Thông thường các chất đốt ở thể lỏng và rắn phân tích gồm có các thành phần nguyên tố như C (carbon), H (hydrogen), S (lưu huỳnh), O (oxygen), N (nitrogen), H2O (hơi nước) và Chất bẩn (không đốt cháy được như cát, sỏi đá, v.v.)
Trong 1 kg chất đốt chứa trọng lượng các nguyên tố như sau:
c kg carbon (C) h kg hydrogen (H2) s kg lưu huỳnh (S)
o kg oxygen (O2) n kg nitrogen (N2) w kg hơi nước (H2O)
a kg tập chất
Như vậy 1 kg chất đốt thì tổng số lượng của tất cả các nguyên tố sẽ bằng 1, có nghĩa là:
(5.2-1) Nếu loại tạp chất và hơi nước (người ta thường dùng cách phân tích này cho Nếu loại tạp chất và hơi nước (người ta thường dùng cách phân tích này cho than đá), phương trình trên sẽ trở thành.
Bảng 5.4. Thí dụ thành phần hoá học và tỉ lệ của một số chất đốt
TT Thành phần Than đá Dầu nặng Dầu nhẹ Gỗ Rơm từ lúa mì Khí đốt thiên nhiên 1 Carbon, C 0,594 0,857 0,865 0,375 0,430 0,746 2 Lưu huynh, S 0,008 0,024 0,005 0,000 0,001 0,000 3 Hydrogen, H 0,037 0,114 0,130 0,046 0,054 0,236 4 Nitrogen, N 0,010 0,002 0,000 0,001 0,000 0,009 5 Oxygen, O 0,074 0,000 0,000 0,320 0,380 0,009 6 Hơi nước, H2O 0,129 0,001 0,000 0,250 0,100 0,000 7 Chất bẩn 0,148 0,002 0,000 0,008 0,035 0,000 8 Tổng cộng 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
5.2.2.1. Tính lượng không khí cần thiết cho sự đốt cháy 1 kg chất đốt
- Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn, có nghĩa là C sẽ cháy hết và cho ra CO2 và H sẽ cháy cho ra H2O và S sẽ cho SO2.
A. C + O2 = CO2 (5.2-3) 1 kmol C + 1 kmol O2 = 1 kmol CO2
12 kg C + 1 kmol O2 = 1 kmol CO2 1 kg C + kmol O2 = kmol CO2 c kg C + kmol O2 = kmol CO2 c kg C + nm3 O2 = nm3 CO2 c kg C + kg O2 = kg CO2 B. 2H2 + O2 = 2H2O (5.2-4) 2 kmol H2 + 1 kmol O2 = 2 kmol H2O
1 kg H2 + kmol O2 = kmol H2O h kg H2 + kmol O2 = kmol H2O h kg H2 + nm3 O2 = nm3 H2O h kg H2 + kg O2 = kg H2O h kg H2 + 8 h kg O2 = 9 h kg H2O C. S + O2 = SO2 (5.2-5) 1 kmol S + 1 kmol O2 = 1 kmol SO2
32 kg S + 1 kmol O2 = 1 kmol SO2 1 kg S + kmol O2 = kmol SO2 s kg S + kmol O2 = kmol SO2 s kg S + nm3 O2 = nm3 SO2 s kg S + kg O2 = kg SO2 s kg S + s kg O2 = 2 s kg SO2
Giả sử N (nitrogen) không tham gia phản ứng cháy.
Như vậy oxygen tối thiểu để đốt cháy hoàn toàn 1 kg chất đốt như sau:
(5.2-6)
Theo trọng lượng
và trọng lượng KK tối thiểu là (5.2-8) trong KK có 23,20% là O2 và 76,8% là N2 Thể tích O2 tối thiểu (5.2-9) Và thể tích KK tối thiểu là (5.2-10) trong KK có 21% thể tích O2 và 79% thể tích N2
5.2.2.2. Tính lượng chất thải từ sự đốt cháy của chất lỏng và rắn
Trong khói sẽ gồm có:
- (44/12) c kg CO2 do phản ứng C + O2 = CO2
- (9 h + w) kg H2O do phản ứng 2H2 + O2 = 2H2O và do từ chất đốt (w kg) - 2 s kg SO2 do ph ản ứng S + O2 = SO2
- (n + 0,768×KKtl) kg nitrogen (n kg từ chất đốt và 0,768×KKtl từ KK) - a kg tạp chất, không cháy được.
5.2.2.3. Kết luận
- Phản ứng cháy không hoàn toàn như trình bày ở trên, cháy hoàn toàn là chuyện khó có thể xảy ra trong thực tế. Thông thường người ta dùng một lượng KK nhiều hơn lượng KK tối thiểu (lượng KK cháy hoàn toàn) khoảng 10%.
- Các phản ứng không xảy ra cùng một lúc.
- Phản ứng lệ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của chất tham gia phản ứng. Để cho chất đốt và KK dễ hoà lẫn, nguời ta dùng sự rối loạn (tiến Anh gọi là turbulence). Khi có sự rối loạn, nhiệt độ sẽ thay đổi không những về không gian mà cả thời gian và đưa đến là phản ứng trở nên rất phức tạp.
- N sẽ kết hợp với O2 cho ra NO và NO2 gọi chung là NOx, chất này là mầm móng gây bệnh ung thư.
- S (lưu huỳnh) trong chất đốt cũng sẽ kết hợp với O2 cho ra SOx, tạo acid sẽ làm ô nhiễm môi trường.