S P A L O V Á N Í   P A L I V 

Spalování paliv je chemický proces, při kterém se slučují prvky obsažené v palivu s kyslíkem. Při tomto procesu se uvolňuje teplo. Kvalita spalování závisí na správném poměru paliva a kyslíku, na jejich promísení, dále na konstrukci a technickém stavu zařízení.

Fosilní paliva

Fosilní paliva jsou uhlovodíky obsahující v různém poměru uhlík C a vodík H. Kromě toho obsahují ještě další látky, např. síru S, různé nečistoty, případně vlhkost.

Vzduch obsahuje přibližně 78 % dusíku N, 21 % kyslíku O₂, 1 % vzácných plynů, dále nečistoty páry.

Uhlík C se může sloučit při dokonalém spalování na CO₂ - oxid uhličitý:
C + O₂ → CO₂

nebo při nedokonalém spalování na CO - oxid uhelnatý:
2C + O₂ → 2CO

Vodík H se slučuje s kyslíkem na vodní páru:
2H₂ + O₂ → 2H₂O

Síra S se slučuje na SO₂ - oxid siřičitý:
S + O₂ → SO₂

Dusík N přechází do kouřových plynů nebo se slučuje s kyslíkem na škodlivé oxidy, souhrnně nazývané NO_x.

Kouřové plyny

Kouřové plyny jsou tedy směsí vzdušného dusíku, zbytku kyslíku a produktů spalování hořlavin, tedy CO, CO₂, NO_x, vodních par a dalších složek. Je-li v palivu obsažena síra S, potom také SO₂. V případě nedokonalého spalování mohou také obsahovat zbytky nespáleného paliva, ale to je opravdu nežádoucí.

Správná funkce spalovacího zařízení

Správná funkce se projeví tím, že na konci topeniště neobsahují kouřové plyny žádné hořlavé látky (tzv. chemický nedopal) a při tom zbytek kyslíku není v tomto místě neúměrně velký. V takovém ideálním případě by se všechny hořlavé prvky přivedené do ohniště přeměnily na oxid uhličitý, oxidy jiných látek a vodní páru.
Při kontrole spalin měříme koncentraci jednotlivých oxidů a kyslíku. Pro stanovení komínové ztráty a tím pro stanovení technické účinnosti spalování musíme znát teplotu spalin a nasávaného spalného vzduchu, dále koncentraci O₂ nebo CO₂.
Pozor, nejedná se o účinnost zařízení, pro její výpočet bychom museli zakalkulovat ještě další ztráty.

Oxid uhličitý - CO₂

Nebýval zařazován mezi škodlivé složky spalin, je však jedním z původců tzv. skleníkového efektu (zejména jeho koncentrace v horních vrstvách atmosféry). Snižování produkce CO₂ je tedy naprosto nezbytné. Na jeho vzniku se podílejí všechna fosilní paliva, především paliva s nízkým poměrem H : C.

Podíly H : C u některých paliv:
uhlí 0,5 : 1
TTO 1,8 : 1
LTO a mot. nafta 2 : 1
zemní plyn 4 : 1

Z tohoto hlediska jsou plynná paliva a především zemní plyn relativně čistá paliva. Musíme si však uvědomit, že spalováním paliv s obsahem uhlíku nic méně škodlivého než CO₂ získat nelze. Pro snižování dopadu na životní prostředí je tedy naprosto nevyhnutelné omezování spalování paliv s obsahem uhlíku. Teoreticky nejčistějším palivem, produkující pouze vodní páru, je vodík. Zatím však máme běžně k dispozici jako nejméně škodlivé palivo zemní plyn. Zemní plyn typu H v naší rozvodné síti obsahuje přibližně 93 % metanu CH₄.

Dokonalé spalování metanu probíhá podle rovnice:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Oxid uhelnatý - CO

Vzniká nedokonalým spalováním uhlíku. Je také složkou některých plynných paliv - např. svítiplynu (ve veřejné síti v ČR již není), koksárenského, generátorového, vysokopecního plynu a dřevoplynu.

Spalování CO probíhá podle rovnice: 2CO + O₂ → 2CO₂
CO je silně toxický plyn, jeho účinky jsou všeobecně známé.

Oxidy dusíku - NO_x

Vznikají při spalování všech druhů paliv se vzduchem při teplotách plamene nad 1100°C. Z možných forem NO_x jsou termodynamicky schopné existence pouze 2 - NO -oxid dusnatý a NO₂ - oxid dusičitý.
Při spalování vzniká primárně především NO - obvykle 90 - 95 %, ale v atmosféře vlivem dalších okolností oxiduje na NO₂. Při měření spalin plynných paliv proto obvykle postačuje měřit množství NO. NO je bezbarvý, nepáchnoucí jedovatý plyn, NO₂ je štiplavý, hnědý, jedovatý, nebezpečnější než NO. Fotochemická reakce mezi NO_x, kyslíkem a uhlovodíky produkuje smog.
Množství emisí NO_x je především určeno konstrukcí spalovacích zařízení.

Výhřevnost a spalné teplo

Výhřevnost je množství tepla získané dokonalým spálením určitého množství látky.
Spalné teplo je mnoství tepla získané dokonalým spálením určitého množství látky, při čemž spaliny jsou ochlazeny na výchozí teplotu a voda ze spalin je v kapalném stavu.
Poz. - v konečném efektu se nejedná o vodu, zkondenzovaná voda absorbuje různé látky a výchozí kapalina je směsí kyselin a dalších látek v závislosti na složení paliva.

Rozdílem je tzv. výparné teplo, jinak také skryté neboli latentní teplo, které lze získat ochlazením spalin na výchozí teplotu. Toto teplo činí teoreticky dalších 11 % u spotřebičů na ZP a 6 % u spotřebičů na LTO.
Ani v tomto případě však nevyužijeme celé teoretické množství výparného tepla, využití má své mezi efektivity.
Tohoto principu dalšího ochlazování spalin pod jejich rosný bod využívají kondenzační kotle. Jejich účinnost je udávána nad 100 % ale pozor - vztaženo na výhřevnost.

Rosný bod - TUPUNKT - T

Rosný bod spalin je teplota, při které spaliny začínají (při ochlazování) nebo přestávají (při zvyšování teploty spalin) kondenzovat. Hodnota je závislá na složení paliva a obsahu nečistot v palivu - zejména síry S, koncentraci CO₂ ve spalinách a přebytku vzduchu.

RB spalin zemního plynu je v ideálním případě 56°C
RB spalin propan-butanu je kolem 50 - 52°C
RB topných olejů je kolem 47°C, s vyš. obs. S v palivu i výrazně vyšší!
RB spalin běžných typů uhlí je 50 - 80°C, s vyš. obs. S v palivu i výrazně vyšší!