztahy:

vzorec 16 (16) [m3.kg−1, nebo m3.m−3]
 

vzorec 17 (17) [m3.kg−1, nebo m3.m−3]
 

kde jsou K1K4 konstanty, jejichž hodnoty jsou uvedeny v tabulce 16.

Tab. 16 – Hodnoty konstant K1K4 pro přibližné určení Vvs min a Vsv min
PalivaK1K2K3K4
všechna pevná paliva s výjimkou odpadů1,0120,50,951,375
kapalná paliva0,852,01,110
plynná paliva s QN < 12,6 MJ.m−30,92−0,080,760,87
plynná paliva s QN > 12,6 MJ.m−31,0701,090,47

Pro uhlí platí přibližný vztah:

Vss min = Vvv min (18) [m3.kg−1]
 

Pro ropné lehké topné oleje platí přibližná hodnota:

Vss min = Vsv min − 1,46 (19) [m3.kg−1]
 

Pro metanový zemní plyn platí přibližná hodnota:

Vss min = Vsv min − 2,11 (20) [m3.m−3]
 

Uvedené vztahy umožňují přibližné stanovení objemu suchých spalin za normálních podmínek při dokonalém spalování s přebytkem vzduchu α, tj. hodnoty Vss [m3.kg−1, nebo m3.m−3] dle vztahu (15). Postup při výpočtu je následující.

Pro kapalná a plynná paliva se hodnota Vvs min [m3.kg−1, nebo m3.m−3] stanoví dle vztahu (16) a hodnota Vss min [m3.kg−1, nebo m3.m−3] podle druhu paliva dle vztahu (19) nebo (20). Hodnota Vsv min [m3.kg−1, nebo m3.m−3] v těchto vztazích se stanoví dle vztahu (17).

U spalování tuhých paliv je postup stanovení hodnoty Vss [m3.kg−1] dle vztahu (15) poněkud odlišný. Nejprve se stanoví hodnota Vvs min [m3.kg−1] dle vztahu (16) a hodnota Vss min [m3.kg−1] dle přibližného vztahu (18) jako Vvv min [m3.kg−1]. Hodnota Vvv min [m3.kg−1] se pak stanoví s použitím vztahů (9) a opět (16). Další postup je stejný jako u kapalných a plynných paliv. S ohledem na použití vztahu (18) ke stanovení objemu Vss min [m3.kg−1] je uvedený postup velmi přibližný.

Pro česká hnědá i černá tržní uhlí lze s výhodou použít pro výpočet objemu spalovacího vzduchu a vzniklých spalin s dostatečnou přesností vztahy dle Dlouhého [L2]. Tyto vztahy lze použít i pro dokonalé spalování s přebytkem vzduchu α. Pro všechny teoretické objemy vzduchu a spalin (suché i vlhké) platí jediný regresní vztah:

Vxx min = a QN + b (21) [m3.kg−1]
 

kde konstanty a a b mají hodnoty uvedené v tab. 17.

Tab. 17 – Hodnoty konstant a a b pro přibližné vztahy dle [L2]
Vxx minabprůměrná chyba [%]
suchý vzduch Vvs min [m3.kg−1]0,26070,13803,42
vlhký vzduch Vvv min [m3.kg−1]0,26490,14023,42
suché spaliny Vss min [m3.kg−1]0,25330,14743,26
vlhké spaliny Vsv min [m3.kg−1]0,25000,91903,18

S využitím vztahů dle (21) lze úpravou vztahů (15) a (14) odvodit pro objem suchých a vlhkých spalin při součiniteli přebytku spalovacího vzduchu α pro česká uhlí aproximační vztahy:

Vss = (0,2607 α − 0,0074) QN + 0,138 α + 0,0094 (22) [m3.kg−1]
 

a

Vsv = (0,2649 α − 0,0149) QN + 0,1402 α + 0,7788 (23) [m3.kg−1]
 

Literatura

  • [L2] Dlouhý, T: Výpočet objemů vzduchu a spalin z výhřevnosti uhlí. Energetika, 2000, roč. 50, č. 10, str. 320–321.

Pozn. Tento článek je vybranou částí z článku Emise z kotelen a ochrana ovzduší (III)

 
 
Reklama