תורת שריפת הפחם
השריפה היא תגובה כימית מהירה בין דלק לאוקסיגן. כאשר אלמנטים בעירים של הדלק מתאחדים עם O2, מופיעה אנרגיית חום. במהלך השריפה, אלמנטים בעירים כמו פחמן, גופרית, מימן ועוד מתאחדים עם אוקסיגן ומייצרים את האוקסידים המתאימים. מקור האוקסיגן בשריפת דלק הוא אוויר. בנפח יש 21% אוקסיגן באוויר ובמשקל הוא מהווה 23.2%. למרות שיש 79% (בנפח) ניטרוגן באוויר, הוא אינו משחק תפקיד בשריפה.
למעשה, הניטרוגן מעביר את החום שנוצר במהלך השריפה למחסן קיטור. לפי תיאוריית השריפה, הכמות של אוויר הנדרשת לשריפה היא זו שמספקת מספיק O2 כדי לשרוף לחלוטין אלמנטים בעירים של הדלק. כמות אוויר זו ידועה בדרך כלל כדרישה לאוויר סטוכיומטרי.
כמות האוויר הזו תלויה בטבע הדלק. דרישות אוויר סטוכיומטרי עבור דלקי שונים מתקבלות על ידי ניתוח הדלק והם מוצגים בטבלה שלהלן,
דלק |
מסת אוויר סטוכיומטרי / מסת דלק אחת |
פחם ביטומינוזי |
11.18 |
פחם אנטיסיטי |
10.7 |
קוקס |
9.8 |
לייקוויט |
7.5 |
טורף |
5.7 |
שמן דלק נותר |
13.85 |
שמן דלק מזוקק (גזleo) |
14.48 |
גז טבעי (בסיס מתאן) |
17.3 |
שריפת פחם
לאוויר מספיק,
כבר אמרנו שמבחינת משקל יש 23.2% O2 באוויר. לכן, הכמות של אוויר הנדרשת כדי לספק 2.67 גרם O2 היא
לפי תיאוריית שריפה אידיאלית, לאחר שריפת גרם אחד פחמן (C), תוצרי השריפה מכילים רק 3.67 גרם CO2 ו
של N2.
שריפת פחם עבור אוויר בלתי מספיק
מבחינת משקל, דרישת האוויר כדי לספק את כמות O2 הזו היא
לאחר שריפת גרם אחד פחמן (C), תוצרי השריפה מכילים רק 2.33 גרם CO ו
של N2.
משוואות (1) ו-(2) ברור כי עקב שריפה ללא אוויר מספיק, ההפסד בחום במהלך שריפת פחם הוא
.
שריפת גופרית
לכן, האוויר הנדרש לשריפת גרם אחד גופרית, הוא
לכן, תוצרי השריפה, לאחר השלמת שריפת גרם אחד גופרית, מכילים 2 גרם SO2 ו
של N
