Dimnjačarski priručnik-3. dio – Principi izgaranja-zrak

Ponovo ćemo apostrofirati, jer je to izuzetno važno,  da je najvažniji čimbenik ispravnog dimnjaka, a time i ispravnog saniranog dimnjaka uvlačenjem  cijevi iz odgovarajućih materijala, što se tiče sigurnosti korisnika,  dovoljna količina zraka u prostor gdje se vrši izgaranje. Pojednostavljeno možemo reći da su se svi slučajevi trovanja desili iz razloga nedostatka zraka u prostoru u kojem se odvijalo izgaranje. U istom prostoru su osim uređaja za loženje isti zrak koristili i ljudi, jer da je dovoljno zraka bilo,  do rizične smrtne koncentracije ugljičnog monoksida ne bi došlo. Zrak, koji je ložištu potreban za izgaranje, mora se stalno zamjenjivati zrakom koji dostrujava izvana.

k38-Zdenko-Meczner-01-300.jpgPravilnici za izvođenje plinskih instalacija određuju veličinu prostorije za smještaj plinskih aparata vrste B s osiguračem strujanja (najčešće prisutni u gradu Zagrebu) prema priključnoj vrijednosti ložišta sa faktorom provjetravanja n = 2,5 izmjene na sat. U ovakvim uvjetima provjetravanja opskrba zrakom je zadovoljavajuća ako u prostoriju s aparatom dolazi 1,6m3 zraka na sat po 1 kW ukupne nazivne toplinske snage postavljenih aparata na plinsko, kapljevito i kruto gorivo, koji istovremeno rade i uzimaju zrak za izgaranje iz te prostorije.

Potrebni volumen prostora uz koeficijent provjetravanja n = 0,4 za 1 kW instalirane snage aparata iznosi 4m3, za snagu aparata od 20 kW potrebno je 80m3 zraka. Kod manjih stanova gdje je omjer volumena stana i toplinske snage aparata manji od 4m3/kW, treba dovod zraka riješiti na drugi način iz vanjske atmosfere.

Kod prostorija za postavljanje bez  vanjskog prozora koji se može otvarati (centralno smještene kupaonice i sl.) zabranjeno je izvoditi kanale za  umjetno provjetravanje ovih prostorija. Kod umjetnog provjetravanja pojedinih prostorija stana treba prostorije za postavljanje plinskih aparata vrste B s osiguračem strujanja osigurati od negativnog utjecaja uređaja za provjetravanje iz razloga što se kod podtlaka od 4 Pa prekida pouzdani rad dimnjaka. Tek kada se postigne dovoljan podtlak u dimnjaku počinju se produkti izgaranja odvoditi kroz dimnjak.

Prema posljednjim informacijama proizvođača plinskih atmosferskih trošila minimalni volumen zraka potrebnog za izgaranje u prostorima gdje je ugrađena izolacijska stolarija ( tzv. PVC stolarija) iznosi 4 m3/kW snage plinskog trošila.

k38-Zdenko-Meczner-02-300.jpgIzgaranje

Izgaranje je kemijski proces kod kojeg dolazi do oksidacije gorivih sastojaka nekog goriva. To je proces kod kojeg se tvari kemijski mijenjaju. Kemijske reakcije uvijek su povezane s energijskom pretvorbom. Analiza procesa izgaranja tretira se na nivou dva opća zakona. To su zakon o održanju mase i zakon o održanju energije. Zakon o održanju mase se koristi iz razloga da se iz zadane količine goriva i potrebne količine zraka za izgaranje odredi količina nastalih dimnih plinova. Sudionici reakcije su gorivo i zrak, dok su reakcijski produkti dimni plinovi i pepeo. Kisik, potreban za izgaranje, najčešće se dovodi u ložište s otvorenom komorom izgaranja,  kojem je količinski (molni) udio kisika Yo2 = 0,21. Dušik i ostali dijelovi zraka ne reagiraju s gorivim elementima.

Izgaranje se naziva potpunim ako svi izgorivi sastojci potpuno oksidiraju u svoje konačne produkte. Pri nepotpunom izgaranju sadržavaju produkti izgaranja još izgorivih sastojaka (tvari) od kojih nam je najopasniji ugljični monoksidd CO, ubojica bez boje okusa i mirisa.  Nepotpuno izgaranje nastaje pri nedovoljnoj količini zraka (kisika).

Količinski i maseni proračun sudionika pri potpunom izgaranju

Proračuni sudionika u procesu izgaranja izvode se zbog toga da bi se za izgaranje odredila potrebna količina (masa) kisika ili zraka. Nadalje, potrebno je poznavanje količine i sastava nastalih dimnih plinova. Iz analize sastava dimnih plinova može se zaključiti i o tijeku procesa izgaranja u promatranom ložištu. Analiza dimnih plinova omogućuje kontrolu ložišta, a osobito ispitivanje potpunosti procesa izgaranja u ložištu.

Stehiometrijske jednadžbe izgaranja

Goriva sadrže kao gorive sastojke ugljik, vodik i sumpor. Količinski proračun izvodi se pomoću stehiometrijskih jednadžbi reakcije dotičnih elemenata  s kisikom. Uzmemo li da kemijski simboli u jednadžbi reakcije označavaju istovremeno i molarnu količinu promatrane tvari, a stehiometrijske jednadžbe reakcije  ujedno predstavljaju i jednadžbe izgaranja, iz njih se izravno može izlučiti molarnu količinu sudionika (tvari) koji sudjeluju u reakciji.

Stehiometrijska jednadžba reakcije za izgaranje molekule ugljika glasi:

Formula u časopisu Korak

I koja kaže da je za potpuno izgaranje jedne molekule ugljika potrebna jedna molekula kisika, pri čemu nastaje jedna molekula ugljičnog dioksida. Kako proces izgaranja teče pri konstantnom tlaku i temperaturi,  svi sudionici prije i nakon reakcije slijede zakonitosti idealnog plina, tada se shodno Avogadrovu stavku, gornju jednadžbu može proširiti i na molarnu (količinsku) jednadžbu tj.

Formula u časopisu Korak

Iz koje slijedi da je za potpuno izgaranje  jednog kilomola ugljika potrebno dovesti jedan kilomol kisika.

Gornju jednadžbu moguće je prevesti i na jednadžbu masene bilance, jednostavnim uvrštavanjem molekularnih masa pojedinih tvari. Molekularna masa ugljika je Mc=12, molekularna masa kisika je Mo2 = 32, pa slijedi da je

Formula u časopisu Korak

Te podijelivši gornju jednadžbu s 12 slijedi:

Formula u časopisu Korak

Odakle izlazi da je za potpuno izgaranje jednog kilograma ugljika potrebno dovesti 2,666 kg kisika.

k38-Zdenko-Meczner-03-300.jpgPovrat ugljičnog monoksida

Nepobitni razlog  za sanaciju dimnjaka je evidentiran  povrat ugljičnog monoksida u prostoriju smještaja ložišta, jer slijedi opasnost od trovanja, pa i sa smrtnom posljedicom. Slijedećom tablicom dana je klasifikacija opasnosti od ugljičnog monoksida (CO). Ugljični monoksid nastaje kod nepotpunog izgaranja ugljikovodika. Kod otrovanja plinovima CO je najčešće uzrok smrti. CO je plin bez boje okusa i mirisa. Baš te njegove osobine su najopasnije, jer ga ne možemo prepoznati. Nešto lakši je od zraka. U organizam ulazi disanjem. U arterijskoj krvi veže se na hemoglobin. Ima otprilike 250 puta veći afinitet za vezanje na hemoglobin nego  kisik. Baš zbog toga se na hemoglobin veže brzo i već u vrlo niskim koncentracijama nastaje tzv. karboksihemoglobin ( Hb CO).

On ne može prenositi kisik. Zbog toga se u krvi smanjuje dio oksihemoglobina (O2 – Hb), a na taj način i količina kisika u arterijskoj veni. Kapacitet  prijenosa kisika putem krvi je manji. Hb CO također usporava i disocijaciju kisika iz hemoglobina (pomak disocijacijske krivulje O2 – Hb u lijevo- kisik teže prelazi iz krvi u tkiva).

Ok38-Zdenko-Meczner-04-300.jpgba mehanizma dovode do tkivne hipoksije (anemični tip hipoksije) CO se veže i na mioglobin  i s tim se prouzrokuje slabost mišića (i također pogoršava  kontraktilnost miokarda) i smetnje koordinacije. CO se veže i na enzime respiratornog lanca (npr. citokromoksidazu) i usporavanje njihovog djelovanja je neposredan uzrok tkivne hipoksije (citotoksični tip hipoksije). Zbog vezanja na enzime respiratornog lanca, i kisik koji je u tkivima još na raspolaganju, ne može se adekvatno upotrijebiti. Koncentracija Hb CO ovisi o koncentraciji CO u udisanom zraku i o vremenu izloženosti.

Blago trovanje: glavobolja, nemoć, slabost, pospanost.
Teža trovanja: smetnje vida, koncentracije i memorije, povraćanje, smetnje svijesti, smetnje srčanog ritma, miokardni infarkt.
Teška trovanja: koža i sluznice oboje se ružičasto, koma, grčevi, edem mozga, zastoj srca i disanja.

Slijedećom slikom (slika 31.) prikazan je članak iz novina koji se nažalost relativno često pojavljuje svake sezone grijanja.

k38-Zdenko-Meczner-05-300.jpgKontrola ložišta

Kontrola izgaranja u ložištu provodi se radi ispitivanja izgaranja goriva. Naime, u nekom je tehničkom ložištu općenito potrebno ostvariti potpuno izgaranje, kako bi se eliminirali toplinski gubici vezani na neizgorenost gorivih sastojaka goriva. Potpuno se izgaranje načelno postiže dovođenjem u ložište dovoljno velike količine zraka. S druge strane, poželjno je količinu zraka koja se dovodi u ložište držati što manjom, da bi na izlazu iz ložišta bila što manja količina dimnih plinova. Dimni plinovi na ulazu u dimnjak imaju temperaturu koja je najčešće između 100°C i 300°C, dakle mnogo iznad okolišne temperature. To znači da se s većom količinom dimnih plinova bitno povećavaju i toplinski gubici vezani na njihovu osjetnu toplinu.

Relativno visoku temperaturu dimnih plinova na ulazu u dimnjak potrebno je držati iz sljedećih razloga:
– da se ostvari što veća uzgonska sila dimnih plinova u dimnjaku. Ona je toliko veća ukoliko je veća razlika temperatura, a time i razlika gustoća, dimnih plinova i okolišnog zraka.
– da na unutrašnjoj stjenci dimnjaka ne dođe do kondenzacije vodene pare iz dimnih plinova

Na količinu dimnih plinova osim sastava goriva bitno utječe i faktor pretička zraka  pa je važno održavanje njegove određene vrijednosti pri pogonu ložišta.

mr.sc. Zdenko Meczner, dipl.ing.stroj.

PODIJELI