Kondenzační kotel pro každého (II)

Datum: 8.2.2002  |  Autor: Ing. Vladimír Valenta

Jak probíhá spalování a kondenzace spalin i jaké jsou podmínky dokonalejšího využití energetického obsahu plynu se dozvíte v dalším dílu pátečního seriálu.

Jak probíhá spalování a kondenzace spalin?

Spalování zemního plynu
Zemní plyn dodávaný v ČR sítí Transgas obsahuje 98,4 % metanu CH4. Proto můžeme považovat spalování zemního plynu za totožné se spalováním metanu. Spalování probíhá podle tohoto stechiometrického vztahu:

CH4 + 2 O2 + (N2) = CO2 + 2 H2O + (N2).

Pro spálení 1 m3 CH4 jsou zapotřebí 2 m3 kyslíku O2. Spálením vznikne 1 m3 oxidu uhličitého CO2 a 2 m3 vlhkosti ve formě vodní páry H2O. Protože kyslík pro spalování je do kotlů dodáván jako součást vzduchu, musíme do bilance započítat i další složku vzduchu, kterou tvoří dusík N2. Kyslíku je ve vzduchu přibližně 21 %, dusíku 78 % celkového objemu. Na 2 m3 kyslíku O2 připadá přibližně 8 m3 N2.

Pokud provedeme hmotnostní bilanci [kg], dostaneme:

0,72 + 2,86 + 10 = 1,98 + 1,60 + 10 = 13,58
1 + 3,97 + 13,89 = 2,75 + 2,22 + 13,89 = 18,86.

Bilance byla vytvořena vynásobením objemů hustotou složek při teplotě 0 oC a tlaku 101,3 kPa pro 1 m3 CH4 (první řádek) a pro 1 kg CH4 (druhý řádek). Z uvedených bilancí vyplývají následující závěry.

Pro spálení 1 m3 CH4 je zapotřebí (2 + 8) = 10 m3 vzduchu. Spálením vznikne 1 m3 CO2 a 2 m3 vlhkosti. Objem suchých spalin je 1 + 8 = 9 m3, objem vlhkých spalin je 11 m3. Vše při teplotě 0 °C a tlaku 101,3 kPa.

Pro spálení 1 kg CH4 je zapotřebí 3,97 + 13,89 = 17,86 kg vzduchu. Spálením vznikne 2,75 kg CO2 a 2,22 kg vlhkosti. Hmotnost suchých spalin je 2,75 + 13,89 = 16,64 kg, hmotnost vlhkých spalin je 18,86 kg.

Měrná vlhkost spalin = 2,22 / (2,75 + 13,89) = 0,133 kg / kg teoretických suchých spalin (dále jen kg.kg-1 t.s.s.).

Hustota suchých spalin = (1,98 + 10) / 9 = 1,33 kg.m-3, hustota mokrých spalin = 13,58/11, což je 1,23 kg.m.

Spalné teplo plynu je množství tepla, které se uvolní dokonalým spálením jednotkového množství plynu a stechiometrického množství kyslíku. Obě složky mají počáteční teplotu 25 °C. Spaliny se ochlazujíí opět na teplotu 25 °C. Často má tato referenční teplota hodnotu 15 °C.

Výhřevnost plynu je rovna spalnému teplu, zmenšenému o teplo uvolněné kondenzací vodní páry ze spalin.

Při teplotě 25 °C a při absolutním tlaku 101,3 kPa je hustota CH4 = 0,66 kg.m-3.
Spalné teplo = 39,82 MJ.m-3 = 55,31 MJ.kg-1 = 11,06 kWh.m-3 = 15,36 kWh.kg-1.
Výhřevnost = 35,88 MJ.m-3 = 49,83 MJ.kg-1 = 09,97 kWh.m-3 = 13,84 kWh.kg-1.
Rozdíly = 03,94 MJ.m-3 = 05,48 MJ.kg-1 = 01,09 kWh.m-3 = 01,52 kWh.kg-1.
Podíl 55,31 / 49,83 = 1,11.



Obr. 4.1 Schema toku tepla
Kondenzace vlhkosti ze spalin

Pokud se spaliny zemního plynu ochlazují pod teplotu rosného bodu, začne z vodní páry obsažené ve spalinách kondenzovat voda, kondenzát. Pokud se toto ochlazení děje v kotli, na jeho teplosměnných plochách, uvolňuje se latentní (jakési skryté) teplo, obsažené v plynu ve formě tepla skupenského (vypařovacího). Takto využité teplo se převádí oběhovou vodou do tepelné soustavy, čímž se zvyšuje využití energetického obsahu zemního plynu. Následně se zásadně sníží jeho spotřeba.

Představu o využití energetického obsahu zemního plynu si uděláme nejlépe podle schematu tepelného toku při spalování a kondenzaci (obr. 4.1). Plyn vstupuje do kotle s plným energetickým obsahem daným spalným teplem, které je o latentní teplo (11 %) vyšší než jeho výhřevnost. Po spálení plynu dochází ke ztrátám tepla, které odchází z kotle jednak spalinami, jednak sdílením tepla z povrchu kotle při jeho běhu i při pohotovostním (teplém) stavu. Při pohotovostním stavu dochází někdy i ke ztrátám uvnitř kotle nežádoucím prouděním vzduchu.

Pokud se spaluje zemní plyn v nízkoteplotním kotli, využívá se pouze teplo dané výhřevností snížené o uvedené ztráty. Účinnost je limitována hodnotou 94 %.

Při spalování zemního plynu v kondenzačním kotli, využívá se spalné teplo snížené o uvedené ztráty. Ty jsou však s ohledem na nízkou teplotu spalin podstatně nižší. Účinnost je potom limitována hodnotou 106 %.



Literatura:
1) Firemní literatura Viessmann Praha

 

Hodnotit:  

Datum: 8.2.2002
Autor: Ing. Vladimír Valenta   všechny články autora



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Projekty 2017

Partneři - Vytápíme plynem

logo THERMONA
logo JUNKERS
logo BAXI
logo PROTHERM
logo ENBRA

Partneři - Vytápění

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

Aktuální články na ESTAV.czPodzimní veletrh nábytku, interiérů a bytových doplňků FOR INTERIOR se blížíDen otevřených dveří v Národním stavebním centru v BrněRodinný dům s dílnou navrhli architekti, majitelka si jej ale přetváří vlastníma rukamaDesign plastových oken a nové trendy