Naturgas. forbrændingsproces

Giftige (skadelige) er kemiske forbindelser, der påvirker menneskers og dyrs sundhed negativt.

Brændstoftypen påvirker sammensætningen, der dannes under dets forbrænding skadelige stoffer. Kraftværker bruger faste, flydende og gasformige brændstoffer. De vigtigste skadelige stoffer i kedlers røggasser er: svovloxider (oxider) (SO 2 og SO 3), nitrogenoxider (NO og NO 2), carbonmonoxid (CO), vanadiumforbindelser (hovedsageligt vanadiumpentoxid V 2 O 5). Ask hører også til skadelige stoffer.

fast brændsel. I termisk kraftteknik bruges kul (brun, sten, antracitkul), olieskifer og tørv. Sammensætningen af ​​fast brændsel er skematisk vist.

Som set organisk del brændsel består af kulstof C, brint H, oxygen O, organisk svovl S opr . Sammensætningen af ​​den brændbare del af brændstoffet af en række aflejringer omfatter også uorganisk pyrit svovl FeS 2.

Den ikke-brændbare (mineralske) del af brændstoffet består af fugt W og aske EN. Størstedelen af ​​brændstoffets mineralkomponent passerer under forbrændingsprocessen til flyveaske, der føres bort af røggasser. Den anden del, afhængigt af ovnens design og de fysiske egenskaber af den mineralske komponent i brændstoffet, kan blive til slagge.

Askeindholdet i husholdningskul varierer meget (10-55%). Støvindholdet ændres tilsvarende. røggasser, og når 60-70 g/m 3 for høj-aske kul.

En af nøglefunktioner aske er, at dens partikler har forskellige størrelser, som er i området fra 1-2 til 60 mikron og mere. Denne egenskab som en parameter, der karakteriserer asken, kaldes finhed.

Kemisk sammensætning fast brændselsaske er ret forskelligartet. Aske består normalt af oxider af silicium, aluminium, titanium, kalium, natrium, jern, calcium, magnesium. Calcium i asken kan være til stede i form af et frit oxid såvel som i sammensætningen af ​​silikater, sulfater og andre forbindelser.

Mere detaljerede analyser af mineraldelen fast brændsel viser, at der også kan være små mængder af andre grundstoffer til stede i asken, for eksempel germanium, bor, arsen, vanadium, mangan, zink, uran, sølv, kviksølv, fluor, klor. Sporelementer af disse grundstoffer er ujævnt fordelt i flyveaskefraktioner af forskellige partikelstørrelser, og deres indhold stiger normalt med faldende partikelstørrelse.

fast brændsel kan indeholde svovl i følgende former: pyrit Fe 2 S og pyrit FeS 2 som en del af molekylerne i den organiske del af brændstoffet og i form af sulfater i den mineralske del. Svovlforbindelser som følge af forbrænding omdannes til svovloxider, og omkring 99% er svovldioxid SO 2.

Svovlindholdet i kul er afhængig af forekomsten 0,3-6%. Svovlindholdet i olieskifer når 1,4-1,7%, tørv - 0,1%.

Forbindelser af kviksølv, fluor og klor er bag kedlen i gasform.

Aske i fast brændsel kan indeholde radioaktive isotoper af kalium, uran og barium. Disse emissioner påvirker praktisk talt ikke strålingssituationen i TPP-området, selvom deres samlede mængde kan overstige emissionerne af radioaktive aerosoler ved atomkraftværker med samme kapacitet.

Flydende brændstof. V brændselsolie, skiferolie, diesel og kedelfyrbrændstof bruges i termisk kraftteknik.

Der er ingen svovlkis i flydende brændstof. Sammensætningen af ​​brændselsolieaske omfatter vanadiumpentoxid (V 2 O 5), samt Ni 2 O 3, A1 2 O 3, Fe 2 O 3, SiO 2, MgO og andre oxider. Askeindholdet i brændselsolie overstiger ikke 0,3%. Med sin fuldstændige forbrænding er indholdet af faste partikler i røggasser omkring 0,1 g / m 3, men denne værdi stiger kraftigt under rensning af varmeoverflader på kedler fra eksterne aflejringer.

Svovl i brændselsolie findes hovedsageligt i form af organiske forbindelser, elementært svovl og svovlbrinte. Dens indhold afhænger af svovlindholdet i den olie, som den er afledt af.

Ovnbrændingsolier, afhængigt af svovlindholdet i dem, er opdelt i: lavsvovl S p<0,5%, сернистые S p = 0,5+2,0 % og surt Sp >2,0%.

Dieselbrændstof med hensyn til svovlindhold er opdelt i to grupper: den første - op til 0,2% og den anden - op til 0,5%. Brændstof til kedelovn med lavt svovlindhold indeholder højst 0,5 svovl, svovlholdigt brændstof - op til 1,1, skiferolie - ikke mere end 1%.

gasformigt brændstof er det mest "rene" organiske brændstof, da det, når det er fuldstændig forbrændt, kun dannes nitrogenoxider af giftige stoffer.

Aske. Ved beregning af emissionen af ​​faste partikler til atmosfæren skal der tages højde for, at uforbrændt brændsel (underbrændt) kommer ind i atmosfæren sammen med aske.

Mekanisk underforbrænding q1 for kammerovne, hvis vi antager samme indhold af brændbare stoffer i slaggen og medrivningen.

På grund af at alle typer brændstof har forskellige brændværdier, bruger beregningerne ofte det reducerede askeindhold apr og svovlindholdet Spr,

Karakteristika for nogle typer brændstof er angivet i tabellen. 1.1.

Andelen af ​​faste partikler, der ikke føres væk fra ovnen, afhænger af ovntypen og kan tages fra følgende data:

Kamre med fast slaggefjernelse., 0,95

Åben med flydende slaggefjernelse 0,7-0,85

Halvåben med flydende slaggefjernelse 0,6-0,8

To-kammer brændkammer .......................... 0,5-0,6

Brændkasser med lodrette forovne 0,2-0,4

Horisontale cyklonovne 0,1-0,15

Fra tabel. 1.1 ses det, at brændbar skifer og brunkul, samt Ekibastuz-kul, har det højeste askeindhold.

Svovloxider. Emissionen af ​​svovloxider bestemmes af svovldioxid.

Undersøgelser har vist, at bindingen af ​​svovldioxid med flyveaske i gaskanaler i kraftkedler hovedsageligt afhænger af indholdet af calciumoxid i brændstoffets arbejdsmasse.

I tøraskesamlere fanges svovloxider praktisk talt ikke.

Andelen af ​​oxider opsamlet i våde askeopsamlere, som afhænger af brændstoffets svovlindhold og vandingsvandets alkalinitet, kan bestemmes ud fra graferne i manualen.

nitrogenoxider. Mængden af ​​nitrogenoxider udtrykt i NO 2 (t/år, g/s) udledt til atmosfæren med røggasserne fra kedlen (huset) med en kapacitet på op til 30 t/h kan beregnes ved hjælp af den empiriske formel i manualen.

Teoretisk er den nødvendige mængde luft til forbrænding af generator-, højovns- og koksovnsgasser og deres blandinger bestemt af formlen:

V 0 4,762 / 100 * ((% CO 2 + % H 2) / 2 + 2 ⋅ % CH 4 + 3 ⋅ % C 2 H 4 + 1,5 ⋅ % H 2 S - % O 2), nm 3 / nm 3 , hvor % er efter volumen.

Teoretisk krævet mængde luft til at forbrænde naturgas:

V 0 4,762/100* (2 ⋅ % CH 4 + 3,5 ⋅ % C 2 H 6 + 5 ⋅ % C 3 H 8 + 6,5 ⋅ % C 4 H 10 + 8 ⋅ % C 5 H 12), nm 3 / nm 3, hvor % er volumen.

Teoretisk påkrævet mængde luft til forbrænding af faste og flydende brændstoffer:

V 0 \u003d 0,0889 ⋅ % C P + 0,265 ⋅ % H P - 0,0333 ⋅ (% O P - % S P), nm 3 / kg, hvor % er efter vægt.

Faktisk mængde forbrændingsluft

Den nødvendige fuldstændighed af forbrændingen ved afbrænding af brændstof med en teoretisk påkrævet mængde luft, dvs. ved V 0 (α = 1), kan kun opnås, hvis brændstoffet er fuldstændig blandet med forbrændingsluften og er en færdiglavet varm (støkiometrisk) blanding i gasform. Dette opnås for eksempel ved afbrænding af gasformige brændstoffer med flammefri brændere og ved afbrænding flydende brændstof med deres foreløbige forgasning ved hjælp af specielle brændere.

Den faktiske mængde luft til afbrænding af brændstof er altid større end det teoretisk nødvendige, da i praktiske forhold fuldstændig forbrænding kræver næsten altid noget overskydende luft. Den faktiske mængde luft bestemmes af formlen:

V α \u003d αV 0, nm 3 / kg eller nm 3 / nm 3 brændstof,

hvor α er koefficienten for overskydende luft.

Med flare-metoden til forbrænding, når brændstoffet blandes med luft under forbrændingsprocessen, for gas, brændselsolie og pulveriseret brændstof, er overskydende luftkoefficient α = 1,05–1,25. Ved afbrænding af gas, tidligere fuldstændig blandet med luft, og ved afbrænding af fyringsolie med forgasning og intensiv blanding af fyringsoliegas med luft, α = 1,00–1,05. Med den lagdelte metode til afbrænding af kul, antracit og tørv i mekaniske ovne med kontinuerlig brændstofforsyning og askefjernelse - α = 1,3-1,4. Ved manuel vedligeholdelse af ovne: ved afbrænding af antracit α = 1,4, ved afbrænding af stenkul α = 1,5–1,6, ved afbrænding af brunkul α = 1,6–1,8. For semi-gasovne α = 1,1–1,2.

Atmosfærisk luft indeholder en vis mængde fugt - d g / kg tør luft. Derfor vil mængden af ​​fugtig atmosfærisk luft, der kræves til forbrænding, være større end det, der beregnes ved hjælp af ovenstående formler:

V B o \u003d (1 + 0,0016d) ⋅ V o, nm 3 / kg eller nm 3 / nm 3,

V B α \u003d (1 + 0,0016d) ⋅ V α, nm 3 / kg eller nm 3 / nm 3.

Her er 0,0016 \u003d 1,293 / (0,804 * 1000) omregningsfaktoren for vægtenheder af luftfugtighed, udtrykt i g / kg tør luft, til volumenenheder - nm 3 vanddamp indeholdt i 1 nm 3 tør luft.

Mængde og sammensætning af forbrændingsprodukter

For generatorer, højovne, koksovnsgasser og deres blandinger, mængden af ​​individuelle produkter af fuldstændig forbrænding under forbrænding med en overskydende luftkoefficient lig med α:

Mængden af ​​kuldioxid

V CO2 \u003d 0,01 (% CO 2 + % CO + % CH 4 + 2 ⋅% C 2 H 4), nm 3 / nm 3

Mængden af ​​svovldioxid

V SO2 \u003d 0,01 ⋅% H 2 S nm 3 / nm 3;

Mængden af ​​vanddamp

V H2O \u003d 0,01 (% H 2 + 2 ⋅ % CH 4 + 2 ⋅ % C 2 H 4 + % H 2 S + % H 2 O + 0,16d ⋅ V α), nm 3 / nm 3,

hvor 0,16d V Bá nm 3 /nm 3 er mængden af ​​vanddamp, der indføres af fugtig atmosfærisk luft ved dets fugtindhold d g / kg tør luft;

Mængden af ​​nitrogen, der passerer fra gassen og introduceres med luft

Mængden af ​​fri ilt, der indføres af overskydende luft

V O2 \u003d 0,21 (α - 1) ⋅ V O, nm 3 / nm 3.

Den samlede mængde af forbrændingsprodukter fra generatorer, højovne, koksovnsgasser og deres blandinger er lig med summen af ​​deres individuelle komponenter:

Vdg \u003d 0,01 (% CO 2 + % CO + % H 2 + 3 ⋅ % CH 4 + 4 ⋅ % C 2 H 4 + 2 ⋅ % H 2 S + % H 2 O + % N 2) + + VO ( α + 0,0016 dα - 0,21), nm 3 / nm 3.

For naturgas bestemmes mængden af ​​individuelle produkter af fuldstændig forbrænding af formlerne:

V CO2 \u003d 0,01 (% CO 2 +% CH 4 + 2 ⋅ % C 2 H 6 + 3 ⋅ % C 3 H 8 + 4 ⋅ % C 4 H 10 + 5 ⋅ % C 5 H 12) nm 3 / nm 3;

V H2O \u003d 0,01 (2 ⋅ % CH 4 + 3 ⋅ % C 2 H 6 + 4 ⋅ % C 3 H 8 + 5 ⋅ % C 4 H 10 + 6 ⋅ % C 5 H 12 + % H 2 O + 0,0016 dVa) nm3/nm3;

V N2 \u003d 0,01 ⋅% N2 + 0,79 V α, nm 3 / nm 3;

V O2 \u003d 0,21 (α - 1) V O, nm 3 / nm 3.

Samlet mængde af forbrændingsprodukter af naturgas:

V dg \u003d 0,01 (% CO 2 + 3 ⋅ % CH 4 + 5 ⋅ % C 2 H 6 +7 ⋅ % C 3 H 8 + 9 ⋅ % C 4 ⋅ H 10 + 11 ⋅ % C 5 H 12 + % H2O + +% N2) + VO (a + 0,0016dα - 0,21), nm 3 / nm 3.

For faste og flydende brændstoffer er antallet af individuelle produkter af fuldstændig forbrænding:

V CO2 \u003d 0,01855% C P, nm 3 / kg (i det følgende er % procentdelen af ​​elementer i arbejdsgassen efter masse);

V SO2 \u003d 0,007% S P nm 3 / kg.

Til faste og flydende brændstoffer

V H2O CHEM \u003d 0,112 ⋅% H P, nm 3 / kg,

hvor V H2O CHEM - vanddamp dannet under forbrænding af brint.

V H2O MEX \u003d 0,0124 % W P, nm 3 / kg,

hvor V H2O MEX - vanddamp dannet under fordampning af fugt i arbejdsbrændstoffet.

Hvis der tilføres damp til forstøvning af flydende brændstof i mængden af ​​W PAR kg/kg brændstof, skal mængden af ​​1,24 W PAR nm 3 /kg brændstof lægges til mængden af ​​vanddamp. Fugten indført af atmosfærisk luft ved et fugtindhold på d g / kg tør luft er 0,0016 d V á nm 3 / kg brændstof. Derfor er den samlede mængde vanddamp:

V H2O \u003d 0,112 ⋅% H P + 0,0124 (% W P + 100 ⋅ % W PAR) + 0,0016d V á, nm 3 / kg.

V N2 \u003d 0,79 ⋅ V α + 0,008 ⋅ % N P, nm 3 / kg

V O2 \u003d 0,21 (α - 1) V O, nm 3 / kg.

Den generelle formel til bestemmelse af forbrændingsprodukterne af faste og flydende brændstoffer:

Vdg \u003d 0,01 + V O (α + + 0,0016 dα - 0,21) nm 3 / kg.

Mængden af ​​røggasser under forbrænding af brændstof med en teoretisk påkrævet mængde luft (VO nm 3 /kg, VO nm 3 / nm 3) bestemmes af ovenstående beregningsformler med en luftoverskudskoefficient lig med 1,0, mens ilt vil være fraværende i forbrændingsprodukterne.

Røggasanalyse af kedler giver dig mulighed for at identificere og eliminere afvigelser fra normale driftstilstande og derved øge effektiviteten af ​​brændstofforbrænding og reducere emissioner af giftige gasser til atmosfæren. For at forstå, hvor effektivt et fyringsanlæg fungerer, og hvordan man opdager afvigelser i dets drift ved hjælp af en røggasanalysator, er det nødvendigt at vide, hvilke gasser og i hvilke koncentrationer der er til stede i røggasserne.

Røggaskomponenterne er listet nedenfor i faldende rækkefølge efter deres koncentration i røggassen.

Nitrogen N2.

Nitrogen er hovedelementet i den omgivende luft (79%). Nitrogen er ikke involveret i forbrændingsprocessen, det er ballast. Indsprøjtet i kedlen varmer den op og tager den energi, der bruges på opvarmningen, med sig ind i skorstenen, hvilket reducerer kedlens effektivitet. Røggasanalysatorer måler ikke nitrogenkoncentrationen.

Kuldioxid CO2.

Dannes under forbrænding af brændstof. Kvælende gas, ved koncentrationer over 15 volumenprocent, forårsager hurtigt bevidsthedstab. Røggasanalysatorer måler normalt ikke koncentrationen af ​​kuldioxid, men bestemmer den ved beregning ud fra koncentrationen af ​​resterende ilt. Nogle modeller af gasanalysatorer, såsom MRU Vario Plus, kan have indbyggede optiske infrarøde sensorer til måling af kuldioxidkoncentrationer.

• dieselbrændere - 12,5…14 %
• gasbrændere - 8…11 %

Ilt O2.

Resterende ilt, der ikke bruges i forbrændingsprocessen på grund af overskydende luft, udsendes sammen med udstødningsgasserne. Fuldstændigheden (effektiviteten) af brændstofforbrænding bedømmes ud fra koncentrationen af ​​resterende oxygen. Derudover bestemmes varmetabet med røggasser og koncentrationen af ​​kuldioxid ud fra iltkoncentrationen.

Iltkoncentrationen i bærbare røggasanalysatorer måles ved hjælp af elektrokemiske iltsensorer, i stationære gasanalysatorer derudover bruges ofte zirkoniumsensorer.

• dieselbrændere - 2…5 %
• gasbrændere - 2…6 %

Kulilte CO.

Kulilte el carbonmonoxid- giftgas, som er et produkt ufuldstændig forbrænding. Gassen er tungere end luft, og ved tilstedeværelse af utætheder eller udbrændinger i kedlers skorstene kan den frigives til arbejdsmiljøet, hvilket udsætter personalet for risiko for forgiftning. Ved CO-koncentrationer op til 10.000 ppm bruges elektrokemiske celler normalt til at detektere det. Til måling af koncentrationer over 10.000 ppm anvendes hovedsageligt optiske celler, herunder i bærbare gasanalysatorer.

• dieselbrændere - 80…150 ppm
• gasbrændere - 80…100 ppm

Nitrogenoxider (NOx).

Ved høje temperaturer i kedelovnen danner nitrogen nitrogenoxid NO med atmosfærisk ilt. Efterfølgende oxideres NO til NO2 under påvirkning af ilt. Komponenterne NO og NO2 kaldes nitrogenoxider NOx.

NO-koncentrationen måles med elektrokemiske sensorer. NO2 i simple modeller gasanalysatorer bestemmes ved beregning og tages lig med 5 ... 10 % procent af den målte NO-koncentration. I nogle tilfælde måles NO2-koncentrationen af ​​en separat elektrokemisk nitrogendioxidsensor. Under alle omstændigheder er den resulterende koncentration af nitrogenoxider NOx lig med summen af ​​koncentrationerne af NO og NO2.

• dieselbrændere - 50…120 ppm
• gasbrændere - 50…100 ppm

Svovldioxid (SO2).

Giftig gas dannes, når brændstof indeholdende svovl afbrændes. Når SO2 reagerer med vand (kondensat) eller damp, dannes svovlsyrlig H2SO3. Elektrokemiske celler bruges almindeligvis til at måle SO2-koncentrationer.

Brandsikre kulbrinter (CH).

Ikke-brændbare kulbrinter CH dannes som følge af ufuldstændig forbrænding af brændstof. V denne gruppe omfatter methan CH4, butan C4H10 og benzen C6H6. Termiske katalytiske eller optiske infrarøde celler bruges til at måle koncentrationerne af ikke-brændbare kulbrinter.

Gasanalysatorer Kaskad-N 512, DAG 500, Kometa-Topogaz, AKVT osv. bruges til at måle gaskoncentrationer i industrielle emissioner og røggasser. indenlandsk produktion, eller udenlandsk fremstillede enheder fra producenter som Testo, MSI Drager, MRU, Kane osv.

Denis Ryndin,
chefingeniør for "Water Technology"

På nuværende tidspunkt er spørgsmålene om at øge effektiviteten af ​​varmeinstallationer og reducere det miljømæssige pres på miljøet særligt akutte. Det mest lovende i denne henseende er brugen af ​​kondenseringsteknologi, som er i stand til at løse den skitserede række af problemer på den mest komplette måde. Vandteknik har altid bestræbt sig på at præsentere kl hjemmemarked moderne og effektiv varmeudstyr. I lyset af dette er hendes interesse for kondenseringsteknologi, som den mest effektive, højteknologiske og lovende, naturlig og berettiget. Derfor er en af ​​de prioriterede retninger for virksomhedens udvikling i 2006 fremme af kondenseringsudstyr på det ukrainske marked. Til dette formål, planlagt hele linjen begivenheder, hvoraf den ene er en række populariserende artikler for dem, der først støder på en sådan teknik. I denne artikel vil vi forsøge at berøre de vigtigste spørgsmål om implementering og anvendelse af princippet om vanddampkondensering i varmeteknologi:

• Hvordan er varme forskellig fra temperatur?
• Kan effektiviteten være større end 100 %?

Hvordan er varme forskellig fra temperatur?

Temperatur er graden af ​​opvarmning af kroppen (den kinetiske energi af kroppens molekyler) En meget relativ værdi, som let kan illustreres ved hjælp af Celsius- og Fahrenheit-skalaerne. I hverdagen bruges Celsius-skalaen, hvor vands frysepunkt tages som 0, og kogepunktet for vand ved atmosfærisk tryk tages som 100 °. Da fryse- og kogepunkter for vand ikke er veldefinerede, er Celsius-skalaen i øjeblikket defineret ud fra Kelvin-skalaen: grader Celsius er lig med grader Kelvin og absolut nul tage for -273,15 ° C. Celsius-skalaen er praktisk talt meget praktisk, da vand er meget almindeligt på vores planet, og vores liv er baseret på det. Nul Celsius er et særligt punkt for meteorologi, siden frysepunktet atmosfærisk vandændrer alt væsentligt. I England, og især i USA, bruges Fahrenheit-skalaen. I denne skala er intervallet divideret med 100 grader fra temperaturen på kold vinter i byen hvor Fahrenheit boede, til en temperatur menneskelige legeme. Nul Celsius er 32 Fahrenheit, og en grad Fahrenheit er 5/9 grader Celsius.

Tabel 1 Temperaturenheder

For mere klart at forestille sig forskellen mellem begreberne temperatur og varme, overvej næste eksempel: Eksempel på vandopvarmning: Antag, at vi har opvarmet noget vand (120 liter) til 50°C, hvor meget vand kan vi opvarme til 40°C ved at bruge den samme mængde varme (brændt brændstof)? For nemheds skyld vil vi antage, at den oprindelige vandtemperatur i begge tilfælde er 15 °C.

Figur 1 Eksempel 1

Som set af godt eksempel, temperatur og mængden af ​​varme er forskellige begreber. De der. legemer ved forskellige temperaturer kan have den samme termiske energi, og omvendt: legemer med samme temperatur kan have forskellige termiske energier. For at forenkle definitionerne blev der opfundet en særlig værdi - Entalpi Entalpi er mængden af ​​varme indeholdt i en enhedsmasse af et stof [kJ / kg] V vivo der er tre tilstande af aggregering af vand på Jorden: fast (is), flydende (vand selv), gasformig (vanddamp) Vandets overgang fra en aggregeringstilstand til en anden er ledsaget af en ændring i kroppens termiske energi kl konstant temperatur(tilstanden ændrer sig, ikke temperaturen, med andre ord, al varmen bruges på at ændre tilstanden, og ikke på opvarmning) Tilsyneladende varme er den varme, ved hvilken en ændring i mængden af ​​varme, der tilføres kroppen, forårsager en ændring i dens temperatur Latent varme er fordampningsvarmen (kondensationsvarmen), den varme, som ikke ændrer kroppens temperatur, men tjener til at ændre kroppens aggregeringstilstand. Lad os illustrere disse begreber med en graf, hvorpå entalpien (mængden af ​​tilført varme) vil blive plottet langs ordinataksen, og temperaturen langs ordinataksen. Denne graf viser processen med at opvarme en væske (vand).

Figur 2 Entalpi - Temperaturafhængighedsgraf, for vand

A-B vand opvarmes fra en temperatur på 0 ºС til en temperatur på 100 ºС (i dette tilfælde al den varme, der tilføres til vand går for at øge dens temperatur)
A-C vand koger (i dette tilfælde går al den varme, der leveres til vandet, til at omdanne det til damp, mens temperaturen forbliver konstant på 100 ºС)
C-D alt vandet er blevet til damp (kogt væk) og nu går varmen til at øge temperaturen på dampen.

Sammensætningen af ​​røggasser under forbrænding af gasformige brændstoffer

Forbrændingsprocessen er processen med oxidation af brændstoffets brændbare komponenter ved hjælp af atmosfærisk ilt, mens varme frigives. Lad os tage et kig på denne proces:

Figur 3 Sammensætning af naturgas og luft

Lad os se, hvordan forbrændingsreaktionen af ​​gasformigt brændstof udvikler sig:

Figur 4 Forbrændingsreaktion af gasformigt brændstof

Som det fremgår af ligningen for oxidationsreaktionen, får vi som følge heraf kuldioxid, vanddamp (røggasser) og varme. Den varme, der frigives under forbrændingen af ​​brændstof, kaldes brændstoffets nedre brændværdi (PCI).Hvis vi afkøler røggasserne, vil vanddamp under visse betingelser begynde at kondensere (overgang fra en gasformig tilstand til en væske). stat).

Figur 5 Frigivelse af latent varme under kondensering af vanddamp

Dette vil fremhæve yderligere mængde varme (latent fordampnings-/kondensationsvarme). Summen af ​​brændstoffets lavere brændværdi og den latente fordampnings-/kondensationsvarme kaldes brændstoffets højere brændværdi (PCS).

Jo mere vanddamp der er i forbrændingsprodukterne, jo større er forskellen mellem brændstoffets Højere og Lavere brændværdi. Til gengæld afhænger mængden af ​​vanddamp af sammensætningen af ​​brændstoffet:

Tabel 2 Værdierne for den højere og lavere brændværdi for forskellige slags brændstof

Som det fremgår af tabellen ovenfor, kan vi opnå den største tilskudsvarme ved at brænde metan. Sammensætningen af ​​naturgas er ikke konstant og afhænger af feltet. Den gennemsnitlige sammensætning af naturgas er vist i figur 6.

Figur 6 Sammensætning af naturgas

Mellemkonklusioner:

1. Ved at bruge den latente varme fra fordampning/kondensering kan du få mere varme, end der frigives under brændstofforbrænding

2. Det mest lovende brændstof i denne henseende er naturgas (forskellen mellem den højere og lavere brændværdi er mere end 10%)

Hvilke forhold skal skabes for at starte kondens? Dugpunkt.

Vanddamp i røggasser har lidt andre egenskaber end ren vanddamp. De blandes med andre gasser, og deres parametre svarer til blandingens parametre. Derfor afviger temperaturen, ved hvilken kondensationen begynder, fra 100 ºС. Værdien af ​​denne temperatur afhænger af sammensætningen af ​​røggasserne, hvilket igen er en konsekvens af brændstoffets type og sammensætning såvel som luftoverskudsfaktoren. Røggastemperaturen, ved hvilken vanddamp begynder at kondensere i produkterne fra brændstofforbrænding, kaldes dugpunktet.

Figur 7 Dugpunkt

Mellemkonklusioner:

1. Kondensationsteknologiens opgave er at afkøle forbrændingsprodukterne under dugpunktet og fjerne kondensationsvarmen ved at bruge den til nyttige formål.

Kan et gasfyrs effektivitet være mere end 100 %?

Lad os tage de tekniske egenskaber ved en vilkårlig monteret kedel:

Kedel total effekt =23.000 Kcal/h (26,7 KW);

Kedlens nettoeffekt=21.000 Kcal/h (24.03 KW);

Med andre ord, maksimum termisk kraft brændere 23.000 Kcal/h (den mængde varme, der frigives ved forbrænding af brændstof), og maksimalt beløb varmen modtaget af kølevæsken er 21.000 Kcal/t.

Hvor går forskellen mellem dem? En del af den genererede varme (6-8%) går tabt med de udgående røggasser, og den anden (1,5-2%) afgives i det omgivende rum gennem kedelvæggene.

Hvis vi tilføjer disse mængder, kan vi skrive følgende ligning:

Hvis vi dividerer kedlens nettoeffekt med totalen og multiplicerer resultatet med 100 %, får vi koefficienten nyttig handling kedel (virkningsgrad) i %.

Hvis vi omhyggeligt læser definitionens tekst, vil vi se det fuld kraft kedlen er lig med mængden af ​​varme, der frigives ved forbrænding af brændsel pr. tidsenhed.

Denne værdi afhænger således direkte af brændstoffets Lavere brændværdi og tager ikke højde for den varme, der kan frigives under kondenseringen af ​​vanddamp fra forbrændingsprodukterne.

Med andre ord er dette kedlens effektivitet i forhold til brændstoffets nedre brændværdi.

Hvis vi tager højde for værdien af ​​kondensationsvarmen af ​​vanddamp (se tabel 1), så kan vi forestille os følgende billede af fordelingen af ​​varmestrømme i en ikke-kondenserende kedel.

Figur 9 Fordeling af varmestrømme i en ikke-kondenserende kedel

Så, som i en kondenserende kedel, vil fordelingen af ​​varmestrømme se således ud:

Figur 10 Fordeling af varmestrømme i en kondenserende kedel

Mellemkonklusioner:
1. Virkningsgrad på 100 % eller mere er mulig, hvis den lavere fremfor den højere brændværdi tages som udgangspunkt.
2. Vi kan ikke fuldt ud udnytte al varmen (fornuftig og latent) af tekniske årsager, derfor kan kedlens virkningsgrad ikke være lig med eller større end 111 % (i forhold til brændslets Nedre brændværdi).

Driftsformer for kondenserende kedler

Gaskondenserende kedler kan installeres i ethvert varmesystem. Værdien af ​​den anvendte kondensvarme og effektiviteten afhænger af driftsformen af ​​den korrekte beregning varmesystem.

For effektivt at udnytte kondensationsvarmen fra vanddampen indeholdt i røggasserne, er det nødvendigt at afkøle røggasserne til en temperatur under dugpunktet. Anvendelsesgraden af ​​kondensationsvarmen afhænger af de beregnede temperaturer på kølevæsken i varmesystemet og af antallet af arbejdstimer i kondenseringstilstanden. Dette er vist i graferne 11 og 13, hvor dugpunktstemperaturen er 55°C.

Varmesystem 40/30 °C

Figur 11 Driftsplan for lavtemperatursystemet

Af stor betydning er den produktive kapacitet af kondenserende kedler af et sådant varmesystem i hele opvarmningsperioden. Lave temperaturer returlinje altid under dugpunktstemperaturen, så der konstant opstår kondens. Dette sker i lavtemperatursystemer. panel opvarmning eller gulvvarme. En kondenserende kedel er ideel til sådanne systemer.

Figur 12 Rumtemperaturforhold ved brug af gulv- og konvektorvarme

Fordele ved vandsystemer gulvvarme før den traditionelle ret meget:

• Øget komfort. Gulvet bliver varmt og behageligt at gå på, da varmeoverførslen sker fra en stor overflade med en relativt lav temperatur.
• Ensartet opvarmning af hele rummets område og derfor ensartet opvarmning. En person føler sig lige godt tilpas i nærheden af ​​vinduet og i midten af ​​rummet.
• Optimal temperaturfordeling i rummets højde. Figur 12 illustrerer den omtrentlige fordeling af temperaturer i rummets højde ved brug af traditionel varme og gulvvarme. Fordelingen af ​​temperaturer, med gulvvarme, føles af en person som den mest gunstige. Det er også nødvendigt at bemærke reduktionen af ​​varmetab gennem loftet, da temperaturforskellen mellem den indre luft er udeluft markant reduceret, og vi får kun behagelig varme, hvor det er nødvendigt, og opvarmer ikke miljøet gennem taget. Dette gør det muligt effektivt at anvende gulvvarmesystemet til bygninger med højt til loftet– kirker, udstillingshaller, fitnesscentre mv.

• Hygiejne. Der er ingen luftcirkulation, træk mindskes, og derfor er der ingen støvcirkulation, hvilket er et stort plus for folks velbefindende, især hvis de lider af luftvejssygdomme.
• En væsentlig del af varmen fra gulvet overføres i form af strålevarmeoverførsel. Stråling, i modsætning til konvektion, spreder straks varme til omgivende overflader.
• Der er ingen kunstig affugtning af luft i nærheden af ​​varmeapparater.
• Æstetik. Der er ingen varmeanordninger, der er ikke behov for deres design eller valg af optimale størrelser.

Varmesystem 75/60°C

Figur 13 Driftsplan for højtemperatursystemet

Effektiv udnyttelse af kondensationsvarmen er også mulig ved designtemperaturer på 75/60°C i en tid, der er 97 % af varigheden af ​​opvarmningsperioden. Dette gælder udetemperaturer fra -11°C til +20°C. gammel varmeinstallationer, som er designet til temperaturer på 90/70 °C, fungerer i dag med temperaturer på næsten 75/60 ​​°C. Også i anlæg med et varmemedium på 90/70 °C og med en driftsform, hvor kedelvandstemperaturen styres iht. udendørs temperatur, er tidspunktet for brug af kondensvarmen 80 % af varigheden af ​​den årlige opvarmningsperiode.

Høj standardiseret effektivitet

Eksemplerne i figur 11 og 13 viser tydeligt, at forskellen mellem disse to muligheder, men samtidig har en høj procentdel af kondenserende varmeudnyttelse direkte indflydelse på energiforbruget i en gaskondenserende kedel. For at betegne brændstofeffektivitet varmekedler begrebet standardiseret effektivitet blev introduceret. Figur 14 viser energiforbrugets afhængighed af forskellige designtemperaturer for varmesystemet.

Figur 14 Virkningsgrad versus returtemperatur

Den høje standardiserede virkningsgrad af gaskondenserende kedler skyldes følgende faktorer:

– Realisering af en høj CO 2 -værdi. Jo højere CO 2 indholdet er, desto højere er dugpunktstemperaturen på opvarmningsgasserne.

- Vedligeholdelse lave temperaturer returlinje. Jo lavere returtemperatur, jo mere aktiv er kondenseringen og jo lavere røggastemperatur.

Mellemkonklusioner:

Effektiviteten af ​​en kondenserende kedel afhænger meget af temperatur regime drift af varmesystemet.
I nye installationer skal alle muligheder udnyttes for optimal drift af gaskondenserende kedel. Høj effektivitet opnås, når følgende kriterier er opfyldt:
1. ?Begræns returløbstemperaturen til maks. 50 °C
2. ?Forsøg at opretholde en temperaturforskel mellem fremløb og returløb på mindst 20 K
3. Træf ikke foranstaltninger for at øge temperaturen på returledningen (disse omfatter f.eks. installation af en firevejsblander, by-pass-ledninger, hydrauliske pile).

Måder at implementere princippet om kondens i monterede kedler

I øjeblikket er der to hovedmåder at implementere princippet om vanddampkondensering i røggasser: en fjernøkonomizer og en rustfri stålvarmeveksler med en indbygget economizer

I det første tilfælde udnyttes hovedvarmen fra forbrændingsprodukterne i en konventionel konvektionsvarmeveksler, og selve kondensationsprocessen foregår i en separat enhed - en fjernøkonomizer. Dette design tillader brugen af ​​komponenter og samlinger, der anvendes i konventionelle, ikke-kondenserende kedler, men gør det ikke muligt fuldt ud at frigøre potentialet ved kondenserende teknologi.

Figur 17 Kondenserende kedel med fjernøkonomizer

En varmeveksler med indbygget economizer består af 4-7 varmevekslerelementer (spoler). Hvert varmevekslerelement består til gengæld af 4 vindinger af et glat rektangulært rør, af rustfrit stål med en vægtykkelse på ca. 0,8 mm (Se figur 18).

Figur 18 Skema over røggasflow mellem varmevekslerens spoler

Der er flere varmevekslerelementer foran isoleringspladen. De spiller rollen som den "første fase", da der kun opstår en lille kondens her. Det fjerde og henholdsvis det femte varmevekslerelement er placeret bag isoleringspladen. I dette "kondensationstrin" finder hovedprocessen med kondensation sted.

Fordelene ved dette princip ligger i den meget effektive varmeoverførsel og på den anden side i elimineringen af ​​kogende støj forårsaget af høje strømningshastigheder i glatte rør.
En anden fordel ved denne varmeveksler er dens lave tilbøjelighed til kalkning, da på grund af de små tværsnit af rørene, højt niveau hvirvler.
Den glatte overflade af de rustfri stålrør og den lodrette strømningsretning giver en selvrensende effekt.
Varmevekslerens returtilslutning er placeret på bagsiden, fremløbstilslutningen er foran. Der er installeret et kondensafløb på varmeveksleren.
Røggassamleren er lavet af plast før tilslutning af "luftindtag / røggasudtag" rørledningen.

Figur 19 Hydraulisk kredsløb kondenserende kedel med indbygget economizer

Figur 20 Tværsnit af varmeveksleren i en kondenserende kedel med indbygget economizer

Konventionel gasforbrænding og fuld forbrænding

De fleste kedler med åbent kamera forbrænding har samme princip for gasforbrænding. På grund af gasstrålens kinetiske energi suges luft ind i den.

Figur 19 Princip for gasforbrænding i atmosfæriske brændere (Venturi-dyse)

Brændbar gas tilføres under tryk til dysen. Her på grund af indsnævringen af ​​passagen potentiel energi trykket omdannes til strålens kinetiske energi. På grund af Venturi-dysens særlige geometriske snit blandes primærluft ind. Direkte i dysen opstår en blanding af gas og luft (der dannes en gas-luft-blanding). Sekundær luft tilføres ved udløbet af dysen. Ændringen i brændereffekt opstår på grund af en ændring i henholdsvis gastrykket, gasstrålens hastighed og mængden af ​​indsuget luftskifte.
Fordelene ved dette design er dets enkelhed og lydløshed.
Begrænsninger og ulemper: et stort overskud af luft, begrænset modulationsdybde, en overflod af skadelige emissioner.

i kedler med lukket kamera forbrænding ligner princippet for gasforbrænding det, der er beskrevet ovenfor. Forskellen ligger kun i tvungen udstødning af forbrændingsprodukter og tilførsel af luft til forbrænding. Alle fordele og ulemper atmosfæriske brændere gælder også for kedler med lukket forbrændingskammer.

Kondenserende kedler anvender princippet "Total forblanding af gas og luft". Essensen af ​​denne metode ligger i blandingen af ​​gas til luftstrømmen på grund af sjældenheden skabt af sidstnævnte i Venturi-dysen.

Gasarmaturer og blæser
Så snart blæserens starthastighed genkendes af elektronikken, åbnes gasventilerne i serie.
På blæserens sugeside er der monteret et dobbeltvægget luftindtag / røggasudtag (Venturi system). På grund af den ringformede spalte opstår der i overensstemmelse med Venturi-princippet et sugefænomen i kammeret over hovedgasreguleringsmembranen i gasventilen.

Figur 20 Brænderblandeenhed med fuld forblanding

Tændingsproces
Gassen passerer gennem kanal 1 under kontrolmembranerne. Hovedgasreguleringsventilen åbner på grund af den resulterende trykforskel. Gassen kommer derefter ind i blæseren gennem Venturi-systemet og blandes med indsugningsluften. Gas-luftblandingen kommer ind i brænderen og antændes.
Modulationstilstand
Hovedgasreguleringsventilens slaglængde afhænger af reguleringsventilens position. Ved at øge blæserens hastighed reduceres trykket nedstrøms for hovedgasreguleringsventilen. Kanal 2 fortsætter trykændringen til et tryk under styreventilens membran. Udløbsudløbet fortsætter med at lukke, hvorved hastigheden af ​​gastryksreduktion gennem kanal 2 reduceres. Gennem kanal 1 øges trykket under membranen af ​​hovedgasreguleringsventilen. Hovedgasreguleringsventilen fortsætter med at åbne, således strømmer mere gas til blæseren og derfor mere gas til brænderen.
Brænderen moduleres således kontinuerligt ved at ændre flowet luftblæser. Mængden af ​​gas sporer mængden af ​​luft i et forudbestemt forhold. Over hele modulationsområdet er det således muligt at holde luftoverskudsforholdet på et næsten konstant niveau.

Figur 21 Fuld premix brænder termomodul

Indholdet af skadelige stoffer i røggasser og måder at reducere deres koncentration på

Den nuværende forurening miljø antager alarmerende proportioner. Mængden af ​​emissioner fra varme- og elsektoren ligger på andenpladsen efter vejtransport placere.

Figur 22 Procent emissioner

Derfor er spørgsmålet om at reducere skadelige stoffer i forbrændingsprodukter særligt akut.

Hovedforurenende stoffer:

1. • Kulilte CO
   • Nitrogenoxider NO x
   • Dampe af syrer

Det er tilrådeligt at bekæmpe de to første faktorer ved at forbedre forbrændingsprocessen (nøjagtig gas-luft-forhold) og sænke temperaturen i kedelovnen.

Under forbrændingen af ​​gasformige brændstoffer er dannelsen af ​​følgende syrer mulig:

Dampe af syrer fjernes perfekt sammen med kondensat. Bortskaffelse af dem i flydende tilstand er ret simpelt. Normalt gøres dette ved at neutralisere en syre med en alkali.

Udnyttelse af syrekondensat

Som det kan ses fra forbrændingsreaktionen af ​​metan:

Ved afbrænding af 1 m3 gas dannes der 2 m3 vanddamp. Ved normal drift af den kondenserende kedel dannes der ca. 15-20 liter pr. kondensat. Dette kondensat har en lav surhedsgrad (ca. Ph=3,5-4,5), som ikke overstiger det tilladte niveau for husholdningsaffald.

Figur 23 Kondensatets surhedsgrad gasfyr

Tabel 3 Indhold af tungmetaller i kondensat

Derfor er det tilladt at udlede kondensat i kloakken, hvor det vil blive neutraliseret med basisk husholdningsaffald.
Det skal bemærkes, at husholdningsafløbssystemer består af materialer, der er modstandsdygtige over for surt kondensat.
Ifølge ATV arbejdsark A 251 er dette følgende materialer:
_ Keramiske rør
_ Stive PVC-rør
_ PVC-rør
_ Polyethylenrør stor tæthed
_ Polypropylenrør
_ Akrylnitril-butadien-styren copolymer eller acrylonitril-styren-acryl ester (ABS/ASA) rør
_ Rustfri stålrør
_ Borosilikatrør

Figur 24 Bortskaffelse af kondensat

I henhold til italienske regler kan ovenstående kondensatafledningsskema anvendes til kedelanlæg med en samlet effekt på op til 116 kW (ifølge den tyske ATV A 251-standard, ikke mere end 200 kW). Hvis denne værdi overskrides, er det nødvendigt at installere specielleer.

Figur 25 Kondensatneutralisering ved hjælp af en kondensatpumpe

1. Kedel dampudtag
2. Konverterindløb
3. Kondensat neutralisator
4. Katalysatorudtag
5. Kondensattilførselsslange til kondensatudskilleren
6. Kondensatfælde
7. Kondensatudløb
8. Kondensatudløbsslange
9. Adapter
10. Kloakering
11. Monteringsklemmer

Figur 25 viser et eksempel på et neutraliseringsanlæg. Kondensat, der kommer ind i neutralisatoren, filtreres først gennem et lag aktivt kul, og gennemgår derefter neutralisering i hovedvolumen. En kondenspumpe er installeret, når det er nødvendigt at dræne kondensat over niveauet for kondensathæverten i kedlen. Dette design bruges til at neutralisere kondensat fra kedler med en samlet effekt på 35 til 300 kW (afhængigt af installationens effekt varierer konverterens længde). Hvis installationseffekten overstiger 300 kW, installeres flere neutralisatorer parallelt.
Neutralisatoren er ekstrem nem at vedligeholde og kræver revision og tilsætning af granulat højst én gang om året. Som regel vurderes også surhedsgraden af ​​kondensatet ved brug af lakmuspapir.

Argument for kondenseringsteknologi

Naturgas er det mest udbredte brændstof i dag. Naturgas kaldes naturgas, fordi den udvindes fra selve jordens indvolde.

Forbrændingsprocessen af ​​en gas er kemisk reaktion, hvor vekselvirkningen af ​​naturgas med ilt, som er indeholdt i luften.

I gasformigt brændstof er der en brændbar del og en ikke-brændbar del.

Den vigtigste brændbare komponent i naturgas er metan - CH4. Dens indhold i naturgas når 98%. Metan er lugtfri, smagløs og ugiftig. Dens brændbarhedsgrænse er fra 5 til 15 %. Det er disse kvaliteter, der gjorde det muligt at bruge naturgas som en af ​​hovedtyperne af brændstof. Koncentrationen af ​​metan er mere end 10 % livsfarlig, så der kan opstå kvælning på grund af iltmangel.

For at opdage en gaslækage udsættes gassen for odorisering, med andre ord tilsættes et stærkt lugtende stof (ethylmercaptan). I dette tilfælde kan gassen detekteres allerede ved en koncentration på 1%.

Ud over metan kan brændbare gasser som propan, butan og ethan være til stede i naturgas.

For at sikre gasforbrænding af høj kvalitet er det nødvendigt at nok bringe luft ind i forbrændingszonen og opnå god blanding af gas med luft. Forholdet på 1: 10 anses for at være optimalt. Det vil sige, at ti dele luft falder på en del af gassen. Derudover er det nødvendigt at skabe det ønskede temperaturregime. For at gassen kan antændes, skal den opvarmes til sin antændelsestemperatur, og i fremtiden bør temperaturen ikke falde under antændelsestemperaturen.

Det er nødvendigt at organisere fjernelse af forbrændingsprodukter i atmosfæren.

Fuldstændig forbrænding opnås, hvis der ikke er brændbare stoffer i de forbrændingsprodukter, der frigives til atmosfæren. I dette tilfælde kombineres kulstof og brint sammen og danner kuldioxid og vanddamp.

Visuelt, med fuldstændig forbrænding, er flammen lyseblå eller blåviolet.

Fuldstændig forbrænding af gas.

metan + oxygen = kuldioxid + vand

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

Ud over disse gasser kommer nitrogen og den resterende ilt i atmosfæren med brændbare gasser. N2 + O2

Hvis forbrændingen af ​​gas ikke er fuldstændig, udsendes brændbare stoffer til atmosfæren - kulilte, brint, sod.

Ikke fuldstændig forbrænding gas skyldes utilstrækkelig luft. Samtidig vises sodtunger visuelt i flammen.

Faren ved ufuldstændig forbrænding af gas er, at kulilte kan forårsage forgiftning af fyrrumspersonale. Indholdet af CO i luften 0,01-0,02% kan forårsage mild forgiftning. Højere koncentrationer kan føre til alvorlig forgiftning og død.

Den resulterende sod sætter sig på kedlernes vægge og forværrer derved overførslen af ​​varme til kølevæsken, hvilket reducerer kedelhusets effektivitet. Sod leder varme 200 gange dårligere end metan.

Teoretisk set skal der 9m3 luft til for at forbrænde 1m3 gas. Under virkelige forhold er der brug for mere luft.

Det vil sige, at der er behov for en overskydende mængde luft. Denne værdi, betegnet alfa, viser, hvor mange gange mere luft der forbruges end teoretisk nødvendigt.

Alfa-koefficienten afhænger af typen af ​​en bestemt brænder og er normalt foreskrevet i brænderpasset eller i overensstemmelse med anbefalingerne fra den idriftsættelsesorganisation.

Med en stigning i mængden af ​​overskydende luft over den anbefalede, øges varmetabet. Med en betydelig stigning i mængden af ​​luft kan der opstå flammeadskillelse, hvilket skaber nødsituation. Hvis luftmængden er mindre end anbefalet, vil forbrændingen være ufuldstændig, og derved skabes risiko for forgiftning af fyrrumspersonalet.

For mere præcist at kontrollere kvaliteten af ​​brændstofforbrænding er der enheder - gasanalysatorer, der måler indholdet af visse stoffer i sammensætningen af ​​udstødningsgasser.

Gasanalysatorer kan leveres med kedler. Hvis de ikke er tilgængelige, udføres de relevante målinger af den idriftsættelsesorganisation vha bærbare gasanalysatorer. Kompileret regime kort hvor de nødvendige kontrolparametre er foreskrevet. Ved at overholde dem kan du sikre den normale fuldstændige forbrænding af brændstoffet.

De vigtigste parametre for brændstofforbrændingskontrol er:

• forholdet mellem gas og luft, der tilføres brænderne.

• overskydende luftforhold.

• revne i ovnen.

• Kedeleffektivitetsfaktor.

Kedlens virkningsgrad betyder samtidig forholdet mellem nyttevarme og værdien af ​​den samlede varmeforbrug.

Sammensætning af luft