(72)

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1572

(73)

8. PREDNÁŠKADETSKEJ UNIVERZITY V DIVADLE ARÉNA

Prečo plynhorí?

Augustín Varga

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1573

(74)

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1574

(75)

Prof. Ing.Augustín Varga, CSc.(1954)

V roku 1979 vyštudovalHutnícku fakultu TU v Koši−ciach, špecializáciu plyná−renstvo. Od roku 1992 jevedúci Katedry pecí a tep−lotechniky na Hutníckej fa−kulte TU v Košiciach, v roku2001 sa stal profesoromv odbore tepelná energeti−ka. Je autorom a spoluau−torom dvoch monografiía vyše sto vedeckých publi−kácií v zahraničných a do−mácich odborných časopi−soch a v zborníkoch z kon−ferencií. Je vedúcim riešiteľ−ského kolektívu niekoľkýchvedeckých projektov VEGAa spoluriešiteľ dvoch medzi−národných projektov.

Oheň fascinoval človeka od nepamäti. Už v pravekuho používal na zohriatie od zimy a prípravu jedla.Spočiatku získaval oheň, keď blesk udrel do stromua ten sa zapálil. Veľmi dôležité však bolo udržiavanieohňa pomocou konárov stromov. Tu kdesi sú začiatkypoužívania palív, hoci si to vtedy človek ešteneuvedomoval. Ako sa postupne ľudská spoločnosťvyvíjala, rástli aj požiadavky na ovládanie ohňaa jeho využívanie. Oheň sa okrem vykurovaniaa varenia začal používať aj pri výrobe železa aleboskla. Ako palivo sa najskôr používalo drevo, potomdrevné uhlie a neskôr hnedé a čierne uhlie.V posledných storočiach sa pridali kvapalné a plynnépalivá. Tie posledné sú najvhodnejšie na ovládanieplameňa.

Vykurovací plynPalivo je látka, ktorá pri horení uvoľňuje veľké množstvotepla. Vznikajúce teplo sa dá využiť na varenie, ohrev,vykurovanie a iné účely. Skôr, ako si odpovieme na otázku:Prečo plyn horí?, je potrebné zistiť, či horí každý plyn.Odpoveď je nie, lebo podobne ako tuhé a kvapalné látkyhoria len niektoré, tak aj plyny horia len tie, ktoréobsahujú tzv. horľavé zložky. Ak tieto horľavé plynypoužívame ako palivo, voláme ich vykurovacie plyny.Vykurovacie plyny možno rozdeliť podľa pôvodu, toznamená podľa spôsobu, ako vznikli, na prírodné (zemnýplyn) a umelé (svietiplyn, vysokopecný plyn, koksárenskýplyn). Na hodnotenie paliva z hľadiska horenia sapoužívajú veličiny spaľovacie teplo alebo výhrevnosť. Dajúsa dobre a presne merať v zariadeniach, ktoré volámekalorimetre. Tieto veličiny udávajú, aké veľké množstvotepla sa uvoľní pri horení z rovnakého množstva plynu,napríklad z jedného kilogramu. Na základe toho viemepovedať, aký kvalitný je plyn a či je vhodný na horenie.

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1575

(76)

Vykurovacie plyny rozdeľujeme podľa výhrevnostina nízkovýhrevné, stredne výhrevné (svietiplyn...)a vysokovýhrevné (zemný plyn, propán−bután...).

Prečo a ako plyn horí?Skúmať, prečo palivo, teda aj plyn horí, začali vedciaž začiatkom 17. storočia. Spočiatku si mysleli,že podstatou ohňa je látka, ktorej prítomnosť v palivespôsobuje ich horľavosť, a pri horení táto látka z palivauniká. Predstaviteľ tejto teórie bol Georg Ernest Stahl. Predasi 230 rokmi sformuloval Antoine Lawrent Lavoisier novúteóriu o horení, ktorej základné myšlienky platia stále:pri horení horiace teleso nestráca nijakú súčasť, naopak,z atmosféry k nemu pristupuje kyslík, ktorý zväčšuje jehohmotnosť, k horeniu nemôže dôjsť bez kyslíka, oxid uhličitý(CO2) je zlúčeninou kyslíka a uhlíka. Na princípoch tejtoteórie definujeme proces spaľovania (horenia) ajv súčasnosti. Dnes však už máme o procese horenia viacpoznatkov. Proces horenia, to znamená aj horenie plynu,

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1576

(77)

je chemická reakcia medzi horľavinou paliva a kyslíkom,pričom sa uvoľňuje teplo a vznikajú produkty spaľovania,ktoré nazývame spaliny. Keďže vo vzduchu sa nachádza21 percent kyslíka a 79 percent dusíka, je najlacnejšímzdrojom kyslíka na horenie paliva. Aby horenie plynumohlo prebiehať, množstvo plynu v zmesi so vzduchomsa musí nachádzať vo vhodnom pomere. Maximálnemnožstvo plynu v zmesi plyn – vzduch označujeme akohorná medza zápalnosti, minimálne množstvo plynuv zmesi plyn – vzduch označujeme ako dolná medzazápalnosti. Aby plyn horel, množstvo plynu vo vzduchu samusí nachádzať medzi týmito hranicami. Zmes, ktorá horí,alebo zmes, ktorú chceme spaľovať, musí mať vyššiuteplotu, ako je takzvaná zápalná teplota. Je to najnižšiateplota, pri ktorej horenie prebieha samovoľne. Musí byťtiež zabezpečená rovnováha medzi prívodom horľavejzmesi a rýchlosťou horenia, ktorú nazývame spaľovacourýchlosťou. Samotné horenie prebieha vo vrstveoddeľujúcej horľavú zmes (plyn, vzduch) od produktov

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1577

(78)

horenia, teda spalín. Túto vrstvu voláme front plameňa.Vo fronte plameňa prebiehajú chemické reakcie, uvoľňujesa teplo z paliva a dosahujú sa najvyššie teploty.Zariadenie, v ktorom plyn horí, voláme horák. Aby horeniepaliva bolo plynulé, musíme zabezpečiť stály prívod plynudo horáka a odvod spalín. Musí byť zabezpečená ajrovnováha medzi prívodom horľavej zmesi a rýchlosťouhorenia, lebo ak je porušená, dochádza k odtrhnutiuplameňa alebo k prešľahnutiu plameňa, plameň zhasnea hrozí výbuch plynu. K výbuchu plynu môže dôjsť nielenpri horení, ale aj pri úniku plynu z rozvodov plynu. Ak plynuniká do uzavretých priestorov, a tam sa vytvorí výbušnázmes plynu a vzduchu, stačí škrtnutie zápalky alebo iskraa dochádza k výbuchu. Pri používaní plynových spotrebičovje preto potrebné overiť ich tesnosť a zabezpečiťvetrateľnosť priestorov (zabezpečiť prívod spaľovacieho

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1578

(79)

vzduchu). V prípade, že dochádza k úniku plynu, jepotrebné zhasnúť všetky plamene, otvoriť všetky oknáa dvere, uzavrieť všetky prívody plynu a samozrejmenepoužívať zápalky, zapaľovače, elektrické spínače,elektrické spotrebiče ani výťahy. O tom, či horenie plynuv spotrebiči prebieha správne, sa môžeme presvedčiťmeraním, pomocou analyzátorov spalín, alebo môžemehorenie posúdiť na základe farby plameňa. Ak je farbaplameňa žlto−zelená, horenie prebieha nesprávne.Vznikajú nežiaduce produkty horenia, lebo pri horenímáme málo kyslíka. Je potrebné pridať vzduch. Ak jeplameň modrý, horenie prebieha správne. Pri fialovo−modrej farbe plameňa prebieha horenie so zbytočneveľkým množstvom vzduchu. Je potrebné vzduch ubrať.

Od svietiplynu k zemnému plynuStarí Číňania už pred tritisíc rokmi dokázali ťažiť zemnýplyn z hĺbky až dvesto metrov a rozvádzať ho bambusovýmpotrubím do solivarov, sušiarní a svojich príbytkov, kde nímkúrili a svietili. Novodobá história plynárenstva je všakspojená so svietiplynom, ktorý sa vyrábal spracovanímčierneho uhlia na účely osvetlenia od začiatku 19. storočia.Pokusy s výrobou umelého plynu z uhlia, dreva a inýchhorľavých látok sa robili od polovice 17. storočia. Rozvojpriemyselnej výroby svietiplynu v devätnástomaž dvadsiatom storočí odsunul využívanie zemného plynuna dlhé roky na vedľajšiu koľaj. Novodobá históriazískavania a využívania zemného plynu má skromnézačiatky až v druhej polovici 18. storočia, keď sa začalna osvetlenie používať plyn z baní. Až objavenievýznamných ložísk zemného plynu v Európe – bývalomSovietskom zväze – a v oblasti Perzského zálivu viedlok rozmachu využívania zemného plynu, ktorý postupnevytlačil svietiplyn. Na území Slovenska zasvietila prvá

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1579

(80)

pouličná lampa v Bratislave pred takmer 150 rokmi (roku1856). O niekoľko rokov neskôr (roku 1869) bolapostavená plynáreň v Košiciach. V roku 1978 sana Slovensku skončila doba svietiplynu. Posledným mestomna Slovensku, ktoré prešlo zo svietiplynu na zemný plyn,boli Košice. Na Slovensku sa z vykurovacích plynov používazemný plyn a propán−bután v oblastiach, do ktorých nie jeprivedený zemný plyn. Zemný plyn je bez farby, zápachua nie je jedovatý. Ťaží sa v Rusku, Nórsku a Perzskomzálive. Na Slovensku sa zemný plyn ťaží na východnomSlovensku okolo Michaloviec. Do miest spotreby sa plynprepravuje sústavou plynovodov. Tranzitné spájajújednotlivé krajiny, diaľkové spájajú mestá v jednotlivýchkrajinách, miestne sú rozvody plynu v mestách a obciach,domové alebo priemyselné plynovody sú rozvody plynuv domoch, bytoch, prípadne závodoch. Na tranzitnýchplynovodoch sa nachádzajú kompresorové stanice. Slúžiana zvýšenie tlaku plynu, ktorý má zabezpečiť prepravupožadovaného množstva plynu do veľkých vzdialeností.

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1580

(81)

Pri úniku plynu je potrebné:• zhasnúť všetky plamene• otvoriť všetky okná a dvere• uzavrieť všetky prívody plynu• nepoužívať zápalky, zapaľovače, elektrické spínače,

elektrické spotrebiče a výťahy

Ak je farba plameňa:• žlto−zelená – horenie prebieha nesprávne, vznikajú

nežiaduce produkty horenia, lebo pri horení máme málokyslíka – treba pridať vzduch

• modrá – horenie prebieha správne• fialovo−modrá – horenie prebieha so zbytočne veľkým

množstvom vzduchu – treba ubrať vzduch

Pri prechode z jedného typu plynovodov na druhý typ(z tranzitných na diaľkové; z diaľkových na miestne) súumiestnené regulačné stanice, ktoré upravujú tlakna požadovanú hodnotu. Na niektorých regulačnýchstaniciach sa do plynu pridáva látka, ktorá spôsobujev plyne charakteristický zápach. Nazýva sa odorant.K spotrebiteľom prichádza plyn už po odorizácii,preto jeho prípadný únik sprevádza charakteristickýzápach.

DUK 2005c.p65 22.11.2005, 12:1581