Regulacija procesa izgaranja (Osnovni principi izgaranja)

>> Povratak na sadržaj

Za optimalno izgaranje potrebno je koristiti više zraka nego što sugerira teorijski izračun. kemijska reakcija(stehiometrijski zrak).

To je uzrokovano potrebom da se oksidira svo dostupno gorivo.

Razlika između stvarne količine zraka i stehiometrijske količine zraka naziva se višak zraka. Obično se višak zraka kreće od 5% do 50%, ovisno o vrsti goriva i plameniku.

Tipično, što je teže oksidirati gorivo, to je potreban veći višak zraka.

Višak zraka ne smije biti pretjeran. Preveliki dovod zraka za izgaranje smanjuje temperaturu dimnih plinova i povećava gubitak topline generatora topline. Osim toga, pri određenoj graničnoj količini viška zraka, plamenik se previše hladi i počinju se stvarati CO i čađa. Suprotno tome, nedostatak zraka uzrokuje nepotpuno izgaranje i iste probleme koji su gore navedeni. Stoga, da bi se osiguralo potpuno izgaranje goriva i visoka učinkovitost izgaranja, količina viška zraka mora biti vrlo precizno regulirana.

Potpunost i učinkovitost izgaranja provjerava se mjerenjem koncentracije ugljičnog monoksida CO u dimnim plinovima. Ako nema ugljičnog monoksida, tada je došlo do potpunog izgaranja.

Neizravno, višak zraka se može izračunati mjerenjem koncentracije slobodnog kisika O 2 i/ili ugljičnog dioksida CO 2 u dimnim plinovima.

Količina zraka bit će približno 5 puta veća od izmjerene količine ugljika u volumenskim postocima.

Što se tiče CO 2, njegova količina u dimnim plinovima ovisi samo o količini ugljika u gorivu, a ne o količini viška zraka. Njegova apsolutna količina bit će konstantna, ali će postotak volumena varirati ovisno o količini viška zraka u dimnim plinovima. U nedostatku viška zraka količina CO 2 će biti maksimalna, s povećanjem količine viška zraka smanjuje se volumni postotak CO 2 u dimnim plinovima. Manji višak zraka odgovara više CO 2 i obrnuto, pa je izgaranje učinkovitije kada je količina CO 2 blizu maksimalne vrijednosti.

Sastav dimnih plinova može se prikazati na jednostavnom grafikonu pomoću "trokuta izgaranja" ili Ostwaldovog trokuta, koji se ucrtava za svaku vrstu goriva.

Pomoću ovog grafikona, znajući postotak CO 2 i O 2, možemo odrediti sadržaj CO i količinu viška zraka.

Kao primjer na Sl. Slika 10 prikazuje trokut izgaranja metana.

Slika 10. Trokut izgaranja za metan

X-os pokazuje postotak O2, a Y-os pokazuje postotak CO2. Hipotenuza ide od točke A, koja odgovara maksimalnom sadržaju CO 2 (ovisno o gorivu) pri nultom sadržaju O 2, do točke B, koja odgovara nultom sadržaju CO 2 i maksimalnom sadržaju O 2 (21%). Točka A odgovara uvjetima stehiometrijskog izgaranja, točka B odgovara odsutnosti izgaranja. Hipotenuza je skup točaka koje odgovaraju idealnom izgaranju bez CO.

Ravne linije paralelne s hipotenuzom predstavljaju različite postotke CO.

Pretpostavimo da naš sustav radi na metan i analiza dimnih plinova pokazuje da je sadržaj CO 2 10%, a sadržaj O 2 3%. Iz trokuta za plin metan nalazimo da je sadržaj CO 0, a sadržaj viška zraka 15%.

Tablica 5 prikazuje maksimalni sadržaj CO 2 za različiti tipovi goriva i vrijednosti koja odgovara optimalnom izgaranju. Ova vrijednost je preporučena i izračunata na temelju iskustva. Treba napomenuti da kada se maksimalna vrijednost uzima iz središnjeg stupca, potrebno je izmjeriti emisije prema postupku opisanom u poglavlju 4.3.

Objavljeno: 21.11.2009 | |

Denis Ryndin,
glavni inženjer "Tehnologije vode"

Trenutno su posebno akutna pitanja povećanja učinkovitosti grijanja i smanjenja pritiska okoliša na okoliš. Najviše obećava, u tom pogledu, korištenje kondenzacijske tehnologije, koja je sposobna za najviše u cijelosti riješiti zacrtani krug problema. Tvrtka Vodnaya Tekhnika oduvijek je težila uvođenju modernog i učinkovitog oprema za grijanje. U svjetlu toga njezino zanimanje za kondenzacijsku tehnologiju, kao najučinkovitiju, visokotehnološku i najperspektivniju, prirodno je i opravdano. Stoga je 2006. godine jedan od prioritetna područja razvoj tvrtke - promocija kondenzacijske opreme na ukrajinskom tržištu. U tu svrhu planirano je niz događanja, a jedno od njih je serija popularnih članaka za one koji se prvi put susreću s takvom tehnologijom. U ovom ćemo članku pokušati dotaknuti glavna pitanja implementacije i primjene principa kondenzacije vodene pare u tehnici grijanja:

• Kako se toplina razlikuje od temperature?
• Može li učinkovitost biti veća od 100%?

Kako se toplina razlikuje od temperature?

Temperatura je stupanj zagrijavanja tijela (kinetička energija tjelesnih molekula). Vrijednost je vrlo relativna, što se lako može ilustrirati pomoću Celzijeve i Fahrenheitove ljestvice. U svakodnevnom životu koristi se Celzijeva ljestvica u kojoj je 0 ledište vode, a 100° vrelište vode pri atmosferskom tlaku. Budući da točke smrzavanja i vrelišta vode nisu dobro definirane, Celzijeva ljestvica trenutno se definira pomoću Kelvinove ljestvice: stupnjevi Celzijusa jednaki su stupnjevima Kelvina, a apsolutna nula je -273,15 °C. Celzijeva ljestvica je praktički vrlo zgodna jer je voda vrlo česta na našem planetu i na njoj se temelji naš život. Nula Celzija je posebna točka za meteorologiju, jer smrzavanje atmosferske vode sve bitno mijenja. U Engleskoj, a posebno u SAD-u, koristi se Fahrenheitova ljestvica. U ovoj ljestvici interval od same temperature podijeljen je na 100 stupnjeva. hladna zima u gradu u kojem je živio Fahrenheit, na temperaturu ljudsko tijelo. Nula Celzija je 32 Fahrenheita, a stupanj Fahrenheita jednak je 5/9 stupnjeva Celzija.

Pretvorba temperature između glavnih ljestvica
	Kelvine	Celzija	Fahrenheit
			= (F + 459,67) / 1,8
			= (F − 32) / 1,8
	K 1,8 − 459,67

Tablica 1. Jedinice temperature

Kako bismo jasnije zamislili razliku između pojmova temperature i topline, razmotrimo sljedeći primjer: Primjer s vodom za grijanje: Recimo da smo zagrijali određenu količinu vode (120 litara) na temperaturu od 50°C, i kako koliko vode možemo zagrijati na temperaturu od 40 °C, koristeći istu količinu topline (izgorjelo gorivo)? Radi jednostavnosti, pretpostavit ćemo da je u oba slučaja početna temperatura vode 15 °C.

Slika 1. Primjer 1

Kako se vidi iz jasan primjer, temperatura i količina topline su različiti pojmovi. Oni. tijelo na različite temperature, mogu imati istu toplinsku energiju, i obrnuto: tijela s istom temperaturom mogu imati različitu Termalna energija. Kako bi se definicije pojednostavile, izmišljena je posebna vrijednost - entalpija Entalpija je količina topline sadržana u jedinici mase tvari [kJ/kg] V prirodni uvjeti na Zemlji postoje tri agregatna stanja vode: kruto (led), tekuće (sama voda), plinovito (vodena para).Prijelaz vode iz jednog agregatnog stanja u drugo prati promjena toplinske energije tijela pri konstantna temperatura (mijenja se stanje, a ne temperatura, drugim riječima - sva toplina se troši na promjenu stanja, a ne na zagrijavanje) Senzibilna toplina - ona toplina kod koje promjena količine topline dovedene tijelu uzrokuje promjena njegove temperature Latentna toplina - toplina isparavanja (kondenzacije) je toplina koja ne mijenja temperaturu tijela, ali služi za promjenu agregatnog stanja tijela. Ilustrirajmo ove koncepte grafom na kojem će se entalpija (količina dovedene topline) iscrtati duž ordinatne osi, a temperatura duž ordinatne osi. Ovaj grafikon prikazuje proces zagrijavanja tekućine (vode).

Slika 2 Grafikon entalpija – temperatura, za vodu

A-B voda se zagrijava od temperature od 0 ºS do temperature od 100 ºS (u ovom slučaju, sva toplina koja se dovodi u vodu odlazi na povećanje njene temperature)
PRIJE KRISTA voda ključa (u ovom slučaju, sva toplina dovedena u vodu koristi se za pretvaranje u paru, temperatura ostaje konstantna na 100 ºS)
CD sva se voda pretvorila u paru (iskuhala) i sada se toplina koristi za povećanje temperature pare.

Sastav dimnih plinova tijekom izgaranja plinovito gorivo

Proces izgaranja je proces oksidacije gorivih sastojaka goriva uz pomoć atmosferskog kisika, pri čemu se oslobađa toplina. Pogledajmo ovaj proces:

Slika 3 Sastav prirodnog plina i zraka

Pogledajmo kako se razvija reakcija izgaranja plinovitog goriva:

Slika 4 Reakcija izgaranja plinovitog goriva

Kao što se može vidjeti iz jednadžbe reakcije oksidacije, kao rezultat dobivamo ugljični dioksid, vodena para (dimni plinovi) i toplina. Toplina koja se oslobađa pri izgaranju goriva naziva se donja ogrjevna vrijednost goriva (PCI).Ako hladimo dimne plinove, tada će pod određenim uvjetima vodena para početi kondenzirati (prijelaz iz plinovitog stanja u tekuće) .

Slika 5 Latentno oslobađanje topline tijekom kondenzacije vodene pare

U tom slučaju će se osloboditi dodatna količina topline (latentna toplina isparavanja/kondenzacije). Zbroj niže ogrjevne vrijednosti goriva i latentne topline isparavanja/kondenzacije naziva se viša ogrjevna vrijednost goriva (PCS).

Naravno, što je više vodene pare u produktima izgaranja, to veća razlika između više i donje kalorične vrijednosti goriva. Zauzvrat, količina vodene pare ovisi o sastavu goriva:

Tablica 2. Vrijednosti viših i nižih kaloričnih vrijednosti za različite vrste gorivo

Kao što se može vidjeti iz gornje tablice, najveću dodatnu toplinu možemo dobiti izgaranjem metana. Spoj prirodni gas nije konstantan i ovisi o depozitu. Prosječni sastav prirodnog plina prikazan je na slici 6.

Slika 6 Sastav prirodnog plina

Privremeni zaključci:

1. Koristeći latentnu toplinu isparavanja/kondenzacije, možete dobiti više topline nego što se oslobađa izgaranjem goriva

2. Gorivo koje najviše obećava, u tom smislu, je prirodni plin (razlika između više i niže kalorijske vrijednosti je više od 10%)

Koji uvjeti moraju biti stvoreni za početak kondenzacije? Temperatura kondenzacije.

Vodena para u dimnim plinovima ima nešto drugačija svojstva od čiste vodene pare. Oni su u smjesi s drugim plinovima i njihovi parametri odgovaraju parametrima smjese. Stoga se temperatura na kojoj počinje kondenzacija razlikuje od 100 ºS. Vrijednost ove temperature ovisi o sastavu dimnih plinova, što je opet posljedica vrste i sastava goriva, kao i koeficijenta viška zraka. Temperatura dimnih plinova pri kojoj počinje kondenzacija vodene pare u produktima izgaranja goriva naziva se rosište.

Slika 7 Rosište

Privremeni zaključci:

1. Zadatak kondenzacijske tehnologije je ohladiti produkte izgaranja ispod točke rosišta i odvesti toplinu kondenzacije, koristeći je u korisne svrhe.

Može li učinkovitost plinskog kotla biti veća od 100%?

Idemo uzeti tehničke karakteristike neki proizvoljno montirani kotao:

Ukupna snaga kotla = 23.000 Kcal/h (26,7 KW);

Neto snaga kotla = 21.000 Kcal/h (24,03 KW);

Drugim riječima, maksimalna toplinska snaga plamenika je 23.000 Kcal/h (količina topline koja se oslobađa pri izgaranju goriva), a maksimalan iznos toplina koju prima rashladna tekućina iznosi 21 000 Kcal/h.

Gdje ide razlika među njima? Dio proizvedene topline (6-8%) gubi se s ispušnim dimnim plinovima, a dio (1,5-2%) raspršuje se u okolni prostor kroz stijenke kotla.

Ako zbrojimo ove vrijednosti, možemo napisati sljedeću jednadžbu:

Ako korisnu snagu kotla podijelimo s ukupnom i rezultat pomnožimo sa 100%, dobivamo koeficijent korisna radnja kotao (učinkovitost) u%.

Ako pažljivo pročitamo tekst definicije, vidjet ćemo da je ukupna snaga kotla jednaka količini topline koja se oslobađa pri izgaranju goriva u jedinici vremena.

Dakle, ova vrijednost izravno ovisi o donjoj ogrjevnoj moći goriva, a ne uzima u obzir toplinu koja se može osloboditi pri kondenzaciji vodene pare iz produkata izgaranja.

Drugim riječima, to je učinkovitost kotla, u odnosu na nižu ogrjevnu vrijednost goriva.

Ako uzmemo u obzir vrijednost topline kondenzacije vodene pare (vidi tablicu 1), tada možemo prikazati sljedeću sliku raspodjele toplinskih tokova u nekondenzacijskom kotlu.

Slika 9 Raspodjela toplinskih tokova u nekondenzacijskom kotlu

Tada će, kao u kondenzacijskom kotlu, raspodjela toplinskih tokova izgledati ovako:

Slika 10 Raspodjela toplinskih tokova u kondenzacijskom kotlu

Privremeni zaključci:
1. Učinkovitost od 100% ili više moguća je ako se kao referentna točka uzme donja, a ne viša kalorijska vrijednost izgaranja.
2. Svu toplinu (osjetnu i latentnu) ne možemo u potpunosti iskoristiti iz tehničkih razloga, stoga učinkovitost kotla ne može biti jednaka ili veća od 111% (u odnosu na donju ogrjevnu vrijednost goriva).

Načini rada kondenzacijskih kotlova

Plinski kondenzacijski kotlovi mogu se ugraditi u bilo koji sustav grijanja. Količina iskorištene kondenzacijske topline i učinkovitost, ovisno o načinu rada, ovise o pravilnom proračunu sustava grijanja.

Da bi se toplina kondenzacije vodene pare sadržana u dimnim plinovima učinkovito iskoristila, potrebno je dimne plinove ohladiti na temperaturu ispod rosišta. Stupanj korištenja kondenzacijske topline ovisi o izračunatim temperaturama rashladne tekućine u sustavu grijanja i o broju sati rada u kondenzacijskom načinu rada. To je prikazano na grafikonima 11 i 13, gdje je temperatura rosišta 55 °C.

Sustav grijanja 40/30 °C

Slika 11 Raspored rada niskotemperaturnog sustava

Proizvodni kapacitet kondenzacijskih kotlova takvog sustava grijanja tijekom cijelog razdoblja grijanja od velike je važnosti. Niske povratne temperature uvijek su ispod temperature rosišta, pa se konstantno pojavljuje kondenzacija. To se događa u niskotemperaturnim panelnim sustavima grijanja ili podnom grijanju. Za takve sustave idealan je kondenzacijski kotao.

Slika 12 Temperaturni uvjeti prostorije pri korištenju podnog i konvektorskog grijanja

Postoje mnoge prednosti sustava vodenog podnog grijanja u odnosu na tradicionalne:

• Povećana udobnost. Pod postaje topao i ugodan za hodanje, jer se prijenos topline odvija s velike površine s relativno niskom temperaturom.
• Ravnomjerno zagrijavanje cijele prostorije, a time i ravnomjerno grijanje. Čovjek se jednako ugodno osjeća i pored prozora i u sredini sobe.
• Optimalna raspodjela temperature po visini prostorije. Slika 12 prikazuje približnu raspodjelu temperatura po visini prostorije pri korištenju klasičnog grijanja i podnog grijanja. Raspodjela temperature s podnim grijanjem osoba doživljava kao najpovoljnija. Također je potrebno napomenuti smanjenje gubitaka topline kroz strop, budući da je temperaturna razlika između unutarnjeg i vanjskog zraka značajno smanjena, a ugodnu toplinu dobivamo samo tamo gdje je to potrebno, a ne zagrijavamo okoliš kroz krov. To omogućuje učinkovito korištenje sustava podnog grijanja za zgrade s visokim stropovima - crkve, izložbene dvorane, teretane itd.

• Higijena. Nema cirkulacije zraka, smanjen je propuh, što znači da nema kruženja prašine, što je veliki plus za dobrobit ljudi, pogotovo ako boluju od respiratornih bolesti.
• Značajan dio topline s poda prenosi se u obliku izmjena topline zračenjem. Zračenje, za razliku od konvekcije, odmah širi toplinu na okolne površine.
• Ne postoji umjetno odvlaživanje zraka u blizini uređaja za grijanje.
• Estetika. Nema grijaćih uređaja, nema potrebe za njihovim dizajnom ili izborom optimalnih veličina.

Sustav grijanja 75/60 ​​​​°C

Slika 13 Raspored rada visokotemperaturnog sustava

Učinkovito korištenje kondenzacijske topline također je moguće pri projektnim temperaturama od 75/60 ​​​​°C u vremenu od 97% trajanja perioda grijanja. To vrijedi za vanjske temperature između – 11 °C i + 20 °C. Stari sustavi grijanja, koji su bili projektirani za temperature od 90/70 °C, danas rade na temperaturama od gotovo 75/60 ​​°C. Čak iu sustavima s ogrjevnom vodom od 90/70 °C i s načinom rada u kojem se temperatura vode u kotlu kontrolira ovisno o vanjska temperatura, vrijeme korištenja kondenzacijske topline je 80% trajanja godišnjeg razdoblja grijanja.

Visoka standardizirana učinkovitost

U primjerima na slikama 11 i 13 jasno je vidljivo da različiti, ali istovremeno visoki postotak kondenzacijske topline korištene za ove dvije opcije ima izravan utjecaj na potrošnju energije plinskog kondenzacijskog kotla. Za označavanje učinkovitosti goriva kotlovi za grijanje Uveden je koncept standardizirane učinkovitosti. Na slici 14 prikazana je ovisnost potrošnje energije o različitim proračunskim temperaturama sustava grijanja.

Slika 14 Ovisnost učinkovitosti o temperaturi povrata

Visoka standardizirana učinkovitost plinskih kondenzacijskih kotlova objašnjava se sljedećim čimbenicima:

– Provedba visoka vrijednost CO2. Što je veći sadržaj CO 2, to je viša temperatura rosišta plinova za grijanje.

– Održavanje niske temperature povratna linija. Što je temperatura povrata niža, kondenzacija je aktivnija i temperatura dimnih plinova niža.

Privremeni zaključci:

Učinkovitost kondenzacijskog kotla uvelike ovisi o temperaturni režim rad sustava grijanja.
U novim instalacijama moraju se iskoristiti sve mogućnosti optimalnog rada plinskog kondenzacijskog kotla. Visoka učinkovitost se postiže kada su zadovoljeni sljedeći kriteriji:
1. Ograničite temperaturu povrata na maksimalno 50 °C
2. Nastojte održavati temperaturnu razliku između polaza i povrata od najmanje 20 K
3. Nemojte poduzimati mjere za povećanje temperature povratnog voda (to uključuje, na primjer, ugradnju četverosmjerne miješalice, zaobilaznih vodova, hidrauličkih prekidača).

Metode implementacije principa kondenzacije u montiranim kotlovima

U ovaj trenutak Postoje dva glavna načina za implementaciju principa kondenzacije vodene pare u dimnim plinovima: daljinski ekonomizator i izmjenjivač topline od nehrđajućeg čelika s ugrađenim ekonomizatorom

U prvom slučaju, glavna toplina produkata izgaranja koristi se u konvencionalnom konvekcijskom izmjenjivaču topline, a sam proces kondenzacije odvija se u zasebnoj jedinici - daljinskom ekonomizatoru. Ovaj dizajn omogućuje upotrebu komponenti i sklopova koji se koriste u konvencionalnim, nekondenzacijskim kotlovima, ali ne omogućuje potpuno oslobađanje potencijala kondenzacijske tehnologije

Slika 17 Kondenzacijski kotao s daljinskim ekonomajzerom

Izmjenjivač topline s ugrađenim ekonomizatorom sastoji se od 4-7 elemenata za izmjenu topline (zavojnica). Svaki element za izmjenu topline sastoji se od 4 zavoja glatke pravokutne cijevi od nehrđajućeg čelika debljine stjenke od cca. 0,8 mm (vidi sliku 18).

Slika 18 Dijagram kretanja dimnih plinova između zavoja izmjenjivača topline

Ispred izolacijske ploče nalazi se nekoliko elemenata za izmjenu topline. Oni igraju ulogu "prve faze", jer se ovdje javlja samo manja kondenzacija. Četvrti i, prema tome, peti element za izmjenu topline nalazi se iza izolacijske ploče. U ovoj fazi dolazi do "kondenzacijske faze". glavni proces kondenzacija

Prednosti ovog principa su vrlo učinkovit prijenos topline i, s druge strane, eliminacija buke ključanja uzrokovane velikim protokom u glatkim cijevima.
Sljedeća prednost ovog izmjenjivača topline je njegova niska sklonost stvaranju kamenca, budući da se zbog malih presjeka cijevi stvara visoka razina turbulencije.
Glatka površina cijevi od nehrđajućeg čelika i okomiti smjer protoka osiguravaju učinak samočišćenja.
Povratni priključak izmjenjivača topline nalazi se straga, a protok sprijeda. Na izmjenjivaču topline ugrađen je odvod kondenzata.
Kolektor ispušnih plinova prije spajanja cjevovoda "dovod zraka / odvod ispušnih plinova" izrađen je od plastike.

Slika 19 Hidraulički dijagram kondenzacijskog kotla s ugrađenim ekonomajzerom

Slika 20. Presjek izmjenjivača topline kondenzacijskog kotla s ugrađenim ekonomajzerom

Konvencionalno izgaranje plina i potpuno prethodno izgaranje

Većina kotlova s ​​otvorenom komorom za izgaranje ima isti princip izgaranja plina. Zbog kinetičke energije mlaza plina u njega se usisava zrak.

Slika 19 Princip izgaranja plina u atmosferskim plamenicima (Venturijeva mlaznica)

Zapaljivi plin dovodi se pod tlakom u mlaznicu. Ovdje zbog suženja prolaza potencijalna energija tlak se pretvara u kinetičku energiju mlaza. Zbog posebnog geometrijskog presjeka Venturijeve mlaznice dolazi do miješanja primarnog zraka. Izravno u mlaznici, plin i zrak se miješaju (nastaje smjesa plin-zrak). Na izlazu iz mlaznice sekundarni zrak se miješa. Snaga plamenika se mijenja zbog promjene tlaka plina, a sukladno tome se mijenja brzina mlaza plina i količina usisanog zraka.
Prednosti ovog dizajna su njegova jednostavnost i bešumnost.
Ograničenja i nedostaci: veliki višak zraka, ograničena dubina modulacije, obilje štetnih emisija.

U kotlovima s zatvorenom komorom za izgaranje, princip izgaranja plina sličan je gore opisanom. Razlika je samo u prisilnoj emisiji produkata izgaranja i dovodu zraka za izgaranje. Sve prednosti i nedostaci atmosferskih plamenika vrijede za kotlove sa zatvorenom komorom za izgaranje.

Kondenzacijski kotlovi koriste princip "Potpunog prethodnog miješanja plina i zraka". Bit ove metode je primjesa plina u struju zraka, zbog vakuuma koji stvara potonji u Venturijevoj mlaznici.

Plinska armatura i puhalo
Nakon što elektronička jedinica prepozna početnu brzinu puhala, otvaraju se serijski postavljeni plinski ventili.
Na usisnoj strani puhala nalazi se priključak za dovod zraka/odvod ispušnih plinova s ​​dvostrukom stijenkom (Venturi sustav). Zbog prstenastog proreza, u skladu s Venturijevim principom, dolazi do fenomena usisavanja u komori iznad glavne membrane za kontrolu plina u plinskom ventilu.

Slika 20 Jedinica za miješanje plamenika s punim predmješanjem

Proces paljenja
Plin prolazi kroz kanal 1 ispod kontrolnih membrana. Glavni regulacijski ventil plina otvara se zbog nastale razlike tlaka. Plin zatim teče kroz Venturi sustav u puhalo i miješa se s usisnim zrakom. Mješavina plina i zraka ulazi u plamenik i pali se.
Način modulacije
Hod glavnog plinskog regulacijskog ventila ovisi o položaju regulacijskog ventila. Povećanjem brzine puhala smanjuje se tlak iza glavnog regulacijskog ventila plina. Kanal 2 nastavlja mijenjati tlak sve dok tlak ne padne ispod dijafragme upravljačkog ventila. Izlazni protočni otvor nastavlja se zatvarati, zbog čega se smanjuje intenzitet pada tlaka plina kroz kanal 2. Tako se kroz kanal 1 povećava tlak ispod membrane glavnog plinskog regulacijskog ventila. Glavni ventil za regulaciju plina nastavlja se otvarati, dopuštajući tako da više plina teče u puhalo, a time i više plina u plamenik.
Plamenik se tako kontinuirano modulira promjenom protoka zraka puhala. Količina plina prati količinu zraka u unaprijed određenom omjeru. Stoga je moguće održavati omjer viška zraka na gotovo konstantnoj razini kroz cijeli raspon modulacije.

Slika 21 Termalni modul plamenika s punim predmješanjem

Sadržaj štetnih tvari u dimnim plinovima i načini smanjenja njihove koncentracije

Trenutno zagađenje okoliš poprima alarmantne razmjere. Po količini emisija iz toplinsko-energetskog sektora na drugom je mjestu, nakon cestovnog prometa.

Slika 22 Postotak emisije

Stoga je pitanje smanjenja štetne tvari u produktima izgaranja.

Glavni zagađivači:

1. • Ugljični monoksid CO
   • Dušikovi oksidi NO x
   • Kisele pare

Preporučljivo je boriti se protiv prva dva čimbenika poboljšanjem procesa izgaranja (točan omjer plin-zrak) i smanjenjem temperature u ložištu kotla.

Pri izgaranju plinovitog goriva mogu nastati sljedeće kiseline:

Kisele pare savršeno se uklanjaju zajedno s kondenzatom. Odložiti u tekuće stanje prilično su jednostavni. Obično se to postiže neutralizacijom kiseline pomoću lužine.

Zbrinjavanje kiselinskog kondenzata

Kao što se može vidjeti iz reakcije sagorijevanja metana:

Pri izgaranju 1 m3 plina nastaje 2 m3 vodene pare. U normalnim uvjetima rada kondenzacijskog kotla dnevno se proizvodi oko 15-20 litara. kondenzat Ovaj kondenzat ima nisku kiselost (oko Ph = 3,5-4,5), koja ne prelazi dopuštena razina kućni otpad.

Slika 23 Razina kiselosti kondenzata plinskog kotla

Sastojci kondenzata	Standardni pokazatelji, prema ATV A 251(2), mg/l	mg/l

Tablica 3. Sadržaj teških metala u kondenzatu

Stoga je dopušteno ispuštanje kondenzata u kanalizaciju, gdje će se neutralizirati korištenjem alkalnog kućnog otpada.
Imajte na umu da su sustavi kućne odvodnje izrađeni od materijala koji su otporni na kiseli kondenzat.
Prema radnom listu ATV A 251, to su sljedeći materijali:
_ Keramičke cijevi
_ Krute PVC cijevi
_ PVC cijevi
_ Polietilenske cijevi visoka gustoća
_ Polipropilenske cijevi
_ Cijevi izrađene od kopolimera akrilonitrila, butadiena i stirena ili kopolimera akrilonitrila, stirena i akrilnih estera (ABS/ASA)
_ Cijevi od nehrđajućeg čelika
_ Borosilikatne cijevi

Slika 24 Odvod kondenzata

Prema talijanskim standardima, gornja shema odvoda kondenzata može se koristiti za kotlovske sustave ukupne snage ne veće od 116 kW (prema njemačkom standardu ATV A 251, ne više od 200 kW). Ako je ova vrijednost prekoračena, potrebno je ugraditi posebne neutralizatore kondenzata granulatora.

Slika 25 Neutralizacija kondenzata pomoću pumpe za kondenzat

1. Odvod kondenzata iz kotla
2. Ulazna cijev neutralizatora
3. Neutralizator kondenzata
4. Izlazna cijev neutralizatora
5. Crijevo za dovod kondenzata u kolektor kondenzata
6. Sakupljač kondenzata
7. Priključak za odvod kondenzata
8. Crijevo za odvod kondenzata
9. Adapter
10. Kanalizacija
11. Montažne stezaljke

Slika 25 prikazuje primjer instalacije za neutralizaciju. Kondenzat koji ulazi u neutralizator prvo se filtrira kroz sloj aktivni ugljik, a zatim se podvrgava neutralizaciji u glavnom volumenu. Kondenzatna pumpa se ugrađuje kada je potrebno odvoditi kondenzat iznad razine sifona kondenzata u kotlu. Ovaj dizajn služi za neutralizaciju kondenzata iz kotlova ukupne snage od 35 do 300 kW (ovisno o snazi ​​instalacije, duljina neutralizatora varira). Ako snaga instalacije prelazi 300 kW, tada se paralelno postavlja nekoliko neutralizatora.
Neutralizator je iznimno jednostavan za održavanje te zahtijeva pregled i dopunjavanje granulata ne više od jednom godišnje. U pravilu, kiselost kondenzata također se procjenjuje pomoću lakmus papira.

Argument za kondenzacijsku tehnologiju

	Argumenti za učinkovitost
Tehnički podaci	Servisni centar	Potrošač	Instalater
Glatkocijevni izmjenjivači topline od nehrđajućeg čelika Dijelovi koji vode dimne plinove/kondenzat napravljen od plastike	Prodajni argument: Dugoročno usluge, minor tehnički troškovi servis	Dobar omjer cijene i vrijednosti blagotvoran učinak zahvaljujući dugim vijek trajanja uređaja Minor troškovi održavanja	Mjesto prodaje: dug radni vijek
Visoka razina normalizirao stupanj iskorištenja i niske emisije štetnih tvari	Prodajni argumenti Obećavajuća tehnologija izgaranja goriva	Manji dis- gorivo radi Manji na- opterećenje okoline srijeda	Uređaj koji obećava
Kompaktan uređaj i visoka kvaliteta/atraktivan dizajn	sobe, niše, tavani Jednostavna instalacija i montaža	Potrebno je malo prostora Nije potrebno "izravno". lopovski aparat	Nije potrebna kotlovnica Mogućnost univerzalne namjene podruma, stambenih sobe, niše, tavani
Širok raspon modulacija		Učinkovit, ekonomičan rad u svim rasponima vlast Tihi rad zahvaljujući niskoj brzini takta Smanjeni troškovi goriva	Univerzalni model na koji se može raditi širok raspon objekti

Mjerne jedinice plinovitih sastojaka produkata izgaranja →

Sadržaj odjeljka

Kod izgaranja organskih goriva u ložištima kotlova, razne proizvode izgaranje, kao što su ugljični oksidi CO x = CO + CO 2, vodena para H 2 O, sumporni oksidi SO x = SO 2 + SO 3, dušikovi oksidi NO x = NO + NO 2, policiklički aromatski ugljikovodici (PAH), spojevi fluorida , spojevi vanadija V 2 O 5 , čvrste čestice itd. (vidi tablicu 7.1.1). Kada je gorivo nepotpuno sagorjelo u pećima, ispušni plinovi mogu sadržavati i ugljikovodike CH4, C2H4 itd. Svi produkti nepotpunog izgaranja su štetni, ali sa suvremenom tehnologijom izgaranja goriva njihovo stvaranje se može svesti na minimum [1].

Tablica 7.1.1. Specifične emisije iz spaljivanja organskih goriva u kotlovima [3]

Legenda: A p, S p – sadržaj pepela i sumpora po radnoj masi goriva, %.

Kriterij za sanitarnu ocjenu okoliša je najveća dopuštena koncentracija (GDK) štetne tvari u atmosferskom zraku na razini tla. MAC treba shvatiti kao koncentraciju različitih tvari i kemijski spojevi, koji, kada je svakodnevno izložen ljudskom tijelu dulje vrijeme, ne uzrokuje nikakve patološke promjene ili bolesti.

Najviše dopuštene koncentracije (MPC) štetnih tvari u atmosferskom zraku naseljena područja dati su u tablici. 7.1.2 [4]. Maksimalna pojedinačna koncentracija štetnih tvari određena je uzorcima uzetim unutar 20 minuta, prosječna dnevna koncentracija - po danu.

Tablica 7.1.2. Maksimalno dopuštene koncentracije štetnih tvari u atmosferskom zraku naseljenih mjesta

Zagađivač	Najveća dopuštena koncentracija, mg/m3
Maksimalno jednokratno	Prosječno dnevno
Prašina nije otrovna	0,5	0,15
Sumporov dioksid	0,5	0,05
Ugljični monoksid	3,0	1,0
Ugljični monoksid	3,0	1,0
Dušikov dioksid	0,085	0,04
Dušikov oksid	0,6	0,06
čađa (čađa)	0,15	0,05
Sumporovodik	0,008	0,008
Benz(a)piren	-	0,1 µg/100 m3
Vanadij pentoksid	-	0,002
Spojevi fluora (pomoću fluora)	0,02	0,005
Klor	0,1	0,03

Proračuni se provode za svaku štetnu tvar zasebno, tako da koncentracija svake od njih ne prelazi vrijednosti navedene u tablici. 7.1.2. Za kotlovnice se ovi uvjeti pooštravaju uvođenjem dodatnih zahtjeva o potrebi zbrajanja utjecaja sumpornih i dušikovih oksida, što se određuje izrazom

Istodobno, zbog lokalnih nedostataka zraka ili nepovoljnih toplinskih i aerodinamičkih uvjeta, u pećima i komorama za izgaranje nastaju produkti nepotpunog izgaranja, koji se uglavnom sastoje od ugljikovog monoksida CO (ugljični monoksid), vodika H 2 i raznih ugljikovodika, koji karakteriziraju toplinu gubitak u kotlovskoj jedinici od kemijskog nepotpunog izgaranja (kemijsko nedovoljno izgaranje).

Osim toga, procesom izgaranja nastaje niz kemijskih spojeva koji nastaju oksidacijom različitih komponenti goriva i dušika iz zraka N2. Najznačajniji dio njih čine dušikovi oksidi NO x i sumporni oksidi SO x.

Dušikovi oksidi nastaju oksidacijom molekularnog dušika u zraku i dušika sadržanog u gorivu. Eksperimentalna istraživanja su pokazala da glavni udio NO x koji nastaje u ložištima kotlova, točnije 96÷100%, čini dušikov monoksid (oksid) NO. NO 2 dioksid i dušikov hemioksid N 2 O nastaju u znatno manjim količinama, a njihov udio je približno: za NO 2 - do 4%, a za N 2 O - stotinke postotka ukupne emisije NO x. U tipičnim uvjetima spaljivanja goriva u kotlovima, koncentracije dušikovog dioksida NO 2 obično su zanemarive u usporedbi s sadržajem NO i obično se kreću od 0÷7 ppm do 20÷30 ppm. Istodobno, brzo miješanje toplih i hladnih područja u turbulentnom plamenu može dovesti do pojave relativno velikih koncentracija dušikovog dioksida u hladnim zonama toka. Osim toga, dolazi do djelomične emisije NO 2 u gornjem dijelu ložišta i u vodoravnom dimnjaku (s T> 900÷1000 K), a pod određenim uvjetima mogu doseći i zamjetne veličine.

Dušikov hemioksid N 2 O, koji nastaje izgaranjem goriva, očito je kratkotrajna međutvar. N 2 O praktički nema u produktima izgaranja iza kotlova.

Sumpor sadržan u gorivu izvor je stvaranja sumpornih oksida SOx: sumporov dioksid SO 2 (sumporov dioksid) i sumporov SO 3 (sumporov trioksid) anhidridi. Ukupna masena emisija SO x ovisi samo o sadržaju sumpora u gorivu S p , a njihova koncentracija u dimnim plinovima ovisi i o koeficijentu protoka zraka α. U pravilu je udio SO 2 97÷99%, a udio SO 3 1÷3% ukupnog prinosa SO x. Stvarni sadržaj SO 2 u plinovima koji izlaze iz kotlova kreće se od 0,08 do 0,6%, a koncentracija SO 3 od 0,0001 do 0,008%.

Među štetnim sastojcima dimnih plinova posebno mjesto zauzima velika skupina policikličkih aromatskih ugljikovodika (PAH). Mnogi PAH-ovi imaju visoko kancerogeno i(li) mutageno djelovanje i aktiviraju fotokemijski smog u gradovima, što zahtijeva strogu kontrolu i ograničenje njihove emisije. U isto vrijeme, neki PAH, na primjer, fenantren, fluoranten, piren i niz drugih, fiziološki su gotovo inertni i nisu kancerogeni.

PAH nastaju kao rezultat nepotpunog izgaranja bilo kojeg ugljikovodika. Ovo posljednje nastaje zbog inhibicije oksidacijskih reakcija ugljikovodika goriva hladnim stijenkama uređaja za izgaranje, a može biti uzrokovano i nezadovoljavajućim miješanjem goriva i zraka. To dovodi do stvaranja lokalnih oksidacijskih zona u pećima (komorama za izgaranje) s niske temperature ili područja s viškom goriva.

Zbog velika količina različitih PAH-ova u dimnim plinovima i poteškoćama mjerenja njihovih koncentracija, uobičajeno je procjenjivati ​​razinu kancerogene kontaminacije produkata izgaranja i atmosferskog zraka koncentracijom najjačeg i najstabilnijeg karcinogena - benzo(a)pirena (B(a) )P) C 20 H 12 .

Zbog visoke toksičnosti posebno treba istaknuti produkte izgaranja loživog ulja kao što su vanadijevi oksidi. Vanadij se nalazi u mineralnom dijelu loživog ulja i sagorijevanjem stvara vanadijeve okside VO, VO 2. Međutim, kada se naslage formiraju na konvektivnim površinama, oksidi vanadija prisutni su uglavnom u obliku V 2 O 5. Vanadij pentoksid V 2 O 5 je najotrovniji oblik vanadijevih oksida, stoga su njihove emisije izračunate u smislu V 2 O 5.

Tablica 7.1.3. Približna koncentracija štetnih tvari u produktima izgaranja tijekom spaljivanja organskih goriva u energetskim kotlovima

Emisije =	Koncentracija, mg/m3
	Prirodni gas	Lož ulje	Ugljen
Dušikovi oksidi NO x (u smislu NO 2)	200÷ 1200	300÷ 1000	350 ÷1500
Sumporov dioksid SO2	-	2000÷6000	1000÷5000
Sumporni anhidrid SO 3	-	4÷250	2 ÷100
Ugljični monoksid CO	10÷125	10÷150	15÷150
Benz(a)piren C 20 H 12	(0,1÷1, 0)·10 -3	(0,2÷4,0) 10 -3	(0,3÷14) 10 -3
Određena stvar	-	<100	150÷300

Kod izgaranja loživog ulja i krutog goriva, emisije također sadrže krute čestice koje se sastoje od letećeg pepela, čestica čađe, PAH-a i neizgorenog goriva kao rezultat mehaničkog nedovoljno izgaranja.

Rasponi koncentracija štetnih tvari u dimnim plinovima pri izgaranju raznih vrsta goriva dati su u tablici. 7.1.3.

Prirodni plin danas je najčešće gorivo. Prirodni plin nazivamo prirodnim jer se vadi iz samih dubina Zemlje.

Proces izgaranja plina je kemijska reakcija u kojoj prirodni plin stupa u interakciju s kisikom sadržanim u zraku.

U plinovitom gorivu postoji gorivi i negorivi dio.

Glavna zapaljiva komponenta prirodnog plina je metan - CH4. Njegov sadržaj u prirodnom plinu doseže 98%. Metan je bez mirisa, okusa i nije otrovan. Granica zapaljivosti mu je od 5 do 15%. Upravo su te kvalitete omogućile korištenje prirodnog plina kao jedne od glavnih vrsta goriva. Koncentracija metana veća od 10% je opasna po život, može doći do gušenja zbog nedostatka kisika.

Kako bi se otkrilo curenje plina, plin se odorizira, drugim riječima, dodaje se tvar jakog mirisa (etil merkaptan). U tom slučaju plin se može detektirati već u koncentraciji od 1%.

Osim metana, prirodni plin može sadržavati zapaljive plinove - propan, butan i etan.

Za kvalitetno izgaranje plina potrebno je u zonu izgaranja dovesti dovoljno zraka i osigurati dobro miješanje plina sa zrakom. Optimalni omjer je 1: 10. To jest, za jedan dio plina postoji deset dijelova zraka. Osim toga, potrebno je stvoriti željeni temperaturni režim. Da bi se plin zapalio, mora se zagrijati do temperature paljenja i ubuduće temperatura ne smije pasti ispod temperature paljenja.

Potrebno je organizirati uklanjanje produkata izgaranja u atmosferu.

Potpuno izgaranje postiže se ako u produktima izgaranja koji se ispuštaju u atmosferu nema zapaljivih tvari. U tom se slučaju ugljik i vodik spajaju i tvore ugljični dioksid i vodenu paru.

Vizualno, s potpunim izgaranjem, plamen je svijetloplav ili plavkasto-ljubičast.

Potpuno izgaranje plina.

metan + kisik = ugljikov dioksid + voda

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

Osim ovih plinova, dušik i preostali kisik ispuštaju se u atmosferu sa zapaljivim plinovima. N2+O2

Ako se izgaranje plina ne dogodi u potpunosti, tada se u atmosferu ispuštaju zapaljive tvari - ugljični monoksid, vodik, čađa.

Do nepotpunog izgaranja plina dolazi zbog nedovoljne količine zraka. Istodobno se u plamenu vizualno pojavljuju jezici čađe.

Opasnost od nepotpunog izgaranja plina je u tome što ugljični monoksid može izazvati trovanje osoblja u kotlovnici. Sadržaj CO u zraku od 0,01-0,02% može uzrokovati blago trovanje. Veće koncentracije mogu izazvati teško trovanje i smrt.

Nastala čađa taloži se na stijenkama kotla, čime se otežava prijenos topline na rashladnu tekućinu i smanjuje učinkovitost kotlovnice. Čađa provodi toplinu 200 puta lošije od metana.

Teoretski, za sagorijevanje 1 m3 plina potrebno je 9 m3 zraka. U stvarnim uvjetima potrebno je više zraka.

Odnosno, potrebna je višak zraka. Ova vrijednost, označena alfa, pokazuje koliko je puta više zraka potrošeno nego što je teoretski potrebno.

Alfa koeficijent ovisi o vrsti određenog plamenika i obično je naveden u putovnici plamenika ili u skladu s preporukama za organizaciju radova puštanja u pogon koji se provode.

Kako se količina viška zraka povećava iznad preporučene razine, gubitak topline se povećava. Uz značajno povećanje količine zraka, plamen se može prekinuti, stvarajući hitnu situaciju. Ako je količina zraka manja od preporučene, izgaranje će biti nepotpuno, što stvara opasnost od trovanja za osoblje u kotlovnici.

Za točniju kontrolu kvalitete izgaranja goriva postoje uređaji - analizatori plina, koji mjere sadržaj pojedinih tvari u sastavu ispušnih plinova.

Analizatori plina mogu se isporučiti u kompletu s kotlovima. Ako nisu dostupni, odgovarajuća mjerenja provodi organizacija za puštanje u rad pomoću prijenosnih analizatora plina. Izrađuje se karta režima u kojoj su propisani potrebni parametri kontrole. Pridržavajući se njih, možete osigurati normalno potpuno izgaranje goriva.

Glavni parametri za regulaciju izgaranja goriva su:

• omjer plina i zraka koji se dovodi u plamenike.

• koeficijent viška zraka.

• vakuum u peći.

• Faktor učinkovitosti kotla.

U ovom slučaju, učinkovitost kotla podrazumijeva omjer korisne topline i količine ukupno utrošene topline.

Sastav zraka

Naziv plina	Kemijski element	Sadržaj u zraku
Dušik	N2	78 %
Kisik	O2	21 %
Argon	Ar	1 %
Ugljični dioksid	CO2	0.03 %
Helij	On	manje od 0,001%
Vodik	H2	manje od 0,001%
Neon	ne	manje od 0,001%
Metan	CH4	manje od 0,001%
Kripton	Kr	manje od 0,001%
Ksenon	Xe	manje od 0,001%

sastav produkata potpunog izgaranja

Produkti potpunog izgaranja također uključuju balastne komponente - dušik (N2) i kisik (O2).

Dušik uvijek ulazi u peć sa zrakom, a kisik ostaje iz protoka zraka koji se ne koristi tijekom procesa izgaranja. Dakle, dimni plinovi koji nastaju tijekom potpunog izgaranja plinovitog goriva sastoje se od četiri komponente: CO2, H2O, O2 i N2

Pri nepotpunom izgaranju plinovitog goriva u dimnim plinovima pojavljuju se zapaljive komponente, ugljikov monoksid, vodik, a ponekad i metan. S velikim kemijskim nedovoljno izgaranjem, u produktima izgaranja pojavljuju se čestice ugljika iz kojih nastaje čađa. Do nepotpunog izgaranja plina može doći pri nedostatku zraka u zoni izgaranja (cst>1), nezadovoljavajućem miješanju zraka s plinom ili kontaktu plamenika s hladnim stijenkama, što dovodi do prekida reakcije izgaranja.

Primjer. Pretpostavimo da izgaranjem 1 m3 plina Dashavsky nastaju suhi produkti izgaranja Kci-35 m3/m3, dok produkti izgaranja sadrže zapaljive komponente u količini od: CO = 0,2%; H2=0,10/o; CH4 = = 0,05 %.

Odredite gubitak topline kemijskim nepotpunim izgaranjem. Ovaj gubitak je jednak Q3 = VC, g ("26, 3SO + Yu8N3 + 358CH4) = 35 (126,3-0,2 + 108-0,1 + 358-0,05) =

1890 kJ/m3.

Točka rosišta produkata izgaranja određuje se na sljedeći način. Prvo pronađite ukupni volumen produkata izgaranja

i znajući količinu vodene pare Vhn koju sadrže, odrediti parcijalni tlak vodene pare Pngo (tlak zasićene vodene pare pri određenoj temperaturi) pomoću formule

P»to=vmlVr, bar.

Svaka vrijednost parcijalnog tlaka vodene pare odgovara određenoj točki rosišta.

Primjer. Izgaranje 1 m3 prirodnog plina Dashavi na at = 2,5 proizvodi proizvode izgaranja Vr = 25 m3/m3, uključujući vodenu paru Vsn = 2,4 m3/m3. Potrebno je odrediti temperaturu rosišta.

Parcijalni tlak vodene pare u produktima izgaranja jednak je

^0=^/^ = 2,4/25 = 0,096 bara.

Nađeni parcijalni tlak odgovara temperaturi od 46 °C. Ovo je točka rosišta. Ako dimni plinovi ovog sastava imaju temperaturu ispod 46 "C, tada će započeti proces kondenzacije vodene pare.

Učinkovitost rada kućanskih štednjaka pretvorena u plinsko gorivo, karakteriziran koeficijentom učinka (učinkovitosti), učinkovitost bilo kojeg toplinskog uređaja određuje se iz toplinske ravnoteže, tj. jednakosti između topline proizvedene izgaranjem goriva i potrošnje te topline za korisno grijanje.

Kada rade s plinskim kućanskim štednjacima, imaju mjesto slučajeva kada se dimni plinovi u dimnjacima ohlade do rosišta. Točka rosišta je temperatura do koje se zrak ili drugi plin mora ohladiti prije nego što vodena para koju sadrži dostigne zasićenje.