Температура дымовых газов на выходе из котла


Хорошему котлу — хороший дымоход

Современный дымоход – это не просто труба для отвода продуктов сгорания, а инженерное сооружение, от которого напрямую зависит КПД котла, экономичность и безопасность работы всей системы отопления. Задымление, обратная тяга и, наконец, пожар — все это может произойти в результате непродуманного и безответственного отношения к дымоходу. Именно поэтому следует серьезно отнестись к подбору материала, комплектующих и монтажу дымохода. Главное назначение дымохода состоит в удалении в атмосферу продуктов сгорания топлива. Дымоход создает тягу, под действием которой в топке образуется воздух, который необходим для горения топлива, а из топки удаляются продукты сгорания. Дымоход должен создавать условия для полного сгорания топлива и отличную тягу. И ещё он должен быть надёжным и долговечным, удобным для монтажа и прочным. И поэтому выбрать неплохой дымоход не так просто, как нам кажется.

Кирпичные дымоходы и современные котлы


Местные сопротивления в прямоугольном дымоходе

Мало кто знает, что единственно правильная форма дымохода — цилиндр. Это обусловлено тем, что образующиеся в прямых углах завихрения препятствуют удалению дыма и приводят к образованию сажи. Все самодельные дымоходы квадратных, прямоугольных и даже треугольных форм не только получаются дороже даже стального круглого дымохода, но еще и создают массу проблем, а главное, могут снизить КПД самого лучшего котла с 95 до 60 %


Круглое сечение дымохода

Старые котлы работали без автоматического регулирования и с высокой температурой отходящих газов. В результате этого дымоходы практически никогда не остывали, а газы не охлаждались ниже точки росы и, как следствие, не портили дымоходы, но при этом много тепла расходовалось не по назначению. Кроме этого, этот вид дымоходов обладает относительно невысокой тягой из-за пористой и шероховатой поверхности.

Современные котлы экономичны, их мощность регулируется в зависимости от потребностей обогреваемого помещения, и поэтому, они работают не все время, а только в периоды, когда температура в помещении падает ниже заданной. Таким образом, существуют отрезки времени, когда котел не работает, а дымоход остывает. Стенки дымохода, работающего с современным котлом, практически никогда не нагреваются до температуры выше температуры точки росы, что приводит к постоянному скоплению водяного пара. А это в свою очередь приводит к порче дымохода. Старый кирпичный дымоход может разрушаться при новых условиях работы. Так как в отходящих газах содержится: СО, CO2 , SO2 , NOx , температура отходящих газов настенных газовых котлов довольно низкая 70 – 130 оС. Проходя по кирпичному дымоходу, отходящие газы остывают и при достижении точки росы ~ 55 – 60 оC выпадает конденсат. Вода, осаждаясь на стенках в верхней части дымохода, приведет к тому, что они будут намокать, кроме того, при соединении

SO2 + h3O = h3SO4

образуется серная кислота, что может привести к разрушению кирпичного канала. Что бы избежать выпадения конденсата, желательно использовать утепленный дымоход или в существующий кирпичный канал установить трубу из нержавеющей стали.

Образование конденсата

При оптимальных условиях работы котла (температура отходящих газов при входе 120-130°С, при выходе из устья трубы — 100-110°С) и прогретой дымовой трубе водяные пары уносятся вместе с дымовыми газами наружу. При температуре на внутренней поверхности дымовой трубы ниже температуры точки росы газов, водяные пары охлаждаются и оседают на стенках в виде мельчайших капель. Если это повторяется часто, кирпичная кладка стен дымовых каналов и трубы пропитывается влагой и разрушается, а на наружных поверхностях трубы появляются черные смолистые отложения. При наличии конденсата резко ослабевает тяга, в помещениях ощущается запах гари.

Уходящие дымовые газы по мере охлаждения в дымоходах уменьшаются в объеме, а водяные пары, не изменяясь в массе, постепенно насыщают уходящие газы влагой. Температура, при которой водяные пары полностью насытят объем уходящих газов, т е. когда относительная влажность их будет равна 100 % - является температурой точки росы: содержащиеся в продуктах сгорания водяные пары начинают переходить в жидкое состояние. Температура точки росы продуктов сгорания различных газов – 44 -61°С.


Образование конденсата

Если газы, проходя по дымовым каналам, сильно охлаждаются и понижают свою температуру до 40 – 50°С, то на стенках каналов и дымовой трубы оседают водяные пары, образующиеся в результате испарения воды из топлива и сгорания водорода. Количество конденсата зависит от температуры уходящих газов.

Трещины и отверстия в трубе, сквозь которые проникает холодный воздух, также способствуют охлаждению газов и образованию конденсата. Когда сечение канала трубы или дымохода выше требуемого, дымовые газы поднимаются по ней медленно и холодный наружный воздух охлаждает их в трубе. Большое влияние на силу тяги оказывает также поверхность стенок дымоходов, чем они глаже, тем сильнее тяга. Шероховатости в трубе способствуют снижению тяги и задерживают на себе сажу. Образование конденсата зависит также от толщины стенок дымовой трубы. Толстые стенки медленно прогреваются и хорошо сохраняют тепло. Более тонкие стенки нагреваются быстрее, но плохо сохраняют тепло, что приводит к их охлаждению. Толщина кладки кирпичных стенок дымовых труб, проходящих во внутренних стенах здания, должна быть не менее 120 мм (полкирпича), а толщина стенок дымовых и вентиляционных каналов, расположенных в наружных стенах здания, - 380 мм (полтора кирпича).

Большое влияние на конденсацию водяных паров, содержащихся в газах, оказывает температура наружного воздуха. В летнее время года, когда температура относительно высокая, конденсация на внутренних поверхностях дымовых труб слишком мала, так как их стенки долго остывают, поэтому с хорошо прогретых поверхностей дымовой трубы влага мгновенно испаряется и конденсат не образуется. В зимнее время года, когда наружная температура имеет отрицательное значение, стенки дымовой трубы сильно охлаждаются и конденсация водяных паров увеличивается. Если дымоход не утеплен и сильно охлаждается, возникает повышенная конденсация водяных паров на внутренних поверхностях стенок дымовой трубы. Влага впитывается в стенки трубы, что вызывает отсыревание кладки. Особую опасность это представляет в зимнее время, когда под действием морозов образуются ледовые пробки в верхних участках (в устье).


Обледенение дымохода

Не рекомендуется присоединять навесные газовые котлы к дымовым трубам больших сечений и высоты: ослабевает тяга, на внутренних поверхностях образуется повышенный конденсат. Образование конденсата наблюдается и при присоединении котлов к очень высоким дымовым трубам, так как значительная часть температуры дымовых газов расходуется на прогрев большой поверхности теплопоглощения.

Утепление дымовых труб

Чтобы избежать переохлаждения дымовых газов и выпадения конденсата на внутренние поверхности дымовых и вентиляционных каналов, необходимо выдерживать оптимальную толщину наружных стен или утеплять их снаружи: оштукатурить, закрыть железобетонными или шлакобетонными плитами, щитами или глиняными кирпичами.
Стальные трубы необходимо использовать предварительно изолированные либо утеплять. Тип и толщину изоляции поможет выбрать любой производитель.

Температура газов газового котла - ФуранФлекс

Мало кто знает, что выбор дымоходной системы напрямую зависит от температуры выходящих газов при сгорании топлива в котле. Игнорирование этого важного момента приводит к тому, что в скором времени после сборки дымохода металлическая труба или кирпичная конструкция рассыпается, поэтому ремонта и финансовых затрат не избежать. Чтобы понять, почему так происходит, необходимо разобраться в особенностях работы газовых котлов.

Важные нюансы

В твердотопливных котлах топливо сгорает при высокой температуре, поэтому и выходящие газы имеют высокую температуру (обычно около 300 градусов, хотя значения могут меняться в большую или меньшую сторону). Совершенно иначе обстоят дела с газовыми котлами.

Современное оборудование на газу, используемое для отопления помещений, имеет важную особенность – температура выходящих продуктов горения не превышает 120 градусов, а порой значительно ниже этой отметки. Обусловлено это желанием производителей повысить КПД газовых котлов. Такое стремление имеет и свои отрицательные стороны. Чем ниже температура выходящих газов, тем больше конденсата образуется внутри системы. Конденсат содержит агрессивные вещества, поэтому оказывает разрушающее действие даже на трубы из нержавеющей стали. В целом неприятные последствия можно предупредить, если учесть несколько важных нюансов.

Температура выходящих газов напрямую зависит от настроек радиатора. Если батареи отопления нагреваются до температуры 65 градусов, продукты горения будут иметь низкую температуру. При использовании системы теплого пола, в которой вода нагревается всего до 35 градусов, температура газов будет еще ниже, а конденсата больше.

При выборе дымохода учитывайте мощность котла

При выборе дымоходной системы обязательно необходимо учитывать мощность газ котла. Чем выше мощность, тем выше будет температура сгорания топлива. Это обязательно отражается на выходящих газах. Значение мощности помогает правильно выбрать диаметр и длину трубы. К примеру, для котла мощностью 300 кВт необходима труба диаметром 150 мм.

Обычно в инструкции по применению указаны не только технические характеристики отопительного оборудования, но и имеются рекомендации по выбору и установке дымоходной системе. При необходимости обратитесь за помощью к специалисту, если сами не можете правильно рассчитать оптимальные параметры дымоходной трубы.

Какому материалу отдать предпочтение?

Сейчас большой популярностью на рынке пользуются дымоходы из нержавеющей стали. Их применяют для котлов разных типов, хотя такой подход в корне неправильный. Если запланирована установка газ котла, необходимо решить, из какого материала должен быть изготовлен дымоход. Не спешите покупать металлические трубы. Они отлично подходят для твердотопливных котлов, так как легко выдерживают большие температуры.

Для газовых котлов, для которых характерны низкие температуры и большое количество конденсата, предпочтительней выбирать пластиковые или полимерные трубы. Главное их преимущество – хорошая устойчивость к влаге. В связи с этим они обычно служат дольше металлических дымоходов. Для газовых котлов отлично подходят трубы ФуранФлекс, которые характеризуются отменной устойчивостью к агрессивным веществам, прочностью и долговечностью.

Если используется комбинированный котел газ-дрова, от применения ФуранФлекс придется отказаться. Дело в том, что полимерные трубы выпускаются в двух вариантах – для высоких и низких температур (твердотопливных и газовых котлов соответственно). Одновременно эффективно использоваться при высоких и низких температурах полимерные чулки не могут.

Особенности проведения ремонтных работ по восстановлению дымохода

Если требуется ремонт газ котла, а точнее его дымоходной системы, наиболее эффективным решением будет применение технологии ФуранФлекс. При монтаже полимерного чулка не нужно производить демонтажные работы. Труба ФуранФлекс заводится изнутри в дымоход, а после затвердения служит опорой и защитой. Она предупреждает дальнейшее разрушение, при этом сам материал обладает отменными эксплуатационными характеристиками. Главное, правильно подобрать разновидность материала, но в решении этого вопроса на помощь всегда готовы прийти наши сотрудники. Они проконсультируют вас по всем возникшим вопросам.

У вас есть вопросы? Мы можем позвонить вам абсолютно бесплатно!

Мы свяжемся с вами и ответим на любые возникшие вопросы!

Помните: для этого контента требуется JavaScript.

Повышение - температура - уходящий газ

Повышение - температура - уходящий газ

Cтраница 1

Повышение температуры уходящих газов против обычной делает менее экономичной работу котельной установки, так как увеличиваются потери тепла с этими газами. Чаще всего повышение температуры является следствием чрезмерного форсирования режима горения либо загрязнения поверхностей нагрева котла, пароперегревателя и экономайзера, либо разрушения перегородок в газоходах котла, на что необходимо обратить особое внимание.  [1]

Повышение температуры уходящих газов может быть обусловлено: увеличением коэффициента избытка воздуха на выходе из горелок; увеличением присосов воздуха в топку, конвективные поверхности нагрева или водяной экономайзер; накипью на внутренних поверхностях нагрева котла.  [2]

Повышение температуры уходящих газов происходит при загрязнении поверхности нагрева снаружи золой, шлаком и сажей, а внутри - накипью и шламом, а также при слишком повышенной нагрузке котлоагрегата, то есть при форсированной работе топки.  [3]

Таким образом, повышение температуры уходящих газов привело к сравнительно небольшому снижению экономичности котлов ТЛП-210А, но повысило их надежность и устойчивость работы, особенно при систематических временных снижениях нагрузки. Эти особенности выбора температуры уходящих газов учитывались и при проектировании других вотлов.  [5]

Известно, что с повышением температуры уходящих газов гидравлическое сопротивление камеры сгорания растет из-за увеличения удельных объемов продуктов сгорания. Это обстоятельство, вообще говоря, является неблагоприятным. Если его не учитывать при проектировании камер сгорания, то оно может привести к недостатку воздуха в головной части камеры при нагрузках, близких к номинальным.  [7]

Признаками загорания уноса и сажи являются повышение температуры уходящих газов и разогрев обшивки газохода. В этих случаях необходимо немедленно остановить дутье и прикрыть тягу для полного прекращения доступа воздуха к месту пожара. С той же целью газоход заполняют паром.  [8]

Признаки необходимости обдувки загрязненной поверхности нагрева следующие: повышение температуры уходящих газов, уменьшение тяги вследствие уменьшения площади сечения газоходов и увеличения их сопротивления, снижение тепло - или паропроизводительности котла вследствие ухудшения теплопередачи, повышение температуры перегретого пара при зашлаковании экранов и сильном загрязнении первого газохода.  [9]

Загрязнение золой и сажей поверхностей нагрева ведет к повышению температуры уходящих газов и перерасходу топлива, составляющему около 1 % при повышении температуры на 20 - 22 С.  [10]

В действующих котельных агрегатах после устройства парового подогрева воздуха повышение температуры уходящих газов фактически либо вовсе не наблюдается, либо имеет место в значительно меньшем размере, чем предполагалось по расчету. Это объясняется тем, что благодаря прекращению выпадения росы воздухоподогреватель начинает работать с чистыми трубками и увеличение коэффициента теплопередачи полностью или частично компенсирует снижение температурного напора.  [11]

В действующих котельных агрегатах после устройства парового подогре-ва воздуха повышение температуры уходящих газов фактически либо вовсе не наблюдается, либо имеет место в значительно меньшем размере, чем предполагалось по расчету.  [12]

Укажите причины и меры, которые необходимо принять при повышении температуры уходящих газов после водяного экономайзера у котла, проработ

Экология и настройка котла

Опубликовано: 17 июля 2019 г.

678

Автор: Михаил Григорян

Чтобы производство тепловой энергии было сопряжено с минимальным ущербом для окружающей среды, необходимо уделять основное внимание вопросу сокращения выбросов в атмосферу. Наиболее эффективным способом сокращения количества загрязняющих веществ в дымовых газах является оптимальная настройка действующих котельных установок и прекращение использования котлов, отработанные газы которых являются ядовитыми.

Кроме оксида углерода (II) – CO, известного также как угарный газ, оксида углерода (IV) – CO2, углекислый газ, и оксидов азота NOx (NO и NO2), токсичность которых наиболее на слуху, в дымовые газы, в разных пропорциях в зависимости от типа топлива и режима его сгорания, входят такие соединения как SO2 – диоксид серы и CxHy – остаточные несгораемые углеводороды, а также сажа – практически чистый углерод (С) и другие мельчайшие твердые частицы.

Все эти соединения можно отнести к вредным выбросам, они либо вредны здоровью человека, либо неблагоприятно влияют на развитие парникового эффекта в атмосфере.

Состав дымовых газов

Оксид углерода (II)– ядовитый газ без цвета и запаха, являющийся продуктом неполного сгорания. Угарный газ имеет ту же плотность, что и воздух, в отличие от CO2, который тяжелее и поэтому накапливается у поверхности земли. При высоких концентрациях в воздухе, поступая с ним в легкие, CO образует связь с гемоглобином крови, тем самым блокируя возможность связывания с гемоглобином кислорода. Таким образом элементы крови утрачивают возможность доставки кислорода от легких к тканям организма, что приводит к их кислородному голоданию и в итоге к летальному исходу.

Углекислый газ – продукт более полного окисления углерода кислородом, чем угарный газ – также не имеет цвета и запаха, но имеет кисловатый привкус. При его больших концентрациях в атмосфере усиливается парниковый эффект.

При высоких значениях температуры в процессе сгорания присутствующий в топливе азот N (в воздухе он существует в виде молекул N2) реагирует с кислородом воздуха (O2), в результате чего формируется оксид азота (II) – NO. Спустя некоторое время данный бесцветный газ окисляется под воздействием кислорода и образуется оксид азота (IV) – NO2.  NO2 – это водорастворимый дыхательный яд, вызывающий тяжелое поражение легких при вдыхании и способствующий образованию озона под воздействием ультрафиолетового компонента спектра солнечного излучения. Образование оксидов азота зависит от содержания азота в топливе, времени пребывания азота в зоне горения (длины факела пламени) и температуры пламени. При температуре пламени свыше 1,300 °C, образование NOx резко возрастает. Образование NOx можно снизить с помощью современных технологий горения, таких как «холодное пламя», рециркуляция дымовых газов и низкого уровня избыточного воздуха.

Диоксид серы (оксид серы (IV)) – бесцветный и токсичный газ с резким запахом. SO2 образуется при наличии в топливе серы (S) и вызывает раздражение дыхательных путей и глаз. При взаимодействии с водой SO2 образует сернистую кислоту h3SO3. Кроме того, в процессе сгорания часть SO2 (около 3-7 %) окисляется с образованием SO3 (оксид серы (VI)). Это твердое белое вещество поглощает большое количество воды с образованием серной кислоты (SO3 + h3O = h3SO4), компонента кислотных дождей.

Рис. 1 Неполное сгорание топлива при недостатке воздуха на горение

Несгораемые углеводороды формируются в результате неполного сгорания топлива (рис. 1) и способствуют образованию парникового эффекта. В данную группу входят метан (Ch5), бутан (C4h20) и бензол (C6H6). Причины их образования аналогичны причинам образования угарного газа: неполное сгорание в следствие недостаточного распыления и перемешивания при использовании жидкого топлива и недостаток воздуха при использовании природного газа или твердого топлива. Обнаружение всех компонентов дымового газа с помощью измерительных технологий является сложным, поэтому на практике в случае с жидким топливом проводится проверка на содержание нефтепродуктов, а в случае с природным газом проводится измерение CO. В дизельных установках углеводороды заметны в следствие типичного неприятного запаха газообразных продуктов сгорания.

Законами ЕЭС установлены нормы по выбросам дымовых газов как для оборудования промышленного, так и бытового сектора (табл. 1).

Таблица 1. Нормы выбросов дымовых газов по европейским стандартам.

Класс оборудования

EN 267 (для газа)

EN 676 (для дизельного топлива)

CO (мг/кВт ч)

NOx (мг/кВт ч)

CO (мг/кВт ч)

NOx (мг/кВт ч)

1

≤ 100

≤ 250

≤ 100

≤ 250

2

< 110

< 185

< 100

< 120

3

≤ 60

≤ 120

≤ 100

≤ 120

Сажа образуется в результате неполного сгорания в дизельных горелках. При нормальных температурах углерод реагирует очень медленно. Для полного сгорания 1 кг углерода требуется 2,67 кг молекулярного кислорода. Температура воспламенения: 725 °C. Более низкие температуры приводят к образованию сажи.

В дымовых газах присутствуют мельчайшие твердые частицы, почти всегда образующиеся в процессе горения и имеющие размеры менее 1 мкм. Частицы именно таких размеров представляют наиболее значительный риск для здоровья. В частности, ВОЗ классифицирует частицы дизельных выхлопов как канцерогенные.

Входят в дымовые газы и такие компоненты воздуха, как азот N2 и не вступивший в реакцию окисления (горения) кислород – O2, а также пары воды – Н20, которые не являются по сути вредными выбросами, но концентрации их в дымовых газах также имеют значение для настройки топливосжигающего оборудования на безопасный и наиболее эффективный режим работы.

Анализ дымовых газов позволяет определить концентрации загрязняющих веществ и максимально эффективно настроить системы отопления. В инструкциях по настройке и эксплуатации топливосжигающего оборудования всегда указывается данные по концентрациям СО, NOx, SO2 и CxHy в дымовых газах. Соответствие концентраций в реальных выбросах, работающего оборудования, с концентрациями, указанными производителями топливосжигающих систем, является необходимым условием их правильной работы.

Анализ дымовых газов и настройка газового котла

Анализ дымовых газов и настройка котельного оборудования производится с помощью газоанализаторов (рис. 2).

Рис. 2 Газоанализатор

Целью для экологически безопасной и максимально эффективной работы топливосжигающей системы является полное сгорание всех компонентов, входящих в состав топлива. Ключом к оптимальной работе является установление объема воздуха, идущего на горение. На практике доказано, что небольшое количество избыточного воздуха является оптимальным для работы системы. На горение подается немного больше воздуха, чем это теоретически необходимо.

Потери невыработанного тепла с дымовыми газами увеличиваются при недостатке воздуха, а также при наличии определенного количества избыточного воздуха. Относительное увеличение потерь с дымовыми газами можно объяснить следующим:

1. При недостатке воздуха используемое топливо сгорает не полностью и увеличивается расход топлива.

2. При наличии избыточного воздуха большее количество кислорода нагревается и непосредственно через дымоход выводится наружу, при этом, не используясь для вырабатывания тепла.

Максимальная эффективность сгорания достигается только если потери тепла с дымовыми газами минимальны за счет незначительного количества избыточного воздуха.

Отношение реального количества воздуха, идущего на горение к теоретически необходимому называется «избытком воздуха» и обозначается λ.

Рис. 3 Состав дымовых газов в зависимости от избытка воздуха (λ).

Соотношение топливо-воздух определяется исходя из концентрации дымовых газовых компонентов CO, CO2 и O2 (рис. 3). Во время горения любое содержание CO2 в свою очередь имеет конкретное содержание CO (при недостатке воздуха/λ<1) или O2 (для избыточного воздуха/λ>1). Значение CO2 само по себе не дает четкого представления, так как отображает максимальную концентрацию, поэтому дополнительно требуется измерение CO или O2. При работе с избыточным воздухом предпочтительным является определение O2. Для каждого топлива есть своя отдельная диаграмма и свое максимальное значение концентрации CO2 в дымовых газах.

В случае с неконденсационным оборудованием соотношение газ/воздух устанавливается с помощью манометрического метода. Давление перед соплом горелки устанавливается для минимальной и максимальной мощности. Уплотнительный винт штуцера контроля давления отворачивается и манометр подключается к измерительному соединению для измерения давления. Газовый котел, как правило, сначала включается на максимум (полная нагрузка), а затем опускается до своей минимальной мощности (слабая нагрузка) через меню управления. Для обоих уровней мощности давление перед соплом корректируется соответствующими регулировочными винтами на газовой арматуре и контролируется манометром.

Информация о требуемом давлении дана в документации производителя (в зависимости от числа Воббе используемого газа, которое можно уточнить у поставщика газа).

В случае с конденсационными котлами соотношение газ/воздух обычно устанавливается посредством измерения содержания CO2 в дымовых газах. Для этого зонд газового анализатора устанавливается в дымоходе (рис. 4 а, б). Затем необходимо с помощью регулировочных винтов (дроссельной заслонки) корректировать объем газа, пока содержание CO2 в дымовых газах не достигнет значения, указанного в спецификации производителя. В некоторых случаях производители указывают заданные значения для минимальной мощности оборудования. Затем выполняется настройка в соответствии с процедурой и для максимальной мощности. После выполнения обеих базовых настроек, надо провести проверку уже настроенного газового котла.

Рис. 4 Анализ дымовых газов с помощью газоанализатора, зонд установлен в дымоходе: а - настенного котла, б – напольного котла.

Проверка заключается в измерении потерь тепла с дымовыми газами (qA) и измерении содержания угарного газа (CO) в дымовых газах.

Потери и эффективность сгорания

Потери тепла с дымовыми газами – это разница между количеством теплоты в дымовых газах и количеством теплоты в воздухе, идущем на горение, по отношению к низшей теплотворной способности топлива. Следовательно, это количество теплоты в дымовых газах, отводимых через дымоход. Чем больше потери тепла с дымовыми газами, тем ниже эффективность и, следовательно, больше затраченной энергии, и тем больше выбросов от данной отопительной системы. По этой причине в некоторых странах существуют ограничения на допустимые потери с дымовыми газами для установок сжигания.

После определения содержания кислорода и разницы между температурой дымовых газов и воздуха, идущего на горение, потери тепла с дымовыми газами будут автоматически рассчитаны газоанализатором с учетом коэффициентов для топлива. Коэффициенты для топлива (A2, B) хранятся в памяти анализатора дымовых газов. Для того, чтобы обеспечить использование корректных значений для коэффициентов A2 и B необходимо правильно выбрать тип топлива в приборе.

Вместо значения содержания кислорода для расчета может использоваться значение концентрации CO2. Температура дымовых газов (FT) и содержание кислорода или содержание CO2 должны быть измерены одновременно в одной точке. Большинство анализаторов дымовых газов стандартно оснащены зондом температуры (в приборе). Температура воздуха, идущего на горение, может быть измерена в непосредственной близости от заборного отверстия горелки путем присоединения прибора к корпусу горелки. Например, для котлов с уравновешенной тягой данный зонд заменяется отделенным (выносным) зондом температуры, который помещается в место подачи свежего воздуха.

В это же время необходимо измерить температуру воздуха, идущего на горение (AT). В зонде отбора пробы для измерения температуры используется термопара. Зонд отбора пробы устанавливается в технологическое измерительное отверстие в дымоходе (расстояние между измерительным отверстием и котлом должно быть как минимум в два раза больше диаметра дымохода). Путем постоянного измерения температуры находится точка с самой высокой температурой дымовых газов (т.е. центр потока) и зонд располагается в данной точке. Центром потока считается точка с самой высокой температурой и самой высокой концентрацией углекислого газа и самым низким содержанием кислорода. При этом надо учитывать, что осаждение конденсата на сенсоре температуры может привести к резкому падению значения температуры дымовых газов, не соответствующему их действительной температуре.

Кислород, который не сгорает по причине избыточного воздуха отводится в виде газообразного компонента дымовых газов и используется для измерения эффективности сгорания. Дымовой газ всасывается зондом

отбора пробы с помощью насоса и перенаправляется в измерительный газовый тракт анализатора дымовых газов. Затем пропускается через газовый сенсор O2 (кислородную измерительную ячейку) и таким образом определяется концентрация газа. Значение содержания O2 также используется для расчета концентрации CO2 в дымовых газах, которое в свою очередь используется для конфигурирования (настройки) газовых конденсационных котлов, как описывалось выше.

Для расчета потерь с дымовыми газами может использоваться не только значение содержания кислорода, но и значение концентрации углекислого газа. Потери с дымовыми газами будут минимальными, когда при наличии очень низкого количества избыточного воздуха доля CO2  максимально высока (полное сгорание). Для каждого топлива есть максимально допустимое содержание CO2  в дымовых газах (CO2макс) которое определяется исходя из химического состава топлива. Однако достигнуть данного значения на практике невозможно, поскольку для безопасной работы горелки всегда требуется определенное количество избыточного воздуха, и это снижает процентное содержание CO2 в дымовых газах. Поэтому основной целью при настройке горелки является стремление к достижению не максимального содержания CO2, но максимально возможного.

Информация о значениях концентрации CO2, которые могут  быть достигнуты, а также об изменениях в параметрах настройки объемов воздуха, которые необходимо сделать для достижения данных значений концентраций указываются в документации производителя оборудования.

В большинстве анализаторов дымовых газов отсутствует сенсор CO2, концентрация CO2 в дымовых газах рассчитывается с помощью измеренного значения содержания O2. Это возможно, поскольку данные значения прямо пропорциональны друг другу. Поскольку для расчета используется значение максимального содержания CO2 для соответствующего топлива, то перед каждым измерением в анализатор дымовых газов необходимо ввести корректный тип топлива системы, на котором проводятся измерения.

Потери с дымовыми газами прибор рассчитывает, используя измеренные значения упомянутые выше.

Степень эффективности сгорания (η) для конвекционных систем отопления рассчитывается путем вычитания значения потерь с дымовыми газами из значения общей подаваемой энергии (низшая теплотворная способность подаваемой энергии HU = 100 %) Поэтому для расчета эффективности необходимо сначала рассчитать потери с дымовыми газами, как описано выше.

Для корректного расчета в современных конденсационных системах можно использовать дополнительное значение “XK”, которое учитывает теплоту конденсации.

Измерение тяги дымохода

Для котлов с естественной тягой основным требованием для отвода дымовых газов через дымоход является подъемная сила или тяга дымохода. Поскольку плотность отходящих горячих газов ниже плотности более холодного наружного воздуха, в дымоходе создается вакуум, также известный как тяга дымохода. За счет этого вакуума воздух, идущий на горение, всасывается, преодолевая сопротивления котла и газохода.

В котлах с наддувными горелками давление в дымоходе не является важным, поскольку горелка с принудительной тягой генерирует избыточное давление, необходимое для отвода дымовых газов. В системах такого типа можетиспользоваться дымоход с меньшим диаметром.

При измерении тяги дымохода определяется разница между давлением внутри дымохода и давлением в помещении. Также как и при определении потерь с дымовыми газами, это необходимо делать в центре потока дымохода. Сенсор давления прибора необходимо обнулить перед проведением измерения.

Типичные значения тяги дымохода для котлов с наддувной горелкой с принудительной тягой составляют: 0,12 – 0,20 гПа (мбар) избыточного давления для дизельной испарительной горелки и для атмосферной газовой горелки: 0,03 – 0,10 гПа (мбар) разряжения.

Измерение концентрации CO

Проверка значения CO позволяет оценить качество сгорания и обеспечивает безопасность оператора системы.

Если тракты прохождения дымовых газов блокируются, то в случае, например, с атмосферными газовыми горелками, дымовые газы будут поступать в котельную через регуляторы управления потоками, создавая тем самым опасность для оператора. Для предотвращения подобной ситуации после выполнения всех работ по настройке котла необходимо измерить концентрацию угарного газа (CO) и проверить тракты прохождения дымовых газов.

 Данные меры безопасности не требуются для газовых вентиляторных горелок, так как в горелках такого типа дымовые газы принудительно подаются в дымоход.

Измерения не следует проводить раньше, чем через 2 минуты после запуска горелки, поскольку повышенный уровень CO снижается до нормального рабочего значения лишь через некоторое время после запуска системы. Это также применимо для газовых котлов с регулятором процесса горения, поскольку их калибровка осуществляется во время запуска горелки, когда возможны кратковременные выбросы с высоким содержанием CO.

Как и при определении потерь с дымовыми газами, измерения проводятся в центре потока дымохода. Однако поскольку дымовые газы разбавляются свежим воздухом, содержание CO необходимо пересчитать для неразбавленных дымовых газов (в противном случае на содержание CO можно влиять добавлением воздуха). С этой целью прибор рассчитывает неразбавленную концентрацию CO с содержанием кислорода, одновременно измеренным в газоходе, и отображает это значение как COнеразбавленное.

В атмосферных газовых системах концентрация CO разнится на всем протяжении трубы, отводящей дымовые газы (стратификация). Поэтому при концентрациях > 500 ppm необходимо проводить дискретизацию (выборку) с использованием зонда с несколькими отверстиями. Такой зонд имеет ряд отверстий, которые регистрируют концентрацию CO по всему диаметру трубы, отводящей дымовые газы.

Дополнительная проверка топливосжигающих установок

Дополнительная проверка топливосжигающих установок заключается в контроле оксидов азота в отводящихся газах.

Содержание оксидов азота указывает на общее содержание моноксида азота и двуокиси азота. Обычно соотношение концентраций NO и NO2 является постоянной величиной (97 % NO, 3 % NO2). По этой причине измерение концентрации NO является достаточным для определения концентрации NOx. Однако при использовании смешанного топлива или конденсационных установок вышеуказанное соотношение меняется. В силу этого обстоятельства содержание двух компонентов (NO и NO2) измеряется отдельно, а сумма результатов этих измерений указывает на содержание NOx.

При этом следует учитывать, что сигаретный дым влияет на результаты измерений (мин. 50 ppm).  Дыхание курильщика искажает результаты измерений примерно на 5 ppm.  Выполнять обнуление  измерительного прибора надо в условиях свежего воздуха.

NO2 растворим в воде, поэтому для точного определения его концентрации необходимо проводить замеры в сухих дымовых газах, поскольку растворенный NO2 не учитывается. Перед проведением фактических замеров содержания диоксида азота необходимо использовать блок пробоподготовки (Пельтье) для удаления влаги из дымовых газов. При проведении замеров в непосредственной близости от электростатического фильтра зонд отбора пробы необходимо заземлить для исключения риска статического заряда.

В случаях, когда возможно высокое содержание твёрдых частиц и сажи, следует использовать чистые сухие фильтры. Обязательным условием является наличие предварительного фильтра.

Условие безопасности – контроль CO/ CO2 в окружающей среде.

По соображениям безопасности при обслуживании газовых обогревателей в жилых помещениях наряду с измерением дымовых газов необходимо проводить замеры CO в окружающем воздухе, поскольку обратный поток дымовых газов может привести к высоким концентрациям CO и риску отравления оператора. Смертельными для человека являются концентрации CO во вдыхаемом воздухе в 0,16 % по объему и выше (1,600 ppm). В виду высокой токсичности СО и его опасности для жизни (табл. 2) данное измерение необходимо провести до начала всех прочих измерений.

Таблица 2. Влияние угарного газа на здоровье и жизнь человека

Концентрация CO в воздухе, ppm

Концентрация CO в воздухе, %

Влияние на здоровье человека

30

0,003

ПДК (макс. концентрация, при которой период вдыхания может превышать 8 часов)

200

0,02

Появление легкой головной боли в течение 2 - 3 часов

400

0,04

Появление головной боли в области лба в течение 1 - 2 часов с последующим распространением на всю область головы

800

0,08

Головокружение, тошнота и дрожь в конечностях в течение 45 минут, потеря сознания в течение 2 час

1,600

0,16

Головная боль, головокружение и тошнота, в течение 20 минут. Летальный исход в течение 2 часов

3.200

0,32

Головная боль, головокружение и тошнота в течение 5-10 минут. Летальный исход в течение 30 минут

6,400

0,64

Головная боль, головокружение в течение 1 - 2 минут. Летальный исход в течение 10 - 15 минут

12,800

1,28

Летальный исход в течение 1 - 3 минут

Как правило, замеры окружающей среды ограничиваются только измерением содержания CO в окружающем воздухе (рис. 5). Однако высокие концентрации CO2, например, вызванные блокировкой отверстия для отхода дымовых газов, также являются вредными для человека. Для того чтобы исключить потенциальные угрозы, необходимо учитывать оба значения. Максимально допустимая концентрация CO2 в воздухе рабочей зоны составляет 5,000 ppm.

Рис 5 Сигнализатор угарного газа

Содержание CO2 является надежным заблаговременным индикатором отравления и, следовательно, оптимально дополняет измерение CO. Параллельное измерение обоих значений обеспечивает заблаговременное полное выявление опасных концентраций.

Контролируемые параметры для настройки разных типов котлов и топлива

При настройке с помощью газоанализатора дымовых газов настенных конденсационных газовых котлов, работающих на природном газе, необходимо контролировать следующие параметры: концентрацию кислорода (3 %), угарного (20 ппм) и углекислого газа (13 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,6), NOx.

В вентиляторных горелках, работающих на природном газе необходимо контролировать следующие параметры: концентрацию кислорода (3 %), угарного (20 ппм) и углекислого газа (13 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,6), NOx.

В вентиляторных горелках, работающих на дизельном топливе, помимо всего предыдущего, перед использованием газоанализатора необходимо измерять сажевое число. Оно должно быть меньше 1 (этот параметр измеряется с помощью анализатора сажевого числа и говорит о качестве распыла через форсунки, при его превышении нельзя использовать газоанализатор для настройки, так как будет загрязнятся тракт газоанализатора и невозможно добиться оптимальных показателей) и концентрацию SO2 (говорит о качестве топлива, чем больше – тем хуже топливо, при локальных избытках кислорода и влажности превращается в h3SO4, которая разрушает всю топливо сжигающую систему).

В пеллетных котлах необходимо контролировать следующие параметры: концентрацию кислорода (5 %), угарного (120 ппм) и углекислого газа (17 % об.), коэффициент избытка воздуха (1,8), NOx. Необходима предварительная защита тонкой фильтрации от запыленности в дымовых газах и защита от превышения рабочего диапазона по каналу СО. Он в считанные секунды может превысить рабочий диапазон сенсора и достигнуть 10000 – 15000 ппм.

Все представленные выше данные по концентрациям являются приблизительными, точные всегда указываются в инструкции по настройке горелочных устройств.

Статья  из журнала  "Аква-Терм" № 3/ 2019, рубрика "Мастер класс".


вернуться назад

Читайте также:

Как определить температуру выходящих газов дымохода

Определить температуру выходящих газов мож­но простым способом. Для этого поперек отверстия вьюшки во время топки кладут сухую лучину. Через 30-­40 мин вынимают лучину и соскабливают закопченную поверхность.

  • — Если цвет лучины не меняется, значит, темпе­ратура в пределах 150С,
  • — Если лучина желтеет (до цвета корки белого хлеба), значит, температура достигает 200С,
  • — Лучина стала коричневой (до цвета корки ржаного хлеба) — температура поднялась до 250С.
  • — Почерневшая лучина указывает на темпе­ратуру 300С,
  • — Когда лучина превращается в уголь, темпе­ратура достигает 400С.


При топке печи температуру газов надо регу­лировать так, чтобы у вьюшки она была в пределах 250, Трещины и отверстия в трубе и печи, сквозь которые проникает холодный воздух, также способ­ствуют охлаждению газов и образованию конденса­та. Когда сечение канала трубы или дымохода выше требуемого, дымовые газы поднимаются по ней медленно и холодный наружный воздух охлаждает их в трубе, Большое влияние на силу тяги оказыва­ет также поверхность стенок дымоходов: чем они глаже, тем сильнее тяга, Шероховатости в трубе за­держивают на себе сажу и снижают тягу.

При топке печи температуру газов надо регу­лировать так, чтобы у вьюшки она была в пределах 250С, Трещины и отверстия в трубе и печи, сквозь которые проникает холодный воздух, также способ­ствуют охлаждению газов и образованию конденса­та. Когда сечение канала трубы или дымохода выше требуемого, дымовые газы поднимаются по ней медленно и холодный наружный воздух охлаждает их в трубе, Большое влияние на силу тяги оказыва­ет также поверхность стенок дымоходов: чем они глаже, тем сильнее тяга, Шероховатости в трубе за­держивают на себе сажу и снижают тягу.

экология с выгодой / Блог компании ГК ЛАНИТ / Хабр

В поисках способов повышения эффективности предприятий энергетического сектора, а также других промышленных объектов, на которых используется оборудование, сжигающее ископаемое топливо (паровые, водогрейные котлы, технологические печи и т.д.), вопрос использования потенциала дымовых газов поднимается не в самую первую очередь.

Между тем, опираясь на существующие нормы расчёта, разработанные десятки лет назад, и сложившиеся стандарты выбора ключевых показателей работы подобного оборудования, эксплуатирующие организации теряют деньги, выпуская их в прямом смысле в трубу, попутно ухудшая экологическую обстановку в глобальном масштабе.

Если, как и команда "Первого инженера", вы считаете неправильным упускать возможность позаботиться об окружающей среде и здоровье жителей вашего города с выгодой для бюджета предприятия, читайте статью о том, как превратить дымовые газы в энергоресурс.  


Изучаем стандарты


Ключевой параметр, определяющий КПД котельного агрегата, – температура уходящих газов. Тепло, теряемое с уходящими газами, составляет значительную часть всех тепловых потерь (наряду с потерями тепла от химического и механического недожога топлива, потерями с физическим теплом шлаков, а также утечек тепла в окружающую среду вследствие наружного охлаждения). Эти потери оказывают решающее влияние на экономичность работы котла, снижая его КПД. Таким образом, мы понимаем, что чем ниже температура дымовых газов, тем выше эффективность котла.

Оптимальная температура уходящих газов для разных видов топлива и рабочих параметров котла определяется на основании технико-экономических расчётов на самом раннем этапе его создания. При этом максимально полезное использование тепла уходящих газов традиционно достигается за счёт увеличения размеров конвективных поверхностей нагрева, а также развития хвостовых поверхностей – водяных экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей.

Но даже несмотря на внедрение технологий и оборудования для наиболее полной утилизации тепла, температура уходящих газов согласно действующей нормативной документации должна находиться в диапазоне:

  • 120-180 °С для котлов на твёрдом топливе (в зависимости от влажности топлива и рабочих параметров котла),
  • 120-160 °С для котлов на мазуте (в зависимости от содержания в нём серы),
  • 120-130 °С для котлов на природном газе.

Указанные значения определены с учетом факторов экологической безопасности, но в первую очередь, исходя из требований к работоспособности и долговечности оборудования.

Так, минимальный порог задаётся таким образом, чтобы исключить риск выпадения конденсата в конвективной части котла и далее по тракту (в газоходах и дымовой трубе). Однако для предупреждения коррозии вовсе не обязательно жертвовать теплом, которое выбрасывается в атмосферу вместо того, чтобы совершать полезную работу.


Коррозия. Исключаем риски


Не спорим, коррозия – явление неприятное, способное поставить под угрозу обеспечение безопасной работы котельной установки и существенно сократить назначенный ей срок эксплуатации.

При охлаждении дымовых газов до температуры точки росы и ниже, происходит конденсация водяных паров, вместе с которыми переходят в жидкое состояние и соединения NOx, SOx, которые, вступая в реакцию с водой, образуют кислоты, разрушительно воздействующие на внутренние поверхности котла. В зависимости от типа сжигаемого топлива, температура кислотной точки росы может быть различной, как и состав кислот, выпадающих в виде конденсата. Результат, тем не менее, один – коррозия.

Уходящие газы котлов, работающих на природном газе, в основном состоят из следующих продуктов сгорания: водяных паров (Н2О), углекислого газа (СО2), угарного газа (СО) и несгоревших горючих углеводородов СnHm (два последних появляются при неполном сгорании топлива, когда режим горения не отлажен).

Поскольку в атмосферном воздухе содержится большое количество азота, среди прочего, в продуктах сгорания появляются оксиды азота NO и NO2, обобщённо именуемые NOx, пагубно воздействующие на окружающую среду и здоровье человека. Соединяясь с водой, оксиды азота и образуют коррозионно-активную азотную кислоту.

При сжигании мазута и угля в продуктах сгорания появляются оксиды серы, именуемые SOx. Их негативное воздействие на окружающую среду также широко исследовано и не подвергается сомнению. Образующийся при взаимодействии с водой кислый конденсат вызывает сернистую коррозию поверхностей нагрева.

Традиционно, температура уходящих газов, как было показано выше, выбирается таким образом, чтобы защитить оборудование от выпадения кислоты на поверхностях нагрева котла. Более того, температура газов должна обеспечить конденсацию NOx и SOx за пределами газового тракта с тем, чтобы защитить от коррозионных процессов не только сам котёл, но и газоходы с дымовой трубой. Конечно, существуют определённые нормы, ограничивающие допустимые концентрации выбросов оксидов азота и серы, но это нисколько не отменяет факт накопления этих продуктов сгорания в атмосфере Земли и выпадение их в виде кислотных осадков на её поверхность.

Сера, содержащаяся в мазуте и угле, а также унос не сгоревших частиц твёрдого топлива (в том числе золы) накладывают дополнительные условия по очистке дымовых газов. Применение систем газоочистки значительно удорожает и усложняет процесс утилизации тепла дымовых газов, делая подобные мероприятия слабо привлекательными с экономической точки зрения, а зачастую практически не окупаемыми.

В некоторых случаях местные органы власти устанавливают минимальную температуру дымовых газов в устье трубы с целью обеспечения адекватного рассеяния уходящих газов и отсутствия дымового факела. Кроме того, некоторые предприятия могут по собственной инициативе применять подобную практику для улучшения своего имиджа, поскольку широкая общественность зачастую интерпретирует наличие видимого дымового факела как признак загрязнения окружающей среды, в то время как отсутствие дымового факела может рассматриваться как признак чистого производства.

Всё это приводит к тому, что при определённых погодных условиях предприятия могут специально подогревать дымовые газы перед выбросом их в атмосферу. Хотя, понимая состав уходящих газов котла, работающего на природном газе (он детально разобран выше), становится очевидно, что белый «дым», который идёт из трубы (при правильной настройке режима горения), – это по большей части пары воды, образующиеся в результате реакции горения природного газа в топке котла.

Борьба с коррозией требует применения материалов, устойчивых к её негативному воздействию (такие материалы существуют и могут применяться на установках, использующих в качестве топлива газ, продукты нефтепереработки и даже отходы), а также организацию сбора, переработки кислого конденсата и его утилизации.


Технология


Внедрение комплекса мер по снижению температуры дымовых газов за котлом на существующем предприятии обеспечивает увеличение КПД всей установки, в состав которой входит котельный агрегат, используя, прежде всего, сам котёл (тепло, вырабатываемое в нём).

Концепция таких решений, по своей сути, сводится к одному: на участке газохода до дымовой трубы монтируется теплообменник, воспринимающий тепло дымовых газов охлаждающей средой (например, водой). Эта вода может быть, как непосредственно конечным теплоносителем, который необходимо нагреть, так и промежуточным агентом, который передаёт тепло посредством дополнительного теплообменного оборудования другому контуру.

Принципиальная схема представлена на рисунке:


Сбор образующегося конденсата происходит непосредственно в объёме нового теплообменного аппарата, который выполняется из коррозионно-устойчивых материалов. Это обусловлено тем, что порог температуры точки росы для влаги, содержащейся в объёме уходящих газов, преодолевается именно внутри теплообменника. Таким образом, полезно используется не только физическое тепло дымовых газов, но и скрытая теплота конденсации содержащихся в них водяных паров. Сам же аппарат должен рассчитываться таким образом, чтобы его конструктив не оказывал чрезмерного аэродинамического сопротивления и, как следствие, ухудшения условий работы котельного агрегата.

Конструкция теплообменного аппарата может представлять собой либо обычный рекуперативный теплообменник, где перенос тепла от газов к жидкости происходит через разделяющую стенку, либо контактный теплообменник, в котором дымовые газы непосредственно вступают в контакт с водой, которая разбрызгивается форсунками в их потоке.

Для рекуперативного теплообменника решение вопроса по кислотному конденсату сводится к организации его сбора и нейтрализации. В случае же с контактным теплообменником применяется несколько иной подход, в чём-то сходный с периодической продувкой системы оборотного водоснабжения: по мере увеличения кислотности циркулирующей жидкости, некоторое её количество отбирается в накопительный бак, где происходит обработка реагентами с последующей утилизацией воды в дренажную канализацию, либо направлением её в технологический цикл.

Отдельные применения энергии дымовых газов могут быть ограничены вследствие разницы между температурой газов и потребностями в определённой температуре на входе энергопотребляющего процесса. Однако и для таких, казалось бы, тупиковых ситуаций разработан подход, который опирается на качественно новые технологии и оборудование.

С целью повышения эффективности процесса утилизации тепла дымовых газов в мировой практике в качестве ключевого элемента системы всё чаще применяются инновационные решения на базе тепловых насосов. В отдельных секторах промышленности (например, в биоэнергетике) такие решения применяются на большинстве вводимых в эксплуатацию котлов. Дополнительная экономия первичных энергоресурсов в этом случае достигается за счёт применения не традиционных парокомпрессионных электрических машин, а более надёжных и технологичных абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), которым для работы нужна не электроэнергия, а тепло (зачастую это может быть не используемое бросовое тепло, которое в избытке присутствует практически на любом предприятии). Такое тепло стороннего греющего источника активизирует внутренний цикл АБТН, который позволяет преобразовывать располагаемый температурный потенциал уходящих газов, и передавать его более нагретым средам.


Результат


Охлаждение уходящих газов котла с применением подобных решений может быть достаточно глубоким – до 30 и даже 20 °С с первоначальных 120-130 °С. Полученного тепла вполне достаточно, чтобы подогреть воду для нужд химводоподготовки, подпитки, горячего водоснабжения и даже теплосети.

Экономия топлива при этом может достигать 5÷10 %, а повышение КПД котельного агрегата – 2÷3 %.

Таким образом, внедрение описанной технологии позволяет решать сразу несколько задач. Это:

  • максимально полное и полезное использование тепла дымовых газов (а также скрытой теплоты конденсации водяных паров),
  • снижение объёма выбросов NOx и SOx в атмосферу,
  • получение дополнительного ресурса – очищенной воды (которому найдётся полезное применение на любом предприятии, например, в качестве подпитки теплосети и других водяных контуров),
  • ликвидация дымового факела (он становится едва различимым или исчезает вовсе).

Практика показывает, что целесообразность применения подобных решений в первую очередь зависит от:
  • возможности полезной утилизации имеющегося тепла дымовых газов,
  • продолжительности использования полученной тепловой энергии в году,
  • стоимости энергоресурсов на предприятии,
  • наличия превышения предельно допустимой концентрации выбросов по NOx и SOx (а также от строгости местного экологического законодательства),
  • способа нейтрализации конденсата и вариантов его дальнейшего использования.

Поверхность нагрева экономайзера и расчет температуры отходящих газов на выходе

Как найти поверхность нагрева экономайзера в ТЭС

Дымовые газы покидают котел с относительно высокой температурой, как правило, выше температуры насыщения. Это явное теплосодержание газов будет потеряно в дымовой трубе. Отсюда идея , использующего их явное тепловыделение для повышения температуры питательной воды и, таким образом, уменьшения количества тепла, подводимого к пару в котле.

Принцип экономайзера : Это теплообменник, расположенный на пути дымовых газов, выходящих из котла, и через который питательная вода циркулирует между питательным насосом и котлом. Обычно он имеет форму трубок, в большинстве случаев с ребрами, по которым последовательно циркулирует вода. Они расположены группами, вода проходит от одной трубы к другой посредством изгиба 180 o C.

РАСЧЕТ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЭКОНОМИЗАТОРА

Данные, необходимые для расчета:

Производство пара (Qs) в кг / час

Температура дымовых газов на входе (To) в o C

Количество воды (Qw) в кг / час (равно производству пара)

Температура воды на входе (до)) в o C

Температура воды на выходе (t)) в o C

Соотношение пара и топлива (R)

Коэффициент теплопередачи в экономайзере (K) (Примечание: согласно E.Максимально это значение составляет от 20 до 30 Ккал / м 2 / час / o C)

Коэффициент твердой пустой породы (α)

Влажность жома (Вт) в%

Избыточный воздух (м) в%

Расчетная деталь:

Масса воздуха, необходимого на кг жмыха (P a ) = 5,76 (1 Вт) м

Масса газообразных продуктов сгорания на кг жома (А) = 5,76 (1-Вт) м + 1

Расход топлива (F) = Qs / R

Общая потребность в воздухе (P) = P a x F

Количество дымовых газов (пг) = F X A

Удельная теплоемкость воды (C w ) = 1 Ккал / кг / o C

Удельная теплоемкость дымовых газов (C F ) = 0.27 + 0,00006T в Ккал / кг / o C

Коэффициент (r) = =

Соотношение r = Это отношение (t - to) / (To - T ) между повышением температуры воды и понижением температуры газов. Он варьируется от 0,6 до 0,8; то есть температура воды увеличивается на 0,7 °, когда газы падают на 1 °.

Температура дымовых газов на выходе (T), дюйм o C = To -

Площадь нагрева (S), м 2 = x

Пока найдите коэффициент теплопередачи нашей существующей системы

Коэффициент теплопередачи K в Ккал / м 2 / час / o C = x

Онлайн-расчет для поиска поверхности нагрева экономайзера и температуры дымовых газов на выходе

(Примечание: этот калькулятор очень полезен для перекрестной проверки нашей существующей системы)

Нажмите здесь

Статьи по теме:

Концепции тандема помола, такие как подготовительный индекс, первичная и вторичная экстракция, обработка канавок роликами, гидравлическая нагрузка, настройки мельницы, пропитывание и т. Д. В сахарной промышленности.

Необходимость очистки питательной воды котлов | Процесс очистки котловой воды | Спецификация питательной воды котла.

Методы для промышленных очистных сооружений (ETP).

Нагреватель прямого контакта (DCH) Важные особенности, формулы и соображения при расчетах конструкции с помощью онлайн-калькулятора.

Привет, друзья Спасибо за чтение. Надеюсь, вам понравилось. Оставляйте отзывы, комментарии и, пожалуйста, поделитесь ими

.

Воздух для горения и дымовые газы

Воздух для горения и дымовые газы для некоторых распространенных топливных газов, твердых веществ и жидкостей:

Для полной таблицы с теоретическим дымовым газом - поверните экран!

Топливо Теоретический воздух для горения 2) Теоретический дымовой газ 2)
Твердые вещества 3 / кг) (фут 3 / фунт) 3 / кг) (фут 3 / фунт)
Антрацит 9.4 150 9,5 152
Каменный уголь 6,9 110 7 112
Древесный уголь 8,4 134 8,4 135
Кокс 8,4 134 8 135
Лигнит 5,7 92 8,4 93
Торф 5.7 92 5,9 94
Полуантрацит 8,4 135 8,6 137
Дерево (сухое) 4,4 70 5 80
Газ 3 воздух / м 3 топливо ) (футы 3 воздух / фут 3 топливо ) 3 газ / м 3 топливо ) 1)
(футы 3 газ / фут 3 топливо ) 1)
Бутан C 4 H 10 31 31 33.4 33,4
Природный газ 9,5 9,5 10,5 10,5
Пропан C 3 H 8 23,8 23,8 25,8 25,8
Жидкости 3 воздух / литр топливо ) (футы 3 воздух / галлон топливо ) 3 воздух / литр топливо ) (фут 3 воздух / галлон топливо )
Дизельное топливо

9.8

1570 10,4 1670
Мазут 10,8 1730 11,6 1860

1) При сгорании топливного газа образуется дымовой газ с более высокой плотности, чем топливный газ и воздух для горения. Проверить стехиометрическое горение.

2) Объем при стандартном давлении

.

Зачем мне перемещать дымоход котла?

Как и многие другие строительные нормы и правила, законодательство в отношении дымоходов с годами ужесточилось. Когда-то вы могли установить свой котел практически в любом месте дома, без проблем, но в наши дни установщик должен соблюдать некоторые очень строгие правила, которые иногда означают, что положение котла должно измениться или изменится сам дымоход. В этом блоге мы собираемся дать вам краткое изложение некоторых важных моментов, которые эти правила, как правило, отмечают при установке нового котла.


Положение дымохода

В зависимости от размера котла дымоход должен располагаться на определенном расстоянии от ближайшего окна, двери или воздушного кирпича. Обычно это примерно 30-60 см, если оно сбоку или над проемом, и немного больше, если оно ниже. Это связано с тем, что отходы, образующиеся при сгорании, могут содержать опасные газы, такие как окись углерода, поэтому вам не нужно, чтобы этот отработанный газ находился слишком близко к отверстию, через которое он может повторно попасть в дом.

Есть также несколько менее очевидных правил, которые влияют на расположение дымохода.Он должен находиться на одинаковом расстоянии от углов здания, не менее 60 см над плоскими крышами или балконами, вдали от почвы, водосточных труб и карнизов.


Детали здания, чувствительные к температуре

Газ, идущий из дымохода, может быть горячим, поэтому дымоход не должен касаться чьей-либо кожи, но и должен располагаться подальше от любых материалов, на которые это тепло может негативно повлиять. Например, дымоход должен располагаться минимум на 30 см ниже пластикового желоба.

Расположение дымохода и граница собственности

Еще одним ограничением является расположение предлагаемого дымохода относительно границы участка. Это будет особенно актуально, если дымоход выходит прямо на улицу.

Если дымоход находится в пределах 60 см или около того от границы участка, это может иметь последствия для здоровья и безопасности любого, кто проходит мимо, поэтому будет запрещено. Обычно, если дымоход должен выходить на стену рядом с общественной пешеходной дорожкой, дымоход отводится выше 2.1 м, чтобы дымовые газы всегда находились выше уровня головы. Если только вы не на ходулях (хотя в руководстве это не учитывается).


Дымоходы и кровли

Аналогичные правила действуют в отношении дымоходов, выходящих на уровень крыши. Эти правила специально предназначены для облегчения движения дымовых газов. По большей части это не актуально, так как в наши дни почти все дымоходы выходят через стену горизонтально. Дымоход иногда выходит через крышу только в том случае, если у вас есть прибор для сжигания твердого топлива.

Любой дымоход, проходящий через дом на любое расстояние, обычно оказывается скрытым в шкафу или заколочен досками. Правила теперь требуют, чтобы панели доступа обеспечивали доступ к дымоходу через равные промежутки времени, поэтому вам может потребоваться добавление небольших открывающихся панелей.


Если у вас есть текущий котел…

Помните, что только потому, что эти правила означают, что новый котел, возможно, придется установить в другом месте, отличном от вашего старого, это не означает, что ваш старый котел нужно отрегулировать.Большинство этих правил применимы только к новым установкам, поэтому будьте очень осторожны, если кто-то, обслуживающий ваш старый котел, скажет, что он «больше не соответствует правилам» или что его необходимо заменить, поскольку вступил в силу новый закон. Скорее всего, они пытаются заставить вас установить один из их новых дорогих котлов, в то время как ваш старый и так в порядке.

Следует отметить, что, если вы не приобретете новый котел, вряд ли будет какая-либо причина менять расположение вашего текущего котла.Если вы думаете о приобретении нового котла, просто запомните некоторые из этих моментов и имейте их в виду, когда вы попросите кого-нибудь процитировать - тогда может потребоваться повторная установка котла. Помните, что для выполнения ваших работ обратитесь к установщику Gas Safe, так как он будет обладать необходимыми ноу-хау и знаниями, чтобы гарантировать соблюдение строительных норм и полную безопасность вашего нового котла.


Если вы думаете о приобретении нового бойлера, заполните форму ниже, чтобы найти надежного местного установщика, или обратитесь к нашим партнерам в Heatable, которые предлагают варианты финансирования от 10 фунтов стерлингов.28 в месяц.


Думаете, мы что-то упустили? Вы другого мнения?

Комментарий ниже, чтобы ваш голос был услышан…

.

Сгорание

Тематика котельной - топливо, такое как нефть, газ, уголь, древесина - дымоходы, предохранительные клапаны, резервуары - эффективность сгорания

Температура адиабатического пламени

Температура адиабатического пламени водорода, метана, пропана и октана - в Кельвинах

Воздух Подача в котельную

Неполное сгорание котла может привести к образованию окиси углерода - CO - и повторное возгорание может вызвать катастрофические последствия как для персонала, так и для имущества

Альтернативные виды топлива - Свойства

Свойства альтернативных видов топлива, таких как биодизель, E85, КПГ и подробнее

Уголь антрацит

Марки угля антрацита

Плотность в градусах API

Плотность в градусах API выражают плотность или плотность жидких нефтепродуктов.Калькулятор преобразования API - удельный вес

Стандарт ASTM - Том 05.06 Газообразное топливо, уголь и кокс

Обзор стандартов в разделе 5 ASTM - Нефтепродукты, смазочные материалы и ископаемое топливо - Том 05.06 Газообразное топливо, уголь и кокс

Биогаз - Энергосодержание

Энергосодержание в биогазе, производимом из городских и промышленных отходов

Биогаз - Типичный состав

Типичный состав биогаза, произведенного из бытовых отходов

Биомасса - Высшая теплотворная способность

ВТС топлива из биомассы

Биомасса, используемая в качестве Топливо - энергоемкость

Некоторые виды биотоплива и их энергоемкость

КПД котла

КПД котла - полная и низшая теплотворная способность

Скорость выхлопа котла

Рекомендуемая скорость выхлопа котла

Тепловая нагрузка котла и площадь дымохода

900 06 Мощность котла и площадь дымохода

Размер дымохода и камина

Дымоходы и камины для каминов и печей, сжигающих дрова или уголь в качестве топлива

Размер дымохода

Расчет тяги в дымоходе и требуемой площади дымохода

Классификация угля

Классификация угля основан на летучих веществах и кулинарной способности чистого материала

Классификация газов

Окислители, инертные и горючие газы

Эффективность сгорания и избыток воздуха

Оптимизация КПД котлов важна для минимизации расхода топлива и нежелательного выброса в окружающую среду

Горение топлива и оксидов азота ( NO x ) Выбросы

Выбросы оксидов азота - NO x - при сжигании топлива, такого как нефть, уголь, пропан и др.

Сжигание топлива - выбросы диоксида углерода

Выбросы углекислого газа в окружающую среду CO 2 при сжигании таких видов топлива, как уголь, нефть, природный газ, сжиженный нефтяной газ и биоэнергетика

Сжигание древесины - теплотворная способность

Дрова и сжигание древесной теплотворной способности - для таких пород, как сосна, вяз, Hickory и др.

Процессы сгорания и эффективность сгорания

Типичные показатели эффективности сгорания в каминах, обогревателях, котлах и т. Д.

Испытания на горение

Испытания на горение мазутных и газовых горелок

Выбросы от сжигания биомассы 6

9000 и выбросы

Энергосодержание в некоторых общих источниках энергии

Некоторые распространенные виды топлива для отопления и их энергосодержание

Взрывные двери в дымоходах

Рекомендуемый размер взрывозащитных дверей или стабилизаторов тяги в установках, работающих на жидком топливе

Дрова для костра - шнур

Сотрудничество rd - наиболее распространенная единица для покупки топливной древесины

Температуры пламени Газы

Адиабатические температуры пламени для обычных топливных газов - пропана, бутана, ацетилена и других - воздуха или кислорода

Точки вспышки - жидкости

Обычные жидкости и топливо и их температуры вспышки

Температуры точки росы дымовых газов

Температуры точки росы дымовых газов и конденсации водяного пара

Ископаемые и альтернативные виды топлива - Энергосодержание

Перечень чистого (низкого) и валового (высокого) содержания энергии в ископаемых и альтернативные виды топлива вместе с описанием измерения содержания энергии

Топливные газы и значения сгорания

Значения сгорания для некоторых топливных газов, таких как природный газ, пропан и бутан - БТЕ на кубический фут

Топливные газы и индекс Воббе

Воббе индекс для обычных топливных газов - пропана, бутана, метана и др.

Топливные газы Нагревательная ценность

Тепловая ценность топливных газов - ацетилен, доменный газ, этан, биогаз и др. - Валовая и чистая стоимость

Мазут - резервуары для хранения

Размеры резервуаров для хранения мазута

Горелки для мазута

Типы мазутных горелок - типы горшков, типы горелок и вращающиеся типы

Значения сгорания мазута

Значения сгорания в британских тепловых единицах / галлон для жидкого топлива No.1 по № 6

Топливные насосы - мощность всасывания

Одноступенчатые и двухступенчатые топливные насосы и их мощность всасывания

Вязкость мазута

Топливные масла - и их вязкость в зависимости от температуры

Топливо - воздух и дымовые газы Газы

Воздух для горения и дымовые газы для обычных видов топлива - кокс, нефть, древесина, природный газ и др.

Топливо - плотность и удельный объем

Плотность и удельные объемы некоторых распространенных видов топлива - антрацит, бутан, газойль, дизельное топливо, кокс , масло, древесина и др.

Топливо - более высокая и низкая теплотворная способность

Более высокая и более низкая теплотворная способность (= теплотворная способность) для некоторых распространенных видов топлива - кокса, масла, древесины, водорода и других

Топливо и точки кипения

Некоторые обычные виды топлива и их точки кипения

Топливо и химикаты - Температура самовоспламенения

Температура самовоспламенения для некоторые распространенные виды топлива и химикаты бутан, кокс, водород, нефть и др.

Температура выхлопа топлива

Температура выхлопа и выхода для некоторых распространенных видов топлива - природного газа, сжиженной нефти, дизельного топлива и др.

Топливо Дымовые газы и средняя точка росы

Температура точки росы дымовых газов для типичного топлива

База данных свойств топлива

Онлайн-база данных свойств нефтяного топлива

Газообразное топливо и его химический состав

Химический состав некоторых распространенных газообразных топлив, таких как угольный газ, природный газ, пропан и др.

Газы - Пределы концентрации взрыва и воспламеняемости

Пределы пламени и взрыва для газов - пропана, метана, бутана, ацетилена и др.

Значения брутто и нетто нагрева для некоторых распространенных газов

Общая теплотворная способность и полезная теплота сгорания для некоторых распространенных газов как водород, метан и др.

Полная стоимость сгорания материалов

Полная величина сгорания для некоторых широко используемых материалов - углерода, метана, этилена и др. - значения в БТЕ / фунт

Потери напора в масляных трубах

Потери напора или давления из-за трения в масляных трубах - различная вязкость и ламинарное течение.

Тепловые потери в масляных трубах

Тепловые потери в Вт / м · K и БТЕ / час · фут o F из масляных трубок в диапазоне температур 10 - 38 o C ( 50 - 100 o F )

Теплота сгорания

Табличные значения теплоты сгорания (= энергосодержание) обычных веществ вместе с примерами, показывающими, как рассчитать теплоту сгорания

Тепловая ценность

Брутто (высокая) и нетто ( низкая) теплотворная способность

Топливо для отопления - сравнение затрат

Формулы сравнения затрат для топлива для отопления, такого как природный газ, пропан, сжиженный нефтяной газ, мазут и электроэнергия

Скорость циркуляции водогрейного котла

Мощность котла и расход воды - британские единицы и система СИ- ед.

Прерывистое горение и КПД котла

КПД снижается из-за периодического режима работы котла

Сжиженный газ Natu ral Gas - LNG

LNG или сжиженный природный газ

Сжиженный нефтяной газ - LPG

LPG или сжиженный нефтяной газ

Метан - преобразование между жидкими и газообразными единицами

Преобразование между жидкими и газообразными единицами для LNG или метана

Расход газа

Расход природного газа на обычное оборудование, такое как котлы, духовки, плиты, чайники и т. Д.

Маслопроводы - Рекомендуемые скорости потока

Скорости потока в маслопроводах должны поддерживаться в определенных пределах

Онлайн-калькулятор эквивалентов топлива

Онлайн-калькулятор для расчета эквивалентов энергии топлива - нефть и газ

Оптимальный процесс горения - топливо и избыток воздуха

Стабильные и эффективные условия горения требуют правильного смешения топлива и кислорода

Парафины и алканы - характеристики горения

Тепловые характеристики, воздух / фу отношения el, скорость пламени, температуры пламени, температуры воспламенения, точки вспышки и пределы воспламеняемости

Пропан - теплофизические свойства

Химические, физические и термические свойства пропанового газа - C 3 H 8

Пропан - пар Давление

Давление паров пропана

Пропан-бутановые смеси - давление испарения

Давление испарения пропан-бутановых смесей

Крыша для дымоходов

Крыша для дымоходов и одностенных вентиляционных отверстий Минимум

Размеры котельных

площадь

Уголь стандартных сортов - теплотворная способность

Уголь стандартных сортов и теплотворная способность

Стандартные эталонные топлива и их эквиваленты

Преобразование между эквивалентами топлива

Стехиометрическое горение

Стехиометрическое горение и внешнее мощность воздуха

Классификация топки

Топки для угля могут быть классифицированы на основе мощности сжигания угля

Отходы топлива

Теплотворная способность топлива из отходов

Древесина и биомасса

Показатели сгорания влажной и сухой древесины - БТЕ / фунты, кДж / кг и ккал / кг

Породы древесины - влажность и вес

Вес сырых и высушенных на воздухе дров

.

A Оптимизация процесса сжигания и численный анализ для низкоэмиссионной работы пылеугольного котла

Оптимизация производительности крупномасштабных пылеугольных котлов становится все более актуальной в последние годы для коммунальной отрасли. CFD-моделирование широко применяется для получения информации о сложных явлениях в печах с тангенциальным пламенем [21–27] и печах с передним расположением пламени [27–29], включая поток газа и твердого тела, горение и теплопередачу.

В [21] численно исследованы две печи с тангенциальной топкой (ОП-380 и ОП-430) аналогичной конструкции и тепловой мощности. OP-380 был модернизирован путем замены традиционных струйных горелок на вихревые горелки RI – JET2 (Rapid Ignition JET-burner). Сравнение характеристик горения котлов проводилось на основе моделирования CFD. В [22] различные режимы работы пылеугольной печи были исследованы с помощью программы 3-D CFD. Выбранные параметры были сопоставлены с измерениями, что показало хорошее соответствие.Аналогичная цель была достигнута в [23]. Кроме того, было выполнено исследование по уточнению сетки. Поведение пылевидного угля в котле с тангенциальной топкой мощностью 40 МВт было предсказано в [24]. Изображение зажигания было получено с камеры, устойчивой к высоким температурам, и сопоставлено с результатами моделирования. Правильность общего подхода к моделированию подтверждена имеющимися эксплуатационными и проектными данными. Инь и др. [25] исследовали топку и часть заднего прохода в котле с тангенциальной топкой. Моделирование было подтверждено с использованием общих проектных параметров, включая O 2 на выходе из печи, теплопередачу в печи и температуру на выходе из печи.Данные о работе участка были использованы для проверки прогнозов NO x . В [26] подход Эйлера-Лагранжа был включен для исследования числовых характеристик потока в печи с тангенциальной топкой. Было проанализировано отклонение температуры. Пример использования коммерческого кода Fluent для исследования энергетического котла мощностью 500 МВт, работающего на средне летучем угле, был продемонстрирован в [27]. Температурные профили были рассчитаны для различных нагрузок котла. Расчеты сопоставлены с данными измерений.Minghou et al. [28] рассматривает CFD-моделирование котла с передним расположением топлива для различных условий эксплуатации. Модель была подтверждена путем сравнения измеренных значений несгоревшего углерода в летучей золе, NOx и общей теплопередачи к стенам с измеренными значениями. Тепловой поток горения и стенки котла мощностью 100 МВт в условиях горения на воздухе и кислородном топливе проанализирован с помощью компьютерного моделирования в [29]. Никакого подтверждения численного подхода на экспериментальных данных не проводилось.

Для сведения сложной физической проблемы к серии моделей, которые можно решить численно, необходимо сделать ряд предположений.В частности, для инженерных задач необходимо моделировать уравнения переноса импульса и частиц. Моделирование выполняется с использованием кода CFD, который решает усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса с использованием формулировки конечного объема низкого порядка. В данной работе стационарное решение вычисляется с использованием дискретизации второго порядка для всех уравнений.

В печи происходит моделирование следующих процессов: турбулентный поток, горение угля, горение газовой фазы, перенос частиц и перенос излучения.Газовая фаза моделируется с использованием эйлерова подхода, а для твердой фазы применяется как лагранжев, так и подход Эйлера-Эйлера.

Реализуемая k - ε модель [34] использовалась в качестве замыкания турбулентных уравнений Рейнольдса. Реализуемая модель k - ε относительно широко используется для инженерных приложений и обеспечивает лучшую производительность во многих промышленных турбулентных потоках, чем стандартная модель k - ε . На течение у стенки влияет молекулярная вязкость, а не турбулентность.Метод функции стены из [35] использует алгебраические формулировки для связывания величин у стены с величинами, находящимися дальше. Значения и + остались выше 20.

3.1. Удаление летучих веществ из угля

Процесс сжигания пылевидного угля можно разделить на две части: удаление летучих веществ и сжигание полукокса. Наиболее часто используемая традиционная модель удаления летучих веществ основана на единственной кинетической скорости [36], которая предполагает, что скорость удаления летучих веществ зависит от количества летучих, остающихся в частице в результате реакции первого порядка:

, где k , f v , 0 и m p , 0 обозначают скорость реакции (по скорости Аррениуса), летучую фракцию и начальную массу частиц.Эти модели могут быть расширены за счет использования в качестве препроцессора моделей обезвреживания сети, таких как FG-DVC и FLASHCHAIN ​​[37, 38]. Пример использования модели FG-DVC с предполагаемой скоростью нагрева частиц, равной 10 5 K / s, показан ниже. Он предсказывает скорость производства и выход при высоких температурах для полукокса, гудрона, летучих веществ и состав ключевых видов во время удаления летучих веществ из любого угля. Результаты, а также приблизительный и окончательный анализ использованного угля приведены в таблице 1.

Приблизительный анализ (мас.%, В исходном состоянии) *
Зола Летучие вещества Влажность Углерод
22,34 ± 0,7 25,77 ± 3,0 12,75 ± 0,6 39,14 ± 3,0
Окончательный анализ (мас.%, Daf) *
C H N S O
84.7 5,39 1,55 1,23 7,13
FG-DVC высокотемпературный выход (мас.%, Daf)
Летучие вещества Char
47,8 52,2
Летучий состав из FG-DVC (мас.%)
H 2 O CO CO 2 C m H n C x H y O z
4.8 2,3 2,08 7,12 31,5
Эмпирическая формула для легких углеводородов (CmHn) и гудрона (CxHyOz)
C m H n (газ) C x H y O z (tar)
m = 1, n = 7,22 x = 7, y = 4,48, z = 0,72

Таблица 1.

Результаты анализа угля и результаты FG-DVC (* анализы выполнены в соответствии с польскими стандартами N-EN ISO / IEC 17025: 2005).

Рис. 12.

Сравнение скорости удаления летучих компонентов и выхода смол (CxHyOz) и легких углеводородов (CmHn).

Во время первичной дегазации летучие вещества выделяются с разной скоростью, а смола подвергается вторичному пиролизу [39]. В CFD-моделировании турбулентного потока при горении предполагалось, что летучие вещества образуются как единое соединение, которое подвергается мгновенной реакции разложения на гудрон, легкие углеводороды, CO, CO 2 и H 2 O.FG-DVC рассчитывает степень удаления летучих смол и указанных видов. Наиболее значительное падение массы топливных частиц происходит при выделении смолы, которая образуется в первую очередь (Рисунок 12). По этой причине скорость выделения смолы используется в модели удаления летучих веществ.

Зная летучую фракцию сухого беззольного угля ( f летучий ) и предполагая, что остаточный полукокс представляет собой чистый углерод, мы можем рассчитать более низкую теплотворную способность летучих компонентов.

LHVvolatile = LHVcoaldaf-fchar ∙ LHVcharfvolatileE6

Предполагая, что нижняя теплотворная способность легких углеводородов примерно равна теплотворной способности метана ( LHV gas = 50 МДж / кг), мы можем легко вычислить более низкую теплотворную способность смол из мгновенного реакция разложения летучих веществ:

LHVtar = LHVvolatile-ygas ∙ LHVgas + yCO ∙ LHVCOytarE7

, где y gas , y tar и y CO обозначают массовую долю в летучих.

Новый подход к моделированию удаления летучих веществ был описан как табличная модель процесса удаления летучих веществ (TDP) [40]. Авторы указали, что в ранее упомянутом подходе к моделированию все параметры удаления летучих веществ, используемые в коде CFD, были рассчитаны с учетом постоянной скорости нагрева для всех частиц (с обычно используемым значением 10 5 К / с). В подходе TDP на основе модели FLASHCHAIN ​​создается справочная таблица скоростей удаления летучих веществ и выходов для набора скоростей нагрева.В ходе моделирования CFD используется определенный набор параметров удаления летучих веществ на основе рассчитанной истории нагрева частиц.

В реакционных потоках без предварительного смешивания локальное зависящее от времени перемешивание и химическая реакция компонентов, а также передача тепла от зоны реакции определяют процесс горения. Ключевой проблемой моделирования горения газовой фазы является необходимость расчетов источников в уравнениях переноса химически активных веществ, которые представляют собой средние значения сильно нелинейных скоростей реакций.Ранние модели горения основывались на предположении химического равновесия. Учет детальной кинетики реакций обычно приводит к гораздо более высоким вычислительным затратам.

3.1.1. Концепция вихревой диссипации (EDC)

Концепция вихревой диссипации [41] использовалась как общая концепция для рассмотрения взаимодействия между турбулентностью и химией в пламени. В этой модели все пространство разделено на мелкие структуры и окружающую жидкость. Предполагается, что все реакции реакционноспособных компонентов протекают только в этих пространствах, которые локально рассматриваются как реакторы с идеальным перемешиванием (PSR) со временем пребывания:

, где ν - кинематическая вязкость, а ε - скорость диссипации турбулентной кинетической энергии. .Эти параметры рассчитываются по модели турбулентности ( k - ε ). Массовая доля, занимаемая тонкими структурами, моделируется как:

Скорости реакции всех частиц рассчитываются на основе баланса масс для реактора тонкой структуры. Обозначая величины звездочкой, можно определить уравнение сохранения видов и :

ρ * τ * 1-γ * mi * -mi¯ = Mi ∙ ϖi * E10

, где mi ¯ - средняя массовая доля вида i , M i - молекулярная масса частиц i , а ω i * обозначает скорость химической реакции, рассчитанную по уравнению Аррениуса.

Средняя чистая скорость массопереноса видов и между тонкими структурами и окружающей жидкостью может быть выражена как:

Ri = ρ¯γ * τ * 1-γ * mi¯-mi * E11

Реализация Модель EDC в код CFD реализуется путем решения нелинейной системы уравнений для реактора с тонкой структурой в каждом контрольном объеме и нахождения R i , который является исходным членом в уравнении переноса частиц и .

В большинстве инженерных случаев реализация детального механизма реакции в 3D-кодах невозможна из-за больших вычислительных затрат.Для многих целей требуемую информацию часто можно получить с менее полным химическим описанием. При моделировании CFD чаще всего используется упрощенный механизм глобальной реакции. Использовался четырехступенчатый глобальный механизм, в основном основанный на продемонстрированном в [42]. Он содержит четыре глобальные реакции: реакции разложения углеводородов и смол, окисление монооксида углерода и водорода:

CmHn + m2 + n4O2⇒mCO + n2h3OE12CxHyOz + x2-z2O2⇒xCO + y2h3E32

Следуя описанному выше механизму с известной теплотой реакций, мы можем продолжить рассчитать энтальпии образования летучих, легких углеводородов и смол.Энтальпию образования смол рассчитывали, принимая нулевую теплоту мгновенной реакции разложения летучих веществ. Теплота пиролиза в анализ не включалась.

3.1.2. Метод фракции смеси / функции плотности вероятности (PDF)

Процесс сжигания пылевидного угля является одним из примеров турбулентных систем сжигания без предварительной смеси и может быть смоделирован с использованием модели фракции смеси / PDF. Доля смеси f может быть выражена как местная массовая доля топлива [43], где Y F и Y P - массовая доля топлива и продуктов соответственно:

Рисунок 13 .

Массовая доля Y топлива, окислителя и продуктов как функция доли смеси f.

Основной подход диффузионных моделей заключается в том, что горение ограничивается только смешиванием топлива и окислителя. Выделение продуктов реакции происходит при локальном смешивании топлива и окислителя и не зависит от скорости реакции. В модели фракции смеси / PDF уравнения переноса для отдельных частиц не решаются. Массовая доля окислителя, топлива и продуктов рассчитывается исходя из значения доли смеси f .На рисунке 13 представлена ​​графическая интерпретация подхода фракции смеси.

Если 0 ≤ f f S топливо недостаточно, и смесь называется обедненной. Массовая доля окислителя и продуктов представлена ​​в следующем виде:

С другой стороны, если f S < f ≤ 1, смесь называется богатой топливом, и можно использовать следующее уравнение для расчета массовой доли продуктов и топлива:

Yif = YS + f-fS1-fSYFuel-YSE15

, где f - доля смеси, f S - стехиометрическая доля смеси, Y S - массовая доля продуктов стехиометрической реакции при f = f S , Y i - линейные функции массовой доли ( Y O , Y F , Y P ), Y O - местная массовая доля окислителя, Y F - местная массовая доля топлива, Y P - местная массовая доля продуктов, Y Ox - массовая доля окислителя при f = 0 и Y Fuel - массовая доля топлива при f = 1.

Реакция завершается, если вся масса топлива и окислителя исчезает ( Y F = 0, Y Ox = 0) и это состояние описывается величиной стехиометрической доли смеси f S . Подход фракции смеси позволяет рассчитать массовые доли в каждом контрольном объеме на основе одного значения, а моделирование процесса горения упрощается до задачи смешивания. Основное уравнение переноса фракции смеси определяется следующим образом:

∂∂tρf = ∂∂xiρD∂f∂xi-ρuif16E16

, где D - коэффициент молекулярной диффузии (m 2 / с), u i - скорость в направлении i (м / с), x i - направление i в декартовой системе координат (м), а ρ - плотность (кг / м 3 ).

Уравнение (14) может быть применено с учетом предположения об одинаковой диффузионной способности топлива, окислителя и продуктов. В турбулентных потоках преобладает турбулентная конвекция по сравнению с молекулярной диффузией и допустимо предположение о равенстве коэффициентов молекулярной диффузии.

Когда местное значение доли смеси известно, становится возможным вычислить локальную энтальпию ч продуктов сгорания. Энтальпия сгоревшей смеси является кусочно-линейной функцией f и представлена ​​на рисунке 14.Таким образом, становится возможным расчет температуры газа и количества выделяемого тепла (тепловых потерь) в процессе сгорания.

Рис. 14.

Энтальпия h свежей и сгоревшей смеси как функция доли смеси f.

Для обедненной топливной смеси и 0 ≤ f f S :

и для богатой топливом смеси и f S < f ≤ 1:

hR = fS ∙ hFuel-hSfS-1 + ffS-1hS-hFuel18E18

где h L - энтальпия на обедненной стороне f S (кДж / кг), h R - энтальпия на богатой стороне f S (кДж / кг), h Ox - энтальпия окислителя при f = 0 (кДж / кг), ч Топливо - энтальпия топлива при f = 1 (кДж / кг), ч S - энтальпия продуктов при стехиометрической доле смеси f S ( кДж / кг).

Для определения термодинамических свойств в турбулентном потоке необходима функция плотности вероятности доли смеси. Среднюю энтальпию можно вычислить по следующему уравнению:

Уравнение сохранения для средней доли смеси f̃ и ее дисперсии f′′2̃ (без исходного члена) необходимо решить, чтобы подобрать параметры функции PDF с уже предполагаемой формой. Самая популярная функция PDF β [43–45], используемая при моделировании горения угля, имеет предполагаемую форму и зависит только от средней доли смеси и ее дисперсии.:

Pf = 1Babfa-1 ∙ 1-fb-120E20

, где коэффициент нормализации B ( a , b ) и определяется как:

Bab = ∫01fa-1 ∙ 1-fb-1dfE21

и параметры PDF a и b могут быть определены с помощью и:

a = f̃f̃ ∙ 1-f̃f′′2̃-122E22

Функции β также имеют ограничения и не могут описывать распределения, соединяющиеся с экстремальным пиком ( f = 0 или f = 1) с максимальным промежуточным пиком в диапазоне 0 < f <1.Можно предложить разные подходы в виде пика Дирака на границе, чтобы устранить это неудобство.

Несмотря на упрощения, метод фракции смеси / PDF позволяет определять основные параметры процесса горения, в том числе при сжигании угля. Подход фракции смеси / PDF обычно используется в вычислительной гидродинамике и, в частности, при моделировании турбулентных реактивных потоков, которые являются наиболее популярными случаями в промышленной практике.

3.3. Лучистая теплопередача

В случае горения в печи проблема излучения является не только доминирующим механизмом переноса энергии, но и одной из самых сложных проблем. Уравнение переноса излучения (RTE) [48] регулирует перенос тепла излучением в участвующих средах. Он описывает изменение интенсивности излучения ( I ) по мере его прохождения по определенному пути ( s, ) в среде в направлении ( s, ω ). Рассматривая поглощение, излучение и рассеяние отдельно и в направлении s , УПИ можно описать следующим образом:

dIsωds = -k + σ ∙ Isω + k ∙ Ib + σ4π ∙ ∫4πIsω ∙ ΦdωE27

, где k и σ, обозначают коэффициенты поглощения и рассеяния, Φ - фазовая функция.Пространственное интегрирование УПИ проводилось методом дискретных ординат (ДО) [49]. Количество RTE зависит от общего количества серых газов и учитывает рассеяние частиц. Метод DO решает RTE для набора направлений на основе концепции схемы угловой дискретизации. Каждый октант углового пространства 4π дискретизируется на полярный и азимутальный телесный угол. Непрерывный интеграл по телесному углу аппроксимируется численной квадратурной схемой, в которой уравнения решаются для ряда направлений.

В типичной камере сгорания H 2 O и CO 2 являются основными газовыми поглотителями и излучателями лучистой энергии. Полная излучательная способность газа рассчитывается по количеству серых газов с использованием полиномиальных корреляций для весовых коэффициентов и коэффициента поглощения в соответствии с методом взвешенной суммы серых газов (WSGGM) [50]. В этой работе использовались широко используемые коэффициенты излучательной способности [51], полученные из эталонной экспоненциальной широкополосной модели. WSGGM представляет весь спектр с тремя серыми газами, имеющими одинаковые коэффициенты поглощения.Полный коэффициент поглощения газовой фазы рассчитывается из общей излучательной способности со средней длиной пробега, рассчитанной из характерного размера ячейки.

Коэффициент поглощения газовой фазы был скорректирован в соответствии с моделью Тейлора-Фостера [52], предполагая равномерную и постоянную концентрацию сажи (10 -3 кг / м 3 ) в печи. Как отмечено в [46], основным источником переноса излучения в двухфазной смеси является облако частиц. Следовательно, обработка излучательной способности частиц угля ( ε p ) имеет решающее значение при моделировании горения угля.В этой работе излучательная способность частицы была предположена как функция несгоревшего углерода в частице ( U c ) в соответствии с соотношением [53]:

Эффекты отражения и рассеяния частиц также включены в расчет тепла. перевод.

Термические граничные условия на стенах были выражены через температуру поверхности и коэффициент излучения. Предполагалось, что температура поверхности испарителя примерно на 60 ° выше температуры насыщения, соответствующей давлению в корпусе котла 16 МПа.Расчеты были выполнены для трех значений коэффициента излучения, равных 0,5, 0,7 и 0,9 при фиксированной температуре стенки. Все приведенные цифры соответствуют коэффициенту излучения 0,7, что является типичным значением, приведенным в литературе [54]. Мы должны подчеркнуть, что во время реальной работы котла температура и коэффициент излучения меняются во времени и в пространстве из-за зашлаковывания водяных стенок и работы сажеобдувок. Это явление может быть включено в моделирование путем реализации модели осаждения с подмоделью тепловых свойств [55].

.

% PDF-1.5 % 897 0 объект > endobj xref 897 69 0000000016 00000 н. 0000003162 00000 п. 0000003457 00000 н. 0000003507 00000 н. 0000003636 00000 н. 0000004259 00000 н. 0000004879 00000 н. 0000005066 00000 н. 0000005114 00000 п. 0000005162 00000 п. 0000005210 00000 н. 0000005258 00000 н. 0000005372 00000 н. 0000005484 00000 н. 0000005768 00000 н. 0000006324 00000 н. 0000010972 00000 п. 0000015851 00000 п. 0000020500 00000 п. 0000025115 00000 п. 0000029950 00000 н. 0000035678 00000 п. 0000041463 00000 п. 0000046943 00000 п. 0000051259 00000 п. 0000051536 00000 п. 0000051585 00000 п. 0000051668 00000 п. 0000051741 00000 п. 0000051823 00000 п. 0000052387 00000 п. 0000052871 00000 п. 0000053311 00000 п. 0000053875 00000 п. 0000055997 00000 п. 0000056036 00000 п. 0000059124 00000 п. 0000059163 00000 п. 0000061454 00000 п. 0000061493 00000 п. 0000072317 00000 п. 0000072356 00000 п. 0000075242 00000 п. 0000075281 00000 п. 0000076439 00000 п. 0000197137 00000 н. 0000199122 00000 н. 0000266810 00000 н. 0000268099 00000 н. 0000333069 00000 н. 0000568240 00000 н. 0000568311 00000 н. 0000568391 00000 н. 0000568469 00000 н. 0000568517 00000 н. 0000568614 00000 н. 0000568662 00000 н. 0000568754 00000 н. 0000568802 00000 н. 0000568915 00000 н. 0000568963 00000 н. 0000569101 00000 п. 0000569149 00000 п. 0000569294 00000 н. 0000569342 00000 п. 0000569430 00000 н. 0000569477 00000 н. 0000002963 00000 н. 0000001711 00000 н. трейлер ] / Назад 1197496 / XRefStm 2963 >> startxref 0 %% EOF 965 0 объект > поток ч ޜ T {LU? __ 1 _) 0 Z: X-ZRA`0 $ XX -]: 3H6ÏR: @ ΢ # XN` # + (1: 0qqN7q` ۼ- Q˽;

.

Смотрите также