Сжигание газа при недостатке и избытке воздуха в котельной

Обновлено: 19.05.2024

Физический смысл коэффициента избытка воздуха. Оптимальная величина для топок с жидким топливом

Коэффициент избытка воздуха - это отношение фактически подаваемого количества воздуха к теоретически необходимому.

Машинисты паровых и водогрейных котлов должны помнить: чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем котел работает экономичнее потому, что чрезмерный избыток его нарушает процесс горения и сопровождается рядом потерь в котельной установке. Избыточный воздух в топке следует поддерживать на нужном уровне, благодаря чему котел будет работать с меньшими потерями теплоты. Коэффициент избытка воздуха: для мазута – 1,1 – 1,3.

Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально – по цвету и характеру пламени:

соломенно-желтое (для твердого и жидкого топлива) – сгорание полное

прозрачно-голубоватое (для газообразного топлива) – сгорание полное

красное или желтое с дымными полосами – сгорание неполное .

Это позволяет более правильно сопоставлять работу паровых котлов различной производительности.

В топку и газоходы паровых котлов, находящихся при давлениях ниже атмосферного, и в системы пылеприготовления может проникать воздух из окружающей среды, т. е. могут иметь место присосы воздуха. Они появляются из-за неплотностей стен и перепада давлений. По ходу движения продуктов сгорания их количество непрерывно возрастает.

Количество воздуха для сжигания природного газа: формулы и примеры расчетов

От качества процесса горения зависит эффективность работы всевозможного газового оборудования. На что прямо влияет количество воздуха для сжигания природного газа, вычислить которое совсем несложно. Почему бы не позаботиться об эффективности расхода топлива и повышении КПД оборудования, выполнив необходимые расчеты самостоятельно, ведь верно?

Но как это правильно сделать и где взять данные для вычислений? Чтобы разобраться в этой теме, давайте рассмотрим в рамках нашей статьи теорию расхода воздуха на сжигание газа, познакомимся с наиболее простыми формулами для вычисления необходимого объема воздуха. А также поговорим о практической пользе этих вычислений.

Теория расхода воздуха на сжигание газа

Процедура получения тепловой энергии напрямую влияет на длительность эксплуатации, периодичность работ по обслуживанию газоиспользующего оборудования. Следует понимать, что оптимальная газовоздушная смесь является залогом безопасности. Поговорим детальнее о расходе воздуха на сжигание газа.

Для сгорания одной молекулы метана, который является основной составляющей природного газа, требуется ровно 2 молекулы кислорода. Если перевести в понятные объемы, то для того, чтобы окислить кубический метр указанного топлива придется использовать в 2 раза больше кислорода.

Но в реальных условиях все сложней. Так как в качестве окислителя для выполнения химико-физического процесса горения применяется воздух, в составе, которого кислород, необходимый для поддержания горения, составляет всего пятую часть. А, если точно, то 20,93% — именно такое процентное соотношение принято использовать для всевозможных технических расчетов. То есть воздуха понадобится в 9,52 раза больше.

При любом техническом расчете количества газа за основу берут все 100% этого топлива. Хотя его основного вещества — метана (СН4) может быть в составе не более 75%

Узнать указанную цифру получится, выполнив 2 действия:

Деление 100/21. Эта операция позволяет выяснить, что воздуха в любом объеме в 4,76 раза больше, чем кислорода.
Умножение 4,76 на 2, что равняется 9,52 — именно во сколько раз больше понадобится израсходовать воздуха для сжигания любого объема природного газа.

Но есть одна важная оговорка: вычисленное количество воздуха необходимое для эффективного горения газа, является теоретическим расходом. А на практике его понадобится. Причина в том, что расчет проводился для идеальных условий, а в реальности почти всегда существует ряд факторов, которые вносят значительные коррективы.

К ним относятся:

состав и качество реагентов (воздуха, газа);
вид оборудования, используемого для подвода энергоносителя;
состояния оборудования;
способа подачи газа, воздуха, а также ряд других моментов.

Если нужна особая точность, то перечисленные выше особенности иногда возможно учесть. К примеру, точный состав газа получится выяснить в ближайшем представительстве службы газа. Но, когда особая точность не нужна, то полученное значение 9,52 просто умножают на, так называемый, коэффициент избытка воздуха. Значение которого обычно лежит в пределах 1,1 — 1,4.

Кислород является окислителем газа. То есть он сам не горит, но активно поддерживает этот процесс с участием указанного топлива. Но поскольку кислорода в составе воздуха не более 20,93%, то считается, что для процедуры сгорания газа его требуется почти в 5 раз больше

Когда расчет должен быть максимально точным, тогда следует количество действительно используемого воздуха разделить на его теоретический расход. Но в большинстве случаев проще использовать усредненное значение коэффициента избытка воздуха. Значение которого следует умножить на 9,52 и в результате получится узнать точное количество расходуемого воздуха, нужного для обеспечения процедуры сгорания газа.

Так если он равен:

1,1 — воздушной массы понадобится в 10,472 раза больше;
1,4 — воздуха потребуется использовать в 13,328 раз больше.

То есть для сжигания каждого кубического метра энергоносителя понадобится до 13,328 м³ воздуха.

Формулы и примеры выполнения расчета

Необходимое значение в каждом конкретном случае можно получить, воспользовавшись специальной формулой или усредненными показателями. Об этих способах поговорим детальнее.

Которая гласит, что часовой объем воздуха (V_ч ), необходимый для сгорания, будет равен:

V_ч = 1,1 х К_изб.в х V_т х V_г/ч х (273 + t)/273,

К_изб.в — коэффициент избытка воздуха;
V_т— теоретически необходимое количество воздуха;
V_г/ч— часовой расход газа оборудованием;
t — значения температуры в помещении, где размещено газовое оборудование.

Необходимый для вычислений часовой расход газа указан в паспорте любого газового прибора.

То есть, если такое значение равняется 10, а:

температура в помещении, к примеру, 18 °С;
коэффициент избытка воздуха — 1,1.

Тогда выполняем, указанные выше математические действия, а именно:

1,1 х 1,1 х 9,52 х 10 х (273 + 18) / 273 = 122,1

В результате выясняется, что в этом конкретном случае для сжигания газа, каждый час нужно будет 122,1 м³ воздуха.

Расчет количества воздуха необходим для обеспечения эффективной и безопасной работы любого газового оборудования, включая плиты, колонки и котлы отопления, которые используются в быту

Если нет желания выполнять подобный расчет воздуха на горение нужного количества газа, тогда можно прислушаться к рекомендациям многих производителей, специалистов.

Которые гласят, что процесс будет эффективным, если на каждый киловатт мощности ежечасно подводить не меньше 1,6 м³ воздуха.

Если способ расчета с использованием формулы покажется сложным, то можно воспользоваться менее точным и просто усредненным, но зато очень простым, а поэтому доступным. Так как все, что нужно сделать это умножить мощность нужного газового прибора на 1,6, что позволит получить приблизительный объем воздуха, который каждый час придется подводить для полного сгорания газа

То есть выполнить вычисление получится всего за одно действие. Для чего взятое из паспорта значение мощности газового прибора следует умножить на указанные 1,6. В качестве результата получится нужное для эффективного горения количество воздуха.

К примеру, если мощность газового котла составляет 40 кВт, тогда это значение следует умножить на 1,6:

40 х 1,6 = 64

Получится 64 м³ воздуха, которые ежечасно необходимо будет подводить к газовому прибору.

Практическое значение расчета расхода воздуха

Навыки выполнения подобных расчетов могут понадобится для повышения КПД газового оборудования, а также устранения причин его неправильной работы.

Профилактика поломок и понижения КПД оборудования

К примеру, знание оптимального количество окислителя понадобится, когда поверхности дымоходов (внутренние), элементов конструкции оборудования (теплообменники, горелки, прочие) быстро покрываются наслоениями сажи, других продуктов сгорания.

Если устранение загрязнений должного эффекта не дает, как и любые другие меры (настройка, замена частей, узлов агрегатов). Что свидетельствует о наличии так называемого, недогара энергоносителя, который происходит из-за недостаточного количества воздуха.

Процедура горения газа считается сложной реакцией. В результате, если окислителя, то есть воздуха, не будет в достаточном количестве, то это будет сказываться на состоянии, работоспособности и исправности всего газового оборудования. И в ряде случаев неполадки получится устранить только после выявления и корректировки количества воздуха, участвующего в реакции

А также знание необходимого расхода воздуха потребуется в следующих ситуациях:

Выявлен перерасход газа, который не получается устранить с помощью регулировок, других манипуляций. Так как причиной может быть механический недожег. То есть процесс при котором подводится слишком большое количество воздуха, что тоже приводит к неполному сгоранию газа.
Замечено частое изменение цвета «голубого» топлива во время горения — к примеру, на оранжевый, белый, красный, желтый. Это более сложные случаи, чем предыдущие, так как причиной может быть, как избыток воздуха, так и его недостаточное количество.
Неустойчивого процесса горения газа. Например, если задействованы не все рабочие отверстия конфорки, горелки газового котла и т. д. А чистка перечисленных элементов конструкции не привела к улучшению, так как как в таких ситуациях точно придется подводить воздуха на порядок больше.

Несмотря на наличие различных причин расчет выполняется одинаково, согласно методике, изложенной выше.

Польза расчетов при обустройстве котельной

Вычисления количества воздуха, необходимого для эффективного окисления газа, необходимы в случаях обустройства топочной, установки, замены газового оборудования и других подобных.

Всегда следует помнить о том, что теоретические расчеты хороши только, когда их правильность подтверждена практикой. А в случае с количеством воздуха — представителями горгазов с газоанализаторами

И расчеты выполняются, но ситуация в каждом указанном случае усложняется тем, что для получения всех необходимых данных необходимо выполнить еще ряд вычислений.

К которым относятся расчеты:

суммарного расхода воздуха — в помещение с газовым оборудованием необходимо поставлять воздух не только для процесса горения, но и для его проветривания (в СНиП II-35-76 четко сказано, что в помещениях, используемых в качестве топочных, ежечасно должны сменяться 3 объема воздуха);
сечения вытяжного канала;
сечения (-ий) отверстия (-ий) входных каналов;
естественной тяги в предусмотренном вытяжном канале;
фактической скорости воздушных масс в сечениях будущих воздуховодов;
потерь давления на всевозможные местные сопротивления;
размера окна, положенного в помещении с газовым оборудованием.

Кроме правильного обустройства вентиляции котельной, может понадобиться выполнение еще ряда процедур, к примеру, выполнение аэродинамического расчета.

При выполнении расчета следует помнить о том, что любые действия с газом представляют собой существенную опасность. Поэтому лучше доверить их выполнение специалистам

Если в каком-то конкретном случае проект составлять не нужно, то расчеты, выполненные специалистом, исключат угрозу жизни, здоровью самого владельца газового оборудования, его близким и людям, проживающим рядом.

Кроме того, позволят избежать действий, трактующихся законодательством, как самовольное подключение к каким-либо газопроводам. За которые ст. 7.19 КоАП РФ предусматривает санкции в виде штрафа, размер которого 10-15 тыс. рублей. К примеру, так может произойти, если владелец помещения после выполнения расчетов, внесет в конструкцию системы отопления изменения.

Не нужно забывать то, что неудачный расчет количества воздуха или любой другой может сделать человека правонарушителем. За что придется расплачиваться, как минимум финансово. К примеру, если действия или бездействие приведут к нарушению правил, призванных обеспечивать безопасное использование любого газового оборудования, то в качестве штрафа придется расстаться с суммой денег в размере 1-30 тыс. рублей. О чем сказано в ст. 9.23 КоАП

После вычислений не стоит принимать необдуманного решения по замене газового оборудования, особенно с отличающейся мощностью. Если же так произошло, тогда стоит уведомить представителей газовой службы о выполненных действиях. Что поможет избежать штрафов.

А также не нужно воплощать сделанные теоретические расчеты ценой нарушений правил, норм изложенных в СНиП II-35-76, который регулирует сферу обустройства помещений, предназначенных для использования газового оборудования. Так как согласно ст. 9.23 КоАП даже за самые мелкие нарушения придется выложить 1-2 тыс. рублей.

Выводы и полезное видео по теме

Приложенный ниже видеоматериал позволит выявлять недостаток воздуха при горении газа без каких-либо расчетов, то есть визуально.

Рассчитать количество воздуха, необходимого для эффективного горения любого объема газа можно за считанные минуты. И владельцам недвижимости, оборудованной газовым оборудованием, следует об этом помнить. Так как в критический момент, когда котел или любой другой прибор будет работать неправильно, умение вычислять количество воздуха, нужное для эффективного горения, поможет выявить и устранить неполадку. Что, кроме того, повысит безопасность.

Хотите дополнить изложенный выше материал полезными сведениями и рекомендациями? Или у вас остались вопросы по расчету? Задавайте их в блоке комментариев, пишите свои замечания, принимайте участие в обсуждении.

Регулирование процесса горения (Основные принципы горения)

Для оптимального горения необходимо использовать большее количество воздуха, чем следует из теоретического расчёта химической реакции (стехиометрический воздух).

Это вызвано необходимостью окислить всё имеющееся в наличии топливо.

Разница между реальным количеством воздуха и стехиометрическим количеством воздуха называется избытком воздуха. Как правило, избыток воздуха находится в пределах от 5% до 50% в зависимости от типа топлива и горелки.

Обычно, чем труднее окислить топливо, тем большее количество избыточного воздуха требуется.

Избыточное количество воздуха не должно быть чрезмерным. Чрезмерное количество подаваемого воздуха для горения снижает температуру дымовых газов и увеличивает тепловые потери теплогенератора. Кроме того, при определённом предельном количестве избыточного воздуха, факел слишком сильно охлаждается и начинают образовываться CO и сажа. И наоборот, недостаточное количество воздуха вызывает неполное сгорание и те же самые проблемы, указанные выше. Поэтому, чтобы обеспечить полное сгорание топлива и высокую эффективность горения количество избыточного воздуха должно быть очень точно отрегулировано.

Полнота и эффективность сгорания проверяются измерениями концентрации угарного газа CO в дымовых газах. Если угарного газа нет, значит сгорание произошло полностью.

Косвенно уровень избыточного воздуха можно рассчитать, измеряя концентрацию свободного кислорода O₂ и/или двуокиси углерода СO₂ в дымовых газах.

Количество воздуха будет примерно в 5 раз больше, чем измеренное количество углерода в объёмных процентах.

Что касается СO₂, то его количество в дымовых газах зависит только от количества углерода в топливе, а не от количества избыточного воздуха. Его абсолютное количество будет постоянным, а процент от объёма будет изменяться в зависимости от количества избыточного воздуха, находящегося в дымовых газах. При отсутствии избыточного воздуха количество СO₂ будет максимальным, при увеличении количества избыточного воздуха, объёмный процент СO₂ в дымовых газах понижается. Меньшее количество избыточного воздуха соответствует большему количеству СO₂ и наоборот, поэтому горение идет более эффективно, когда количество СO₂ близко к своему максимальному значению.

Состав дымовых газов можно отобразить на простом графике с помощью "треугольника горения" или треугольника Оствальда, который строится для каждого типа топлива.

С помощью этого графика, зная процентное содержание СO₂ и O₂, мы можем определить содержание CO и количество избыточного воздуха.

В качестве примера на рис. 10 приведен треугольник горения для метана.

Рисунок 10. Треугольник горения для метана

По оси X указано процентное содержание O₂, по оси Y указано процентное содержание СO₂. гипотенуза идет от точки А, соответствующей максимальному содержанию СO₂ (в зависимости от топлива) при нулевом содержании O₂, до точки В, соответствующей нулевому содержанию СO₂ и максимальному содержанию O₂ (21%). Точка А соответствует условиям стехиометрического горения, точка В -отсутствию горения. Гипотенуза - это множество точек, соответствующих идеальному горению без CO.

Прямые линии, параллельные гипотенузе, соответствуют различному процентному содержанию CO.

Предположим, что наша система работает на метане и анализ дымовых газов показал, что содержание СO₂ составляет 10%, а содержание O₂ составляет 3%. Из треугольника для газа метана мы находим, то содержание CO равно 0, а содержание избыточного воздуха равно 15%.

В таблице 5 показано максимальное содержание СO₂ для разных видов топлива и значение, которое соответствует оптимальному горению. Это значение рекомендованное и рассчитано на основе опыта. Следует отметить, что когда из центральной колонки берётся максимальное значение необходимо произвести измерение выбросов, по процедуре описанной в главе 4.3.

Таблица 5. Максимальное рекомендуемое содержание CO₂ для разных видов топлива

Для систем, работающих на жидком топливе, необходимо измерить сажевое число по методу Бахараха. Этот метод состоит в том, что некоторый объём дымовых газов, отбираемый маленьким насосом, пропускается через фильтр в виде абсорбирующей бумаги. Та сторона фильтра, что обращена к газам, сереет или чернеет Цвет зависит от количества сажи. Цвет сравнивается с опытной шкалой, состоящей из 10 закрашенных дисков, оттенок которых меняется от 0 (белый цвет) до 9 (чёрный цвет). Номер шкалы, который совпадает с цветом фильтра и является сажевым числом по Бахараху.

Предельно допустимое значение этого параметра определяется государственным законодательством и зависит от типа жидкого топлива.

Для того, чтобы определить, какие или сколько частиц, входят в состав дымовых газов, используют два основных метода измерений:

гравиметрический;
измерение коэффициента отражения.

При гравиметрическом методе взвешенные в дымовых газах частицы собираются на специальных фильтрах, а затем взвешиваются. Берётся разница между весом фильтра до анализа и после.

При измерении коэффициента отражения определяется условный коэффициент (чёрный эквивалентный дым), на основании измеряемой рефлектометром светопоглощающей способности частичек, собранных на фильтре.

Сжигание газа при недостатке и избытке воздуха в котельной

Условия, необходимые для полного сгорания топлива, включают в себя следующее:

• непрерывный подвод топлива в зону горения;

• непрерывный подвод окислителя (воздуха) в достаточном количестве;

• хорошее перемешивание топлива с окислителем;

• достаточная температура в топке;

• достаточное время пребывания топливовоздушной смеси в топке.

Если хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется, в системе появятся продукты неполного сгорания топлива.

При полном сгорании любого топлива с теоретически необходимым количеством воздуха состав продуктов сгорания, об. %, будет следующим:

При полном сгорании топлива и избытке окислителя (т.е. при а > 1) в продуктах сгорания будет присутствовать также избыточный кислород, об. %:

При недостатке окислителя или плохом перемешивании сгорание топлива будет неполным, и в продуктах горения появятся горючие газы — вначале монооксид углерода СО, затем водород Н₂ и метан СН₄. Таким образом, в общем случае полный состав продуктов горения при сжигании топлива в условиях коэффициента избытка воздуха а < 1 будет следующим, об.%:

Расчет воздуха необходимого для горения при заборе его из помещения в котельной.

Статья для специалистов, работающих по специальности ТГВ (теплогазоснабжение и вентиляция)

Что говорят НТД (нормативно-технические документы)

СП 89.13330.2016 Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76

17.11 Расчетный воздухообмен в котельных следует определять с учетом тепловыделений от трубопроводов и оборудования, а также расхода воздуха, необходимого для горения, при заборе его из помещения.

17.12 Для помещений с явными избытками тепла следует предусматривать вентиляцию с естественным побуждением. При невозможности обеспечения необходимого воздухообмена за счет естественной вентиляции следует проектировать вентиляцию с механическим побуждением. Схемы вентиляции, способы подачи и удаления воздуха следует проектировать согласно СП 60.13330 и в соответствии с приложением Ж.

17.13 При проектировании естественного притока в котельном зале в холодный и переходный периоды года фрамуги для приточного воздуха следует размещать за котлами в верхней части помещения.

В теплый период естественный приток следует осуществлять через фрамуги, расположенные в рабочей зоне, как перед фронтом котлов, так и за котлами.

Основой для расчета служит «протокол качества газа», расход природного газа

и внутренние габариты котельной .

Формула теоретического расхода воздуха необходимого для горения приведена ниже.

Расхода воздуха необходимый для горения природного газа м3/ч вычисляем по формуле:

Vo х расход природного газа (м3/ч) х коэффициент одновременности работы котлов х коэффициент избытка воздуха (1,25)

По коэффициенту одновременности обычно возникает ряд споров.

Тут на помощь приходит СП 42-101-2003 примечание 2 Таблицы 5

«Значение коэффициента одновременности для емкостных водонагревателей, отопительных котлов или отопительных печей рекомендуется принимать равным 0,85 независимо от количества квартир».

Я обычно беру коэффициент равный 1, т.к. лишний процент запаса притока воздуха не помещает.

Все расчеты сведены в ексель. Как обычно, все желтые ячейки в которые вносятся исходные данные.

Что касаемо вытяжки, то НТД говорят, что кратность либо 1, либо 3.

СП 41-104-2000 Проектирование автономных источников теплоснабжения

13.4 Для помещений встроенных котельных, работающих на газообразном топливе, следует предусматривать не менее трехкратного воздухообмена в 1 ч.

14.3 Расчетный воздухообмен следует определять с учетом тепловыделений от трубопроводов и оборудования, а также расхода воздуха, необходимого для горения при заборе его из помещения. При этом воздухообмен должен быть не менее однократного в 1 ч. При невозможности обеспечения воздухообмена за счет естественной вентиляции следует проектировать вентиляцию с механическим побуждением.

В екселе кратность, во избежание споров, является исходной величиной.

Теперь разберемся с этими документами, это ответы экспертов.

СП 281.1325800.2016, СП 373.1325800.2018 являются документами в области стандартизации (в соотв. с № 162-ФЗ), и они УЖЕ включены в доказательную базу ТР № 384-ФЗ (со временем НАВЕРНОЕ будут включены по мере актуализации перечней № 1521 от 26.12.2014)

Тем не менее, как указано во Введении эти СП «разработаны с учетом требований Федерального закона от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", Федерального закона от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности", Постановления Правительства Российской Федерации от 29 октября 2010 г. N 870 "Технический регламент о безопасности сетей газораспределения и газопотребления", Федерального закона от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении, о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Т. е. документ соответствует действующему законодательству и может применяться в целях технического регламента № 384-ФЗ.

СП 42-101-2003 не относится к документам в области стандартизации, т. к. не подпадает под определение «сводов правил», приведенное в п. 12) ст. 2 Федерального закона № 162-ФЗ от 29.06.2015. СП 42-101-2003 – документ, относящийся к старой Системе нормативных документов в строительстве, которая с момента вступления в силу Федерального закона о техническом регулировании (№ 184-ФЗ) перестала существовать. СП 42-101-2003 изначально разрабатывался в качестве рекомендательного документа, а со вступлением в силу № 184-ФЗ (и отменой СНиП 10-01-94) становится и вовсе справочным.

Итак, подводим итог данной статьи.

Если котел (горелка) забирает воздух для горения из помещения необходимо рассчитать расход воздуха для горения.

Упростив формулу, получаем выражение для расчета воздуха необходимого для горения

Lгор=11,1 х расход газа (м3/ч) х К-т одновременности, м3/ч

8,87-теоретический объем воздуха необходимый для горения 1 м3 природного газа, м3/м3

1,25 - коэффициент избытка воздуха

Что касаемо вытяжки, то определяемся с кратностью воздухообмена - принимаем 3 крата

Lвытяж.=3 крата х высота, м х ширина, м х длина, м , м3/ч - это объем удаляемого воздуха вытяжной вентиляцией.

Полное и неполное сгорание газа

Природный газ, добываемый из западносибирских месторождений, практически полностью (до 99 %) состоит из метана СН4. Воздух состоит из кислорода (21%) и азота и незначительного количества других негорючих газов (79%). Упрощенно реакция полного сгорания метана выглядит следующим образом:

СН4 + 2О2 + 7,52 N2 = СО2 + 2Н20 + 7,52 N2

В результате реакции горения при полном сгорании образуется углекислый газ CO2, и пары воды H2O вещества, не оказывающие вредного влияния на окружающую среду и человека. Азот N, в реакции не участвует. Для полного сгорания 1 м³ метана теоретически необходимо 9,52 м³ воздуха. Для практических целей считается, что для полного сгорания 1 м³ природного газа необходимо не менее 10 м³ воздуха. Однако если подавать только теоретически необходимое количество воздуха, то добиться полного сгорания топлива невозможно: трудно так перемешать газ с воздухом, чтобы к каждой его молекуле было подведено необходимое количество молекул кислорода. На практике на горение подается воздуха больше, чем теоретически необходимо. Величина избытка воздуха определяется коэффициентом избытка воздуха а, который показывает отношение количества воздуха, фактически израсходованного на горение, к теоретически необходимому количеству:

Читать: Бытовое газоиспользующее оборудование

α = V факт./V теор.

Читать: Дымоудаление от газового оборудования с закрытой камерой сгорания

Неполное сгорание происходит:

при недостаточном количестве воздуха, поступающего на горение;
при плохом перемешивании газа и воздуха;
при чрезмерном охлаждении пламени до завершения реакции горения.

Качество сжигания газа можно контролировать по цвету пламени. Некачественное сжигание газа характеризуется желтым коптящим пламенем. При полном сжигании газа пламя представляет собой короткий факел голубовато-фиолетового цвета с высокой температурой. Для контроля работы промышленных горелок применяют специальные приборы, анализирующие состав дымовых газов и температуру продуктов сжигания. В настоящее время при наладке отдельных типов бытового газоиспользующего оборудования также возможно регулирование процесса горения по температуре и анализу уходящих газов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЪЕМ ВОЗДУХА И ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

Е сли известен элементарный состав рабочей массы топлива, можно теоретически определить количество воздуха, необходимого для горения топлива, и количество образующихся дымовых газов.

Количество воздуха, необходимое для горения, вычисляют в кубических метрах при нормальных условиях (0°С и 760 мм рт. ст)-для 1 кг твердого или жидкого топлива и для 1 м 3 газообразного.

Для полного сгорания 1 м 3 сухого газообразного топлива необходимый объем воздуха, м3/м3,

В приведенных формулах содержание элементов топлива выражается в процентах по массе, а состав горючих газов СО, Н₂, СН₄ и др. — в процентах по объему; СmНn — углеводороды, входящие в состав газа, например метан СН₄ (m = 1, n = 4), этан С₂Н₆ (m = 2, n = 6) и т. д. Эти цифровые обозначения составляют коэффициент (m + n/4)

Пример 5. Определить теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива следующего состава: С р =52,1%; Н р =3,8%; S р ₄ = 2,9%; N р =1,1%; O р =9,1%

Подставляя эти величины в формулу (27), получим V° _B = 0,0889 (52,1 + 0,375 • 2,9) + 0,265 • 3,8 — - 0,0333 • 9,1 = 5,03 м3/кг.

Пример 6. Определить теоретическое количество воздуха, необходимое для горения 1 м3 сухого газа следующего состава:

Подставляя числовые значения в формулу (29), получим

Теоретический объем дымовых газов. При полном сгорании топлива дымовые газы, уходящие из топки, содержат: двуокись углерода СО₂, пары Н₂О (образующиеся при сгорании водорода топлива), сернистый ангидрид SО₂, азот N₂ — нейтральный газ, поступивший в топку с кислородом воздуха, азот из состава топлива Н₂, а также кислород избыточного воздуха О₂. При неполном сгорании топлива к указанным элементам добавляются еще окись углерода СО, водород Н₂ и метан СН₄. Для удобства подсчетов продукты сгорания разделяют на сухие газы и водяные пары.

Объем сухих газов принимают за 100%. При полном сгорании топлива состав сухих продуктов сгорания (в процентах по объему) следующий:

Газообразные продукты сгорания состоят из трехатомных газов СО₂ и SО₂, сумму которых принято обозначать символом RO₂, и двухатомных газов — кислорода О₂ и азота N₂.

Тогда равенство будет иметь вид:

при полном сгорании

при неполном сгорании

Объем сухих трехатомных газов находится делением масс газов СО₂ и SО₂ на их плотность при нормальных условиях.

Объем газов, получающийся при сжигании 1 кг топлива, определяется по реакциям горения и их выражениям в киломолях

Рсо₂ = 1,94 и Psо₂ = 2,86 кг/м3 — плотности двуокиси углерода и сернистого газа при нормальных условиях.

Коэффициент избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

При сжигании топлива очень важно правильно регулировать поступление воздуха в топку котла .

Если воздуха в топку котла будет поступать мало, то кислорода не будет хватать для полного сгорания топлива, и часть горючих газов, образующихся в топке котла (например, окись углерода СО), и несгоревшие частицы угля будут уноситься с продуктами горения в дымовую трубу. Неполноту сгорания топлива можно заметить по появлению черного дыма из дымовой трубы. Очевидно, что такое сжигание вызывает излишнюю трату топлива.

Чтобы обеспечить полное сгорание кускового топлива, практически приходиться подавать воздуха в топку в несколько раз больше, чем требуется по расчету (например, в полтора раза). Но чрезмерный избыток воздуха в топке котла недопустим, так как много тепла при этом тратится на нагревание излишнего воздуха перед его подачей в топку котла, а также много тепла уносится в дымовую трубу.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке

где V _в д — действительный объем воздуха, поданного в топку котла на 1 кг топлива,

V _в ° — теоретический объем воздуха,

Действительный объем водяных паров, м³/кг (см. формулу 35)

Полный объем дымовых газов, м3/кг, получающийся при сгорании 1 кг топлива (см. формулу 36):

Полный объем дымовых газов по формуле (36)

V_г = 0,99 + 3,98 + 0,62 + 0,72 = 6,31 м³/кг.

При работе топок всех видов необходимо постоянно наблюдать за исправным ведением топочных процессов по контрольно-измерительным приборам. На экономичность работы котельной установки значительное влияние оказывают потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. Величина потерь зависит в основном от количества воздуха, поступающего в топку.

Для поддержания нормального горения нужно подводить воздуха в топку столько, сколько требуется для полного сгорания топлива, что достигается постоянным контролем за составом дымовых газов. Наиболее важно определение содержания в дымовых газах двуокиси и окиси углерода.

В случае неполного сгорания при недостатке воздуха в составе уходящих газов из топки котла будут углеводороды, окись углерода СО, а иногда и чистый водород Н, а при чрезмерном избытке воздуха создаются условия для удаления из топки котла несгоревших летучих горючих веществ и уноса частичек твердого топлива. Поэтому при эксплуатации топки следует сводить неполноту сгорания к возможному минимуму. Как правило, котельный агрегат работает или при полном сгорании, или с незначительной химической неполнотой сгорания.

При присосе холодного воздуха в газоходы котла экономичность его работы снижается, поэтому персонал, обслуживающий котлоагрегат, должен постоянно следить за исправностью обмуровки, плотным закрытием заслонок, дверок, гляделок и пр.

Влияние коэффициента избытка воздуха на горение в топке

соломенно-желтое (для твердого и жидкого топлива) – сгорание полное

прозрачно-голубоватое (для газообразного топлива) – сгорание полное

красное или желтое с дымными полосами – сгорание неполное .

Это позволяет более правильно сопоставлять работу паровых котлов различной производительности.

Читайте также: