Oheň sa okrem vykurovania a varenia začal používať aj pri výrobe železa alebo skla. Ako palivo sa najskôr používalo drevo, potom drevné uhlie a neskôr hnedé a čierne uhlie. V posledných storočiach sa pridali kvapalné a plynné palivá. Tie posledné sú najvhodnejšie na ovládanie plameňa.
Vykurovací plyn
Palivo je látka, ktorá pri horení uvoľňuje veľké množstvo tepla. 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 látky horia len niektoré, tak aj plyny horia len tie, ktoré obsahujú tzv. horľavé zložky. Ak tieto horľavé plyny používame ako palivo, voláme ich vykurovacie plyny. Vykurovacie plyny možno rozdeliť podľa pôvodu, to znamená podľa spôsobu, ako vznikli, na prírodné (zemný plyn) a umelé (svietiplyn, vysokopecný plyn, koksárenský plyn). Na hodnotenie paliva z hľadiska horenia sa používajú veličiny spaľovacie teplo alebo výhrevnosť. Dajú sa dobre a presne merať v zariadeniach, ktoré voláme kalorimetre. Tieto veličiny udávajú, aké veľké množstvo tepla sa uvoľní pri horení z rovnakého množstva plynu, napríklad z jedného kilogramu. Na základe toho vieme povedať, aký kvalitný je plyn a či je vhodný na horenie. Vykurovacie plyny rozdeľujeme podľa výhrevnosti na nízkovýhrevné, stredne výhrevné (svietiplyn…) a vysokovýhrevné (zemný plyn, propán-bután…).
Prečo a ako plyn horí?
Skúmať, prečo palivo, teda aj plyn horí, začali vedci až začiatkom 17. storočia. Spočiatku si mysleli, že podstatou ohňa je látka, ktorej prítomnosť v palive spôsobuje ich horľavosť, a pri horení táto látka z paliva uniká. Predstaviteľ tejto teórie bol Georg Ernest Stahl. Pred asi 230 rokmi sformuloval Antoine Lawrent Lavoisier novú teóriu o horení, ktorej základné myšlienky platia stále: pri horení horiace teleso nestráca nijakú súčasť, naopak, z atmosféry k nemu pristupuje kyslík, ktorý zväčšuje jeho hmotnosť, k horeniu nemôže dôjsť bez kyslíka, oxid uhličitý (CO2) je zlúčeninou kyslíka a uhlíka. Na princípoch tejto teórie definujeme proces spaľovania (horenia) aj v súčasnosti. Dnes však už máme o procese horenia viac poznatkov. Proces horenia, to znamená aj horenie plynu, je chemická reakcia medzi horľavinou paliva a kyslíkom, pričom sa uvoľňuje teplo a vznikajú produkty spaľovania, ktoré nazývame spaliny. Keďže vo vzduchu sa nachádza 21 percent kyslíka a 79 percent dusíka, je najlacnejším zdrojom kyslíka na horenie paliva. Aby horenie plynu mohlo prebiehať, množstvo plynu v zmesi so vzduchom sa musí nachádzať vo vhodnom pomere.
Maximálne množstvo plynu v zmesi plyn – vzduch označujeme ako horná medza zápalnosti, minimálne množstvo plynu v zmesi plyn – vzduch označujeme ako dolná medza zápalnosti. Aby plyn horel, množstvo plynu vo vzduchu sa musí nachádzať medzi týmito hranicami. Zmes, ktorá horí, alebo zmes, ktorú chceme spaľovať, musí mať vyššiu teplotu, ako je takzvaná zápalná teplota. Je to najnižšia teplota, pri ktorej horenie prebieha samovoľne. Musí byť tiež zabezpečená rovnováha medzi prívodom horľavej zmesi a rýchlosťou horenia, ktorú nazývame spaľovacou rýchlosťou. Samotné horenie prebieha vo vrstve oddeľujúcej horľavú zmes (plyn, vzduch) od produktov horenia, teda spalín. Túto vrstvu voláme front plameňa. Vo fronte plameňa prebiehajú chemické reakcie, uvoľňuje sa teplo z paliva a dosahujú sa najvyššie teploty. Zariadenie, v ktorom plyn horí, voláme horák. Aby horenie paliva bolo plynulé, musíme zabezpečiť stály prívod plynu do horáka a odvod spalín. Musí byť zabezpečená aj rovnováha medzi prívodom horľavej zmesi a rýchlosťou horenia, lebo ak je porušená, dochádza k odtrhnutiu plameňa alebo k prešľahnutiu plameňa, plameň zhasne a hrozí výbuch plynu. K výbuchu plynu môže dôjsť nielen pri horení, ale aj pri úniku plynu z rozvodov plynu.
Foto: Ivan Majerský
Ak plyn uniká do uzavretých priestorov, a tam sa vytvorí výbušná zmes plynu a vzduchu, stačí škrtnutie zápalky alebo iskra a dochádza k výbuchu. Pri používaní plynových spotrebičov je preto potrebné overiť ich tesnosť a zabezpečiť vetrateľnosť priestorov (zabezpečiť prívod spaľovacieho vzduchu). V prípade, že dochádza k úniku plynu, je potrebné zhasnúť všetky plamene, otvoriť všetky okná a dvere, uzavrieť všetky prívody plynu a samozrejme nepoužívať zápalky, zapaľovače, elektrické spínače, elektrické spotrebiče ani výťahy. O tom, či horenie plynu v spotrebiči prebieha správne, sa môžeme presvedčiť meraním, pomocou analyzátorov spalín, alebo môžeme horenie posúdiť na základe farby plameňa. Ak je farba plameňa žlto-zelená, horenie prebieha nesprávne. Vznikajú nežiaduce produkty horenia, lebo pri horení máme málo kyslíka. Je potrebné pridať vzduch. Ak je plameň modrý, horenie prebieha správne. Pri fialovo- modrej farbe plameňa prebieha horenie so zbytočne veľkým množstvom vzduchu. Je potrebné vzduch ubrať.
Od svietiplynu k zemnému plynu
Starí Číňania už pred tritisíc rokmi dokázali ťažiť zemný plyn z hĺbky až dvesto metrov a rozvádzať ho bambusovým potrubím do solivarov, sušiarní a svojich príbytkov, kde ním kúrili a svietili. Novodobá história plynárenstva je však spojená so svietiplynom, ktorý sa vyrábal spracovaním čierneho uhlia na účely osvetlenia od začiatku 19. storočia. Pokusy s výrobou umelého plynu z uhlia, dreva a iných horľavých látok sa robili od polovice 17. storočia. Rozvoj priemyselnej výroby svietiplynu v devätnástom až dvadsiatom storočí odsunul využívanie zemného plynu na dlhé roky na vedľajšiu koľaj. Novodobá história získavania a využívania zemného plynu má skromné začiatky až v druhej polovici 18. storočia, keď sa začal na osvetlenie používať plyn z baní. Až objavenie významných ložísk zemného plynu v Európe – bývalom Sovietskom zväze – a v oblasti Perzského zálivu viedlo k rozmachu využívania zemného plynu, ktorý postupne vytlačil svietiplyn. Na území Slovenska zasvietila prvá pouličná lampa v Bratislave pred takmer 150 rokmi (roku 1856). O niekoľko rokov neskôr (roku 1869) bola postavená plynáreň v Košiciach. V roku 1978 sa na Slovensku skončila doba svietiplynu. Posledným mestom na Slovensku, ktoré prešlo zo svietiplynu na zemný plyn, boli Košice.
Na Slovensku sa z vykurovacích plynov používa zemný plyn a propán-bután v oblastiach, do ktorých nie je privedený zemný plyn. Zemný plyn je bez farby, zápachu a nie je jedovatý. Ťaží sa v Rusku, Nórsku a Perzskom zálive. Na Slovensku sa zemný plyn ťaží na východnom Slovensku okolo Michaloviec. Do miest spotreby sa plyn prepravuje sústavou plynovodov. Tranzitné spájajú jednotlivé krajiny, diaľkové spájajú mestá v jednotlivých krajinách, miestne sú rozvody plynu v mestách a obciach, domové alebo priemyselné plynovody sú rozvody plynu v domoch, bytoch, prípadne závodoch. Na tranzitných plynovodoch sa nachádzajú kompresorové stanice. Slúžia na zvýšenie tlaku plynu, ktorý má zabezpečiť prepravu požadovaného množstva plynu do veľkých vzdialeností.
Pri prechode z jedného typu plynovodov na druhý typ (z tranzitných na diaľkové; z diaľkových na miestne) sú umiestnené regulačné stanice, ktoré upravujú tlak na požadovanú hodnotu. Na niektorých regulačných staniciach sa do plynu pridáva látka, ktorá spôsobuje v plyne charakteristický zápach. Nazýva sa odorant. K spotrebiteľom prichádza plyn už po odorizácii, preto jeho prípadný únik sprevádza charakteristický zápach.
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 málo
kyslíka – treba pridať vzduch
- modrá – horenie prebieha správne
- fialovo-modrá – horenie prebieha so zbytočne veľkýmmnožstvom vzduchu – treba ubrať vzduch
Prof. Ing. Augustín Varga, CSc. (1954)
V roku 1979 vyštudoval Hutnícku fakultu Technickej univerzity v Košiciach, špecializáciu plynárenstvo. Od roku 1992 je vedúci Katedry pecí a teplotechniky na Hutníckej fakulte Technickej univerzity v Košiciach, v roku 2001 sa stal profesorom v odbore tepelná energetika. Je autorom a spoluautorom dvoch monografií a vyše sto vedeckých publikácií v zahraničných a domácich odborných časopisoch a v zborníkoch z konferencií. Je vedúcim riešiteľského kolektívu niekoľkých vedeckých projektov VEGA a spoluriešiteľ dvoch medzinárodných projektov.
„Palivo je látka, ktorá pri horení uvoľňuje veľké množstvo tepla. 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 látky horia len niektoré, tak aj plyny horia len tie, ktoré obsahujú tzv. horľavé zložky,“ vysvetlil poslucháčom DUK 2005.
Článok vznikol na základe prednášky uskutočnenej v rámci projektu Detská univerzita Komenského. Vydavateľstvo PEREX z každého ukončeného ročníka vydáva zborník vo forme pestro ilustrovanej knižky sumarizujúcej obsah prednášok z daného ročníka. Knižka z prvého ročníka (2003) je už vypredaná, vydania z ročníkov 2004, 2005, 2006, 2007 a 2008 si môžete objednať za cenu 5€ (151 Sk) + poštovné na tel. čísle 02/4959 6270 od 8. do 14. hodiny, alebo emailom na adrese predplatne@pravda.sk.