Spalovací vlastnosti ZP (I)

Datum: 30.4.2004  |  Autor: Ing. Josef Fík

V pokračování seriálu o základních fyzikálních vlastnostech zemního plynu je možno získat přehled o výhřevnosti, spalném teple, Wobbeho čísle i stechiometrických (teoretických) objemech kyslíku a spalovacího vzduchu při jeho spalování.

Spalná tepla a výhřevnosti zemních plynů

Spalné teplo zemního plynu Hs (s - superior - horní)
je množství tepla, uvolněné úplným spálením 1 m3 zemního plynu při tlaku 101 325 Pa v adiabatických podmínkách, za předpokladu, že se spaliny ochladí na teplotu výchozích látek a vodní pára, obsažená ve spalinách, je v kapalném stavu.

Výhřevnost zemního plynu Hi (i - inferior - dolní)
je množství tepla, uvolněné úplným spálením 1 m3 zemního plynu při tlaku 101 325 Pa v adiabatických podmínkách, za předpokladu, že se spaliny ochladí na teplotu výchozích látek a vodní pára, obsažená ve spalinách, zůstane v plynném stavu.

Základními jednotkami spalného tepla a výhřevnosti jsou kJ.m-3 a kWh.m-3 (3600 kJ.m-3 = 1 kWh.m-3).
Spalné teplo zemních plynů se stanoví výpočtem ze složení zemních plynů podle rovnice:

Výhřevnost zemních plynů se stanoví výpočtem ze složení zemních plynů podle rovnice:

Hosi - spalné teplo složky zemního plynu       [kJ.m-3], [kWh.m-3]
Hoii - výhřevnost složky zemního plynu       [kJ.m-3], [kWh.m-3]
ri - procentuální objemový podíl složky zemního plynu (tab. 1)      [%]

V tab. 7 jsou uvedeny hodnoty spalných tepel Hosi a výhřevností Hoii hořlavých složek zemních plynů při 0°C a 101 325 Pa.

Složka zemního plynu Spalné teplo Hosi Výhřevnost Hoii
[kJ.m-3] [kWh.m-3] [kJ.m-3] [kWh.m-3]
Metan CH4 38 819 11,058 35 883 9,965
Etan C2H6 70 293 19,520 64 345 17,869
Propan C3H8 101 242 28,115 93 215 25,886
n - Butan C4H1O 134 061 37,229 123 810 34,382
Pentan C5H12 169 190 46,984 156 560 43,477
Tab. 7

V tab. 8 jsou uvedeny hodnoty spalných tepel Hs tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu při 0°C a 15°C, 101 325 Pa.

Zemní plyn Hos H15s
[kJ.m-3] [kWh.m-3] [kJ.m-3] [kWh.m-3]
Tranzitní 39 794 11,054 37 724 10,478
Norský 43 823 12,173 41 542 11,539
Alžírský 45 169 12,547 42 818 11,894
Holandský 35 094 9,748 33 267 9,241
Tab. 8

V tab. 9 jsou uvedeny hodnoty výhřevností Hi tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu při 0°C a 15°C, 101 325 Pa.

Zemní plyn Hoi H15i
[kJ.m-3] [kWh.m-3] [kJ.m-3] [kWh.m-3]
Tranzitní 35 870 9,964 34 003 9,445
Norský 39 653 11,015 37 589 10,441
Alžírský 40 840 11,344 38 714 10,754
Holandský 31 669 8,797 30 020 8,339
Tab. 9

Wobbeho čísla zemních plynů

Wobbeho číslo Ws je základním kriteriem záměnnosti zemních plynů a vyjadřuje podmínku zachování tepelného příkonu spotřebiče při změně spalovacích vlastností zemního plynu.

Wobbeho číslo formuloval G. Wobbe r. 1926 ve tvaru:


Hs - spalné teplo zemního plynu (tab. 8)    [kJ.m-3], [kWh.m-3]
d - poměrná hustota zemního plynu (tab. 3)    [-]

Rozšířené Wobbeho číslo Wrs zahrnuje do podmínky zachování příkonu i změnu tlaku zemního plynu:

Rozšířené Wobbeho číslo Wrs vyjadřuje možnost korekce rozdílných Wobbeho čísel zaměňovaných zemních plynů změnou jejich tlaku:

Δ p1 - přetlak původního zemního plynu     [Pa]
Δ p2 - přetlak nového zemního plynu     [Pa]
W1 - Wobbeho číslo původního zemního plynu     [kJ.m-3], [kWh.m-3]
W2 - Wobbeho číslo nového zemního plynu     [kJ.m-3], [kWh.m-3]

Korekci Wobbeho čísel změnou tlaku při záměně zemních plynů je možno použít pouze u zemních plynů s blízkými Wobbeho čísly.

V tab. 10 jsou uvedeny hodnoty Wobbeho čísel Ws tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu při 0°C a 15°C, 101 325 Pa.

Zemní plyn Wos W15s
[kJ.m-3] [kWh.m-3] [kJ.m-3] [kWh.m-3]
Tranzitní 52 958 14,71 50 201 13,94
Norský 54 177 15,05 51 357 14,27
Alžírský 56 242 15,62 53 314 14,81
Holandský 43 724 12,15 41 448 11,52
Tab. 10

Stechiometrické (teoretické) objemy kyslíku a spalovacího vzduchu

Stechiometrické objemy kyslíku VO2T a spalovacího vzduchu VVT jsou teoretické objemy, potřebné pro úplné spálení jednoho m3 (0°C, 101 325 Pa) zemního plynu.

Stechiometrický objem kyslíku se stanoví z rovnice:

VO2i - teoretické objemy kyslíku, potřebné pro úplné spálení 1 m3 jednotlivých hořlavých složek zemního plynu     [m3.m-3] (tab. 12)
ri - procentuální objemové podíly jednotlivých hořlavých složek zemního plynu     [%] (tab. 1)

Stechiometrický objem spalovacího vzduchu se stanoví z rovnice:

VVi - teoretické objemy spalovacího vzduchu, potřebné pro úplné spálení 1 m3 jednotlivých hořlavých složek zemního plynu     [m3.m-3]

Stechiometrický objem spalovacího vzduchu je možno rovněž stanovit ze stechiometrického objemu kyslíku podle rovnice:

Hodnota 0,2095 představuje objemový podíl kyslíku ve vzduchu (tab. 11).
V tab. 11 je uvedeno složení suchého vzduchu.

Kyslík O2 20,95 %
Dusík N2 78,03 %
Argon A 0,94 %
Oxid uhličitý CO2 0,03 %
Vodík H2 0,01 %
Tab. 11

Ve vzduchu jsou dále obsaženy stopy vzácných plynů (neon, krypton, helium aj.)

V tab. 12 jsou uvedeny reálné hodnoty stechiometrických objemů kyslíku VO2i a vzduchu Vvi jednotlivých hořlavých složek zemních plynů, při 0°C a 101 325 Pa.

Složení zemního plynu Stechiometrický
objem kyslíku Vo2i
[m3.m-3]
Stechiometrický
objem vzduchu Vvi
[m3.m-3]
Metan CH4 2,003 9,561
Etan C2H6 3,532 16,859
Propan C3H8 5,104 24,372
n - Butan C4H1O 6,782 32,372
Pentan C5H12 8,574 40,926
Tab. 12

V tab. 13 jsou uvedeny hodnoty stechiometrických objemů kyslíku VO2T a spalovacího vzduchu VVT tranzitního, norského, alžírského a holandského plynu, při 0°C, 101 325 Pa.

Zemní plyn VO2T
[m3.m-3]
VVT
[m3.m-3]
Tranzitní 2,003 9,555
Norský 2,205 10,523
Alžírský 2,279 10,847
Holandský 1,766 8,426
Tab. 13

Stechiometrické (teoretické) objemy spalin

Stechiometrický objem vlhkých spalin VvST je teoretický objem spalin, který vznikne při úplném spálení 1 m3 (0°C, 101 325 Pa) zemního plynu se suchým spalovacím vzduchem.

Stechiometrický objem suchých spalin VsST je součtem teoretických objemů oxidu uhličitého VCO2 a dusíku VN2, které vzniknou při úplném spálení 1 m3 (0°C, 101 325 Pa) zemního plynu se suchým spalovacím vzduchem.

Stechiometrický objem vlhkých spalin zemního plynu VvST se stanoví z rovnice:

Stechiometrický objem suchých spalin zemního plynu VsST se stanoví z rovnice:

V tab. 14 jsou uvedeny hodnoty reálných stechiometrických objemů oxidu uhličitého VCO2i, dusíku VN2i, vodní páry VH2Oi, suchých spalin VsSTi a vlhkých spalin VvSTi jednotlivých hořlavých složek zemních plynů, při 0°C a 101 325 Pa.

Složka zemního plynu VCO2i VN2i VH2Oi VsSTi VvSTi
[m3.m-3]
Metan CH4 0,998 7,554 1,914 8,552 10,466
Etan C2H6 2,011 13,322 2,894 15,333 18,227
Propan C3H8 3,053 19,259 3,862 22,312 26,216
n - Butan C4H10 4,159 25,580 4,978 29,739 34,726
Pentan C5H12 5,339 32,34O 6,147 37,679 43,826
Tab. 14

V tab. 15 jsou uvedeny hodnoty reálných stechiometrických objemů oxidu uhličitého VCO2, dusíku VN2, vodní páry VH2O, vlhkých spalin VvST a suchých spalin VsST tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu, při 0°C a 101 325 Pa.

Zemní plyn VCO2 VN2 VH2O VvST VsST
[m3.m-3]
Tranzitní 1,0037 7,5578 1,9074 10,4689 8,5615
Norský 1,140 8,324 2,027 11,491 9,464
Alžírský 1,181 8,574 2,083 11,838 9,755
Holandský 0,901 6,804 1,675 9,380 7,705
Tab. 15

Maximální obsah oxidu uhličitého

Maximální obsah oxidu uhličitého ve spalinách zemního plynu CO2max je procentuální objemový podíl oxidu uhličitého v suchých spalinách při stechiometrickém spalování.

Maximální obsah oxidu uhličitého ve spalinách zemních plynů CO2max se stanoví z rovnice:

VCO2 - stechiometrický objem oxidu uhličitého, který vznikne při úplném spálení 1 m3 zemního plynu (tab. 15)    [m3.m-3]
VsST - stechiometrický objem suchých spalin, který vznikne při úplném spálení 1 m3 zemního plynu (tab. 15)    [m3.m-3]

V tab. 16 jsou uvedeny hodnoty maximálních objemů oxidu uhličitého tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu.

Zemní plyn CO2max
[%]
Tranzitní 11,723
Norský 12,O46
Alžírský 12,1O7
Holandský 11,694
Tab. 16

Násobek stechiometrického objemu spalovacího vzduchu

Násobek stechiometrického objemu spalovacího vzduchu n je poměr skutečného a stechiometrického objemu spalovacího vzduchu:

Násobek stechiometrického objemu spalovacího vzduchu může mít tyto hodnoty:
n > 1 (podmínka úplného spalování)
n = 1 (stechiometrické spalování)
n < 1 (neúplné spalování)

Hodnota (n-1) se nazývá přebytek spalovacího vzduchu (pokud je n > 1) nebo nedostatek spalovacího vzduchu (pokud je n < 1) a vyjadřuje se obvykle v procentech.

Skutečný objem spalovacího vzduchu Vv je množství spalovacího vzduchu potřebné pro spálení 1 m3 zemního plynu v plynových spotřebičích.

Skutečný objem spalin Vs je objem spalin, který vznikne při spálení 1 m3 zemního plynu v plynových spotřebičích.

Skutečný objem spalovacího vzduchu se stanoví z rovnice:


VVT - stechiometrický objem spalovacího vzduchu     [m3.m-3] (tab. 13)

Skutečný objem vlhkých spalin, vzniklý spálením 1 m3 (101 325 Pa, 0°C) zemního plynu s násobkem stechiometrického objemu spalovacího vzduchu n > 1 pak tedy je:

VVT - stechiometrický objem vzduchu     [m3.m-3] (tab. 13)
VvST - stechiometrický objem vlhkých spalin (tab. 15)     [m3.m-3]

V tab. 17 jsou uvedeny hodnoty skutečných objemů spalovacího vzduchu VvT tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu, v závislosti na násobku stechiometrického objemu spalovacího vzduchu n, při 0°C a 101 325 Pa.

Zemní plyn Skutečné objemy spalovacího vzduchu Vv [m3.m-3]
při násobku stech. objemu spal. vzduchu n
1,0 1,05 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 2,0
Tranzitní 9,555 10,03 10,51 11,47 12,42 13,38 14,33 19,11
Norský 10,523 11,05 11,57 12,63 13,68 14,73 15,78 21,05
Alžírský 10,847 11,39 11,93 13,02 14,10 15,18 16,27 21,69
Holandský 8,426 8,85 9,27 10,11 10,95 11,80 12,64 16,85
Tab. 17

V tab. 18 jsou uvedeny hodnoty skutečných objemů vlhkých spalin Vvs tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu, v závislosti na násobku stechiometrického objemu spalovacího vzduchu n, při 0°C a 101 325 Pa.

Zemní plyn Skutečné objemy spalovacího vzduchu Vvs [m3.m-3]
při násobku stech. objemu spal. vzduchu n
1,0 1,05 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 2,0
Tranzitní 10,47 10,95 11,42 12,38 13,34 14,29 15,25 20,02
Norský 11,49 12,02 12,54 13,59 14,64 15,70 16,75 22,01
Alžírský 11,84 12,36 12,89 13,95 15,00 16,05 17,11 22,39
Holandský 9,38 9,80 10,22 11,06 11,90 12,75 13,59 17,81
Tab. 18

Stanovení násobku stechiometrického objemu spalovacího vzduchu z rozboru spalin

Násobek stechiometrického objemu spalovacího vzduchu n se stanoví z obsahů oxidu uhličitého CO2, kyslíku O2, oxidu uhelnatého CO, zjištěných rozborem spalin, dále z hodnot stechiometrických objemů suchých spalin VsST a spalovacího vzduchu VVT a z hodnoty maximálního obsahu oxidu uhličitého CO2max.

Násobek stechiometrického objemu spalovacího vzduchu se stanoví z rovnice:

Pokud spaliny obsahují vedle oxidu uhličitého i oxid uhelnatý, stanoví se násobek stechiometrického objemu spalovacího vzduchu z rovnice:

Z obsahu O2 ve spalinách, zjištěného rozborem, se stanoví násobek stechiometrického objemu vzduchu podle rovnice:

V rovnicích 17 až 19 značí:

CO2max maximální obsah oxidu uhličitého ve spalinách (tab. 16) [%]
CO2 obsah oxidu uhličitého ve spalinách, zjištěný rozborem [%]
CO obsah oxidu uhelnatého ve spalinách, zjištěný rozborem [%]
O2 obsah kyslíku ve spalinách, zjištěný rozborem [%]
VsST stechiometrický objem suchých spalin (tab. 15) [m3.m-3]
VVT stechiometrický objem vzduchu (tab. 13) [m3.m-3]

 

Hodnotit:  

Datum: 30.4.2004
Autor: Ing. Josef Fík



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (1 příspěvek, poslední 16.02.2010 13:39)


Projekty 2017

Partneři - Vytápíme plynem

logo BAXI
logo THERMONA
logo PROTHERM
logo JUNKERS
logo ENBRA

Partneři - Vytápění

logo THERMONA
logo FENIX
logo GEMINOX
logo ENBRA
logo DANFOSS
logo FV PLAST
 
 

Aktuální články na ESTAV.czKrálovéhradecký kraj dá v dodatečné výzvě na výměnu kotlů 20 mil. KčKdyž historie promluví do návrhu moderní vilyBarevné radiátory za cenu bílýchŠťavnatá jarní prémie na střešní okna FAKRO