Sijainti >>Maakaasukäsikirja - Marraskuu 2010 / Maakaasun savukaasut, lämmönsiirto ja hyötysuhteet
Maakaasun savukaasut, lämmönsiirto ja hyötysuhteet
Savukaasujen ominaisuuksia
Maakaasun (metaanin) stökiömetrisessä palamisessa syntyy savukaasuja 10,6 m3 metaanikuutiota kohti. Vesihöyryä savukaasussa on 2 m3, joten kuivia savukaasua on 8,6 m3. Savukaasujen koostumus ilmakertoimella 1,0 on seuraava:
| hiilidioksidi CO2 | 9,5 til-% |
| vesihöyry H2O | 19,0 til-% |
| typpi N2 | 71,5 til-% |
| happi O2 | 0 til-% |
Savukaasujen CO2-pitoisuuden maksimiarvo on 9,5 til-% kosteista savukaasuista laskettuna. Kuivien savukaasujen maksimi CO2-pitoisuus ⇑ on 11,7 til-%. Kun verrataan eri polttoaineiden savukaasujen ominaisuuksia ⇑, todetaan, että maakaasua poltettaessa savukaasujen maksimi CO2-pitoisuus on alhaisempi kuin esim. polttoöljyistä syntyvistä savukaasuissa. Vastaavasti vesipitoisuus maakaasun savukaasuissa on selvästi korkeampi. Tällä on vaikutusta mm. savukaasujen lämmönsiirto-ominaisuuksiin.
Palamisilmakerroin vaikuttaa savukaasujen koostumukseen: typpi- ja happipitoisuudet luonnollisesti kasvavat ja vastaavasti hiilidioksidi- ja vesihöyrypitoisuudet laskevat. Esimerkiksi ilmakertoimella 1,3 (ylimääräistä ilmaa 30 %) maakaasun savukaasujen koostumus on
| hiilidioksidi CO2 | 7,5 til-% |
| vesihöyry H2O | 15,0 til-% |
| typpi N2 | 73,0 til-% |
| happi O2 | 4,5 til-% |
Maakaasuliekin ominaisuuksia
Maakaasu palaa sinisellä, heikosti valaisevalla liekillä. Maakaasulta puuttuu vapaiden hiilipartikkeleiden aikaansaama liekkisäteily, joten kaasuliekki on vain heikosti säteilevä.
Kaasusäteily on kolmiatomisten kaasujen, tässä tapauksessa CO2- ja H2O-molekyylien, säteilyä korkeassa, yli 500 °C lämpötilassa. Maakaasun palamisprosessissa syntyy paljon vesihöyryä ja sitä myöten kaasusäteily on esimerkiksi öljyn savukaasujen kaasusäteily voimakkaampaa. Säteilylämmönsiirrosta kaasusäteilyn osuus on kuitenkin liekkisäteilyä (hiukkassäteily) selvästi pienempää. Maakaasuliekin kokonaissäteilyintensiteetti jääkin huomattavasti pienemmäksi kuin öljyliekin.
Palamislämpötilat (adiabaattiset) ovat maakaasulla ja polttoöljyllä samaa suuruusluokkaa.
Lämmönsiirto savukaasuista
Maakaasuliekin säteilyominaisuuksista johtuen lämmönsiirto tulipesässä on 5-20 % pienempää kuin öljyä poltettaessa. Eroa pienentää jossain määrin öljyn poltosta säteilypinnalle kertyvä noki. Kuitenkin maakaasua käytettäessä tulipesän loppulämpötila jää korkeammaksi kuin öljyä käytettäessä. Maakaasukattiloissa lämmönsiirto ⇑ tapahtuukin korostetusti konvektion kautta. Tämä on otettava huomioon kattilaa ja sen rakenteita mitoitettaessa. Maakaasun poltossa syntyneet savukaasut voidaan jäähdyttää hyvin alhaisiksi esim. ekonomaiserin avulla. Kriittinen lämpötila maakaasun savukaasujen jäähdyttämiselle on vesikastepiste ⇑. Happokastepistettä ei maakaasulla tunneta.
Hyötysuhteet
Palamishyötysuhde ottaa huomioon savukaasujen mukana poistuvan lämpöhäviön. Palamishyötysuhde kuvaa siten lämmönsiirron tehokkuutta. Esimerkiksi savukaasujen loppulämpötilan alentaminen 200 °C:sta 100 °C:een puolittaa savukaasuhäviön.
Kattilahyötysuhdetta ⇑ laskettaessa otetaan huomioon savukaasuhäviöiden lisäksi kattilan eristyshäviöt ja palamatta jääneen polttoaineen aiheuttama häviö. Kaasuja poltettaessa palamattomien osuus jää yleensä hyvin pieneksi.
