Promocja gazu do ogrzania mieszkań i domów w miastach
W Polsce w ostatnim czasie zapewne z powodu bardzo silnego lobbingu głównie niemieckich oraz rosyjskich firm oraz urzędników, następuje bardzo silna sprzeczna z faktami promocja rosyjskiego gazu do ogrzewnictwa w miastach. O ile bowiem można uznać że na wsiach i w maleńkich miasteczkach gaz jest bardziej ekologicznym paliwem niż węgiel, o tyle w dużych miastach jak wskazują fakty naukowe jest wprost przeciwnie. Trudno zakładać że szefostwo Ministerstwa Energetyki nie ma podstawowej wiedzy niezbędnej do kierowania tak ważną dziedziną gospodarki. Więc należy przyjąć założenie że działalność sprzeczną z ochroną powietrza a zatem i zdrowia ludzkiego w dużych miastach, ministerstwo energetyki prowadzi mało odpowiedzialną politykę wymiany węgla na gaz do ogrzewnictwa w domach prywatnych. wskutek lobbowania sił którym w zrobieniu dobrych interesów na sprzedawanym rosyjskim gazie utrata zdrowia przez Polaków wydaje się nie przeszkadzać w najmniejszym stopniu. W tym względzie rząd PIS jak się wydaje zaczyna iść ścieżką promowaną przez środowisko PO.
Co przemawia za tak surową oceną Ministerstwa Energii
Oto kilka prostych faktów.
1) Do ogrzania domku jednorodzinnego gazem potrzeba około 4000 m3 gazu na sezon.
Przy spaleniu tego gazu otrzymamy około 7200 kg CO2 oraz blisko 6000 kg wody czyli około 6m3 wody. Oczywiście woda będzie występować jako para wodna. [W tekście nie będę ujmował obliczeń wskazujących na konkretne wartości liczbowe których wielkość i sposób obliczania znajduje się pod tekstem w dziale „fakty wzięte do obliczeń”].
Kontrolowanie jakości powietrza nad miastem, albo jak pisze się powszechnie zmniejszanie smogu nad miastem, jest w warunkach polskich większych miast, znacznie utrudnione przez coraz większe ustępstwa czynione na rzecz deweloperów, co skutkuje zablokowaniem napowietrzania miast, oraz przestrzeni którymi spaliny mogą odpływać znad miasta. Dodatkowo, nasze państwo od pewnego czasu prowadzi katastrofalną politykę energetyczną promując gaz jako paliwo które ma zmniejszyć emisję CO2 w Polsce, przekładając to niezgodnie z faktami naukowymi wprost na promocję ogrzewania gazem w dużych miastach.
2) W Polsce w okresie zimowym występuje od 45 do 65 dni pochmurnych z zachmurzeniem powyżej 80% Takie warunki występują zwykle przy wilgotności powietrza powyżej 50%. W tej sytuacji nawilgacanie powietrza, a w zasadzie trzeba by napisać produkcja pary wodnej w powietrzu, to szukanie kłopotów polegających na
a) Zwiększaniu pojemności cieplnej powietrza wilgotnego w stosunku do suchego co skutkuje szybszym schładzaniem spalin w takim powietrzu i znacznym zwiększaniem utrudnienia odpływu spalin z obszaru miasta.
b) Zwiększaniem ilości tzw pyłów zawieszonych występujących w miastach z powodu transportu, działalności przemysłowej oraz w jakimś stopniu ogrzewnictwa, także przemysłowego średniej wielkości.
c) Znacznym pogorszeniu zdrowia człowieka tak ze względu na sporo zwiększone ilości CO2 oraz pyłów zawieszonych w stosunku do tradycyjnego ogrzewania węglem z powodu smogu – opadania powietrza zatrutego dwutlenkiem węgla i pyłami z racji dociążenia go przez wodę emitowaną w olbrzymiej ilości w procesie spalania.
Zróbmy przykładowe obliczenia dla miasta o ponad 500 000 mieszkańców w którym występuje około 50 000 domów opalanych gazem.
Emisja wody z takiego procederu w czasie sezonu grzewczego, to zakładając 4000 m3 zużycie gazu w sezonie a więc produkcja 6m3 wody w sezonie przez jeden dom daje 3 miliony metrów sześciennych wody a więc 3 miliardy kg wody. Wiedząc że woda ta może się zmienić w (od 400 do 2000m3 pary w powietrzu od 100 % do 20% jego nasyceniu i przyjmując średnią 1000m3 otrzymujemy 3 bilony metrów sześciennych powietrza o podniesionej o 50% wilgotności. Dzieląc to przez 20kmx20km obszar miasta co daje obszar o powierzchni 400 milionów metrów kwadratowych mnożąc ta liczbę przez liczbę orientacyjnych dni zimowych przyjętą za 100 otrzymujemy 40 miliardów metrów kwadratowych w dniu. Daje to warstwę powietrza o wysokości 80 m z podniesioną o 50% wilgotnością, w ciągu doby co w od około połowy – 45 dni do około 2/3 dni – 65 z racji tego że są to dni pochmurne powoduje szybkie opadanie z wykroploną wodą smogu czyli mieszaniny wody z parą wodną oraz zawartych w niej pyłów i opadającą razem z nimi warstwą o zwiększonej zawartości dwutlenku węgla.
Należy pamiętać że wraz z całkowitą rezygnacją z węgla w domowych paleniskach, ilość pyłów zwłaszcza nad miastami nie posiadającymi przemysłu w tym przemysłu ciężkiego spadnie dość znacząco bo nawet do około 50% ale w miastach przemysłowych nie będą to tak bardzo wyraźne zmiany. Tak więc z powodu spalania gazu zamiast węgla w miastach znacznie wzrośnie ilość smogu, także dlatego że w sumie niewielkie ilości pyłów emitowanych z dobrego paliwa stałego zastąpią wielokrotnie większe ilości pyłów ze spalanego drewna, które na marginesie emituje sporo wody tak z racji zawartości wodoru w składzie drewna, jak i z racji wilgotności drewna która gdy występuje w wielkości 20% a w drewnie mokrym potrafi sięgać nawet 50% wagowo. Co z racji sporo mniejszej wartości opałowej drewna niż węgla i mniejszej gęstości nasypowej drewna powoduje że blisko trzy razy większa ilość spalanego drewna niż węgla może zawierać więcej kg wody niż węgiel który trzeba by spalić zamiast drewna.
Sytuację dodatkowo pogarsza brak standaryzacji brykietu, oraz określenia co może być w brykiecie i np. rozmaitych „ekogroszkach” lepiszczem czyli substancją spajającą. Że nie jest to problem błahy a zaniedbany zbytnio jak na swoją wagę przez krańcowo nieudolne Ministerstwo Energi, niech posłuży fakt, że do niedawna w Polsce te same spółki które utylizowały bardzo toksyczne odpady, zajmowały się jednocześnie produkcją brykietów i „ekogroszków”.
Wszystko to powoduje że najwyraźniej ministerstwo energii nieźle radzi sobie z propagandą obliczoną na doraźne korzyści medialne, ale z rzeczywistą pracą na rzecz obywateli nie radzi sobie zupełnie promując drewno ekogroszki i gaz jako paliwa w miastach.
3)
a) Ze spalenia kg węgla powstaje około 17,5 kg gazów wylotowych podgrzanych sporo ponad 100 stopni C. które wyniosą w powietrze około 1,75MJ ciepła w atmosferę.
b) Ze spalenia 1 m3 metanu który ma podobną energię chemiczną jak dobrej jakości węgiel gdy sam ma dobre parametry, otrzymamy około 10 kg gazów wylotowych wynoszących około 1,6 MJ ciepła w atmosferę.
Skutkiem powyższych wielkości jest znacznie większa gęstość energii w gazach wylotowych z spalania gazu, w prawie połowie jednak zawarta w parze wodnej a nie w innych gazach.
Skutkiem tego jest szybsze oddawanie ciepła do atmosfery i na początku stosunkowo szybkie wznoszenie się gazów wylotowych ze wznoszenia metanu. Jednak już po spadnięciu temperatury poniżej 100 oC gazy stają się sporo cięższe niż te ze spalania węgla, co powoduje znaczny spadek prędkości ich wznoszenia. Z racji stosunkowo dużego ciepła właściwego jak i ciepła parowania dla wody, spaliny takie po wystygnięciu z powodu większej gęstości dodanej przez wodę, nie dość że opadają znacznie szybciej niż spaliny z węgla, to dodatkowo, stosunkowo łatwo schładzają spaliny suche. Mechanizm ten można porównać do produkcji dymu w zaparowanej chłodnej kuchni. Para wodna będzie bardzo łatwo wychwytywać spaliny i stosunkowo łatwo opadać razem z zawieszonymi w niej szkodliwymi cząstkami spalin. Pyłami, gazami spalinowymi i innymi nawet nie związanymi z miastem zanieczyszczeniami powietrza.
Wnioski. Opalanie gazem miejskich kotłowni o małej skali bez wychwytu wody z paleniska może powodować nasilenie niekorzystnych tendencji związanych z zanieczyszczeniem powietrza, wywołać silny smog, oraz powodować znacznie więcej ciężkich chorób u mieszkańców tak ogrzewanych miast. Podobnie lecz w nieco mniejszej średnio skali może działać ogrzewanie kominkowe drewnem. Powodem jest to że spaliny ze spalania węgla mogą się wznosić wyżej niż spaliny ze spalania gazu, a wychłodzone spaliny z węgla opadają znacznie wolniej i nie pochłaniając za wiele innych szkodliwych cząstek odmiennie niż jest to dla gazu.
Gdyby ktoś nie ufał opisanemu mechanizmowi, proszę aby odpowiedział na stosunkowo proste pytanie. Politechnika w Łodzi wykonuje czasem pomiary jakości powietrza. Jeśli nie pobliskie chłodnie kominowe z pracującej wtedy elektrociepłowni, to co wywołało pomiar z wartością drugiego najbardziej zatrutego spalinami miejsca w Polsce na skrzyżowaniu które jest zlokalizowane do 500m od czynnej wtedy chłodni kominowej. Przy skrzyżowaniu znajdują się wyłącznie nieczynna już dziś elektrociepłownia, oraz budynki politechniki i biurowe w których nie lokalizowała się wtedy żadna specjalnie uciążliwa albo nawet spora produkcja. Jedynym zakładem w pobliżu była elektrociepłownia dość wysoko wynosząca spaliny dość wysokimi kominami. Ruch na skrzyżowaniu nie był mały, ale w Polsce są setki czy tysiące bardziej ruchliwych skrzyżowań.
Warto przemyśleć fakt, że sytuacja taka będzie bardzo uciążliwa w okolicach gdzie z racji położenia miasta w dolinie lub w miejscu o słabych średnio wiatrach w ciągu zimy.
Koniec tekstu notki.
# ciepoło, smog, ministerstwo energii;
Fakty wzięte pod uwagę do obliczeń..
Klimat Polski
W porze jesienni i zimowej występują zazwyczaj chmury warstwowe o niskiej i średniej podstawie.
Dni pochmurne są to te podczas, których średnie zachmurzenie jest większe od 80%
Najwięcej dni pochmurnych występuje w zimie bo 45-65, w lecie jest ich najmniej (w górach do 45). Można wnioskować, że pozostałe dni w roku to dni z zachmurzeniem średnim. Bardziej szczegółową charakterystykę liczby dni pochmurnych i słonecznych można przedstawić opierając się na zarysie klimatu Polski Alojzego Wosia. Alojzy Woś dokonując analizy frekwencji poszczególnych typów pogody podzieli Polskę na 28 regionów.
Z opracowania Paweł Maksym Literatura: Woś A., 1996 Zarys klimatu Polski. Wydawnictwo Naukowe UAM Poznań Martyn D., 1995 Klimaty kuli ziemskiej. PWN Warszawa Woś A., 1997 Meteorologia dla geografów. PWN Warszawa
Energetyka i Grzejnictwo.
Ciepło spalania i wartość opałowa wybranych gazów. Z poradnika ciepłownika.
Pierwsza wartość - Ciepło spalania
Druga wartość - Wartość opałowa
Węgiel kamienny
– gazowy
30,8
29,4
– koksowniczy chudy
33,2
32,3
– antracyt
31,4
31,1
Gazy palne
Metan
55,6
50
Butan
49,6
45,7
Efekty spalania Metanu i węgla koksowniczego chudego jako przykład wytwarzania wody w wyniku spalania. Proszę Zwrócić uwagę na znaczne spadki ilości energii efektywnie wykorzystanej dla gazów (Rzędu 10%) co wynika z powstania wody wydzielonej w reakcji spalania. Dla dobrych i suchych paliw stałych wielkość ta jest rzędu 3-4 % lub mniejszej dla antracytu. I jest wielokrotnie niższa niż dla gazu. Mimo że ciepło spalania węgla koksowniczego to tylko niecałe 55,4% ciepła spalania metanu to wartość opałowa tego węgla to już 64,6 % wartości opałowej metanu a więc bez mała 2/3 tej wartości. Warto też pamiętać że w praktyce polskiej mamy do czynienia z gazem mocno za azotowanym produkcji rosyjskiej, co prowadzi także do strat na ogrzanie azotu którego ilość skrajnie sięga w gazie dopuszczonym do obrotu nawet 50% Wprawdzie podgrzany azot oddaje większość swojego ciepła w wymienniku, jednak nie ma wątpliwości że gaz wylotowy zwany potocznie spalinami wynosi gazy w tym CO2, N oraz H2O i N0x - tlenek azotu w temperaturach powodujących straty nie jedynie w CO2 ale także w pozostałych gazach.
Ilość wody i dwutlenku węgla powstająca w procesach spalania węgla i metanu.
Ilość wody ze spalania suchego węgla jest pomijalnie mała i nie ma wielkiego znaczenia w procesie opuszczania spalin ze spaleniska które w zależności od spalania węgla mogą mieć zerową do sporej zawartości CO i największą część do skrajnie bez mała 100% CO2 .
Ze spalenia kg węgla czystego powstaje około 3,66 Kg CO2 .
Ze spalenia Metanu (1m3 ) który ma gęstość około 0,657 kg/m3 a więc wartość opałową około 32,85MJ/m3 czyli podobną jak kg węgla, otrzymujemy w reakcji około 0,164 kG wodoru i 0,493 kg węgla co po spaleniu pozwala otrzymać 1,48 kg wody i 1,81 kg CO2 .
Zauważamy że węgiel jest obłożony sporą ilością emisji CO2. Emisja metanu jest wprawdzie ponad dwa razy mniejsza dla metra sześciennego niż węgla dla kg, ale my wiemy że
a) Metr sześcienny metanu to wszak 0,657 kg Metanu.
b) Jeśli chodzi o energię, część energii Metanu jest tracona na podgrzanie wody i azotu w spalinach. Co jest wprost stratą czyli marnotrawieniem energii i przekazywaniem znacznie większego ciepła niż przy spalaniu węgla wprost do atmosfery.
Zawartość wody (g/m³) w zależności od temperatury Z poradnika fizycznego.
Zawartość wody (g/m³) w zależności od temperatury żródło wikipedia.
Z wykresu zawartości wody w powietrzu wynika że dodając litr wody możemy albo w temperaturze około -5oC Zwiększyć wilgotność powietrza o 20% w około 2000 m3 do skrajnie około 400 m3 całkiem suchego powietrza nasycić w 100% . Czyli ze spalenia 1 m3 metanu otrzymujemy około 600 m3 powietrza nasyconego w 100% do około 3000 m3 powietrza o wilgotności podniesionej o 20%
Przy wynoszeniu spalin oddaje się za darmo część ciepła ze spalonego medium. Policzmy jakie to będą wielkości.
Ze spalenia 1 kg węgla otrzymamy prawie 3,7 kg CO2 Taka ilość CO2 wyniesie z paleniska w temperaturze spalin około 130 stopni C około 310 kJ ciepła w dwutlenku.
Do tego 0,7 kg tlenu niezbędnego przy spaleniu tego węgla (nadwyżka powietrza w palenisku i około 12 kg azotu który włożymy w powietrzu w palenisko a wyjmiemy podgrzane do temperatury około 130 stopni Celsjusza pochłonie nam kolejne
tlen 918J/kJ/K *110oK * 1kg = 70,7kJ
azot 1040kJ/K*kg*110oK * 12kg=1372,8J
Razem 1753,5 kJ = 1,75MJ wyniesionych z paleniska bezużytecznie przy spaleniu kg Węgla.
Ze spalania 1 m3 metanu tymczasem otrzymamy.
1,48 kg wody i 1,81 kg CO2 oraz około 5,8 kg azotu z powietrza potrzebnego do spalenia i nadwyżki w palenisku, plus około 0,26 kg tlenu z 20% nadwyżki powietrza w palenisku
Oraz koło 0,1 m3 azotu zawartego w gazie sprowadzanym z Rosji [Spalając m3 metanu w palenisku w istocie dostarczamy do paleniska w zależności od za azotowania gazu sporo ponad m3 gazu będącego głównie mieszaniną metanu i azotu. W praktyce jest jeszcze gorzej, bo jako gaz mamy rozliczane także mniejsze części etanu i innych gazów W tych obliczeniach bierzemy pod uwagę gaz LNG, który jako główny składnik ma metan (89 do 95%) ale posiada też inne frakcje w tym całkiem niepalnego azotu.] Dla obliczeń przyjęto że w m3 LNG znajduje się tylko 0,1m3 azotu.
Azot z gazu 01m3 N = 0,1146kg N 0,1146kg* 1040kJ/K*kg* 110oK = 13,11 kJ
Azot z powietrza 5,8kg * 1040kJ/K*kg* 110oK = 663,52 kJ
woda w spalinach 1,48 kg *4210kJ/K*kg* 110oK = 685,39 kJ
+ ciepło parowania wody 1,48 kg *40,66kJ/kg = 60,18 kJ
dwutlenek w spalinach 1,81 kg * 844kJ/K*kg* 110oK = 168,04 kJ
razem w przybliżeniu 1590 kJ = 1,59MJ
Widać że wartości traconej energii dla kg węgla i m3 gazu są podobne mimo znacznie większej masy podgrzanych spalin dla węgla niż dla gazu. Licząc jednak ilość spalin na kg węgla i kg metanu to metan produkuje sporo więcej ciepła traconego (2,42MJ ) niż węgiel, co obniża jego ciepło opałowe bardziej niż obniża się ciepło opałowe węgla.
Autor inż Krzysztof F dla Tonick w Salon24.pl
Przedruk, powielanie i cytowanie w części wyłącznie z podaniem autora, Przedruk całości czy obliczeń wyłącznie za zgodą autora.
Komentarze