Reglarea procesului de ardere (Principii de bază ale arderii)

>> Înapoi la cuprins

Pentru arderea optimă, este necesar să se folosească mai mult aer decât sugerează calculul teoretic. reactie chimica(aer stoichiometric).

Acest lucru este cauzat de necesitatea de a oxida tot combustibilul disponibil.

Diferența dintre cantitatea reală de aer și cantitatea stoechiometrică de aer se numește exces de aer. De obicei, excesul de aer variază între 5% și 50%, în funcție de tipul de combustibil și de arzător.

De obicei, cu cât este mai dificilă oxidarea combustibilului, cu atât este necesar mai mult exces de aer.

Excesul de aer nu trebuie să fie excesiv. Alimentarea excesivă a aerului de ardere reduce temperatura gazelor arse și crește pierderea de căldură a generatorului de căldură. În plus, la o anumită cantitate limită de exces de aer, lanterna se răcește prea mult și încep să se formeze CO și funingine. Dimpotrivă, aerul insuficient determină arderea incompletă și aceleași probleme menționate mai sus. Prin urmare, pentru a asigura arderea completă a combustibilului și o eficiență ridicată a arderii, cantitatea de aer în exces trebuie reglată foarte precis.

Completitudinea și eficiența arderii se verifică prin măsurarea concentrației de monoxid de carbon CO din gazele de ardere. Dacă nu există monoxid de carbon, atunci arderea a avut loc complet.

Indirect, nivelul de aer în exces poate fi calculat prin măsurarea concentrației de oxigen liber O2 și/sau dioxid de carbon CO2 în gazele de ardere.

Cantitatea de aer va fi de aproximativ 5 ori mai mare decât cantitatea măsurată de carbon în procente de volum.

În ceea ce privește CO 2 , cantitatea acestuia în gazele de ardere depinde doar de cantitatea de carbon din combustibil și nu de cantitatea de aer în exces. Cantitatea sa absolută va fi constantă, dar procentul de volum va varia în funcție de cantitatea de aer în exces din gazele de ardere. În absența excesului de aer, cantitatea de CO 2 va fi maximă; odată cu creșterea cantității de exces de aer, procentul de volum de CO 2 din gazele de ardere scade. Mai puțin exces de aer corespunde Mai mult CO 2 și invers, deci arderea este mai eficientă atunci când cantitatea de CO 2 este aproape de valoarea sa maximă.

Compoziția gazelor de ardere poate fi afișată pe un grafic simplu folosind un „triunghi de ardere” sau triunghi Ostwald, care este reprezentat grafic pentru fiecare tip de combustibil.

Folosind acest grafic, cunoscând procentul de CO 2 și O 2, putem determina conținutul de CO și cantitatea de aer în exces.

Ca exemplu în Fig. Figura 10 prezintă triunghiul de ardere pentru metan.

Figura 10. Triunghiul de ardere pentru metan

Axa X indică procentul de O2, iar axa Y indică procentul de CO2. Ipotenuza merge de la punctul A, corespunzător conținutului maxim de CO 2 (în funcție de combustibil) la conținutul zero de O 2, până la punctul B, corespunzător conținutului de CO 2 zero și conținutului maxim de O 2 (21%). Punctul A corespunde condițiilor de ardere stoechiometrică, punctul B corespunde absenței arderii. Ipotenuza este mulțimea de puncte corespunzătoare arderii ideale fără CO.

Liniile drepte paralele cu ipotenuza reprezintă diferite procente de CO.

Să presupunem că sistemul nostru funcționează pe metan și analiza gazelor arse arată că conținutul de CO 2 este de 10% și conținutul de O 2 este de 3%. Din triunghiul pentru gaz metan aflăm că conținutul de CO este 0 și conținutul de aer în exces este de 15%.

Tabelul 5 prezintă conținutul maxim de CO 2 pentru tipuri diferite combustibil şi valoarea care corespunde arderii optime. Această valoare este recomandată și calculată pe baza experienței. Trebuie remarcat faptul că atunci când valoarea maximă este luată din coloana centrală, este necesară măsurarea emisiilor conform procedurii descrise în capitolul 4.3.

Publicat: 21.11.2009 | |

Denis Ryndin,
inginer șef al „Tehnologia apei”

În prezent, problemele de creștere a eficienței instalațiilor de încălzire și de reducere a presiunii mediului asupra mediului sunt deosebit de acute. Cea mai promițătoare, în acest sens, este utilizarea tehnologiei de condensare, care este capabilă cel mai mult în întregime rezolva gama de probleme conturata. Compania Vodnaya Tekhnika s-a străduit întotdeauna să introducă modern și eficient echipamente de incalzire. În lumina acestui fapt, interesul ei pentru tehnologia de condensare, ca cea mai eficientă, de înaltă tehnologie și promițătoare, este firesc și justificat. Prin urmare, în 2006, unul dintre domenii prioritare dezvoltarea companiei - promovarea echipamentelor de condensare pe piata ucraineana. În acest scop, sunt planificate o serie de evenimente, dintre care unul este o serie de articole de popularizare pentru cei care întâlnesc o astfel de tehnologie pentru prima dată. În acest articol vom încerca să atingem principalele probleme de implementare și aplicare a principiului condensului vaporilor de apă în tehnologia de încălzire:

• Cum diferă căldura de temperatură?
• Eficiența poate fi mai mare de 100%?

Cum diferă căldura de temperatură?

Temperatura este gradul de încălzire al unui corp (energia cinetică a moleculelor corpului).Valoarea este foarte relativă; aceasta poate fi ilustrată cu ușurință folosind scările Celsius și Fahrenheit. În viața de zi cu zi, se folosește scara Celsius, în care 0 este punctul de îngheț al apei, iar 100° este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică. Deoarece punctele de îngheț și de fierbere ale apei nu sunt bine definite, scala Celsius este definită în prezent folosind scala Kelvin: grade Celsius este egal cu grade Kelvin și zero absolut este considerat a fi -273,15 °C. Scara Celsius este practic foarte convenabilă deoarece apa este foarte comună pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie, deoarece înghețarea apei atmosferice schimbă totul în mod semnificativ. In Anglia si mai ales in SUA se foloseste scara Fahrenheit. În această scară, intervalul de la temperatura în sine este împărțit în 100 de grade. iarna receîn orașul în care locuia Fahrenheit, la o temperatură corpul uman. Zero Celsius este 32 Fahrenheit, iar un grad Fahrenheit este egal cu 5/9 grade Celsius.

Conversia temperaturii între scalele principale
	Kelvin	Celsius	Fahrenheit
			= (F + 459,67) / 1,8
			= (F − 32) / 1,8
	K 1,8 − 459,67

Tabelul 1 Unități de temperatură

Pentru a ne imagina mai clar diferența dintre conceptele de temperatură și căldură, luați în considerare următorul exemplu: Exemplu cu încălzirea apei: Să presupunem că am încălzit o anumită cantitate de apă (120 litri) la o temperatură de 50°C și cum multă apă putem încălzi la o temperatură de 40 °C, folosind aceeași cantitate de căldură (combustibil ars)? Pentru simplitate, vom presupune că în ambele cazuri temperatura inițială a apei este de 15 °C.

Figura 1 Exemplul 1

După cum se vede din exemplu clar, temperatura și cantitatea de căldură sunt concepte diferite. Acestea. corp la temperaturi diferite, pot avea aceeași energie termică, și invers: corpurile cu aceeași temperatură pot avea diferite energie termală. Pentru a simplifica definițiile, a fost inventată o valoare specială - Entalpia Entalpia este cantitatea de căldură conținută într-o unitate de masă a unei substanțe [kJ/kg] V conditii naturale pe Pământ există trei stări agregate ale apei: solid (gheață), lichid (apa însăși), gazos (vapori de apă). Trecerea apei de la o stare agregată la alta este însoțită de o modificare a energiei termice a corpului la o temperatură constantă (starea se schimbă, nu temperatura, cu alte cuvinte - toată căldura este cheltuită pentru schimbarea stării și nu pentru încălzire) Căldura sensibilă - acea căldură în care o modificare a cantității de căldură furnizată corpului provoacă o modificare a temperaturii sale Căldura latentă - căldura de vaporizare (condensare) este căldura care nu modifică temperatura corpului, ci servește la schimbarea stării fizice a corpului. Să ilustrăm aceste concepte cu un grafic pe care entalpia (cantitatea de căldură furnizată) va fi reprezentată de-a lungul axei ordonatelor și temperatura de-a lungul axei ordonatelor. Acest grafic arată procesul de încălzire a unui lichid (apă).

Figura 2 Graficul Entalpiei – Temperatură, pentru apă

A-B apa este încălzită de la o temperatură de 0 ºС la o temperatură de 100 ºС (în acest caz, toată căldura furnizată apei merge pentru a-i crește temperatura)
B-C apa fierbe (în acest caz, toată căldura furnizată apei este folosită pentru a o transforma în abur, temperatura rămâne constantă la 100 ºС)
CD toată apa s-a transformat în abur (fiartă) și acum căldura este folosită pentru a crește temperatura aburului.

Compoziția gazelor de ardere în timpul arderii combustibil gazos

Procesul de ardere este procesul de oxidare a componentelor combustibile ale combustibilului cu ajutorul oxigenului atmosferic, care eliberează căldură. Să ne uităm la acest proces:

Figura 3 Compoziția gazelor naturale și a aerului

Să vedem cum se dezvoltă reacția de ardere a combustibilului gazos:

Figura 4 Reacția de ardere a combustibilului gazos

După cum se poate vedea din ecuația reacției de oxidare, ca rezultat obținem dioxid de carbon, vapori de apă (gaze de ardere) și căldură. Căldura care este eliberată în timpul arderii combustibilului se numește puterea calorică inferioară a combustibilului (PCI).Dacă răcim gazele de ardere, atunci în anumite condiții vaporii de apă vor începe să se condenseze (tranziția de la starea gazoasă la starea lichidă) .

Figura 5 Degajare de căldură latentă în timpul condensării vaporilor de apă

În acest caz, se va degaja o cantitate suplimentară de căldură (căldura latentă de vaporizare/condensare). Suma puterii termice inferioare a unui combustibil și a căldurii latente de vaporizare/condens se numește puterea termică mai mare a combustibilului (PCS).

Desigur, cu cât sunt mai mulți vapori de apă în produsele de ardere, cu atât mai multa diferentaîntre puterea calorică superioară și inferioară a combustibilului. La rândul său, cantitatea de vapori de apă depinde de compoziția combustibilului:

Tabelul 2 Valorile puterii calorice mai mari și mai mici pt tipuri variate combustibil

După cum se poate observa din tabelul de mai sus, putem obține cea mai mare căldură suplimentară prin arderea metanului. Compus gaz natural nu este constantă și depinde de depozit. Compoziția medie a gazelor naturale este prezentată în Figura 6.

Figura 6 Compoziția gazelor naturale

Concluzii intermediare:

1. Folosind căldura latentă de vaporizare/condens, puteți obține mai multă căldură decât este eliberată la arderea combustibilului

2. Cel mai promițător combustibil, în acest sens, este gazul natural (diferența dintre puterea calorică mai mare și cea mai mică este mai mare de 10%)

Ce condiții trebuie create pentru ca condensul să înceapă? Punct de condensare.

Vaporii de apă din gazele de ardere au proprietăți ușor diferite față de vaporii de apă puri. Sunt într-un amestec cu alte gaze, iar parametrii lor corespund parametrilor amestecului. Prin urmare, temperatura la care începe condensarea diferă de 100 ° C. Valoarea acestei temperaturi depinde de compoziția gazelor de ardere, care, la rândul său, este o consecință a tipului și compoziției combustibilului, precum și a coeficientului de aer în exces. Temperatura gazelor de ardere la care începe condensarea vaporilor de apă în produsele arderii combustibilului se numește Punct de rouă.

Figura 7 Punct de rouă

Concluzii intermediare:

1. Sarcina tehnologiei de condensare este de a răci produsele de ardere sub punctul de rouă și de a elimina căldura de condens, folosindu-l în scopuri utile.

Eficiența unui cazan pe gaz poate fi mai mare de 100%?

Hai sa luam caracteristici tehnice un cazan montat arbitrar:

Puterea totală a cazanului = 23.000 Kcal/h (26,7 KW);

Puterea netă a cazanului = 21.000 Kcal/h (24,03 KW);

Cu alte cuvinte, puterea termică maximă a arzătorului este de 23.000 Kcal/h (cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii combustibilului) și suma maxima căldura primită de lichidul de răcire este de 21.000 Kcal/h.

Unde merge diferența dintre ele? O anumită cantitate de căldură generată (6-8%) se pierde cu gazele de ardere, iar alta (1,5-2%) este disipată în spațiul înconjurător prin pereții cazanului.

Dacă adunăm aceste valori, putem scrie următoarea ecuație:

Dacă împărțim puterea utilă a cazanului la total și înmulțim rezultatul cu 100%, obținem coeficientul acțiune utilă cazan (randament) în%.

Dacă citim cu atenție textul definiției, vom vedea că puterea totală a cazanului este egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii combustibilului pe unitatea de timp.

Astfel, această valoare depinde direct de puterea termică inferioară a combustibilului și nu ia în considerare căldura care poate fi eliberată în timpul condensării vaporilor de apă din produsele de ardere.

Cu alte cuvinte, aceasta este randamentul cazanului, raportat la puterea termica mai mica a combustibilului.

Dacă luăm în considerare valoarea căldurii de condensare a vaporilor de apă (vezi Tabelul 1), atunci putem prezenta următoarea imagine a distribuției fluxurilor de căldură într-un cazan necondens.

Figura 9 Distribuția fluxurilor de căldură într-un cazan fără condensare

Apoi, ca într-un cazan în condensare, distribuția fluxurilor de căldură va arăta astfel:

Figura 10 Distribuția fluxurilor de căldură într-un cazan în condensare

Concluzii intermediare:
1. Eficiența de 100% sau mai mult este posibilă dacă valoarea calorică inferioară, și nu superioară, a arderii este luată ca punct de referință.
2. Nu putem folosi pe deplin toată căldura (sensibilă și latentă) din motive tehnice, prin urmare randamentul cazanului nu poate fi egal sau mai mare de 111% (față de puterea termică inferioară a combustibilului).

Moduri de funcționare a cazanelor în condensare

Cazanele pe gaz in condensatie pot fi instalate in orice sistem de incalzire. Cantitatea de căldură de condensare utilizată și randamentul, în funcție de modul de funcționare, depind de calculul corect al sistemului de încălzire.

Pentru a utiliza eficient căldura de condensare a vaporilor de apă conținută în gazele de ardere, este necesar să se răcească gazele de ardere la o temperatură sub punctul de rouă. Gradul de utilizare a căldurii de condensare depinde de temperaturile calculate ale lichidului de răcire din sistemul de încălzire și de numărul de ore lucrate în modul de condensare. Acest lucru este prezentat în graficele 11 și 13, unde temperatura punctului de rouă este de 55 °C.

Sistem de incalzire 40/30 °C

Figura 11 Programul de funcționare a sistemului de temperatură scăzută

Capacitatea productivă a cazanelor în condensare a unui astfel de sistem de încălzire pe toată perioada de încălzire este de mare importanță. Temperaturile scăzute pe retur sunt întotdeauna sub temperatura punctului de rouă, astfel încât condensul are loc constant. Acest lucru se întâmplă în sistemele de încălzire cu panouri la temperaturi scăzute sau în încălzirea prin pardoseală. Un cazan în condensare este ideal pentru astfel de sisteme.

Figura 12 Condițiile de temperatură ale încăperii când se utilizează încălzirea prin pardoseală și convector

Există multe avantaje ale sistemelor de încălzire prin pardoseală cu apă față de cele tradiționale:

• Confort sporit. Podeaua devine caldă și plăcută de mers pe care, deoarece transferul de căldură are loc de pe o suprafață mare, cu o temperatură relativ scăzută.
• Încălzire uniformă a întregii zone a încăperii și, prin urmare, încălzire uniformă. O persoană se simte la fel de confortabil lângă o fereastră și în mijlocul unei camere.
• Distribuție optimă a temperaturii pe înălțimea încăperii. Figura 12 ilustrează distribuția aproximativă a temperaturilor de-a lungul înălțimii camerei atunci când se utilizează încălzirea tradițională și încălzirea prin pardoseală. Distribuția temperaturii cu încălzire prin pardoseală este percepută de o persoană ca fiind cea mai favorabilă. De asemenea, este necesar să remarcăm o reducere a pierderilor de căldură prin tavan, deoarece diferența de temperatură dintre aerul interior și aerul exterior este redusă semnificativ și primim căldură confortabilă numai acolo unde este necesar, mai degrabă decât încălzirea mediului prin acoperiș. Acest lucru permite ca sistemul de încălzire prin pardoseală să fie utilizat eficient pentru clădiri cu tavane înalte - biserici, săli de expoziție, săli de sport etc.

• Igienă. Nu există circulație a aerului, curenții de aer sunt reduse, ceea ce înseamnă că nu există circulație a prafului, ceea ce este un mare plus pentru bunăstarea oamenilor, mai ales dacă suferă de boli respiratorii.
• O parte semnificativă a căldurii de la podea este transferată sub formă schimb de căldură radiantă. Radiația, spre deosebire de convecție, răspândește imediat căldura către suprafețele înconjurătoare.
• Nu există dezumidificare artificială a aerului în apropierea dispozitivelor de încălzire.
• Estetică. Nu există dispozitive de încălzire; nu este nevoie de designul lor sau de selectarea dimensiunilor optime.

Sistem de incalzire 75/60 ​​°C

Figura 13 Programul de funcționare a sistemului de temperatură înaltă

Utilizarea eficientă a căldurii de condens este posibilă și la temperaturi de proiectare de 75/60 ​​°C pentru un timp de 97% din durata perioadei de încălzire. Acest lucru se aplică temperaturilor exterioare cuprinse între – 11 °C și + 20 °C. Sistemele vechi de încălzire, care au fost proiectate pentru temperaturi de 90/70 °C, funcționează astăzi la temperaturi de aproape 75/60 ​​°C. Chiar și în sistemele cu apă de încălzire la 90/70 °C și cu un mod de funcționare în care temperatura apei din cazan este controlată în funcție de temperatura exterioara, timpul de utilizare a căldurii de condensare este de 80% din durata perioadei anuale de încălzire.

Eficiență standardizată ridicată

În exemplele din figurile 11 și 13 se vede clar că procentul diferit, dar în același timp ridicat de căldură de condensare utilizat pentru aceste două opțiuni, are un impact direct asupra consumului de energie al unui cazan cu condensare pe gaz. Pentru a indica eficiența combustibilului cazane de incalzire A fost introdus conceptul de eficiență standardizată. Figura 14 arată dependența consumului de energie de diferitele temperaturi de proiectare ale sistemului de încălzire.

Figura 14 Dependența eficienței de temperatura de retur

Eficiența standardizată ridicată a cazanelor cu condensare pe gaz se explică prin următorii factori:

– Implementare valoare ridicata CO2. Cu cât conținutul de CO 2 este mai mare, cu atât temperatura punctului de rouă a gazelor de încălzire este mai mare.

- Întreținere temperaturi scăzute linia de întoarcere. Cu cât temperatura pe retur este mai mică, cu atât condensul este mai activ și temperatura gazelor arse este mai scăzută.

Concluzii intermediare:

Eficiența unui cazan în condensare depinde foarte mult de regim de temperatură funcționarea sistemului de încălzire.
In instalatiile noi trebuie sa se profite de toate posibilitatile de functionare optima a cazanului pe gaz in condensatie. O eficiență ridicată se obține atunci când sunt îndeplinite următoarele criterii:
1. Limitați temperatura de retur la maximum 50 °C
2. Încercați să mențineți o diferență de temperatură între tur și retur de cel puțin 20 K
3. Nu luați măsuri pentru creșterea temperaturii conductei de retur (acestea includ, de exemplu, instalarea unui mixer cu patru căi, linii de by-pass, întrerupătoare hidraulice).

Metode de implementare a principiului condensului în cazanele montate

ÎN acest moment Există două modalități principale de implementare a principiului condensării vaporilor de apă în gazele de ardere: un economizor la distanță și un schimbător de căldură din oțel inoxidabil cu economizor încorporat.

În primul caz, căldura principală a produselor de ardere este utilizată într-un schimbător de căldură convențional cu convecție, iar procesul de condensare în sine are loc într-o unitate separată - un economizor de la distanță. Acest design permite utilizarea componentelor și ansamblurilor utilizate în cazanele convenționale, fără condensare, dar nu face posibilă deblocarea completă a potențialului tehnologiei în condensare

Figura 17 Cazan în condensare cu economizor la distanță

Un schimbător de căldură cu economizor încorporat este format din 4-7 elemente de schimb de căldură (bobine). Fiecare element de schimb de căldură, la rândul său, este format din 4 spire ale unei țevi dreptunghiulare netede din oțel inoxidabil cu o grosime a peretelui de cca. 0,8 mm (vezi figura 18).

Figura 18 Diagrama mișcării gazelor de ardere între spirele schimbătorului de căldură

În fața plăcii izolatoare există mai multe elemente de schimb de căldură. Ele joacă rolul „primului stadiu”, deoarece aici are loc doar condens minor. Al patrulea și, în consecință, al cincilea element de schimb de căldură este situat în spatele plăcii izolatoare. În această „etapă de condensare” are loc proces principal condensare

Avantajele acestui principiu sunt un transfer de căldură foarte eficient și, pe de altă parte, eliminarea zgomotelor de fierbere cauzate de debitele mari în țevile netede.
Următorul avantaj al acestui schimbător de căldură este tendința sa scăzută de încarcare, deoarece datorită secțiunilor transversale mici ale țevilor se creează un nivel ridicat de turbulență.
Suprafața netedă a țevilor din oțel inoxidabil și direcția de curgere verticală asigură un efect de autocurățare.
Racordul de retur al schimbătorului de căldură este situat în spate, racordul de tur este în față. Pe schimbătorul de căldură este instalat un dren de condens.
Colectorul de gaze de eșapament înainte de conectarea conductei de „alimentare cu aer / îndepărtare a gazelor de eșapament” este realizat din plastic.

Figura 19 Schema hidraulică a unui cazan în condensație cu economizor încorporat

Figura 20 Vedere în secțiune a schimbătorului de căldură al unui cazan în condensare cu economizor încorporat

Arderea convențională cu gaz și combustia completă a premixului

Majoritatea cazanelor cu o cameră de ardere deschisă au același principiu de ardere a gazelor. Datorită energiei cinetice a jetului de gaz, aerul este aspirat în el.

Figura 19 Principiul arderii gazelor în arzătoarele atmosferice (duză Venturi)

Gazul combustibil este furnizat sub presiune către duză. Aici, din cauza îngustarii pasajului energie potențială presiunea se transformă în energie cinetică a jetului. Datorită secțiunii geometrice speciale a duzei Venturi, aerul primar este amestecat. Direct în duză, gazul și aerul sunt amestecate (se formează un amestec gaz-aer). La ieșirea din duză se amestecă aerul secundar. Puterea arzătorului se modifică din cauza modificărilor presiunii gazului; viteza jetului de gaz și cantitatea de aer aspirat se modifică în consecință.
Avantajele acestui design sunt simplitatea și lipsa de zgomot.
Limitări și dezavantaje: exces mare de aer, adâncime limitată de modulare, abundență de emisii nocive.

În cazanele cu cameră de ardere închisă, principiul arderii gazului este similar cu cel descris mai sus. Diferența constă doar în emisia forțată a produselor de ardere și furnizarea de aer pentru ardere. Toate avantajele si dezavantajele arzatoarelor atmosferice sunt valabile pentru cazanele cu camera de ardere inchisa.

Cazanele în condensare folosesc principiul „Preamestecarea completă a gazului și aerului”. Esența acestei metode este amestecarea gazului în fluxul de aer, datorită vidului creat de acesta din urmă în duza Venturi.

Fitinguri de gaz și suflantă
Odată ce unitatea electronică recunoaște viteza de pornire a suflantei, supapele de gaz situate în serie se deschid.
Pe partea de aspirare a suflantei există un racord de alimentare cu aer/ieșire a gazelor de evacuare cu pereți dubli (sistem Venturi). Datorită fantei inelare, în conformitate cu principiul Venturi, are loc un fenomen de aspirație în camera de deasupra membranei principale de control al gazului din supapa de gaz.

Figura 20 Unitate de amestecare a arzătorului cu premix complet

Procesul de aprindere
Gazul trece prin canalul 1 sub membranele de control. Supapa principală de control a gazului se deschide din cauza diferenței de presiune rezultată. Apoi, gazul curge prin sistemul Venturi în suflantă și se amestecă cu aerul de admisie. Amestecul gaz-aer intră în arzător și se aprinde.
Modul de modulare
Cursa supapei principale de control al gazului depinde de poziția supapei de control. Prin creșterea vitezei suflantei, presiunea din spatele supapei principale de control a gazului este redusă. Canalul 2 continuă să modifice presiunea până când presiunea este sub diafragma supapei de control. Orificiul de curgere de ieșire continuă să se închidă, din cauza căreia intensitatea scăderii presiunii gazului prin canalul 2 scade. Astfel, prin canalul 1, presiunea sub membrana supapei principale de control a gazului crește. Supapa principală de control a gazului continuă să se deschidă, permițând astfel să curgă mai mult gaz către suflantă și, prin urmare, mai mult gaz către arzător.
Arzatorul este astfel modulat continuu prin modificarea debitului de aer al suflantei. Cantitatea de gaz urmărește cantitatea de aer într-un raport prestabilit. Astfel, este posibil să se mențină raportul de aer în exces la un nivel aproape constant pe toată gama de modulație.

Figura 21 Modul termic al arzătorului cu premix complet

Conținutul de substanțe nocive din gazele de ardere și modalități de reducere a concentrației acestora

În prezent, poluare mediu inconjurator capătă proporții alarmante. Cantitatea de emisii din sectorul energiei termice se află pe locul doi, după transportul rutier.

Figura 22 Procent emisii

Prin urmare, problema reducerii Substanțe dăunătoareîn produsele de ardere.

Principalii poluanti:

1. • Monoxid de carbon CO
   • Oxizi de azot NO x
   • Aburi acizi

Se recomandă combaterea primilor doi factori prin îmbunătățirea procesului de ardere (raportul exact gaz-aer) și reducerea temperaturii în cuptorul cazanului.

La arderea combustibilului gazos, se pot forma următorii acizi:

Vaporii acizi sunt eliminați perfect împreună cu condensul. Aruncați în stare lichida sunt destul de simple. De obicei, acest lucru se face prin neutralizarea unui acid cu un alcalin.

Eliminarea condensului acid

După cum se poate observa din reacția de ardere a metanului:

Când se arde 1 m3 de gaz, se formează 2 m3 de vapori de apă. În condiții normale de funcționare a unui cazan în condensare se generează aproximativ 15-20 de litri pe zi. condens Acest condensat are aciditate scăzută (aproximativ Ph = 3,5-4,5), care nu depășește nivel admisibil deșeuri menajere.

Figura 23 Nivelul de aciditate al condensului cazanului pe gaz

Ingredientele condensate	Indicatori standard, conform ATV A 251(2), mg/l	mg/l

Tabelul 3 Conținutul de metale grele în condens

Prin urmare, este permisă evacuarea condensului în canalizare, unde va fi neutralizat cu ajutorul deșeurilor menajere alcaline.
Vă rugăm să rețineți că sistemele de drenaj ale casei sunt realizate din materiale rezistente la condensul acid.
Conform fișei de lucru ATV A 251, acestea sunt următoarele materiale:
_ Tevi ceramice
_ Tevi PVC rigide
_ Conducte PVC
_ Tevi din polietilena densitate mare
_ Tevi din polipropilena
_ Țevi realizate dintr-un copolimer de acrilonitril, butadienă și stiren sau un copolimer de acrilonitril, stiren și esteri acrilici (ABS/ASA)
_ Tevi din otel inoxidabil
_ Tevi din borosilicat

Figura 24 Eliminarea condensului

Conform standardelor italiene, schema de evacuare a condensului de mai sus poate fi utilizată pentru sistemele de cazane cu o putere totală de cel mult 116 kW (conform standardului german ATV A 251, nu mai mult de 200 kW). Dacă această valoare este depășită, este necesar să instalați neutralizatoare speciale de condens granulator.

Figura 25 Neutralizarea condensului folosind o pompă de condens

1. Evacuarea condensului cazanului
2. Conducta de intrare a neutralizatorului
3. Neutralizator de condens
4. Conducta de evacuare a neutralizatorului
5. Furtun de alimentare cu condens la colectorul de condens
6. Colector de condens
7. Racord de evacuare a condensului
8. Furtun de evacuare a condensului
9. Adaptor
10. Canalizare
11. Cleme de montare

Figura 25 prezintă un exemplu de instalație de neutralizare. Condensul care intră în neutralizator este mai întâi filtrat printr-un strat cărbune activ, iar apoi suferă neutralizare în volumul principal. O pompă de condens este instalată atunci când este necesară îndepărtarea condensului deasupra nivelului sifonului de condens din cazan. Acest design este utilizat pentru neutralizarea condensului de la cazane cu o putere totală de 35 până la 300 kW (în funcție de puterea instalației, lungimea neutralizatorului variază). Dacă puterea instalației depășește 300 kW, atunci mai multe neutralizatoare sunt instalate în paralel.
Neutralizatorul este extrem de ușor de întreținut și necesită inspecție și completare cu granulat nu mai mult de o dată pe an. De regulă, aciditatea condensului este, de asemenea, evaluată folosind hârtie de turnesol.

Argumentul pentru tehnologia de condensare

	Argumente pentru eficiență
Specificații	Centru de service	Consumator	Instalator
Schimbătoare de căldură cu tub neted din oțel inoxidabil Piese care transportă gaze arse/condens din plastic	Argument de vânzare: Termen lung servicii, minor costuri tehnice serviciu	Raport bun cost/valoare efect benefic datorită lungi durata de viață a dispozitivelor Minor costurile de întreținere	Punct de vanzare: durata de viata lunga
Nivel inalt normalizat rata de utilizare și emisiile scăzute de substanțe nocive	Vând argumente Tehnologie promițătoare de ardere a combustibilului	dezavantaje minore combustibilul rulează minor pe- încărcătură asupra mediului miercuri	Dispozitiv promițător
Dispozitiv compact și de înaltă calitate/design atractiv	camere, nise, mansarde Instalare ușoară și instalare	Este nevoie de puțin spațiu Nu este necesar „direct”. aparat de hoț	Nu este necesară camera de cazane Posibilitate de utilizare universală a subsolurilor, rezidențiale camere, nise, mansarde
Gamă largă modulare		Funcționare eficientă, economică în toate gamele putere Funcționare silențioasă datorită vitezei scăzute de ceas Costuri reduse cu combustibilul	Un model universal care poate funcționa gamă largă obiecte

Unităţi de măsură ale componentelor gazoase ale produselor de ardere →

Conținutul secțiunii

La arderea combustibililor organici în cuptoarele cazanului, diverse produse combustie, cum ar fi oxizi de carbon CO x = CO + CO 2, vapori de apă H 2 O, oxizi de sulf SO x = SO 2 + SO 3, oxizi de azot NO x = NO + NO 2, hidrocarburi aromatice policiclice (HAP), compuși cu fluor , compuși de vanadiu V 2 O 5 , particule solide etc. (vezi Tabelul 7.1.1). Când combustibilul este ars incomplet în cuptoare, gazele de eșapament pot conține și hidrocarburi CH4, C2H4 etc. Toate produsele de ardere incompletă sunt dăunătoare, dar cu tehnologia modernă de ardere a combustibilului formarea lor poate fi minimizată [1].

Tabelul 7.1.1. Emisii specifice de la arderea cu ardere a combustibililor organici în cazanele electrice [3]

Legendă: A p, S p – respectiv, conținutul de cenușă și sulf pe masa de lucru de combustibil, %.

Criteriul de evaluare sanitară a mediului este concentrația maximă admisă (MPC) a unei substanțe nocive în aerul atmosferic la nivelul solului. MAC trebuie înțeles ca concentrația diferitelor substanțe și compuși chimici, care, atunci când este expus la corpul uman zilnic pentru o perioadă lungă de timp, nu provoacă niciuna modificări patologice sau boli.

Concentrații maxime admise (MPC) de substanțe nocive în aerul atmosferic zonele populate sunt date în tabel. 7.1.2 [4]. Concentrația maximă unică de substanțe nocive este determinată de probe prelevate în 20 de minute, concentrația medie zilnică - pe zi.

Tabelul 7.1.2. Concentrațiile maxime admise de substanțe nocive în aerul atmosferic al zonelor populate

Poluant	Concentrația maximă admisă, mg/m3
Maxim o singură dată	Mediu zilnic
Praful este netoxic	0,5	0,15
Dioxid de sulf	0,5	0,05
Monoxid de carbon	3,0	1,0
Monoxid de carbon	3,0	1,0
Dioxid de azot	0,085	0,04
Oxid de azot	0,6	0,06
funingine (funingine)	0,15	0,05
Sulfat de hidrogen	0,008	0,008
Benz(a)piren	-	0,1 pg/100 m3
pentoxid de vanadiu	-	0,002
Compuși cu fluor (prin fluor)	0,02	0,005
Clor	0,1	0,03

Calculele sunt efectuate pentru fiecare substanță nocivă separat, astfel încât concentrația fiecăreia dintre ele să nu depășească valorile date în tabel. 7.1.2. Pentru casele de cazane, aceste condiții sunt înăsprite prin introducerea de cerințe suplimentare privind necesitatea de a rezuma impactul oxizilor de sulf și azot, care este determinat de expresia

În același timp, din cauza deficiențelor locale de aer sau a condițiilor termice și aerodinamice nefavorabile, în cuptoare și camere de ardere se formează produse de ardere incomplete, formate în principal din monoxid de carbon CO (monoxid de carbon), hidrogen H 2 și diferite hidrocarburi, care caracterizează căldura. pierderi în unitatea cazanului din arderea chimică incompletă (ardere chimică insuficientă).

În plus, procesul de ardere produce o serie de compuși chimici formați ca urmare a oxidării diferitelor componente ale combustibilului și azotului aerului N2. Cea mai semnificativă parte a acestora constă din oxizi de azot NO x și oxizi de sulf SO x .

Oxizii de azot se formează datorită oxidării atât a azotului molecular din aer, cât și a azotului conținut în combustibil. Studiile experimentale au arătat că ponderea principală de NOx formată în cuptoarele de cazane, și anume 96÷100%, este monoxidul (oxidul) de azot NO. Dioxidul de NO 2 și hemioxidul de azot N 2 O se formează în cantități semnificativ mai mici, iar ponderea lor este de aproximativ: pentru NO 2 - până la 4%, iar pentru N 2 O - sutimi de procent din emisia totală de NO x. În condițiile tipice de ardere a combustibilului în cazane, concentrațiile de dioxid de azot NO 2 sunt de obicei neglijabile în comparație cu conținutul de NO și variază de obicei între 0÷7 ppm până la 20÷30 ppm. În același timp, amestecarea rapidă a regiunilor calde și reci într-o flacără turbulentă poate duce la apariția unor concentrații relativ mari de dioxid de azot în zonele reci ale fluxului. În plus, emisia parțială de NO 2 are loc în partea superioară a cuptorului și în coșul orizontal (cu T> 900÷1000 K) și în anumite condiții pot atinge și dimensiuni vizibile.

Hemioxidul de azot N 2 O, format în timpul arderii combustibililor, este, aparent, o substanță intermediară pe termen scurt. N 2 O este practic absent în produsele de ardere din spatele cazanelor.

Sulful conținut în combustibil este o sursă de formare a oxizilor de sulf SO x: anhidride de dioxid de sulf SO 2 (dioxid de sulf) și de sulf SO 3 (trioxid de sulf). Emisia de masă totală de SO x depinde numai de conținutul de sulf din combustibilul S p , iar concentrația acestora în gazele de ardere depinde și de coeficientul de debit de aer α. De regulă, ponderea SO 2 este de 97÷99%, iar ponderea SO 3 este de 1÷3% din randamentul total de SO x. Conținutul real de SO2 din gazele care părăsesc cazanele variază de la 0,08 la 0,6%, iar concentrația de SO3 variază de la 0,0001 la 0,008%.

Printre componentele nocive ale gazelor de ardere, un grup mare de hidrocarburi aromatice policiclice (HAP) ocupă un loc special. Multe HAP au activitate cancerigenă și (sau) mutagenă ridicată și activează smogul fotochimic în orașe, ceea ce necesită un control strict și limitarea emisiilor lor. În același timp, unele HAP, de exemplu, fenantren, fluoranten, piren și o serie de altele, sunt aproape inerte din punct de vedere fiziologic și nu sunt cancerigene.

HAP se formează ca urmare a arderii incomplete a oricăror combustibili cu hidrocarburi. Acesta din urmă apare din cauza inhibării reacțiilor de oxidare a hidrocarburilor combustibile de către pereții reci ai dispozitivelor de ardere și poate fi cauzat și de amestecarea nesatisfăcătoare a combustibilului și aerului. Aceasta duce la formarea unor zone de oxidare locale în cuptoare (camere de ardere) cu temperatura scazuta sau zone cu exces de combustibil.

Din cauza cantitate mare a diferitelor HAP din gazele de ardere și dificultatea de a măsura concentrațiile acestora, se obișnuiește să se estimeze nivelul de contaminare cancerigen a produselor de ardere și a aerului atmosferic prin concentrația celui mai puternic și stabil cancerigen - benzo(a)piren (B(a). )P) C20H12.

Datorită toxicității lor ridicate, trebuie făcute o mențiune specială a produselor de ardere a păcurului precum oxizii de vanadiu. Vanadiul este conținut în partea minerală a păcurului și, atunci când este ars, formează oxizi de vanadiu VO, VO 2. Cu toate acestea, atunci când se formează depozite pe suprafețele convective, oxizii de vanadiu sunt prezentați în principal sub formă de V 2 O 5. Pentoxidul de vanadiu V 2 O 5 este cea mai toxică formă de oxizi de vanadiu, prin urmare emisiile acestora sunt calculate în termeni de V 2 O 5.

Tabelul 7.1.3. Concentrația aproximativă a substanțelor nocive în produsele de ardere în timpul arderii combustibililor organici în cazanele electrice

Emisii =	Concentrație, mg/m3
	Gaz natural	Păcură	Cărbune
Oxizi de azot NO x (în termeni de NO 2)	200÷ 1200	300÷ 1000	350 ÷1500
Dioxid de sulf SO2	-	2000÷6000	1000÷5000
Anhidrida sulfurica SO3	-	4÷250	2 ÷100
Monoxid de carbon CO	10÷125	10÷150	15÷150
Benz(a)piren C20H12	(0,1÷1, 0)·10 -3	(0,2÷4,0) 10 -3	(0,3÷14) 10 -3
Substanță în suspensie	-	<100	150÷300

Atunci când ardeți păcură și combustibil solid, emisiile conțin și particule solide constând din cenușă zburătoare, particule de funingine, HAP și combustibil nears ca rezultat al arderii mecanice insuficiente.

Intervalele concentrațiilor de substanțe nocive din gazele de ardere la arderea diferitelor tipuri de combustibili sunt date în tabel. 7.1.3.

Gazul natural este cel mai comun combustibil astăzi. Gazul natural se numește gaz natural deoarece este extras chiar din adâncurile Pământului.

Procesul de ardere a gazelor este o reacție chimică în care gazul natural interacționează cu oxigenul conținut în aer.

În combustibilul gazos există o parte combustibilă și o parte incombustibilă.

Principala componentă inflamabilă a gazelor naturale este metanul - CH4. Conținutul său în gaze naturale ajunge la 98%. Metanul este inodor, insipid și non-toxic. Limita sa de inflamabilitate este de la 5 la 15%. Aceste calități au făcut posibilă utilizarea gazelor naturale ca unul dintre principalele tipuri de combustibil. O concentrație de metan de peste 10% pune viața în pericol; sufocarea poate apărea din cauza lipsei de oxigen.

Pentru a detecta scurgerile de gaz, gazul este odorizat, cu alte cuvinte, se adaugă o substanță cu miros puternic (etil mercaptan). În acest caz, gazul poate fi detectat deja la o concentrație de 1%.

Pe lângă metan, gazele naturale pot conține gaze inflamabile - propan, butan și etan.

Pentru a asigura arderea de înaltă calitate a gazului, este necesar să se furnizeze suficient aer în zona de ardere și să se asigure o bună amestecare a gazului cu aerul. Raportul optim este 1: 10. Adică pentru o parte de gaz există zece părți de aer. În plus, este necesar să se creeze regimul de temperatură dorit. Pentru ca un gaz să se aprindă, acesta trebuie încălzit la temperatura sa de aprindere, iar în viitor temperatura nu ar trebui să scadă sub temperatura de aprindere.

Este necesar să se organizeze eliminarea produselor de ardere în atmosferă.

Arderea completă se realizează dacă nu există substanțe inflamabile în produsele de ardere eliberate în atmosferă. În acest caz, carbonul și hidrogenul se combină și formează dioxid de carbon și vapori de apă.

Vizual, cu arderea completă, flacăra este albastru deschis sau violet-albăstrui.

Arderea completă a gazului.

metan + oxigen = dioxid de carbon + apă

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Pe lângă aceste gaze, azotul și oxigenul rămas sunt eliberați în atmosferă cu gaze inflamabile. N2+O2

Dacă arderea gazului nu are loc complet, atunci substanțele inflamabile sunt eliberate în atmosferă - monoxid de carbon, hidrogen, funingine.

Arderea incompletă a gazului are loc din cauza aerului insuficient. În același timp, limbi de funingine apar vizual în flacără.

Pericolul arderii incomplete a gazului este că monoxidul de carbon poate provoca otrăvirea personalului din camera cazanelor. Un conținut de CO în aer de 0,01-0,02% poate provoca otrăvire ușoară. Concentrațiile mai mari pot provoca otrăviri severe și moarte.

Funinginea rezultată se depune pe pereții cazanului, împiedicând astfel transferul de căldură către lichidul de răcire și reducând eficiența cazanului. Funinginea conduce căldura de 200 de ori mai rău decât metanul.

Teoretic, este nevoie de 9m3 de aer pentru a arde 1m3 de gaz. În condiții reale, este nevoie de mai mult aer.

Adică este nevoie de o cantitate în exces de aer. Această valoare, desemnată alpha, arată de câte ori se consumă mai mult aer decât este necesar teoretic.

Coeficientul alfa depinde de tipul de arzător specific și este de obicei specificat în pașaportul arzătorului sau în conformitate cu recomandările de organizare a lucrărilor de punere în funcțiune care se desfășoară.

Pe măsură ce cantitatea de aer în exces crește peste nivelul recomandat, pierderile de căldură cresc. Cu o creștere semnificativă a cantității de aer, o flacără se poate rupe, creând o situație de urgență. Dacă cantitatea de aer este mai mică decât cea recomandată, arderea va fi incompletă, creând astfel un risc de otrăvire pentru personalul cazanului.

Pentru un control mai precis al calității arderii combustibilului, există dispozitive - analizoare de gaze, care măsoară conținutul anumitor substanțe din compoziția gazelor de eșapament.

Analizoarele de gaze pot fi furnizate complete cu boilere. Dacă acestea nu sunt disponibile, măsurătorile corespunzătoare sunt efectuate de către organizația de punere în funcțiune folosind analizoare portabile de gaz. Se întocmește o hartă de regim în care sunt prescriși parametrii de control necesari. Prin aderarea la acestea, puteți asigura arderea normală completă a combustibilului.

Principalii parametri pentru reglarea arderii combustibilului sunt:

• raportul dintre gaz și aer furnizat arzătoarelor.

• coeficientul de exces de aer.

• vid în cuptor.

• Factorul de randament al cazanului.

În acest caz, eficiența cazanului înseamnă raportul dintre căldura utilă și cantitatea de căldură totală consumată.

Compoziția aerului

Denumirea gazului	Element chimic	Conținutul în aer
Azot	N2	78 %
Oxigen	O2	21 %
Argon	Ar	1 %
Dioxid de carbon	CO2	0.03 %
Heliu	El	mai puțin de 0,001%
Hidrogen	H2	mai puțin de 0,001%
Neon	Ne	mai puțin de 0,001%
Metan	CH4	mai puțin de 0,001%
Krypton	Kr	mai puțin de 0,001%
Xenon	Xe	mai puțin de 0,001%

compoziția produselor complete de ardere

Produsele arderii complete includ și componente de balast - azot (N2) și oxigen (O2).

Azotul intră întotdeauna în cuptor cu aer, iar oxigenul rămâne din fluxurile de aer neutilizate în timpul procesului de ardere. Astfel, gazele de ardere formate în timpul arderii complete a combustibilului gazos constau din patru componente: CO2, H2O, O2 și N2

Când combustibilul gazos arde incomplet, în gazele de ardere apar componente combustibile, monoxid de carbon, hidrogen și, uneori, metan. Cu o subardere chimică mare, în produsele de ardere apar particule de carbon, din care se formează funingine. Arderea incompletă a gazului poate apărea atunci când există o lipsă de aer în zona de ardere (cst>1), amestecarea nesatisfăcătoare a aerului cu gaz sau contactul pistolului cu pereții reci, ceea ce duce la încetarea reacției de ardere.

Exemplu. Să presupunem că arderea a 1 m3 de gaz Dashavsky produce produse uscate de ardere Kci-35 m3/m3, în timp ce produsele de ardere conțin componente inflamabile în cantitate de: CO = 0,2%; H2=0,10/o; CH4= = 0,05%.

Determinați pierderile de căldură din arderea chimică incompletă. Această pierdere este egală cu Q3 = VC, g ("26, 3SO + Yu8N3 + 358CH4) = 35 (126,3-0,2 + 108-0,1 + 358-0,05) =

1890 kJ/m3.

Punctul de rouă al produselor de ardere se determină după cum urmează. Mai întâi, găsiți volumul total al produselor de ardere

și, cunoscând cantitatea de vapori de apă Vhn pe care o conțin, se determină presiunea parțială a vaporilor de apă Pngo (presiunea vaporilor de apă saturați la o anumită temperatură) folosind formula

P»to=vmlVr, bar.

Fiecare valoare a presiunii parțiale a vaporilor de apă corespunde unui anumit punct de rouă.

Exemplu. Arderea a 1 m3 de gaz natural Dashavi la at = 2,5 produce produse de ardere Vr = 25 m3/m3, inclusiv vaporii de apă Vsn = 2,4 m3/m3. Este necesar să se determine temperatura punctului de rouă.

Presiunea parțială a vaporilor de apă din produsele de ardere este egală cu

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

Presiunea parțială găsită corespunde unei temperaturi de 46 °C. Acesta este punctul de rouă. Dacă gazele de ardere din această compoziție au o temperatură sub 46 "C, atunci va începe procesul de condensare a vaporilor de apă.

Eficiența de funcționare a sobelor de uz casnic transformată în combustibil gazos, se caracterizează printr-un coeficient de performanță (eficiență), randamentul oricărui aparat termic este determinat din balanța termică, adică egalitatea dintre căldura generată de arderea combustibilului și consumul acestei călduri pentru încălzirea utilă.

Când funcționează sobe de uz casnic pe gaz, au plasează cazuri când gazele de ardere din coșuri sunt răcite până la punctul de rouă. Punctul de rouă este temperatura la care aerul sau alt gaz trebuie răcit înainte ca vaporii de apă pe care îi conține să ajungă la saturație.