Zemní plyn - spalné teplo a další vlastnosti

Spalné teplo a výhřevnost zemního plynu

Spalné teplo zemního plynu H_s (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, zkondenzuje do kapalného stavu.
Toto množství tepelné energie lze využít jako základní velikost veličiny pojmenované objemová energetická hustota, který je používán pro srovnávací výpočty prostorových nároků na uskladnění energie.

Výhřevnost zemního plynu H_i (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 zemního plynu se stanoví výpočtem z konkrétního složení zemního plynu podle rovnice:

Výhřevnost zemního plynu se stanoví výpočtem z konkétního složení zemního plynu podle rovnice:

H^o_si - spalné teplo složky zemního plynu       [kJ.m^-3], [kWh.m^-3]
H^o_ii - výhřevnost složky zemního plynu       [kJ.m^-3], [kWh.m^-3]
r_i - procentuální objemový podíl složky zemního plynu (tab. 1)      [%]

V tab. 7 jsou uvedeny hodnoty spalných tepel H^o_si a výhřevností H^o_ii hořlavých složek zemních plynů při 0°C a 101 325 Pa.

V tab. 8 jsou uvedeny hodnoty spalných tepel H_s tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu při 0°C a 15°C, 101 325 Pa. Tyto hodnoty jsou současně objemovou energetickou hustotou zemního plynu za daných podmínek

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

Wobbeho číslo zemního plynu

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

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

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

Rozšířené Wobbeho číslo W^r_s zahrnuje do podmínky zachování příkonu i změnu tlaku zemního plynu:

Rozšířené Wobbeho číslo W^r_s 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 W_s tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu při 0°C a 15°C, 101 325 Pa.

Stechiometrické (teoretické) objemy kyslíku a spalovacího vzduchu

Stechiometrické objemy kyslíku V_O2T a spalovacího vzduchu V_VT jsou teoretické objemy, potřebné pro úplné spálení jednoho m³ (0°C, 101 325 Pa) zemního plynu.

Stechiometrický objem kyslíku se stanoví z rovnice:

V_O2i - teoretické objemy kyslíku, potřebné pro úplné spálení 1 m³ jednotlivých hořlavých složek zemního plynu     [m³.m^-3] (tab. 12)
r_i - procentuální objemové podíly jednotlivých hořlavých složek zemního plynu     [%] (tab. 1)

Stechiometrický objem spalovacího vzduchu se stanoví z rovnice:

V_Vi - 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.

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

V tab. 12 jsou uvedeny reálné hodnoty stechiometrických objemů kyslíku V_O2i a vzduchu V_vi jednotlivých hořlavých složek zemních plynů, při 0°C a 101 325 Pa.

V tab. 13 jsou uvedeny hodnoty stechiometrických objemů kyslíku V_O2T a spalovacího vzduchu V_VT tranzitního, norského, alžírského a holandského plynu, při 0°C, 101 325 Pa.

Stechiometrický (teoretický) objem spalin

Stechiometrický objem vlhkých spalin V^v_ST 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 V^s_ST je součtem teoretických objemů oxidu uhličitého V_CO2 a dusíku V_N2, které vzniknou při úplném spálení 1 m³ (0°C, 101 325 Pa) zemního plynu se suchým spalovacím vzduchem.

Stechiometrický objem vlhkých spalin zemního plynu V^v_ST se stanoví z rovnice:

Stechiometrický objem suchých spalin zemního plynu V^s_ST se stanoví z rovnice:

V tab. 14 jsou uvedeny hodnoty reálných stechiometrických objemů oxidu uhličitého V_CO2i, dusíku V_N2i, vodní páry V_H2Oi, suchých spalin V^s_STi a vlhkých spalin V^v_STi jednotlivých hořlavých složek zemních plynů, při 0°C a 101 325 Pa.

V tab. 15 jsou uvedeny hodnoty reálných stechiometrických objemů oxidu uhličitého V_CO2, dusíku V_N2, vodní páry V_H2O, vlhkých spalin V^v_ST a suchých spalin V^s_ST tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu, při 0°C a 101 325 Pa.

Maximální obsah oxidu uhličitého

Maximální obsah oxidu uhličitého ve spalinách zemního plynu CO_2max je procentuální objemový podíl oxidu uhličitého v suchých spalinách při stechiometrickém spalování.

Maximální obsah oxidu uhličitého ve spalinách zemních plynů CO_2max se stanoví z rovnice:

V_CO2 - stechiometrický objem oxidu uhličitého, který vznikne při úplném spálení 1 m³ zemního plynu (tab. 15)    [m³.m^-3]
V^s_ST - 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.

Přebytek nebo nedostatek 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)

Pokud je hodnota n > 1, pak se tento stav nazývá přebytek spalovacího vzduchu a pokud je pokud je n < 1, tak nedostatek spalovacího vzduchu a hodnota n se vyjadřuje obvykle v procentech.

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

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

Skutečný objem spalovacího vzduchu se stanoví z rovnice:


V_VT - 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:

V_VT - stechiometrický objem vzduchu     [m³.m^-3] (tab. 13)
V^v_ST - stechiometrický objem vlhkých spalin (tab. 15)     [m³.m^-3]

V tab. 17 jsou uvedeny hodnoty skutečných objemů spalovacího vzduchu V_vT tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu, v závislosti na násobku stechiometrického objemu spalovacího vzduchu n v rozmezí 1 až 2, při 0°C a 101 325 Pa.

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

Stanovení přebytku nebo nedostaku 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 V^s_ST a spalovacího vzduchu V_VT a z hodnoty maximálního obsahu oxidu uhličitého CO_2max.

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: