تنظيم عملية الاحتراق (المبادئ الأساسية للاحتراق)

>> العودة إلى المحتويات

للحصول على احتراق مثالي، من الضروري استخدام كمية هواء أكبر مما تقترحه الحسابات النظرية. تفاعل كيميائي(الهواء المتكافئ).

يحدث هذا بسبب الحاجة إلى أكسدة كل الوقود المتاح.

ويسمى الفرق بين الكمية الفعلية للهواء والكمية المتكافئة للهواء بالهواء الزائد. عادة، يتراوح الهواء الزائد من 5% إلى 50% حسب نوع الوقود والموقد.

عادةً، كلما زادت صعوبة أكسدة الوقود، زادت الحاجة إلى الهواء الزائد.

لا ينبغي أن تكون كمية الهواء الزائدة مفرطة. يؤدي الإفراط في إمداد هواء الاحتراق إلى تقليل درجة حرارة غاز المداخن وزيادة فقدان الحرارة لمولد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، عند وجود كمية محدودة معينة من الهواء الزائد، تبرد الشعلة كثيرًا ويبدأ ثاني أكسيد الكربون والسخام في التشكل. وعلى العكس من ذلك، فإن عدم كفاية الهواء يسبب الاحتراق غير الكامل ونفس المشاكل المذكورة أعلاه. لذلك، لضمان الاحتراق الكامل للوقود وكفاءة الاحتراق العالية، يجب تنظيم كمية الهواء الزائد بدقة شديدة.

يتم التحقق من اكتمال وكفاءة الاحتراق عن طريق قياس تركيز أول أكسيد الكربون في غازات المداخن. إذا لم يكن هناك أول أكسيد الكربون، فقد حدث الاحتراق بالكامل.

وبشكل غير مباشر، يمكن حساب مستوى الهواء الزائد عن طريق قياس تركيز الأكسجين الحر O 2 و/أو ثاني أكسيد الكربون CO 2 في غازات المداخن.

ستكون كمية الهواء أكبر بحوالي 5 مرات من كمية الكربون المقاسة من حيث الحجم.

أما بالنسبة لثاني أكسيد الكربون، فإن كميته في غازات المداخن تعتمد فقط على كمية الكربون الموجودة في الوقود، وليس على كمية الهواء الزائد. ستكون الكمية المطلقة ثابتة، لكن النسبة المئوية للحجم ستختلف اعتمادًا على كمية الهواء الزائد في غازات المداخن. في حالة عدم وجود الهواء الزائد، ستكون كمية ثاني أكسيد الكربون هي الحد الأقصى؛ ومع زيادة كمية الهواء الزائد، تنخفض النسبة المئوية لحجم ثاني أكسيد الكربون في غازات المداخن. أقل الهواء الزائد يتوافق مع أكثرثاني أكسيد الكربون والعكس، لذلك يكون الاحتراق أكثر كفاءة عندما تكون كمية ثاني أكسيد الكربون قريبة من قيمته القصوى.

يمكن عرض تركيبة غازات المداخن على رسم بياني بسيط باستخدام "مثلث الاحتراق" أو مثلث أوستفالد، والذي يتم رسمه لكل نوع من أنواع الوقود.

وباستخدام هذا الرسم البياني، بمعرفة النسبة المئوية لثاني أكسيد الكربون والأكسجين، يمكننا تحديد محتوى ثاني أكسيد الكربون وكمية الهواء الزائد.

كمثال في الشكل. ويبين الشكل 10 مثلث الاحتراق للميثان.

الشكل 10. مثلث الاحتراق للميثان

يشير المحور X إلى النسبة المئوية للأكسجين، ويشير المحور Y إلى النسبة المئوية لثاني أكسيد الكربون. يمتد الوتر من النقطة A، المقابلة لمحتوى ثاني أكسيد الكربون الأقصى (اعتمادًا على الوقود) عند محتوى صفر O2، إلى النقطة B، المقابلة لمحتوى ثاني أكسيد الكربون الصفري والحد الأقصى لمحتوى O2 (21%). النقطة أ تتوافق مع ظروف الاحتراق المتكافئ، والنقطة ب تتوافق مع غياب الاحتراق. الوتر هو مجموعة النقاط المقابلة للاحتراق المثالي بدون ثاني أكسيد الكربون.

تمثل الخطوط المستقيمة الموازية للوتر نسبًا مختلفة من ثاني أكسيد الكربون.

لنفترض أن نظامنا يعمل على تحليل غاز الميثان وغاز المداخن الذي يوضح أن محتوى ثاني أكسيد الكربون هو 10% ومحتوى الأكسجين هو 3%. ومن مثلث غاز الميثان نجد أن محتوى ثاني أكسيد الكربون هو 0 ومحتوى الهواء الزائد هو 15%.

ويبين الجدول 5 الحد الأقصى لمحتوى ثاني أكسيد الكربون أنواع مختلفةالوقود والقيمة التي تتوافق مع الاحتراق الأمثل. يوصى بهذه القيمة ويتم حسابها بناءً على الخبرة. تجدر الإشارة إلى أنه عند أخذ القيمة القصوى من العمود المركزي، فمن الضروري قياس الانبعاثات وفقًا للإجراء الموضح في الفصل 4.3.

نشرت: 21.11.2009 | |

دينيس ريندين,
كبير مهندسي "تكنولوجيا المياه"

في الوقت الحالي، تعتبر قضايا زيادة كفاءة منشآت التدفئة وتقليل الضغط البيئي على البيئة حادة بشكل خاص. والأكثر واعدة في هذا الصدد هو استخدام تكنولوجيا التكثيف، وهي قادرة على تحقيق أقصى استفادة كلياحل مجموعة المشاكل المحددة. لقد سعت شركة Vodnaya Tekhnika دائمًا إلى تقديم المنتجات الحديثة والفعالة معدات التدفئة. وفي ضوء ذلك، فإن اهتمامها بتكنولوجيا التكثيف، باعتبارها الأكثر فعالية وعالية التقنية والواعدة، أمر طبيعي ومبرر. لذلك، في عام 2006، واحدة من المجالات ذات الأولويةتطوير الشركة - الترويج لمعدات التكثيف في السوق الأوكرانية. ولتحقيق هذه الغاية، تم التخطيط لعدد من الأحداث، أحدها عبارة عن سلسلة من المقالات الترويجية لأولئك الذين يواجهون هذه التكنولوجيا لأول مرة. سنحاول في هذه المقالة التطرق إلى القضايا الرئيسية المتعلقة بتنفيذ وتطبيق مبدأ تكثيف بخار الماء في تكنولوجيا التدفئة:

• كيف تختلف الحرارة عن درجة الحرارة؟
• هل يمكن أن تكون الكفاءة أكثر من 100%؟

كيف تختلف الحرارة عن درجة الحرارة؟

درجة الحرارة هي درجة تسخين الجسم (الطاقة الحركية لجزيئات الجسم)، والقيمة نسبية للغاية، ويمكن توضيح ذلك بسهولة باستخدام المقياس المئوي والفهرنهايت. في الحياة اليومية، يتم استخدام مقياس مئوية، حيث 0 هي نقطة تجمد الماء، و 100 درجة هي نقطة غليان الماء عند الضغط الجوي. نظرًا لعدم تحديد نقاط تجمد وغليان الماء بشكل جيد، يتم تحديد مقياس مئوية حاليًا باستخدام مقياس كلفن: الدرجة المئوية تساوي درجة كلفن والصفر المطلق يساوي -273.15 درجة مئوية. يعد المقياس المئوي عمليًا مناسبًا جدًا لأن الماء شائع جدًا على كوكبنا وتعتمد عليه حياتنا. تعتبر الصفر المئوي نقطة خاصة للأرصاد الجوية، حيث أن تجمد مياه الغلاف الجوي يغير كل شيء بشكل كبير. في إنجلترا وخاصة في الولايات المتحدة الأمريكية، يتم استخدام مقياس فهرنهايت. في هذا المقياس، يتم تقسيم الفاصل الزمني من درجة الحرارة نفسها إلى 100 درجة. شتاء باردفي المدينة التي عاش فيها فهرنهايت، إلى درجة حرارة جسم الإنسان. الصفر المئوي هو 32 فهرنهايت، والدرجة فهرنهايت تساوي 5/9 درجة مئوية.

تحويل درجات الحرارة بين المقاييس الرئيسية
	كلفن	درجة مئوية	فهرنهايت
			= (ف + 459.67) / 1.8
			= (F − 32) / 1.8
	ك 1.8 – 459.67

الجدول 1: وحدات درجة الحرارة

لكي تتخيل الفرق بين مفهومي درجة الحرارة والحرارة بشكل أوضح، خذ المثال التالي: مثال على تسخين الماء: لنفترض أننا قمنا بتسخين كمية معينة من الماء (120 لترًا) إلى درجة حرارة 50 درجة مئوية، وكيف هل يمكننا تسخين كمية كبيرة من الماء إلى درجة حرارة 40 درجة مئوية، باستخدام نفس كمية الحرارة (الوقود المحترق)؟ للتبسيط، سنفترض أن درجة حرارة الماء الأولية في كلتا الحالتين هي 15 درجة مئوية.

الشكل 1 المثال 1

كما يتبين من مثال واضحودرجة الحرارة وكمية الحرارة مفاهيم مختلفة. أولئك. الجسم عند درجات حرارة مختلفةيمكن أن يكون لها نفس الطاقة الحرارية، والعكس صحيح: يمكن أن تكون الأجسام التي لها نفس درجة الحرارة مختلفة طاقة حرارية. ولتبسيط التعريفات، تم اختراع قيمة خاصة - المحتوى الحراري المحتوى الحراري هو كمية الحرارة الموجودة في وحدة كتلة المادة [كيلوجول/كجم] V الظروف الطبيعيةتوجد على الأرض ثلاث حالات مجمعة للمياه: الصلبة (الجليد)، السائلة (الماء نفسه)، الغازية (بخار الماء).إن انتقال الماء من حالة مجمعة إلى أخرى يكون مصحوبًا بتغير في الطاقة الحرارية للجسم عند درجة حرارة ثابتة (تتغير الحالة، وليس درجة الحرارة، بمعنى آخر - يتم إنفاق كل الحرارة على تغيير الحالة، وليس على التدفئة) الحرارة المعقولة - تلك الحرارة التي يسبب فيها تغير في كمية الحرارة الموردة إلى الجسم تغير في درجة حرارته الحرارة الكامنة – حرارة التبخر (التكثيف) هي الحرارة التي لا تغير درجة حرارة الجسم، ولكنها تعمل على تغيير الحالة الفيزيائية للجسم. دعونا نوضح هذه المفاهيم من خلال رسم بياني يتم من خلاله رسم المحتوى الحراري (كمية الحرارة الموردة) على طول المحور الإحداثي، ودرجة الحرارة على طول المحور الإحداثي. يوضح هذا الرسم البياني عملية تسخين السائل (الماء).

الشكل 2: رسم بياني للإنثالبي - درجة حرارة الماء

أ-بيتم تسخين الماء من درجة حرارة 0 درجة مئوية إلى درجة حرارة 100 درجة مئوية (في هذه الحالة، تذهب كل الحرارة الموردة إلى الماء لزيادة درجة حرارته)
قبل الميلاديغلي الماء (في هذه الحالة، يتم استخدام كل الحرارة الموردة للمياه لتحويلها إلى بخار، وتبقى درجة الحرارة ثابتة عند 100 درجة مئوية)
قرص مضغوطلقد تحول كل الماء إلى بخار (مغلي) والآن يتم استخدام الحرارة لزيادة درجة حرارة البخار.

تكوين غازات المداخن أثناء الاحتراق الوقود الغازي

عملية الاحتراق هي عملية أكسدة مكونات الوقود القابلة للاحتراق بمساعدة الأكسجين الجوي الذي يطلق الحرارة. دعونا نلقي نظرة على هذه العملية:

الشكل 3: تكوين الغاز الطبيعي والهواء

دعونا نرى كيف يتطور تفاعل احتراق الوقود الغازي:

الشكل 4: تفاعل احتراق الوقود الغازي

كما يتبين من معادلة تفاعل الأكسدة، نحصل على النتيجة ثاني أكسيد الكربونوبخار الماء (غازات المداخن) والحرارة. تسمى الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود بالقيمة الحرارية المنخفضة للوقود (PCI)، إذا قمنا بتبريد غازات المداخن، ففي ظل ظروف معينة سيبدأ بخار الماء في التكثيف (الانتقال من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة). .

الشكل 5: إطلاق الحرارة الكامنة أثناء تكثيف بخار الماء

في هذه الحالة، سيتم إطلاق كمية إضافية من الحرارة (الحرارة الكامنة للتبخر/التكثيف). يُطلق على مجموع القيمة الحرارية المنخفضة للوقود والحرارة الكامنة للتبخر/التكثيف اسم القيمة الحرارية الأعلى للوقود (PCS).

وبطبيعة الحال، كلما زاد بخار الماء في منتجات الاحتراق، كلما زادت نسبة بخار الماء في منتجات الاحتراق المزيد من الفرقبين القيم الحرارية العليا والدنيا للوقود. وفي المقابل، تعتمد كمية بخار الماء على تركيبة الوقود:

الجدول 2: قيم السعرات الحرارية الأعلى والأدنى أنواع مختلفةوقود

وكما يتبين من الجدول أعلاه، يمكننا الحصول على أكبر قدر من الحرارة الإضافية عن طريق حرق الميثان. مُجَمَّع غاز طبيعيليست ثابتة وتعتمد على الودائع. يظهر متوسط ​​تكوين الغاز الطبيعي في الشكل 6.

الشكل 6: تكوين الغاز الطبيعي

الاستنتاجات المؤقتة:

1. باستخدام الحرارة الكامنة للتبخر/التكثيف، يمكنك الحصول على حرارة أكثر مما يتم إطلاقه عند حرق الوقود

2. الوقود الواعد في هذا الصدد هو الغاز الطبيعي (الفرق بين القيمتين الحرارية العليا والدنيا أكثر من 10%)

ما هي الظروف التي يجب خلقها لبدء التكثيف؟ قطرة ندى.

بخار الماء في غازات المداخن له خصائص مختلفة قليلا عن بخار الماء النقي. تكون في خليط مع غازات أخرى وتتوافق معلماتها مع معلمات الخليط. ولذلك فإن درجة الحرارة التي يبدأ عندها التكثيف تختلف عن 100 درجة مئوية، وتعتمد قيمة درجة الحرارة هذه على تركيبة غازات المداخن، والتي بدورها تكون نتيجة لنوع الوقود وتكوينه، فضلاً عن معامل الهواء الزائد. تسمى درجة حرارة غازات المداخن التي يبدأ عندها تكثيف بخار الماء في منتجات احتراق الوقود بنقطة الندى.

الشكل 7: نقطة الندى

الاستنتاجات المؤقتة:

1. مهمة تقنية التكثيف هي تبريد نواتج الاحتراق تحت درجة الندى وإزالة حرارة التكثيف واستخدامها لأغراض مفيدة.

هل يمكن أن تصل كفاءة غلاية الغاز إلى أكثر من 100%؟

لنأخذ الخصائص التقنيةبعض الغلايات المركبة التعسفية:

إجمالي طاقة الغلاية = 23000 كيلو كالوري/ساعة (26.7 كيلوواط)؛

صافي طاقة الغلاية = 21000 كيلو كالوري/ساعة (24.03 كيلوواط)؛

بمعنى آخر، الحد الأقصى للطاقة الحرارية للموقد هو 23000 كيلو كالوري/ساعة (كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود)، و الحد الأقصى للمبلغالحرارة التي يتلقاها المبرد هي 21000 كيلو كالوري / ساعة.

أين يذهب الفرق بينهما؟ يتم فقدان كمية من الحرارة المتولدة (6-8%) مع غازات المداخن، ويتم تبديد كمية أخرى (1.5-2%) إلى المساحة المحيطة من خلال جدران المرجل.

وإذا أضفنا هذه القيم يمكننا كتابة المعادلة التالية:

إذا قسمنا القدرة المفيدة للغلاية على الإجمالي وضربنا النتيجة في 100%، نحصل على المعامل عمل مفيدالمرجل (الكفاءة) في٪.

إذا قرأنا نص التعريف بعناية، فسنرى أن الطاقة الإجمالية للغلاية تساوي كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود لكل وحدة زمنية.

وبالتالي، فإن هذه القيمة تعتمد بشكل مباشر على القيمة الحرارية المنخفضة للوقود، ولا تأخذ في الاعتبار الحرارة التي يمكن إطلاقها أثناء تكثيف بخار الماء من منتجات الاحتراق.

بمعنى آخر، هذه هي كفاءة الغلاية مقارنة بقيمة التسخين المنخفضة للوقود.

إذا أخذنا في الاعتبار قيمة حرارة تكثيف بخار الماء (انظر الجدول 1)، فيمكننا تقديم الصورة التالية لتوزيع تدفقات الحرارة في غلاية غير متكثفة.

الشكل 9: توزيع التدفقات الحرارية في غلاية غير متكثفة

بعد ذلك، كما هو الحال في غلاية التكثيف، سيبدو توزيع التدفقات الحرارية كما يلي:

الشكل 10: توزيع تدفقات الحرارة في غلاية التكثيف

الاستنتاجات المؤقتة:
1. من الممكن تحقيق كفاءة بنسبة 100% أو أكثر إذا تم أخذ القيمة الحرارية الدنيا للاحتراق، وليس القيمة الأعلى، كنقطة مرجعية.
2. لا يمكننا استخدام كل الحرارة (المحسوسة والكامنة) بشكل كامل لأسباب فنية، وبالتالي لا يمكن أن تكون كفاءة الغلاية مساوية أو أكبر من 111% (بالنسبة إلى القيمة الحرارية المنخفضة للوقود).

طرق تشغيل غلايات التكثيف

يمكن تركيب غلايات تكثيف الغاز في أي نظام تدفئة. تعتمد كمية حرارة التكثيف المستخدمة والكفاءة، اعتمادًا على وضع التشغيل، على الحساب الصحيح لنظام التدفئة.

لتحقيق الاستخدام الفعال لحرارة تكثيف بخار الماء الموجود في غازات المداخن، من الضروري تبريد غازات المداخن إلى درجة حرارة أقل من نقطة الندى. تعتمد درجة استخدام حرارة التكثيف على درجات الحرارة المحسوبة لسائل التبريد في نظام التدفئة وعلى عدد ساعات العمل في وضع التكثيف. ويظهر ذلك في الرسمين البيانيين 11 و13، حيث تبلغ درجة حرارة نقطة الندى 55 درجة مئوية.

نظام التدفئة 40/30 درجة مئوية

الشكل 11: جدول تشغيل نظام درجات الحرارة المنخفضة

إن القدرة الإنتاجية لغلايات التكثيف لنظام التدفئة هذا طوال فترة التسخين بأكملها لها أهمية كبيرة. تكون درجات حرارة العودة المنخفضة دائمًا أقل من درجة حرارة نقطة الندى، لذلك يحدث التكثيف باستمرار. يحدث هذا في أنظمة التدفئة ذات درجة الحرارة المنخفضة أو التدفئة تحت الأرضية. تعتبر غلاية التكثيف مثالية لمثل هذه الأنظمة.

الشكل 12: ظروف درجة حرارة الغرفة عند استخدام التدفئة الأرضية والمسخن الحراري

هناك العديد من المزايا لأنظمة التدفئة تحت الأرضية المائية مقارنة بالأنظمة التقليدية:

• زيادة الراحة. تصبح الأرضية دافئة وممتعة للمشي عليها، حيث أن انتقال الحرارة يحدث من سطح كبير ذي درجة حرارة منخفضة نسبيًا.
• تدفئة موحدة لكامل مساحة الغرفة، وبالتالي تدفئة موحدة. يشعر الشخص بالراحة بنفس القدر بالقرب من النافذة وفي وسط الغرفة.
• التوزيع الأمثل لدرجة الحرارة على طول ارتفاع الغرفة. يوضح الشكل 12 التوزيع التقريبي لدرجات الحرارة على طول ارتفاع الغرفة عند استخدام التدفئة التقليدية والتدفئة الأرضية. ينظر الشخص إلى توزيع درجة الحرارة مع التدفئة الأرضية على أنه الأكثر ملاءمة. ومن الضروري أيضًا ملاحظة انخفاض فقدان الحرارة من خلال السقف، حيث أن فرق درجة الحرارة بين الهواء الداخلي والهواء الخارجي يقل بشكل كبير، ولا نحصل على حرارة مريحة إلا عند الحاجة، بدلاً من تسخين البيئة من خلال السقف. يتيح ذلك استخدام نظام التدفئة الأرضية بفعالية في المباني ذات الأسقف العالية - الكنائس، وقاعات المعارض، وصالات الألعاب الرياضية، وما إلى ذلك.

• صحة. لا يوجد دوران للهواء، وتقل المسودات، مما يعني عدم وجود دوران للغبار، وهو ما يمثل إضافة كبيرة لرفاهية الناس، خاصة إذا كانوا يعانون من أمراض الجهاز التنفسي.
• يتم نقل جزء كبير من الحرارة من الأرض في النموذج التبادل الحراري المشع. الإشعاع، على عكس الحمل الحراري، ينشر الحرارة على الفور إلى الأسطح المحيطة.
• لا يوجد تجفيف اصطناعي للهواء بالقرب من أجهزة التدفئة.
• جماليات. لا توجد أجهزة تدفئة، ولا داعي لتصميمها أو اختيار الأحجام المثلى لها.

نظام التدفئة 75/60 ​​درجة مئوية

الشكل 13: جدول تشغيل نظام درجة الحرارة العالية

من الممكن أيضًا الاستخدام الفعال لحرارة التكثيف عند درجات حرارة تصميمية تبلغ 75/60 ​​درجة مئوية لمدة 97٪ من مدة فترة التسخين. وينطبق هذا على درجات الحرارة الخارجية التي تتراوح بين – 11 درجة مئوية و+20 درجة مئوية. أنظمة التدفئة القديمة، التي كانت مصممة لدرجات حرارة 90/70 درجة مئوية، تعمل اليوم في درجات حرارة تقارب 75/60 ​​درجة مئوية. حتى في الأنظمة التي تحتوي على مياه تسخين بدرجة حرارة 90/70 درجة مئوية ومع وضع التشغيل الذي يتم من خلاله التحكم في درجة حرارة ماء الغلاية اعتمادًا على درجة الحرارة في الخارج، مدة استخدام حرارة التكثيف 80% من مدة فترة التسخين السنوية.

كفاءة موحدة عالية

في الأمثلة الواردة في الشكلين 11 و13، من الواضح أن النسبة المئوية المختلفة ولكن المرتفعة في نفس الوقت لحرارة التكثيف المستخدمة في هذين الخيارين لها تأثير مباشر على استهلاك الطاقة في غلاية تكثيف الغاز. للإشارة إلى كفاءة استهلاك الوقود مراجل التدفئةتم تقديم مفهوم الكفاءة الموحدة. يوضح الشكل 14 اعتماد استهلاك الطاقة على درجات حرارة التصميم المختلفة لنظام التدفئة.

الشكل 14: اعتماد الكفاءة على درجة حرارة العودة

يتم تفسير الكفاءة القياسية العالية لغلايات تكثيف الغاز بالعوامل التالية:

- تطبيق قيمة عاليةثاني أكسيد الكربون. كلما زاد محتوى ثاني أكسيد الكربون، زادت درجة حرارة نقطة الندى لغازات التسخين.

- صيانة درجات الحرارة المنخفضةخط عودة. كلما انخفضت درجة حرارة العودة، زاد نشاط التكثيف وانخفضت درجة حرارة غاز المداخن.

الاستنتاجات المؤقتة:

تعتمد كفاءة غلاية التكثيف بشكل كبير على نظام درجة الحرارةتشغيل نظام التدفئة.
في التركيبات الجديدة، يجب الاستفادة من جميع إمكانيات التشغيل الأمثل لغلاية تكثيف الغاز. يتم تحقيق كفاءة عالية عند استيفاء المعايير التالية:
1. حدد درجة حرارة العودة بحد أقصى 50 درجة مئوية
2. الحرص على الحفاظ على فرق درجة الحرارة بين الجريان والعودة لا يقل عن 20 كلفن
3. لا تتخذ تدابير لزيادة درجة حرارة خط الإرجاع (بما في ذلك، على سبيل المثال، تركيب خلاط رباعي الاتجاه، وخطوط الالتفافية، والمفاتيح الهيدروليكية).

طرق تنفيذ مبدأ التكثيف في الغلايات المركبة

في هذه اللحظةهناك طريقتان رئيسيتان لتنفيذ مبدأ تكثيف بخار الماء في غازات المداخن: المقتصد عن بعد ومبادل حراري من الفولاذ المقاوم للصدأ مع موفر مدمج

في الحالة الأولى، يتم استخدام الحرارة الرئيسية لمنتجات الاحتراق في مبادل حراري تقليدي، وتتم عملية التكثيف نفسها في وحدة منفصلة - مقتصد عن بعد. يسمح هذا التصميم باستخدام المكونات والتجمعات المستخدمة في الغلايات التقليدية غير المكثفة، ولكنه لا يجعل من الممكن إطلاق العنان لإمكانات تكنولوجيا التكثيف بشكل كامل

الشكل 17: غلاية التكثيف مع المقتصد عن بعد

يتكون المبادل الحراري المزود بموفر مدمج من 4-7 عناصر للتبادل الحراري (ملفات). يتكون كل عنصر من عناصر التبادل الحراري بدوره من 4 لفات من أنبوب فولاذي مستطيل الشكل أملس بسمك جدار تقريبًا. 0.8 ملم (انظر الشكل 18).

الشكل 18: رسم تخطيطي لحركة غازات المداخن بين دورات المبادل الحراري

يوجد أمام اللوحة العازلة العديد من عناصر التبادل الحراري. إنهم يلعبون دور "المرحلة الأولى"، حيث يحدث هنا تكثيف بسيط فقط. يقع عنصر التبادل الحراري الرابع، وبالتالي الخامس، خلف اللوحة العازلة. في هذه "مرحلة التكثيف" تحدث العملية الرئيسيةتركيز

تتمثل مزايا هذا المبدأ في نقل الحرارة بكفاءة عالية، ومن ناحية أخرى، التخلص من ضوضاء الغليان الناتجة عن معدلات التدفق العالية في الأنابيب الملساء.
الميزة التالية لهذا المبادل الحراري هي ميله المنخفض إلى التكلس، لأنه بسبب المقاطع العرضية الصغيرة للأنابيب يتم إنشاء مستوى عال من الاضطراب.
يضمن السطح الأملس لأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ واتجاه التدفق العمودي تأثير التنظيف الذاتي.
توجد وصلة إرجاع المبادل الحراري في الخلف، ووصلة التدفق في المقدمة. يتم تثبيت استنزاف المكثفات على المبادل الحراري.
مجمع غاز العادم قبل توصيل خط أنابيب "إمداد الهواء / إزالة غاز العادم" مصنوع من البلاستيك.

الشكل 19: رسم تخطيطي هيدروليكي لغلاية تكثيف مزودة بموفر مدمج

الشكل 20 منظر مقطعي لمبادل حراري لغلاية تكثيف مزودة بموفر مدمج

احتراق الغاز التقليدي والاحتراق الكامل للخليط

معظم الغلايات ذات غرفة الاحتراق المفتوحة لها نفس مبدأ احتراق الغاز. بسبب الطاقة الحركية لنفاثة الغاز، يتم امتصاص الهواء فيها.

الشكل 19 مبدأ احتراق الغاز في الشعلات الجوية (فوهة الفنتوري)

يتم توفير الغاز القابل للاحتراق تحت الضغط إلى الفوهة. هنا بسبب تضييق الممر الطاقة الكامنةيتحول الضغط إلى طاقة حركية للطائرة. بسبب القسم الهندسي الخاص لفوهة الفنتوري، يتم خلط الهواء الأساسي. مباشرة في الفوهة، يتم خلط الغاز والهواء (يتم تشكيل خليط الغاز والهواء). عند الخروج من الفوهة، يتم خلط الهواء الثانوي. تتغير قوة الموقد بسبب التغيرات في ضغط الغاز، وتتغير سرعة نفث الغاز وكمية الهواء الممتص وفقًا لذلك.
مزايا هذا التصميم هي بساطته وهدوءه.
القيود والعيوب: الهواء الزائد الكبير، عمق التعديل المحدود، وفرة الانبعاثات الضارة.

في الغلايات ذات غرفة الاحتراق المغلقة، يكون مبدأ احتراق الغاز مشابهًا للموصوف أعلاه. الفرق يكمن فقط في الانبعاث القسري لمنتجات الاحتراق وإمداد الهواء للاحتراق. جميع مزايا وعيوب الشعلات الجوية صالحة للغلايات ذات غرفة الاحتراق المغلقة.

تستخدم غلايات التكثيف مبدأ "الخلط المسبق الكامل للغاز والهواء". جوهر هذه الطريقة هو اختلاط الغاز بتيار الهواء، بسبب الفراغ الذي يخلقه الأخير في فوهة الفنتوري.

تجهيزات الغاز ومنفاخ
بمجرد أن تتعرف الوحدة الإلكترونية على سرعة بدء تشغيل المنفاخ، يتم فتح صمامات الغاز الموجودة على التوالي.
يوجد على جانب الشفط للمنفاخ مصدر هواء مزدوج الجدار/مخرج غاز العادم (نظام فنتوري). بسبب الفتحة الحلقية، وفقًا لمبدأ الفنتوري، تحدث ظاهرة الشفط في الحجرة الموجودة فوق غشاء التحكم الرئيسي في الغاز في صمام الغاز.

الشكل 20: وحدة خلط الموقد مع الخلط المسبق الكامل

عملية الاشتعال
يمر الغاز عبر القناة 1 تحت أغشية التحكم. ينفتح صمام التحكم الرئيسي في الغاز بسبب اختلاف الضغط الناتج. يتدفق الغاز بعد ذلك عبر نظام فنتوري إلى المنفاخ ويمتزج مع هواء السحب. يدخل خليط الهواء والغاز إلى الموقد ويشتعل.
وضع التعديل
تعتمد شوط صمام التحكم الرئيسي في الغاز على موضع صمام التحكم. من خلال زيادة سرعة المنفاخ، يتم تقليل الضغط خلف صمام التحكم الرئيسي في الغاز. تستمر القناة 2 في تغيير الضغط حتى يصبح الضغط أقل من الحجاب الحاجز لصمام التحكم. تستمر فتحة تدفق المخرج في الإغلاق، مما يؤدي إلى انخفاض شدة الانخفاض في ضغط الغاز عبر القناة 2. وبالتالي، من خلال القناة 1، يزداد الضغط تحت غشاء صمام التحكم في الغاز الرئيسي. يستمر صمام التحكم الرئيسي في الغاز في الفتح، مما يسمح بتدفق المزيد من الغاز إلى المنفاخ وبالتالي المزيد من الغاز إلى الموقد.
وبالتالي يتم تعديل الموقد بشكل مستمر عن طريق تغيير تدفق الهواء للمنفاخ. تتتبع كمية الغاز كمية الهواء بنسبة محددة مسبقًا. وبالتالي، من الممكن الحفاظ على نسبة الهواء الزائدة عند مستوى ثابت تقريبًا طوال نطاق التعديل بأكمله.

الشكل 21: الوحدة الحرارية للموقد مع الخلط المسبق الكامل

محتوى المواد الضارة في غازات المداخن وطرق تقليل تركيزها

حاليا التلوث بيئةيكتسب أبعادا مثيرة للقلق. وتأتي كمية الانبعاثات الصادرة عن قطاع الحرارة والطاقة في المرتبة الثانية بعد النقل البري.

الشكل 22 نسبة مئويةالانبعاثات

ولذلك فإن مسألة التخفيض مواد مؤذيةفي منتجات الاحتراق.

الملوثات الرئيسية:

1. • أول أكسيد الكربون CO
   • أكاسيد النيتروجين NOx
   • الأبخرة الحمضية

يُنصح بمكافحة العاملين الأولين من خلال تحسين عملية الاحتراق (نسبة الغاز إلى الهواء الدقيقة) وخفض درجة الحرارة في فرن الغلاية.

عند حرق الوقود الغازي قد تتشكل الأحماض التالية:

تتم إزالة الأبخرة الحمضية بشكل مثالي مع المكثفات. التخلص في الحالة السائلةإنها بسيطة جدًا. عادةً ما يتم ذلك عن طريق معادلة الحمض مع القلوي.

التخلص من المكثفات الحمضية

كما يتبين من تفاعل احتراق الميثان:

عند احتراق 1م3 من الغاز يتكون 2م3 من بخار الماء. في ظل ظروف التشغيل العادية لغلاية التكثيف، يتم إنتاج حوالي 15-20 لترًا يوميًا. المكثفات يحتوي هذا المكثف على حموضة منخفضة (حوالي Ph = 3.5-4.5) والتي لا تتجاوز المستوى المسموح بهالنفايات المنزلية.

الشكل 23: مستوى الحموضة لمكثفات غلايات الغاز

المكونات المكثفة	المؤشرات القياسية حسبمركبة A251(2)، ملجم/لتر	ملغم/لتر

الجدول 3: محتوى المعادن الثقيلة في المكثفات

لذلك، يُسمح بتصريف المكثفات في المجاري، حيث سيتم تحييدها باستخدام النفايات المنزلية القلوية.
يرجى ملاحظة أن أنظمة الصرف المنزلي مصنوعة من مواد مقاومة للمكثفات الحمضية.
وفقًا لورقة العمل ATV A 251، فإن هذه هي المواد التالية:
_ مواسير سيراميك
_ مواسير PVC الصلبة
_ مواسير PVC
_ مواسير بولي إيثيلين كثافة عالية
_ مواسير بولي بروبيلين
_ الأنابيب المصنوعة من بوليمر مشترك من أكريلونيتريل، بوتادين وستايرين أو بوليمر مشترك من أكريلونيتريل، ستايرين واسترات أكريليك (ABS/ASA)
_ مواسير ستانلس ستيل
_ مواسير البورسليكات

الشكل 24: التخلص من المكثفات

وفقًا للمعايير الإيطالية، يمكن استخدام نظام تفريغ المكثفات أعلاه لأنظمة الغلايات بقدرة إجمالية لا تزيد عن 116 كيلووات (وفقًا للمعيار الألماني ATV A 251، لا تزيد عن 200 كيلووات). إذا تم تجاوز هذه القيمة، فمن الضروري تثبيت أجهزة تحييد مكثفات المحبب الخاصة.

الشكل 25: تحييد المكثفات باستخدام مضخة المكثفات

1. مخرج تصريف مكثفات الغلاية
2. أنبوب مدخل المعادل
3. معادل المكثفات
4. أنبوب مخرج المُعادل
5. خرطوم إمداد المكثفات إلى مجمع المكثفات
6. جامع المكثفات
7. تركيب مخرج المكثفات
8. خرطوم تصريف المكثفات
9. محول
10. الصرف الصحي
11. تصاعد المشابك

يوضح الشكل 25 مثالاً على تثبيت التعادل. تتم تصفية المكثفات التي تدخل إلى المُعادل أولاً من خلال طبقة كربون مفعل، ثم يخضع للتحييد في المجلد الرئيسي. يتم تركيب مضخة المكثفات عندما يكون من الضروري إزالة المكثفات فوق مستوى سيفون المكثفات في المرجل. يستخدم هذا التصميم لتحييد المكثفات من الغلايات بقدرة إجمالية تتراوح من 35 إلى 300 كيلوواط (اعتمادًا على قوة التثبيت، يختلف طول المعادل). إذا تجاوزت قوة التثبيت 300 كيلوواط، فسيتم تثبيت العديد من أدوات التحييد بالتوازي.
من السهل للغاية صيانة المُعادل ولا يتطلب فحص الحبيبات وتجديدها أكثر من مرة واحدة في السنة. كقاعدة عامة، يتم أيضًا تقييم حموضة المكثفات باستخدام ورق عباد الشمس.

حجة تكنولوجيا التكثيف

	الحجج للكفاءة
تحديد	مركز خدمات	مستهلك	المثبت
مبادلات حرارية أنبوبية ناعمة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأجزاء التي تحمل غازات المداخن/المكثفات مصنوعة من البلاستيك	حجة البيع: طويل الأمد الخدمات، قاصر التكاليف الفنية خدمة	نسبة التكلفة / القيمة جيدة تأثير مفيدبفضل طويلة عمر خدمة الأجهزة صغير تكاليف الصيانة	نقطة البيع: عمر خدمة طويل
مستوى عال تطبيع معدل الاستخدام وانخفاض انبعاثات المواد الضارة	بيع الحجج تكنولوجيا احتراق الوقود الواعدة	خلل بسيط يعمل الوقود قاصر على- تحميل على البيئة الأربعاء	جهاز واعد
جهاز مدمج وجودة عالية/تصميم جذاب	الغرف والمنافذ والسندرات سهلة التركيب و تثبيت	مساحة صغيرة مطلوبة لا يوجد "مباشر" مطلوب جهاز اللص	لا توجد غرفة المرجل المطلوبة إمكانية الاستخدام الشامل للأقبية السكنية الغرف والمنافذ والسندرات
مدى واسع تعديل		عملية فعالة واقتصادية في جميع النطاقات قوة عملية صامتة بفضل انخفاض سرعة الساعة انخفاض تكاليف الوقود	نموذج عالمي يمكن العمل عليه مدى واسعأشياء

وحدات قياس المكونات الغازية لمنتجات الاحتراق →

محتويات القسم

عند حرق الوقود العضوي في أفران الغلايات، منتجات مختلفةالاحتراق، مثل أكاسيد الكربون CO x = CO + CO 2، بخار الماء H 2 O، أكاسيد الكبريت SO x = SO 2 + SO 3، أكاسيد النيتروجين NO x = NO + NO 2، الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، مركبات الفلوريد ومركبات الفاناديوم V 2 O 5 والجسيمات الصلبة وما إلى ذلك (انظر الجدول 7.1.1). عندما يتم حرق الوقود بشكل غير كامل في الأفران، قد تحتوي غازات العادم أيضًا على الهيدروكربونات CH4، C2H4، وما إلى ذلك. جميع منتجات الاحتراق غير الكامل ضارة، ولكن مع تكنولوجيا احتراق الوقود الحديثة يمكن تقليل تكوينها [1].

الجدول 7.1.1. الانبعاثات المحددة الناتجة عن حرق الوقود العضوي في مراجل الطاقة [3]

وسيلة الإيضاح: A p، S p – على التوالي، محتوى الرماد والكبريت لكل كتلة عاملة من الوقود، %.

معيار التقييم الصحي للبيئة هو الحد الأقصى المسموح به للتركيز (MPC) للمادة الضارة في الهواء الجوي عند مستوى الأرض. يجب أن يُفهم MAC على أنه تركيز المواد المختلفة و مركبات كيميائيةوالتي عند تعرضها لجسم الإنسان يومياً لمدة طويلة لا تسبب أي شيء التغيرات المرضيةأو الأمراض.

الحد الأقصى المسموح به للتركيزات (MPC) للمواد الضارة في الهواء الجوي المناطق المأهولة بالسكانترد في الجدول. 7.1.2 [4]. يتم تحديد الحد الأقصى للتركيز الفردي للمواد الضارة من خلال عينات مأخوذة خلال 20 دقيقة، ومتوسط ​​التركيز اليومي - يوميًا.

الجدول 7.1.2. الحد الأقصى المسموح به لتركيزات المواد الضارة في الهواء الجوي للمناطق المأهولة بالسكان

ملوث	الحد الأقصى للتركيز المسموح به، ملغم/م3
الحد الأقصى لمرة واحدة	معدل يومي
الغبار غير سام	0,5	0,15
ثاني أكسيد الكبريت	0,5	0,05
أول أكسيد الكربون	3,0	1,0
أول أكسيد الكربون	3,0	1,0
ثاني أكسيد النيتروجين	0,085	0,04
أكسيد النيتريك	0,6	0,06
السخام (السخام)	0,15	0,05
كبريتيد الهيدروجين	0,008	0,008
بنز (أ) بيرين	-	0.1 ميكروغرام/100 م3
خامس أكسيد الفاناديوم	-	0,002
مركبات الفلورايد (بالفلور)	0,02	0,005
الكلور	0,1	0,03

ويتم إجراء الحسابات لكل مادة ضارة على حدة، بحيث لا يتجاوز تركيز كل منها القيم الواردة في الجدول. 7.1.2. بالنسبة لبيوت الغلايات، يتم تشديد هذه الشروط من خلال إدخال متطلبات إضافية بشأن ضرورة تلخيص تأثير أكاسيد الكبريت والنيتروجين، والذي يتم تحديده بالتعبير

في الوقت نفسه، بسبب نقص الهواء المحلي أو الظروف الحرارية والديناميكية الهوائية غير المواتية، تتشكل منتجات الاحتراق غير المكتملة في الأفران وغرف الاحتراق، والتي تتكون بشكل رئيسي من أول أكسيد الكربون CO (أول أكسيد الكربون)، والهيدروجين H 2 والهيدروكربونات المختلفة التي تتميز بالحرارة الخسارة في وحدة الغلاية نتيجة الاحتراق الكيميائي غير الكامل (الحرق الكيميائي المنخفض).

بالإضافة إلى ذلك، تنتج عملية الاحتراق عدداً من المركبات الكيميائية التي تتشكل نتيجة أكسدة مكونات مختلفة من الوقود ونيتروجين الهواء N2. الجزء الأكثر أهمية منها يتكون من أكاسيد النيتروجين NO x وأكاسيد الكبريت SO x .

تتشكل أكاسيد النيتروجين نتيجة أكسدة كل من النيتروجين الجزيئي الموجود في الهواء والنيتروجين الموجود في الوقود. أظهرت الدراسات التجريبية أن الحصة الرئيسية من أكاسيد النيتروجين المتكونة في أفران الغلايات، وهي 96÷100%، هي أول أكسيد النيتروجين (أكسيد) NO. يتشكل ثاني أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد النيتروجين N 2 O بكميات أقل بكثير، وتكون حصتهما تقريبًا: بالنسبة لـ NO 2 - ما يصل إلى 4٪، وبالنسبة لـ N 2 O - أجزاء من المائة من إجمالي انبعاثات أكسيد النيتروجين. في ظل الظروف النموذجية لحرق الوقود في الغلايات، عادة ما تكون تركيزات ثاني أكسيد النيتروجين NO 2 ضئيلة مقارنة بمحتوى NO وتتراوح عادة من 0÷7 جزء في المليونما يصل إلى 20÷30 جزء في المليون. في الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي الاختلاط السريع للمناطق الساخنة والباردة في لهب مضطرب إلى ظهور تركيزات كبيرة نسبيًا من ثاني أكسيد النيتروجين في المناطق الباردة من التدفق. بالإضافة إلى ذلك، يحدث انبعاث جزئي لثاني أكسيد النيتروجين في الجزء العلوي من الفرن وفي المداخن الأفقي (مع ت> 900÷1000 K) وفي ظل ظروف معينة يمكن أن تصل أيضًا إلى أحجام ملحوظة.

يبدو أن نصف أكسيد النيتروجين N 2 O، الذي يتشكل أثناء احتراق الوقود، مادة وسيطة قصيرة المدى. N 2 O غائب عمليا في منتجات الاحتراق خلف الغلايات.

يعد الكبريت الموجود في الوقود مصدرًا لتكوين أكاسيد الكبريت SO x: ثاني أكسيد الكبريت SO 2 (ثاني أكسيد الكبريت) والكبريت SO 3 (ثالث أكسيد الكبريت) أنهيدريدات. يعتمد إجمالي انبعاث الكتلة لـ SO x فقط على محتوى الكبريت في الوقود S p، ويعتمد تركيزها في غازات المداخن أيضًا على معامل تدفق الهواء α. كقاعدة عامة، حصة SO 2 هي 97÷99%، وحصة SO 3 هي 1÷3% من إجمالي إنتاج SO x. ويتراوح المحتوى الفعلي لثاني أكسيد الكبريت في الغازات الخارجة من الغلايات من 0.08 إلى 0.6%، ويتراوح تركيز ثاني أكسيد الكبريت من 0.0001 إلى 0.008%.

من بين المكونات الضارة لغازات المداخن، تحتل مجموعة كبيرة من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) مكانًا خاصًا. تتمتع العديد من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات بنشاط مسرطن و (أو) مطفر وينشط الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي في المدن، الأمر الذي يتطلب رقابة صارمة والحد من انبعاثاتها. في الوقت نفسه، فإن بعض الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، مثل الفينانثرين والفلورانثين والبيرين وعدد من المواد الأخرى، تكون خاملة تقريبًا من الناحية الفسيولوجية وليست مسرطنة.

تتشكل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات نتيجة الاحتراق غير الكامل لأي وقود هيدروكربوني. ويحدث هذا الأخير بسبب تثبيط تفاعلات أكسدة هيدروكربونات الوقود بواسطة الجدران الباردة لأجهزة الاحتراق، ويمكن أن يحدث أيضًا بسبب الخلط غير المرضي بين الوقود والهواء. وهذا يؤدي إلى تكوين مناطق أكسدة محلية في الأفران (غرف الاحتراق). درجة حرارة منخفضةأو المناطق التي بها وقود زائد.

بسبب كمية كبيرةبسبب اختلاف الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في غازات المداخن وصعوبة قياس تركيزاتها، من المعتاد تقدير مستوى التلوث المسرطن لمنتجات الاحتراق والهواء الجوي من خلال تركيز المادة المسرطنة الأقوى والأكثر استقرارًا - البنزو(أ)بيرين (B(a) )ع) ج 20 ح 12 .

ونظرًا لسميتها العالية، يجب الإشارة بشكل خاص إلى منتجات احتراق زيت الوقود مثل أكاسيد الفاناديوم. يوجد الفاناديوم في الجزء المعدني من زيت الوقود، وعند احتراقه يشكل أكاسيد الفاناديوم V O، V O 2. ومع ذلك، عندما تتشكل الرواسب على الأسطح الحملية، يتم تقديم أكاسيد الفاناديوم بشكل رئيسي في شكل V 2 O 5. خامس أكسيد الفاناديوم V2O5 هو الشكل الأكثر سمية من أكاسيد الفاناديوم، وبالتالي يتم حساب انبعاثاتها من حيث V2O5.

الجدول 7.1.3. التركيز التقريبي للمواد الضارة في منتجات الاحتراق أثناء حرق الوقود العضوي في غلايات الطاقة

الانبعاثات =	التركيز ملغم/م3
	غاز طبيعي	زيت الوقود	فحم
أكاسيد النيتروجين NO x (من حيث NO 2)	200÷ 1200	300÷ 1000	350 ÷1500
ثاني أكسيد الكبريت SO2	-	2000÷6000	1000÷5000
أنهيدريد الكبريتيك SO3	-	4÷250	2 ÷100
أول أكسيد الكربونشركة	10÷125	10÷150	15÷150
بنز (أ) بيرين C 20 H 12	(0.1÷1، 0)·10 -3	(0.2÷4.0) 10 -3	(0.3÷14) 10 -3
الجسيمات الدقيقه	-	<100	150÷300

عند حرق زيت الوقود والوقود الصلب، تحتوي الانبعاثات أيضًا على جزيئات صلبة تتكون من الرماد المتطاير وجزيئات السخام والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والوقود غير المحترق نتيجة للحرق الميكانيكي.

يوضح الجدول نطاقات تركيزات المواد الضارة في غازات المداخن عند حرق أنواع مختلفة من الوقود. 7.1.3.

الغاز الطبيعي هو الوقود الأكثر شيوعا اليوم. يسمى الغاز الطبيعي بالغاز الطبيعي لأنه يتم استخراجه من أعماق الأرض.

عملية احتراق الغاز هي تفاعل كيميائي يتفاعل فيه الغاز الطبيعي مع الأكسجين الموجود في الهواء.

يوجد في الوقود الغازي جزء قابل للاحتراق وجزء غير قابل للاحتراق.

المكون الرئيسي القابل للاشتعال في الغاز الطبيعي هو الميثان - CH4. ويصل محتواه من الغاز الطبيعي إلى 98%. الميثان عديم الرائحة ولا طعم له وغير سام. حد قابليته للاشتعال هو من 5 إلى 15٪. هذه الصفات هي التي مكنت من استخدام الغاز الطبيعي كأحد أنواع الوقود الرئيسية. إن تركيز الميثان الذي يزيد عن 10% يشكل خطراً على الحياة، ويمكن أن يحدث الاختناق بسبب نقص الأكسجين.

للكشف عن تسربات الغاز يتم تعطير الغاز، بمعنى آخر يتم إضافة مادة قوية الرائحة (إيثيل مركابتان). في هذه الحالة، يمكن اكتشاف الغاز بالفعل بتركيز 1%.

بالإضافة إلى الميثان، قد يحتوي الغاز الطبيعي على غازات قابلة للاشتعال - البروبان والبيوتان والإيثان.

لضمان احتراق الغاز عالي الجودة، من الضروري توفير كمية كافية من الهواء لمنطقة الاحتراق وضمان خلط الغاز جيدًا مع الهواء. النسبة المثالية هي 1: 10. أي أن جزءًا واحدًا من الغاز يحتوي على عشرة أجزاء من الهواء. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري إنشاء نظام درجة الحرارة المطلوب. لكي يشتعل الغاز، يجب تسخينه إلى درجة حرارة الاشتعال، وفي المستقبل يجب ألا تنخفض درجة الحرارة عن درجة حرارة الاشتعال.

من الضروري تنظيم إزالة منتجات الاحتراق في الغلاف الجوي.

يتم تحقيق الاحتراق الكامل في حالة عدم وجود مواد قابلة للاشتعال في منتجات الاحتراق المنبعثة في الغلاف الجوي. في هذه الحالة، يتحد الكربون والهيدروجين معًا ويشكلان ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.

بصريا، مع الاحتراق الكامل، يكون اللهب أزرق فاتح أو بنفسجي مزرق.

احتراق كامل للغاز.

الميثان + الأكسجين = ثاني أكسيد الكربون + الماء

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

بالإضافة إلى هذه الغازات، يتم إطلاق النيتروجين والأكسجين المتبقي في الغلاف الجوي بغازات قابلة للاشتعال. N2+O2

إذا لم يحدث احتراق الغاز تماما، فسيتم إطلاق المواد القابلة للاشتعال في الغلاف الجوي - أول أكسيد الكربون، الهيدروجين، السخام.

يحدث الاحتراق غير الكامل للغاز بسبب عدم كفاية الهواء. في الوقت نفسه، تظهر ألسنة السخام بصريا في اللهب.

يكمن خطر الاحتراق غير الكامل للغاز في أن أول أكسيد الكربون يمكن أن يسبب تسمم العاملين في غرفة الغلاية. يمكن أن يسبب محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء بنسبة 0.01-0.02% تسممًا خفيفًا. التركيزات العالية يمكن أن تسبب التسمم الشديد والوفاة.

يستقر السخام الناتج على جدران المرجل، مما يضعف نقل الحرارة إلى المبرد ويقلل من كفاءة غرفة المرجل. يوصل السخام الحرارة أسوأ بـ 200 مرة من الميثان.

من الناحية النظرية، هناك حاجة إلى 9 م3 من الهواء لحرق 1 م3 من الغاز. في الظروف الحقيقية، مطلوب المزيد من الهواء.

أي أن هناك حاجة إلى كمية زائدة من الهواء. توضح هذه القيمة، المسماة ألفا، عدد المرات التي يتم فيها استهلاك الهواء أكثر مما هو ضروري من الناحية النظرية.

يعتمد معامل ألفا على نوع الموقد المحدد وعادة ما يتم تحديده في جواز سفر الموقد أو وفقًا للتوصيات الخاصة بتنظيم أعمال التشغيل التي يتم تنفيذها.

ومع زيادة كمية الهواء الزائد فوق المستوى الموصى به، يزداد فقدان الحرارة. مع زيادة كبيرة في كمية الهواء، قد ينقطع اللهب، مما يخلق حالة طوارئ. إذا كانت كمية الهواء أقل من الموصى بها، فسيكون الاحتراق غير كامل، مما يخلق خطر التسمم لموظفي غرفة المرجل.

للتحكم بشكل أكثر دقة في جودة احتراق الوقود، هناك أجهزة - محللات الغاز، والتي تقيس محتوى بعض المواد في غازات العادم.

يمكن توفير أجهزة تحليل الغاز كاملة مع الغلايات. إذا لم تكن متوفرة، يتم إجراء القياسات المقابلة من قبل منظمة التكليف باستخدام أجهزة تحليل الغاز المحمولة. يتم رسم خريطة النظام التي يتم فيها تحديد معلمات التحكم الضرورية. ومن خلال الالتزام بها، يمكنك ضمان الاحتراق الطبيعي الكامل للوقود.

المعلمات الرئيسية لتنظيم احتراق الوقود هي:

• نسبة الغاز والهواء الموردة إلى الشعلات.

• معامل الهواء الزائد.

• فراغ في الفرن.

• عامل كفاءة الغلاية.

في هذه الحالة، تعني كفاءة المرجل نسبة الحرارة المفيدة إلى كمية الحرارة الإجمالية المستهلكة.

تكوين الهواء

اسم الغاز	عنصر كيميائي	محتويات في الهواء
نتروجين	ن2	78 %
الأكسجين	O2	21 %
الأرجون	آر	1 %
ثاني أكسيد الكربون	ثاني أكسيد الكربون	0.03 %
هيليوم	هو	أقل من 0.001%
هيدروجين	H2	أقل من 0.001%
نيون	ني	أقل من 0.001%
الميثان	CH4	أقل من 0.001%
كريبتون	كر	أقل من 0.001%
زينون	XE	أقل من 0.001%

تكوين منتجات الاحتراق الكامل

تشتمل منتجات الاحتراق الكامل أيضًا على مكونات الصابورة - النيتروجين (N2) والأكسجين (O2).

يدخل النيتروجين دائما إلى الفرن مع الهواء، ويبقى الأكسجين من تدفقات الهواء التي لا تستخدم أثناء عملية الاحتراق. وبالتالي، فإن غازات المداخن التي تتشكل أثناء الاحتراق الكامل للوقود الغازي تتكون من أربعة مكونات: ثاني أكسيد الكربون، وH2O، وO2، وN2

عندما يحترق الوقود الغازي بشكل غير كامل، تظهر مكونات قابلة للاحتراق وأول أكسيد الكربون والهيدروجين وأحيانًا الميثان في غازات المداخن. مع الاحتراق الكيميائي الكبير، تظهر جزيئات الكربون في منتجات الاحتراق، والتي يتكون منها السخام. يمكن أن يحدث الاحتراق غير الكامل للغاز عند نقص الهواء في منطقة الاحتراق (cst>1)، أو اختلاط الهواء بالغاز بشكل غير مرض، أو ملامسة الشعلة للجدران الباردة، مما يؤدي إلى إنهاء تفاعل الاحتراق.

مثال. لنفترض أن احتراق 1 م3 من غاز داشافسكي ينتج منتجات احتراق جافة Kci-35 م3/م3، بينما تحتوي منتجات الاحتراق على مكونات قابلة للاشتعال بكمية: CO = 0.2%؛ H2=0.10/س؛ CH4 = = 0.05%.

تحديد فقدان الحرارة من الاحتراق غير الكامل للمواد الكيميائية. هذه الخسارة تساوي Q3 = VC, g ("26, 3SO + Yu8N3 + 358CH4) = 35 (126.3-0.2 + 108-0.1 + 358-0.05) =

1890 كيلوجول/م3.

يتم تحديد نقطة الندى لمنتجات الاحتراق على النحو التالي. أولا، العثور على الحجم الإجمالي لمنتجات الاحتراق

ومعرفة كمية بخار الماء Vhn التي تحتوي عليها، تحديد الضغط الجزئي لبخار الماء Pngo (ضغط بخار الماء المشبع عند درجة حرارة معينة) باستخدام الصيغة

P»إلى=vmlVr,bar.

كل قيمة للضغط الجزئي لبخار الماء تتوافق مع نقطة ندى معينة.

مثال. يؤدي احتراق 1 م3 من الغاز الطبيعي داشافي عند = 2.5 إلى إنتاج منتجات احتراق Vr = 25 م3/م3، بما في ذلك بخار الماء Vsn = 2.4 م3/م3. مطلوب لتحديد درجة حرارة نقطة الندى.

الضغط الجزئي لبخار الماء في منتجات الاحتراق يساوي

^0=^/^ = 2.4/25 = 0.096 بار.

يتوافق الضغط الجزئي الموجود مع درجة حرارة 46 درجة مئوية. هذه هي نقطة الندى. إذا كانت درجة حرارة غازات المداخن في هذه التركيبة أقل من 46 درجة مئوية، فستبدأ عملية تكثيف بخار الماء.

كفاءة تشغيل المواقد المنزلية المحولة إلى وقود الغاز، ويتميز بمعامل الأداء (الكفاءة)، ويتم تحديد كفاءة أي جهاز حراري من الميزان الحراري، أي المساواة بين الحرارة الناتجة عن حرق الوقود واستهلاك هذه الحرارة للتدفئة المفيدة.

عند تشغيل مواقد الغاز المنزلية، لديهم مكان الحالاتعندما يتم تبريد غازات المداخن في المداخن إلى نقطة الندى. نقطة الندى هي درجة الحرارة التي يجب تبريد الهواء أو الغاز الآخر إليها قبل أن يصل بخار الماء الذي يحتويه إلى التشبع.