Záměnnost zemních plynů III.

8. Experimentální ověření dovoleného rozsahu Wobbeho čísel u vybraných domácích spotřebičů

Zkušební plyny

Zkušební plyny byly připraveny v souladu s ČSN EN 437, s ohledem na specifické potřeby řešeného úkolu, t.j. stanovení rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel.

Parametry zkušebních plynů

Pro stanovení rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel byly zvoleny tyto plyny:

• ZP 1 - Norský zemní plyn
  W^o_s = 54,18 MJ.m^-3 (15,05 kWh.m^-3) - mezní zkušební plyn třídy H
• ZP 2 - Zemní plyn
  W^o_s = 53,94 MJ.m^-3 (14,98 kWh.m^-3)
• ZP 3 - G 20 (ČSN EN 437) - (tranzitní zemní plyn)
  W^o_s = 52,96 MJ.m^-3 (14,71 kWh.m^-3)
• ZP 4 - Zemní plyn
  W^o_s = 48,52 MJ.m^-3 (13,48 kWh.m^-3)
• ZP 5 - G 222 (ČSN EN 437) - mezní plyn pro prošlehnutí plamene
  W^o_s = 47,87 MJ.m^-3 (13,29 kWh.m^-3)
• ZP 6 - G 23 - (ČSN EN 437) mezní plyn pro utržení plamene
  W^o_s = 47,60 MJ.m^-3(13,22 kWh.m^-3)

Zkušební plyny byly v souladu s ČSN EN 437 připraveny z ruského zemního plynu tak, že výsledné Wobbeho číslo leží v rozmezí + - 2% hodnoty uvedené v ČSN EN 437 pro příslušný zkušební plyn. Pro zvýšení hodnoty Wobbeho čísla nad W^o_s = 52,96 MJ.m^-3 byl použit propan C₃H₈, pro snížení W^o_s pod tuto hodnotu, byl použit dusík N₂.

Zkušební plyny byly míchány v tlakových lahvích s přetlakem 7 MPa. Snížení přetlaku na hodnoty zkušebních tlaků bylo prováděno ve dvou stupních. Analýza zkušebních plynů byla prováděna plynovým chromatografem HEWLETT - PACKARD před zahájením a po skončení zkoušek.
Wobbeho čísla zkušebních plynů byla stanovena výpočtem ze složení plynů podle ISO 6976 s použitím programu MAG - HV.

Tlaky zkušebních plynů

V souladu s národní přílohou ČSN EN 437 byly při zkouškách spotřebičů použity tyto připojovací přetlaky zkušebních plynů:
Δp_jmen = 1,8 kPa
Δp_min = 1,5 kPa
Δp_max = 2,3 kPa

Pro zkoušky stability plamene spotřebičů při příkonu 0,5 P_jmen byl přetlak zkušebního plynu odečítán při průtoku 0,5 jmenovitého průtoku plynu.

Zkušební zařízení

Na obr. 5 je uvedeno schéma zapojení měřicích přístrojů při zkouškách sporáků.

Obr. 5

Zkoušky sporáků byly prováděny tak, že byly zkoušeny jednotlivé vařidlové a troubové hořáky samostatně. Zkušební nádoby a zařízení pro odběr spalin byly zhotoveny podle údajů a příloh obsažených v ČSN EN 30-1-1.

Příprava spotřebičů ke zkouškám

Při přípravě spotřebičů k experimentálnímu ověřování rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel se hlavním problémem stalo zajištění vzorků vybraných spotřebičů. Všechny vybrané spotřebiče se podařilo zajistit v původním provedení.

Před započetím zkoušek byla provedena kontrola úplnosti a původnosti funkčních částí spotřebičů. Spotřebiče byly vyčistěny a byla provedena kontrola průměrů plynových trysek, případně jejich úprava podle dokumentace.

Většina spotřebičů nebyla pro spalování tranzitního zemního plynu seřízena, zřejmě vlivem neodborných zásahů v průběhu užívání, případně i nekvalitním seřízením při přestavbě ze svítiplynu na zemní plyn. Tyto spotřebiče byly před započetím zkoušek seřízeny pro optimální spalování tranzitního zemního plynu. Cílem seřízení bylo uvedení spotřebičů do provozního stavu, pro který byly seřízeny ve výrobním závodě, případně do kterého měly být uvedeny při přestavbě ze svítiplynu na zemní plyn.

9. Průběh zkoušek

Po přípravě každého spotřebiče ke zkouškám a po jeho instalaci na zkušebním pracovišti byl připojen základní zkušební plyn G 20 (tranzitní zemní plyn) a provedeny zkoušky kvality spalování při jmenovitém výkonu hořáků a při polovičním výkonu hořáků. Zkouška na utržení plamene byla provedena se všemi zkušebními plyny při max. přetlaku plynu 2,3 kPa.

Zkouška na prošlehnutí plamene byla provedena se všemi zkušebními plyny při poloze regulačních orgánů hořáků "sporo" a při plynulém pomalém uzavření regulačních orgánů hořáků. Postupně byly spotřebiče stejným způsobem zkoušeny na všechny základní zkušební plyny.

10. Výsledky zkoušek jednotlivých spotřebičů

V tab. 2 jsou pro jednotlivé zkoušené spotřebiče uvedeny hodnoty obsahu oxidu uhelnatého CO a výsledky experimentálního ověření stability plamene, bezpečnosti zapalování a šíření plamene podle kritérií norem ČSN EN 30-1-1, ČSN EN 26 a ČSN 061412.

Sporák Mora 256 nevyhověl podmínkám stability plamene při zkoušce se zkušebním plynem ZP 6 s Wobbeho číslem W^o_s = 47,60 MJ.m^-3. Při této zkoušce došlo k utržení plamenů vařidových hořáků při jmenovitém přetlaku plynu 1,8 kPa a při maximálním přetlaku plynu 2,3 kPa.

Průtokový ohřívač vody MORA PO 35 splňuje podmínku záměnnosti zemních plynů pro zkušební plyny ZP 1, ZP 2, ZP 3, ZP 4 a ZP 5. Pro spalování zemního plynu ZP 6 průtokový ohřívač MORA PO 35 nevyhovuje (utrhávání plamene zapalovacího hořáčku).

11. Závěr

a) Na základě výsledků experimentálního ověření rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel pro plynové spotřebiče, které jsou v současné době používány v domácnostech v ČR, je možno v těchto spotřebičích bez jakékoliv jejich úpravy spalovat zemní plyny s tímto rozsahem Wobbeho čísel:
W^o_{s min} = 48,2 MJ.m^-3, t.j. 13,39 kWh.m^-3 (0°C, 101 325 Pa)
W^o_{s max} = 55,0 MJ.m^-3, t.j. 15,28 kWh.m^-3 (0°C, 101 325 Pa)

b) V diagramu na obr. 6 je znázorněn obrazec záměnnosti zemních plynů stanovený z výsledků experimentálního ověření rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel pro domácí plynové spotřebiče. Obrazec záměnnosti je v horní části ohraničen přímkou odpovídající hodnotě Wobbeho čísla W^o_{s max} = 55,0 MJ.m^-3 a v dolní částí přímkou odpovídající hodnotě Wobbeho čísla W^o_{s min} = 48,2 MJ.m^-3.

V levé části diagramu je obrazec záměnnosti ohraničen svislou přímkou odpovídající hodnotě poměrné hustoty zemního plynu d = 0,55 a v pravé části přímkou odpovídající hodnotě d = 0,7. Tyto hodnoty jsou zvoleny proto, že plyny s poměrnými hustotami menšími než d = 0,55 a většími než d = 0,7 nejsou již reálné zemní plyny přicházející v úvahu pro spalování v domácích spotřebičích používaných v ČR.

V souřadnicích H^o_s - d je v diagramu záměnnosti vyznačena poloha tranzitního, norského, alžírského a holandského zemního plynu. Zemní plyny, které se nalézají uvnitř obrazce záměnnosti (tranzitní zemní plyn, norský zemní plyn), jsou vhodné pro bezpečné a hospodárné spalování ve spotřebičích, které jsou v současné době používány v domácnostech v ČR.

Obr. 6

c) Rozsah dovolených hodnot Wobbeho čísel zemních plynů, uvedený v bodu a) a znázorněný v diagramu záměnnosti (obr. 6), je platný pouze pro spotřebiče, které jsou v dobrém technickém stavu a které jsou seřízeny pro optimální provoz s tranzitním zemním plynem. V současné době neexistuje v ČR legislativní opatření určující povinnost uživatelů udržovat spotřebiče v dobrém technickém stavu, seřízené pro spalovaný plyn. Při revizi domovních plynovodů se kontroly stavu a funkce spotřebičů obvykle neprovádějí.

d) Spotřebiči, které limitují možnost spalování zemních plynů s Wobbeho čísly nižšími než je spodní hranice v obrazci záměnnosti (W^o_s = 48,2 MJ.m^-3), jsou sporák MORA 256 a průtokový ohřívač vody MORA PO 35. Spotřebiči, které omezují možnost spalování zemních plynů s Wobbeho čísly vyššími než je horní hranice obrazce záměnnosti (W^o_s = 55 MJ.m^-3), jsou topidla WAW a Gamat (tab. 2).

Tyto spotřebiče jsou však dosud v českých domácnostech používány, i když zřejmě v řádově menších počtech, než ostatní, novější typy sporáků, průtokových ohřívačů a topidel.

Použité předpisy

1. ČSN EN 437 - Zkušební plyny, zkušební přetlaky, kategorie spotřebičů
2. ČSN EN 30-1-1 - Varné spotřebiče na plynná paliva pro domácnost
3. ČSN EN 26 - Průtokové ohřívače vody s atmosférickými hořáky na plynná paliva pro ohřev užitkové (pitné) vody
4. ČSN 061412 - Konvekční kamna na plynná paliva s atmosférickým hořákem a zapalovacím hořákem s nepřerušovanou činností
5. ISO 6976 - Natural gas - Calculation of calorific values density, relative density and Wobbe index from composition
6. DVGW - Arbeitsblatt G 260, Teil 1, Teil 2
7. ČSN 385543 - Záměnnost topných plynů. Delbourgova metoda