Za potpuno izgaranje 1 m 3 suhog plinovitog goriva potreban je volumen zraka, m3 / m3,

U navedenim formulama sadržaj gorivnih elemenata izražen je u težinskim postocima, a sastav gorivih plinova CO, H 2 , CH 4 itd. - u volumnom postotku; CmHn - ugljikovodici koji čine plin, na primjer metan CH 4 (m= 1, n= 4), etan C2H6 (m= 2, n= 6), itd. Ovi brojevi čine koeficijent (m + n/4)

R0 2 + 0 2 + N 2 = 100%, (31)

s nepotpunim izgaranjem

R0 2 + 0 2 + N 2 + CO = 100%;

Volumen suhih troatomskih plinova nalazi se dijeljenjem mase plinova CO 2 i SO 2 s njihovom gustoćom u normalnim uvjetima.

Pco 2 = 1,94 i Pso 2 = 2,86 kg / m3 - gustoća ugljičnog dioksida i sumporovog dioksida u normalnim uvjetima.

Sadržaj odjeljka

Prilikom izgaranja organskih goriva u kotlovskim pećima nastaju različiti produkti izgaranja, kao što su ugljični oksidi CO x \u003d CO + CO 2, vodena para H 2 O, oksidi sumpora SO x = SO 2 + SO 3, dušikovi oksidi NO x \ u003d NO + NO 2 , policiklički aromatski ugljikovodici (PAH), fluoridi, vanadijevi spojevi V 2 O 5 , čestice, itd. (vidi tablicu 7.1.1). U slučaju nepotpunog izgaranja goriva u pećima, ispušni plinovi mogu sadržavati i ugljikovodike CH4, C2H4 itd. Svi produkti nepotpunog izgaranja su štetni, ali se njihovo stvaranje može minimizirati suvremenom tehnologijom izgaranja goriva [1].

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

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

Kriterij za sanitarnu ocjenu okoliša je najveća dopuštena koncentracija (MPC) štetne tvari u atmosferskom zraku na razini tla. MPC treba shvatiti kao takvu koncentraciju raznih tvari i kemijskih spojeva, koja uz svakodnevnu dugotrajnu izloženost ljudskom tijelu ne uzrokuje nikakve patološke promjene ili bolesti.

Maksimalno dopuštene koncentracije (MPC) štetnih tvari u atmosferskom zraku naseljenih mjesta date su u tablici. 7.1.2 [4]. Maksimalna jednokratna koncentracija štetnih tvari utvrđuje se uzorcima uzetim u roku od 20 minuta, prosječna dnevna - po danu.

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

Proračuni se provode za svaku štetnu tvar posebno, tako da koncentracija svake od njih ne prelazi vrijednosti navedene u tablici. 7.1.2. Za kotlovnice ovi uvjeti su pooštreni uvođenjem dodatnih zahtjeva o potrebi zbrajanja učinaka sumpornih i dušikovih oksida, što je određeno izrazom

Istodobno, zbog lokalnog nedostatka zraka ili nepovoljnih toplinskih i aerodinamičkih uvjeta, u pećima i komorama za izgaranje nastaju produkti nepotpunog izgaranja, koji se uglavnom sastoje od ugljičnog monoksida CO (ugljični monoksid), vodika H2 i raznih ugljikovodika, koji karakteriziraju toplinu. gubici u kotlovskom agregatu zbog kemijske nepotpunosti izgaranja (kemijsko dogaranje).

Osim toga, tijekom procesa izgaranja dobiva se niz kemijskih spojeva koji nastaju kao rezultat oksidacije različitih komponenti goriva i dušika u zraku N 2. Najznačajniji dio njih su dušikovi oksidi NO x i sumpor SO x .

Dušikovi oksidi nastaju zbog oksidacije i molekularnog dušika u zraku i dušika sadržanog u gorivu. Eksperimentalna istraživanja su pokazala da glavni udio NOx koji nastaje u pećima kotlova, odnosno 96÷100%, otpada na dušikov monoksid (oksid) NO. Dušikov dioksid NO 2 i hemioksid N 2 O nastaju u znatno manjim količinama, a njihov udio je približno: za NO 2 - do 4%, a za N 2 O - stoti dio postotka ukupne emisije NOx. U tipičnim uvjetima spaljivanja goriva u kotlovima, koncentracije dušikovog dioksida NO 2 su u pravilu zanemarive u odnosu na sadržaj NO i obično se kreću od 0÷7 ppm do 20÷30 ppm. Istodobno, brzo miješanje toplih i hladnih područja u turbulentnom plamenu može dovesti do relativno velikih koncentracija dušikovog dioksida u hladnim zonama strujanja. Osim toga, do djelomične emisije NO 2 dolazi u gornjem dijelu peći i u horizontalnom dimovodu (na T> 900÷1000 K) i pod određenim uvjetima može doseći i zapažene veličine.

Dušikov hemoksid N 2 O, koji nastaje tijekom izgaranja goriva, je, po svemu sudeći, kratkotrajni međuprodukt. N 2 O praktički nema u produktima izgaranja iza kotlova.

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

Među štetnim komponentama dimnih plinova posebno mjesto zauzima velika skupina policikličkih aromatskih ugljikovodika (PAH). Mnogi PAH-i imaju visoku kancerogenu i (ili) mutagenu aktivnost, aktiviraju fotokemijski smog u gradovima, što zahtijeva strogu kontrolu i ograničenje njihovih emisija. U isto vrijeme, neki PAH-ovi, kao što su fenantren, fluoranten, piren i niz drugih, gotovo su fiziološki inertni i nisu kancerogeni.

PAH nastaju kao rezultat nepotpunog izgaranja bilo kojeg ugljikovodika. Potonje nastaje zbog inhibicije reakcija oksidacije ugljikovodika goriva hladnim stijenkama uređaja za izgaranje, a može biti uzrokovano i nezadovoljavajućom mješavinom goriva i zraka. To dovodi do stvaranja u pećima (komorama za izgaranje) lokalnih oksidacijskih zona s niskom temperaturom ili zona s viškom goriva.

Zbog velikog broja različitih PAH-ova u dimnim plinovima i teškoće mjerenja njihovih koncentracija, uobičajeno je da se razina kancerogene kontaminacije produkata izgaranja i atmosferskog zraka procjenjuje koncentracijom najjačeg i najstabilnijeg kancerogena, benzo(a) piren (B(a)P) C 20 H 12 .

Zbog visoke toksičnosti, posebno treba istaknuti proizvode izgaranja loživog ulja kao što su vanadijevi oksidi. Vanadij se nalazi u mineralnom dijelu loživog ulja i pri izgaranju stvara vanadijeve okside VO, VO 2 . Međutim, tijekom stvaranja naslaga na konvektivnim površinama, vanadijevi oksidi prisutni su uglavnom u obliku V 2 O 5 . Vanadijev pentoksid V 2 O 5 je najotrovniji oblik vanadijevih oksida, stoga se njihove emisije računaju u smislu V 2 O 5 .

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

Tijekom izgaranja loživog ulja i krutih goriva, emisije također sadrže čestice, koje se sastoje od letećeg pepela, čestica čađe, PAH-a i neizgorjelog goriva kao posljedica mehaničkog nedovoljno izgaranja.

Rasponi koncentracija štetnih tvari u dimnim plinovima tijekom izgaranja različitih vrsta goriva dani su u tablici. 7.1.3.

Regulacija procesa izgaranja (Osnovni principi izgaranja)

Za optimalno izgaranje potrebno je koristiti više zraka od teorijskog proračuna kemijske reakcije (stehiometrijski zrak).

To je zbog potrebe da se oksidira svo dostupno gorivo.

Razlika između stvarne količine zraka i stehiometrijske količine zraka naziva se višak zraka. U pravilu, višak zraka je u rasponu od 5% do 50% ovisno o vrsti goriva i plamenika.

Općenito, što je teže oksidirati gorivo, potrebno je više viška zraka.

Višak zraka ne smije biti pretjeran. Prekomjeran dovod zraka za izgaranje snižava temperaturu dimnih plinova i povećava gubitak topline izvora topline. Osim toga, na određenoj granici viška zraka, baklja se previše hladi i počinju se stvarati CO i čađa. Suprotno tome, premalo zraka uzrokuje nepotpuno izgaranje i iste probleme koji su gore spomenuti. Stoga, kako bi se osiguralo potpuno izgaranje goriva i visoka učinkovitost izgaranja, količina viška zraka mora biti vrlo precizno regulirana.

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

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

Količina zraka bit će oko 5 puta veća od izmjerene količine ugljika u volumnim postocima.

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

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

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

Kao primjer, na sl. Slika 10 prikazuje trokut izgaranja za metan.

Slika 10. Trokut izgaranja za metan

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

Ravne linije paralelne s hipotenuzom odgovaraju različitim postotcima CO.

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

Tablica 5 prikazuje maksimalni sadržaj CO 2 za različite vrste goriva i vrijednost koja odgovara optimalnom izgaranju. Ova se vrijednost preporučuje i izračunava na temelju iskustva. Treba napomenuti da kada se maksimalna vrijednost uzima iz središnjeg stupca, potrebno je izmjeriti emisije, slijedeći postupak opisan u poglavlju 4.3.

1. Opis predložene tehnologije (metode) za poboljšanje energetske učinkovitosti, njezina novost i svijest o njoj.

Kada se gorivo sagorijeva u kotlovima, postotak "viška zraka" može biti od 3 do 70% (bez usisavanja) volumena zraka, čiji kisik sudjeluje u kemijskoj reakciji oksidacije (izgaranja) goriva.

“Višak zraka” uključen u proces izgaranja goriva je onaj dio atmosferskog zraka čiji kisik ne sudjeluje u kemijskoj reakciji oksidacije (sagorijevanja) goriva, ali je potrebno stvoriti potreban režim brzine za istjecanje smjese goriva i zraka iz uređaja plamenika kotla. “Višak zraka” je promjenjiva vrijednost i za isti kotao obrnuto je proporcionalan količini sagorjelog goriva, odnosno što se manje goriva sagorijeva, manje je kisika potrebno za njegovu oksidaciju (sagorijevanje), ali je više “viška zraka” potrebno za stvaranje potrebne brzine odljeva smjese goriva i zraka iz uređaja plamenika kotla. Postotak "viška zraka" u ukupnom protoku zraka koji se koristi za potpuno izgaranje goriva određen je postotkom kisika u dimnim plinovima.

Ako se smanji postotak “viška zraka”, tada će se u dimnim plinovima pojaviti ugljični monoksid “CO” (otrovni plin), što ukazuje da je gorivo nedovoljno izgarano, tj. njegov gubitak, a korištenje "viška zraka" dovodi do gubitka toplinske energije za njegovo zagrijavanje, što povećava potrošnju izgorjelog goriva i povećava emisiju stakleničkih plinova "CO 2" u atmosferu.

Atmosferski zrak se sastoji od 79% dušika (N 2 je inertni plin bez boje, okusa i mirisa), koji obavlja glavnu funkciju stvaranja potrebne brzine za istjecanje smjese goriva i zraka iz plamenika elektrane za potpuno i održivo izgaranje goriva i 21% kisika (O 2), koji je oksidant goriva. Odlazni dimni plinovi pri nazivnom načinu izgaranja prirodnog plina u kotlovskim jedinicama sastoje se od 71% dušika (N 2), 18% vode (H 2 O), 9% ugljičnog dioksida (CO 2) i 2% kisika (O 2). Postotak kisika u dimnim plinovima jednak 2% (na izlazu iz peći) označava 10% udjela viška atmosferskog zraka u ukupnom protoku zraka koji je uključen u stvaranje potrebne brzine za istjecanje smjese goriva i zraka iz uređaja plamenika kotlovske jedinice za potpunu oksidaciju (izgaranje) goriva.

U procesu potpunog izgaranja goriva u kotlovima potrebno je iskoristiti dimne plinove, zamjenjujući ih “viškom zraka”, čime će se spriječiti stvaranje NOx (do 90,0%) i smanjiti emisije “stakleničkih plinova” (SO). 2), kao i potrošnja izgaranog goriva (do 1,5%).

Izum se odnosi na termoenergetiku, posebno na elektrane za sagorijevanje raznih vrsta goriva i metode za korištenje dimnih plinova za izgaranje goriva u elektranama.

Elektrana za izgaranje goriva sadrži peć (1) s plamenicima (2) i konvektivni plinski kanal (3) spojen preko dimovoda (4) i dimnjaka (5) na dimnjak (6); vanjski zračni kanal (9) spojen na dimnjak (5) kroz zaobilaznu cijev dimnog plina (11) i vanjski kanal za smjesu zraka/dimnog plina (14) spojen na ventilator propuha (13); prigušnica (10) postavljena na zračni kanal (9) i zaklopka (12) montirana na zaobilaznom cjevovodu dimnih plinova (11), prigušnica (10) i zaklopka (12) su opremljeni aktuatorima; grijač zraka (8) koji se nalazi u konvektivnom plinskom kanalu (3), spojen na ventilator propuha (13) i spojen na plamenike (2) kroz zračni kanal (15) zagrijane mješavine vanjskog zraka i dimnih plinova; senzor uzorkovanja dimnih plinova (16) ugrađen na ulazu u konvektivni dimnjak (3) i spojen na plinski analizator (17) za određivanje sadržaja kisika i ugljičnog monoksida u dimnim plinovima; elektronička upravljačka jedinica (18), koja je spojena na plinski analizator (17) i na aktuatore leptira za gas (10) i ventila (12). Način iskorištavanja dimnih plinova za sagorijevanje goriva u elektrani uključuje odvođenje dijela dimnih plinova sa statičkim tlakom većim od atmosferskog iz dimnjaka (5) i dovođenje kroz zaobilazni cjevovod dimnih plinova (11) u vanjski zrak. kanal (9) sa statičkim tlakom vanjskog zraka manjim od atmosferskog; kontrolu dovoda vanjskog zraka i dimnih plinova aktuatorima prigušnice (10) i zaklopke (12), kojima upravlja elektronička upravljačka jedinica (18), tako da se postotak kisika u vanjskom zraku smanjuje na razinu od kod kojih je na ulazu u konvektivni plinski kanal (3) sadržaj kisika u dimnim plinovima bio manji od 1% u odsutnosti ugljičnog monoksida; naknadno miješanje dimnih plinova s ​​vanjskim zrakom u zračnom kanalu (14) i ventilatoru (13) za dobivanje homogene smjese vanjskog zraka i dimnih plinova; zagrijavanje dobivene smjese u grijaču zraka (8) korištenjem topline dimnih plinova; dovod zagrijane smjese u plamenike (2) kroz zračni kanal (15).

2. Rezultat povećanja energetske učinkovitosti tijekom masovne implementacije.
Do 1,5% uštede u gorivu sagorijenom u kotlovnicama, TE ili HE

3. Postoji li potreba za dodatnim istraživanjima kako bi se proširio popis objekata za uvođenje ove tehnologije?
Postoji, jer Predložena tehnologija može se primijeniti i na motore s unutarnjim izgaranjem i plinske turbine.

4. Razlozi zašto se predložena energetski učinkovita tehnologija ne primjenjuje masovno.
Glavni razlog je novost predložene tehnologije i psihološka inercija stručnjaka iz područja termoenergetike. Predloženu tehnologiju potrebno je posredovati u ministarstvima energetike i ekologije, energetskim tvrtkama koje proizvode električnu i toplinsku energiju.

5. Postojeći poticaji, prisila, poticaji za uvođenje predložene tehnologije (metode) i potreba njihovog poboljšanja.
Uvođenje novih strožih ekoloških zahtjeva za emisije NOx iz kotlovskih jedinica

6. Dostupnost tehničkih i drugih ograničenja korištenja tehnologije (metoda) na različitim objektima.
Proširiti područje primjene klauzule 4.3.25 "PRAVILA TEHNIČKOG RADA ELEKTRIČNIH STANICA I MREŽA RUSKOG FEDERACIJE NAREDBA MINISTARSTVA ENERGIJE RUSKOG FEDERACIJE OD 2. LIPNJA 19. 02. od 19. lipnja 2002. godine", od 2. lipnja 2003. godine. gorivo. U sljedećem tekstu: "... Na parnim kotlovima koji gori bilo koje gorivo, u kontrolnom rasponu opterećenja, njegovo se izgaranje u pravilu treba provoditi s koeficijentima viška zraka na izlazu iz peći manjim od 1,03 ... ".

7. Potreba za istraživanjem i razvojem i dodatnim ispitivanjem; teme i ciljevi rada.
Potreba za istraživanjem i razvojem je dobivanje vizualnih informacija (film za obuku) kako bi se zaposlenici termoenergetskih poduzeća upoznali s predloženom tehnologijom.

8. dostupnost uredbi, pravila, uputa, standarda, zahtjeva, mjera zabrane i drugih dokumenata koji reguliraju korištenje ove tehnologije (metoda) i obveznih za izvršenje; potreba za njihovim izmjenama ili potreba za promjenom samih načela formiranja tih dokumenata; prisutnost već postojećih regulatornih dokumenata, propisa i potreba za njihovom obnovom.
Proširiti opseg "PRAVILA ZA TEHNIČKI RAD ELEKTRIČNIH STANICA I MREŽA RUSKOG FEDERACIJE NAREDBA MINISTARSTVA ENERGIJE RUSKOG FEDERACIJE OD 19. LIPNJA 2003. br. 229"

klauzula 4.3.25 za kotlove koji sagorevaju bilo koju vrstu goriva. U sljedećem izdanju: „… Na parnim kotlovima koji sagorevaju gorivo, u kontrolnom rasponu opterećenja, njegovo izgaranje u pravilu treba provoditi s koeficijentima viška zraka na izlazu iz peći manjim od 1,03 ...».

klauzula 4.3.28. "... Paljenje kotla na sumporno loživo ulje mora se izvesti s prethodno uključenim sustavom grijanja zraka (grijači, sustav recirkulacije vrućeg zraka). Temperatura zraka ispred grijača zraka u početnom periodu paljenja na kotlu na ulje u pravilu ne smije biti niža od 90°C. Paljenje kotla na bilo koju drugu vrstu goriva mora se izvesti s prethodno uključenim sustavom recirkulacije zraka»

9. Potreba za razvojem novih ili izmjenom postojećih zakona i propisa.
Nije obavezno

10. Dostupnost provedenih pilot projekata, analiza njihove stvarne učinkovitosti, utvrđeni nedostaci i prijedlozi za poboljšanje tehnologije, uzimajući u obzir stečeno iskustvo.
Ispitivanje predložene tehnologije provedeno je na zidnom plinskom kotlu s prisilnim propuhom i izlazom dimnih plinova (produkata izgaranja prirodnog plina) na fasadu zgrade nazivne snage 24,0 kW, ali pod opterećenjem od 8,0 kW. Dimni plinovi su dovedeni u kotao kroz kanal postavljen na udaljenosti od 0,5 m od emisije baklje koaksijalnog dimnjaka kotla. Kutija je odgodila odlazni dim, koji je zauzvrat zamijenio "višak zraka" neophodan za potpuno izgaranje prirodnog plina, a plinski analizator instaliran na izlazu iz kotla (redovno mjesto) kontrolirao je emisije. Kao rezultat eksperimenta, bilo je moguće smanjiti emisiju NOx za 86,0% i smanjiti emisiju "stakleničkih plinova" CO2 za 1,3%.

11. Mogućnost utjecaja na druge procese masovnim uvođenjem ove tehnologije (promjene ekološke situacije, mogući utjecaj na zdravlje ljudi, povećana pouzdanost napajanja, promjene dnevnih ili sezonskih rasporeda opterećenja elektroenergetske opreme, promjene ekonomskih pokazatelja proizvodnja i prijenos energije itd.).
Poboljšanje ekološke situacije koja utječe na zdravlje ljudi i smanjenje troškova goriva u proizvodnji toplinske energije.

12. Potreba za posebnim osposobljavanjem kvalificiranog osoblja za rad uvedene tehnologije i razvoj proizvodnje.
Bit će dovoljno osposobiti postojeće servisno osoblje kotlovskih jedinica s predloženom tehnologijom.

13. Predložene metode implementacije:
komercijalno financiranje (uz povrat troškova), budući da se predložena tehnologija isplati u roku od najviše dvije godine.

Informacije dao: Y. Panfil, poštanski fah 2150, Kišinjev, Moldavija, MD 2051, e-mail: [e-mail zaštićen]

Da bi dodati opis tehnologije za uštedu energije u Katalog, ispunite upitnik i pošaljite ga na označeno "u katalog".

Denis Ryndin,
glavni inženjer "Vodne tehnologije"

Trenutno su posebno akutna pitanja povećanja učinkovitosti instalacija grijanja i smanjenja pritiska okoliša na okoliš. Najperspektivnije je, u tom pogledu, korištenje kondenzacijske tehnologije, koja je sposobna na najcjelovitiji način riješiti zacrtani niz problema. Vodnaya tehnika je oduvijek nastojala uvesti modernu i učinkovitu opremu za grijanje na domaće tržište. U svjetlu toga, njezin interes za kondenzacijsku tehnologiju, kao najučinkovitiju, visokotehnološku i perspektivnu, prirodan je i opravdan. Stoga je 2006. godine jedan od prioritetnih smjerova razvoja tvrtke promocija kondenzacijske opreme na ukrajinskom tržištu. U tu svrhu planira se niz događanja, od kojih je jedan niz popularizirajućih članaka za one koji se prvi put susreću s takvom tehnikom. U ovom članku pokušat ćemo dotaknuti glavna pitanja implementacije i primjene principa kondenzacije vodene pare u tehnologiji grijanja:

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

Kako se toplina razlikuje od temperature?

Temperatura je stupanj zagrijavanja tijela (kinetička energija molekula tijela).Vrlo relativna vrijednost, to se lako može ilustrirati pomoću Celzijevih i Fahrenheitovih ljestvica. U svakodnevnom životu koristi se Celzijeva ljestvica u kojoj se točka smrzavanja vode uzima kao 0, a vrelište vode pri atmosferskom tlaku uzima se kao 100 °. Budući da točke smrzavanja i vrelišta vode nisu dobro definirane, Celzijeva ljestvica je trenutno definirana u smislu Kelvinove ljestvice: Celzijus je jednak Kelvinu, a apsolutna nula uzima se kao -273,15 °C. Celzijeva ljestvica je praktički vrlo zgodna, budući da je voda vrlo česta na našem planetu, a naš život se temelji na njoj. Nula Celzijusa posebna je točka za meteorologiju, budući da smrzavanje atmosferske vode sve bitno mijenja. U Engleskoj, a posebno u SAD-u, koristi se Fahrenheitova ljestvica. Ova skala je podijeljena sa 100 stupnjeva od temperature najhladnije zime u gradu u kojem je Fahrenheit živio do temperature ljudskog tijela. Nula Celzijusa je 32 Fahrenheita, a stupanj Fahrenheita je 5/9 stupnjeva Celzijusa.

Tablica 1 Jedinice temperature

Kako biste jasnije zamislili razliku između pojmova temperature i topline, razmotrite sljedeći primjer: Primjer s zagrijavanjem vode: Pretpostavimo da smo zagrijali neku količinu vode (120 litara) na temperaturu od 50 °C, a koliko vode možemo li se zagrijati na temperaturu od 40 °C koristeći istu količinu topline (izgorjelo gorivo)? Radi jednostavnosti, pretpostavit ćemo da je u oba slučaja početna temperatura vode 15 °C.

Slika 1 Primjer 1

Kao što se može vidjeti iz ilustrativnog primjera, temperatura i količina topline su različiti pojmovi. Oni. tijela na različitim temperaturama mogu imati istu toplinsku energiju, i obrnuto: tijela s istom temperaturom mogu imati različitu toplinsku energiju. Da bismo pojednostavili definicije, izmišljena je posebna vrijednost - Entalpija Entalpija je količina topline sadržana u jedinici mase tvari [kJ / kg] U prirodnim uvjetima na Zemlji postoje tri agregatna stanja vode: čvrsto (led) , tekući (sama voda), plinoviti (vodena para) Prijelaz vode iz jednog agregatnog stanja u drugo popraćen je promjenom toplinske energije tijela pri konstantnoj temperaturi (mijenja se stanje, a ne temperatura, u drugom riječima, sva toplina se troši na promjenu stanja, a ne na zagrijavanje) Prividna toplina je toplina pri kojoj promjena količine topline dovedene u tijelo uzrokuje promjenu njegove temperature Latentna toplina - toplina isparavanja (kondenzacije ) je toplina koja ne mijenja temperaturu tijela, ali služi za promjenu agregatnog stanja tijela. Ilustrirajmo ove koncepte grafom na kojem će entalpija (količina dovedene topline) biti ucrtana duž ordinatne osi, a temperatura duž ordinatne osi. Ovaj grafikon prikazuje proces zagrijavanja tekućine (vode).

Slika 2 Entalpija - graf ovisnosti o temperaturi, za vodu

A-B voda se zagrijava s temperature od 0 ºS do temperature od 100 ºS (u ovom slučaju sva toplina koja se dovodi u vodu ide na povećanje njene temperature)
A-C voda ključa (u ovom slučaju sva toplina dovedena vodi ide da se pretvori u paru, dok temperatura ostaje konstantna na 100 ºS)
CD sva voda se pretvorila u paru (zakuhala) i sada toplina ide na povećanje temperature pare.

Sastav dimnih plinova pri izgaranju plinovitih goriva

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

Slika 3 Sastav prirodnog plina i zraka

Pogledajmo kako se razvija reakcija izgaranja plinovitog goriva:

Slika 4 Reakcija izgaranja plinovitog goriva

Kao što se vidi iz jednadžbe oksidacijske reakcije, kao rezultat dobivamo ugljični dioksid, vodenu paru (dimni plinovi) i toplinu. Toplina koja se oslobađa pri izgaranju goriva naziva se Donja kalorijska vrijednost goriva (PCI).Hladimo li dimne plinove, tada će se pod određenim uvjetima vodena para početi kondenzirati (prijelaz iz plinovitog stanja u plinovito stanje). tekuće stanje).

Slika 5 Oslobađanje latentne topline tijekom kondenzacije vodene pare

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

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

Tablica 2. Vrijednosti veće i niže ogrjevne vrijednosti za različite vrste goriva

Kao što se vidi iz gornje tablice, najveću dodatnu toplinu možemo dobiti izgaranjem metana. Sastav prirodnog plina nije stalan i ovisi o polju. Prosječni sastav prirodnog plina prikazan je na slici 6.

Slika 6 Sastav prirodnog plina

Međuzaključci:

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

2. Najperspektivnije gorivo u tom smislu je prirodni plin (razlika između više i niže kalorijske vrijednosti je više od 10%)

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

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

Slika 7 Točka rosišta

Međuzaključci:

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

Može li učinkovitost plinskog kotla biti veća od 100%?

Uzmimo tehničke karakteristike nekog proizvoljno montiranog kotla:

Ukupna snaga kotla =23.000 Kcal/h (26.7 KW);

Neto snaga kotla=21.000 Kcal/h (24.03 KW);

Drugim riječima, maksimalni toplinski učinak plamenika je 23.000 Kcal/h (količina topline koja se oslobađa tijekom izgaranja goriva), a maksimalna količina topline koju prima rashladno sredstvo je 21.000 Kcal/h.

Gdje nestaje razlika među njima? Dio proizvedene topline (6-8%) gubi se s odlaznim dimnim plinovima, a drugi (1,5-2%) se raspršuje u okolni prostor kroz zidove kotla.

Ako zbrojimo ove količine, možemo napisati sljedeću jednadžbu:

Ako korisnu snagu kotla podijelimo ukupnom i rezultat pomnožimo sa 100%, dobivamo učinkovitost kotla (COP) u%.

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

Dakle, ova vrijednost izravno ovisi o Donjoj kalorijskoj vrijednosti goriva, a ne uzima u obzir toplinu koja se može osloboditi tijekom kondenzacije vodene pare iz produkata izgaranja.

Drugim riječima, ovo je učinkovitost kotla, u odnosu na Donju kalorijsku vrijednost goriva.

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

Slika 9 Raspodjela toplinskih tokova u bezkondenzacijskom kotlu

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

Slika 10 Raspodjela toplinskih tokova u kondenzacijskom kotlu

Međuzaključci:
1. Učinkovitost od 100% ili više je moguća ako se kao početna točka uzme niža, a ne viša kalorijska vrijednost.
2. Ne možemo u potpunosti iskoristiti svu toplinu (eksplicitnu i latentnu) iz tehničkih razloga, stoga učinkovitost kotla ne može biti jednaka niti veća od 111% (u odnosu na Donju ogrjevnu vrijednost goriva).

Načini rada kondenzacijskih kotlova

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

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

Sustav grijanja 40/30 °C

Slika 11 Raspored rada sustava niske temperature

Od velike važnosti je proizvodni kapacitet kondenzacijskih kotlova takvog sustava grijanja tijekom cijelog razdoblja grijanja. Niske temperature povrata uvijek su ispod temperature rosišta, tako da kondenzacija dolazi stalno. To se događa u sustavima niskotemperaturnog panelnog grijanja ili podnog grijanja. Za takve sustave idealan je kondenzacijski bojler.

Slika 12 Uvjeti sobne temperature pri korištenju podnog i konvektorskog grijanja

Postoje mnoge prednosti vodenog podnog grijanja u odnosu na tradicionalne:

• Povećana udobnost. Pod postaje topao i ugodan za hodanje, jer se prijenos topline događa s velike površine s relativno niskom temperaturom.
• Ujednačeno grijanje cijele površine prostorije, a time i ravnomjerno grijanje. Osoba se osjeća jednako ugodno u blizini prozora i u sredini sobe.
• Optimalna raspodjela temperature po visini prostorije. Slika 12. prikazuje približnu raspodjelu temperatura po visini prostorije pri korištenju tradicionalnog grijanja i podnog grijanja. Raspodjelu temperatura, uz podno grijanje, čovjek osjeća kao najpovoljniju. Također je potrebno napomenuti smanjenje toplinskih gubitaka kroz strop, budući da je temperaturna razlika između unutarnjeg i vanjskog zraka značajno smanjena, a ugodnu toplinu dobivamo samo tamo gdje nam je potrebna, a ne grijemo okoliš kroz krov. To omogućuje učinkovito korištenje sustava podnog grijanja za zgrade s visokim stropovima - crkve, izložbene dvorane, teretane itd.

• Higijena. Nema cirkulacije zraka, smanjen je propuh, a samim time ni kruženje prašine, što je veliki plus za dobrobit ljudi, pogotovo ako boluju od bolesti dišnog sustava.
• Značajan dio topline s poda prenosi se u obliku prijenosa topline zračenja. Zračenje, za razliku od konvekcije, odmah širi toplinu na okolne površine.
• U blizini uređaja za grijanje nema umjetnog odvlaživanja zraka.
• Estetika. Nema uređaja za grijanje, nema potrebe za njihovim dizajnom ili odabirom optimalnih veličina.

Sustav grijanja 75/60°C

Slika 13 Raspored rada visokotemperaturnog sustava

Učinkovito korištenje topline kondenzacije moguće je i pri projektnim temperaturama od 75/60 ​​°C za vrijeme koje iznosi 97% trajanja razdoblja grijanja. To se odnosi na vanjske temperature od -11°C do +20°C. Stari sustavi grijanja, koji su projektirani za temperature od 90/70 °C, danas rade na gotovo 75/60 ​​°C. Čak iu sustavima s ogrjevnim medijem od 90/70 °C i s načinom rada u kojem se temperatura kotlovske vode regulira prema vanjskoj temperaturi, vrijeme iskorištenja kondenzacijske topline iznosi 80% godišnjeg razdoblja grijanja.

Visoka standardizirana učinkovitost

Primjeri na slikama 11 i 13 jasno pokazuju da razlika između ove dvije opcije, ali u isto vrijeme, visok postotak iskorištenja kondenzacijske topline ima izravan utjecaj na potrošnju energije plinskog kondenzacijskog kotla. Za označavanje učinkovitosti potrošnje goriva kotlova za grijanje uveden je koncept standardiziranog faktora učinkovitosti. Slika 14 prikazuje ovisnost potrošnje energije o različitim projektnim temperaturama sustava grijanja.

Slika 14 Učinkovitost u odnosu na temperaturu povrata

Visoka standardizirana učinkovitost plinskih kondenzacijskih bojlera posljedica je sljedećih čimbenika:

– Ostvarenje visoke vrijednosti CO 2. Što je veći sadržaj CO 2, to je viša temperatura rosišta plinova za grijanje.

– Održavanje niskih temperatura povrata. Što je temperatura povrata niža, to je kondenzacija aktivnija i temperatura dimnih plinova niža.

Međuzaključci:

Učinkovitost kondenzacijskog kotla uvelike ovisi o radnoj temperaturi sustava grijanja.
U novim instalacijama moraju se iskoristiti sve mogućnosti za optimalan rad plinskog kondenzacijskog kotla. Visoka učinkovitost postiže se kada su ispunjeni sljedeći kriteriji:
1. ?Ograničite temperaturu povrata na najviše 50 °C
2. ?Pokušajte održavati temperaturnu razliku između protoka i povrata od najmanje 20 K
3. Nemojte poduzeti mjere za povećanje temperature povratnog voda (to uključuje, na primjer, ugradnju četverosmjerne mješalice, obilazne vodove, hidraulične strelice).

Načini implementacije principa kondenzacije u montiranim kotlovima

Trenutno postoje dva glavna načina implementacije principa kondenzacije vodene pare u dimnim plinovima: daljinski ekonomajzer i izmjenjivač topline od nehrđajućeg čelika s ugrađenim ekonomajzerom

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

Slika 17 Kondenzacijski bojler s vanjskim ekonomajzerom

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

Slika 18 Shema strujanja dimnih plinova između zavojnica izmjenjivača topline

Ispred izolacijske ploče nalazi se nekoliko elemenata za izmjenu topline. Oni igraju ulogu "prve faze", budući da se ovdje javlja samo mala kondenzacija. Četvrti, odnosno peti element za izmjenu topline nalazi se iza izolacijske ploče. U ovoj "fazi kondenzacije" odvija se glavni proces kondenzacije.

Prednosti ovog principa leže u vrlo učinkovitom prijenosu topline i, s druge strane, u uklanjanju buke ključanja uzrokovane velikim brzinama protoka u glatkim cijevima.
Još jedna prednost ovog izmjenjivača topline je niska osjetljivost na kamenac, jer se zbog malih presjeka cijevi stvara visoka razina turbulencije.
Glatka površina cijevi od nehrđajućeg čelika i okomiti smjer protoka pružaju učinak samočišćenja.
Povratni priključak izmjenjivača topline nalazi se straga, priključak za protok je sprijeda. Na izmjenjivač topline ugrađen je odvod kondenzata.
Kolektor dimnih plinova izrađen je od plastike prije spajanja cjevovoda "ulaz zraka / izlaz dimnih plinova".

Slika 19 Hidraulički dijagram kondenzacijskog kotla s ugrađenim ekonomajzerom

Slika 20 Presjek izmjenjivača topline kondenzacijskog kotla s ugrađenim ekonomajzerom

Konvencionalno izgaranje plina i potpuno premiks izgaranje

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

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

Zapaljivi plin se dovodi pod tlakom u mlaznicu. Ovdje se zbog suženja prolaza potencijalna energija tlaka pretvara u kinetičku energiju mlaza. Zbog posebnog geometrijskog presjeka Venturi mlaznice dolazi do miješanja primarnog zraka. Izravno u mlaznici dolazi do mješavine plina i zraka (nastaje mješavina plina i zraka). Sekundarni zrak se dodaje na izlazu iz mlaznice. Promjena snage plamenika nastaje zbog promjene tlaka plina, odnosno brzine mlaza plina i količine usisanog zraka.
Prednosti ovog dizajna su njegova jednostavnost i bešumnost.
Ograničenja i nedostaci: veliki višak zraka, ograničena dubina modulacije, obilje štetnih emisija.

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

Kondenzacijski kotlovi koriste princip "Totalnog prethodnog miješanja plina i zraka". Bit ove metode leži u primjeni plina u struji zraka, zbog razrjeđivanja koje stvara potonji u Venturijevoj mlaznici.

Plinske armature i puhalo
Čim elektronika prepozna početnu brzinu puhala, otvaraju se serijski plinski ventili.
Na usisnoj strani puhala ugrađen je dovod zraka / izlaz dimnih plinova s ​​dvostrukom stijenkom (Venturi sustav). Zbog prstenastog razmaka, u skladu s Venturijevim principom, dolazi do pojave usisnog fenomena u komori iznad glavne membrane za kontrolu plina u plinskom ventilu.

Slika 20 Jedinica za miješanje plamenika s potpunom premiksom

Proces paljenja
Plin prolazi kroz kanal 1 ispod kontrolnih membrana. Glavni ventil za kontrolu plina otvara se zbog nastale razlike tlaka. Plin tada ulazi u puhalo kroz Venturi sustav i miješa se s usisnim zrakom. Mješavina plina i zraka ulazi u plamenik i zapaljuje se.
Modulacijski način rada
Hod glavnog ventila za upravljanje plinom ovisi o položaju regulacijskog ventila. Povećanjem brzine puhala smanjuje se tlak iza glavnog ventila za upravljanje plinom. Kanal 2 nastavlja promjenu tlaka na tlak ispod dijafragme regulacijskog ventila. Izlazni otvor se nastavlja zatvarati, pri čemu se smanjuje brzina smanjenja tlaka plina kroz kanal 2. Tako se kroz kanal 1 povećava tlak ispod membrane glavnog ventila za upravljanje plinom. Glavni ventil za kontrolu plina nastavlja se otvarati, stoga više plina teče u puhalo, a time i više plina u plamenik.
Plamenik se tako kontinuirano modulira promjenom protoka puhala. Količina plina prati količinu zraka u unaprijed određenom omjeru. Tako je u cijelom rasponu modulacije moguće održavati omjer viška zraka na gotovo konstantnoj razini.

Slika 21 Termo modul plamenika s punim premiksom

Sadržaj štetnih tvari u dimnim plinovima i načini smanjenja njihove koncentracije

Trenutno je zagađenje okoliša sve veće. Po količini emisija iz sektora topline i energije na drugom je mjestu, nakon cestovnog prometa.

Slika 22 Postotak emisija

Stoga je pitanje smanjenja štetnih tvari u produktima izgaranja posebno akutno.

Glavni zagađivači:

1. • Ugljični monoksid CO
   • Dušikovi oksidi NO x
   • Pare kiselina

Preporučljivo je boriti se protiv prva dva čimbenika poboljšanjem procesa izgaranja (točan omjer plin-zrak) i snižavanjem temperature u kotlovskoj peći.

Prilikom izgaranja plinovitih goriva moguće je stvaranje sljedećih kiselina:

Pare kiselina savršeno se uklanjaju zajedno s kondenzatom. Odlaganje u tekućem stanju je prilično jednostavno. Obično se to radi neutralizacijom kiseline s lužinom.

Korištenje kiselog kondenzata

Kao što se može vidjeti iz reakcije izgaranja metana:

Pri izgaranju 1 m3 plina nastaje 2 m3 vodene pare. Tijekom normalnog rada kondenzacijskog kotla dnevno se formira oko 15-20 litara. kondenzat. Ovaj kondenzat ima nisku kiselost (oko Ph=3,5-4,5), koja ne prelazi dopuštenu razinu kućnog otpada.

Slika 23 Razina kiselosti kondenzata plinskog kotla

Tablica 3. Sadržaj teških metala u kondenzatu

Stoga je dopušteno ispuštanje kondenzata u kanalizaciju, gdje će se neutralizirati alkalnim otpadom iz kućanstva.
Treba napomenuti da se domaći sustavi odvodnje sastoje od materijala otpornih na kiseli kondenzat.
Prema radnom listu ATV A 251, ovo su sljedeći materijali:
_ Keramičke cijevi
_ Krute PVC cijevi
_ PVC cijevi
_ HDPE cijevi
_ Polipropilenske cijevi
_ akrilonitril-butadien-stiren kopolimer ili akrilonitril-stiren-akrilni ester (ABS/ASA) cijevi
_ Cijevi od nehrđajućeg čelika
_ Borosilikatne cijevi

Slika 24 Zbrinjavanje kondenzata

Prema talijanskim propisima, gornja shema ispuštanja kondenzata može se koristiti za kotlovska postrojenja ukupne snage do 116 kW (prema njemačkom standardu ATV A 251, ne više od 200 kW). Ako je ta vrijednost prekoračena, potrebno je ugraditi posebne neutralizatore granulatora kondenzata.

Slika 25 Neutralizacija kondenzata pomoću kondenzatne pumpe

1. Odvod pare kotla
2. Ulaz pretvarača
3. Neutralizator kondenzata
4. Izlaz katalizatora
5. Crijevo za dovod kondenzata do hvatača kondenzata
6. Zamka kondenzata
7. Odvod kondenzata
8. Crijevo za odvod kondenzata
9. Adapter
10. Kanalizacija
11. Montažne stezaljke

Slika 25 prikazuje primjer postrojenja za neutralizaciju. Kondenzat koji ulazi u neutralizator prvo se filtrira kroz sloj aktivnog ugljena, a zatim se neutralizira u glavnom volumenu. Kondenzatna pumpa se ugrađuje kada je potrebno ispustiti kondenzat iznad razine kondenzatnog sifona u kotlu. Ovaj dizajn se koristi za neutralizaciju kondenzata iz kotlova ukupne snage od 35 do 300 kW (ovisno o snazi ​​instalacije, duljina pretvarača varira). Ako instalacijska snaga prelazi 300 kW, tada se paralelno instalira nekoliko neutralizatora.
Neutralizator je iznimno jednostavan za održavanje i zahtijeva reviziju i dodavanje granulata najviše jednom godišnje. U pravilu se kiselost kondenzata također procjenjuje pomoću lakmus papira.

Argument u korist kondenzacijske tehnologije