Rauchgase aus der Kohleverbrennung. Theoretisches Volumen von Luft und Rauchgasen

Analyse Rauchgase Kessel ermöglicht es Ihnen, Abweichungen zu erkennen und zu beseitigen normale Modi Arbeit, wodurch die Effizienz der Kraftstoffverbrennung erhöht und die Emission giftiger Gase in die Atmosphäre verringert wird. Um zu verstehen, wie effizient eine Brennstoffverbrennungsanlage arbeitet und wie man mit einem Rauchgasanalysator Abweichungen im Betrieb erkennen kann, muss man wissen, welche Gase in welchen Konzentrationen in den Rauchgasen vorhanden sind.

Im Folgenden sind die Rauchgaskomponenten in der Reihenfolge abnehmender Konzentration in den Rauchgasen aufgeführt.

Stickstoff N2.

Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Umgebungsluft (79 %). Stickstoff ist am Verbrennungsprozess nicht beteiligt und fungiert als Ballast. Wenn es in den Kessel gepumpt wird, erwärmt es sich und nimmt die zum Erhitzen aufgewendete Energie in den Schornstein mit, wodurch sich die Effizienz des Kessels verringert. Rauchgasanalysatoren messen keine Stickstoffkonzentration.

Kohlendioxid CO2.

Entsteht bei der Kraftstoffverbrennung. Erstickendes Gas führt bei Konzentrationen über 15 Vol.-% zu schnellem Bewusstseinsverlust. Rauchgasanalysatoren messen in der Regel nicht die Konzentration von Kohlendioxid, sondern ermitteln diese rechnerisch anhand der Restsauerstoffkonzentration. Einige Modelle von Gasanalysatoren, zum Beispiel MRU Vario Plus, verfügen möglicherweise über integrierte optische Infrarotsensoren zur Messung der Kohlendioxidkonzentration.

  • Dieselbrenner – 12,5…14 %
  • Gasbrenner – 8…11 %

Sauerstoff O2.

Restsauerstoff, der aufgrund des Luftüberschusses nicht im Verbrennungsprozess genutzt wird, wird mit den Abgasen freigesetzt. Die Konzentration des Restsauerstoffs wird zur Beurteilung der Vollständigkeit (Effizienz) der Kraftstoffverbrennung herangezogen. Darüber hinaus bestimmt die Sauerstoffkonzentration den Wärmeverlust mit Rauchgasen und die Konzentration von Kohlendioxid.

Die Sauerstoffkonzentration wird in tragbaren Rauchgasanalysatoren mit elektrochemischen Sauerstoffsensoren gemessen, in stationären Gasanalysatoren werden häufig auch Zirkoniumsensoren eingesetzt.

  • Dieselbrenner - 2…5 %
  • Gasbrenner - 2…6 %

Kohlenmonoxid CO.

Kohlenmonoxid oder Kohlenmonoxid ist ein giftiges Gas, das bei unvollständiger Verbrennung entsteht. Das Gas ist schwerer als Luft und kann bei Undichtigkeiten oder Bränden in Kesselschornsteinen in die Arbeitsumgebung gelangen und das Personal einem Vergiftungsrisiko aussetzen. Bei CO-Konzentrationen bis zu 10.000 ppm werden zum Nachweis meist elektrochemische Zellen eingesetzt. Zur Messung von Konzentrationen über 10.000 ppm werden vor allem optische Zellen eingesetzt, auch in tragbaren Gasanalysatoren.

  • Dieselbrenner – 80…150 ppm
  • Gasbrenner – 80…100 ppm

Stickoxide (NOx).

Bei hohe Temperaturen In der Feuerung von Kesseln bildet Stickstoff mit dem Luftsauerstoff Stickoxid NO. Anschließend wird NO unter dem Einfluss von Sauerstoff zu NO2 oxidiert. Die Bestandteile NO und NO2 werden als Stickoxide NOx bezeichnet.

Die NO-Konzentration wird durch elektrochemische Sensoren gemessen. NO2 wird in einfachen Modellen von Gasanalysatoren rechnerisch ermittelt und entspricht 5...10 % der gemessenen NO-Konzentration. In einigen Fällen wird die NO2-Konzentration durch einen separaten elektrochemischen Stickstoffdioxidsensor gemessen. In jedem Fall ist die resultierende Konzentration der Stickoxide NOx gleich der Summe der Konzentrationen von NO und NO2.

  • Dieselbrenner – 50…120 ppm
  • Gasbrenner – 50…100 ppm

Schwefeldioxid (SO2).

Ein giftiges Gas, das bei der Verbrennung schwefelhaltiger Kraftstoffe entsteht. Wenn SO2 mit Wasser (Kondensat) oder Dampf reagiert, entsteht schweflige Säure H2SO3. Elektrochemische Zellen werden üblicherweise zur Messung von SO2-Konzentrationen verwendet.

Nicht brennbare Kohlenwasserstoffe (CH).

Durch unvollständige Verbrennung von Kraftstoff entstehen nicht brennbare CH-Kohlenwasserstoffe. Zu dieser Gruppe gehören Methan CH4, Butan C4H10 und Benzol C6H6. Zur Messung der Konzentrationen nicht brennbarer Kohlenwasserstoffe werden thermokatalytische oder optische Infrarotzellen eingesetzt.

Zur Messung von Gaskonzentrationen in Industrieemissionen und Rauchgasen werden Gasanalysatoren Cascade-N 512, DAG 500, Kometa-Topogaz, AKVT usw. aus inländischer Produktion oder im Ausland hergestellte Instrumente von Herstellern wie Testo, MSI Drager, MRU, Kane verwendet usw. werden verwendet. .

1. Beschreibung der vorgeschlagenen Technologie (Methode) zur Steigerung der Energieeffizienz, ihrer Neuheit und Bekanntheit.

Bei der Verbrennung von Brennstoff in Kesseln kann der Anteil der „überschüssigen Luft“ zwischen 3 und 70 % (ohne Saugnäpfe) des Luftvolumens liegen, an dem Sauerstoff beteiligt ist chemische Reaktion Oxidation (Verbrennung) von Kraftstoff.

Der Teil ist die am Verbrennungsprozess beteiligte „überschüssige Luft“. atmosphärische Luft, dessen Sauerstoff nicht an der chemischen Reaktion der Brennstoffoxidation (Verbrennung) teilnimmt, aber es ist notwendig, das erforderliche Geschwindigkeitsregime für den Austritt des Brennstoff-Luft-Gemisches aus der Kesselbrennervorrichtung zu schaffen. „Luftüberschuss“ ist ein variabler Wert und für denselben Kessel umgekehrt proportional zur verbrannten Brennstoffmenge, bzw. je weniger Brennstoff verbrannt wird, desto weniger Sauerstoff wird für seine Oxidation (Verbrennung) benötigt, dafür aber mehr „Luftüberschuss“. erforderlich, um das erforderliche Geschwindigkeitsregime zu erzeugen, entweicht das Brennstoff-Luft-Gemisch aus der Kesselbrennervorrichtung. Der Prozentsatz der „überschüssigen Luft“ am gesamten Luftstrom, der für verwendet wird vollständige Verbrennung Brennstoff, wird durch den Sauerstoffanteil in den Abgasen bestimmt.

Wenn Sie den Anteil an „überschüssiger Luft“ reduzieren, entsteht Kohlenmonoxid „CO“ (ein giftiges Gas) in den Abgasen, was auf eine Unterverbrennung des Brennstoffs hinweist, d. h. Ihr Verlust und die Verwendung von „überschüssiger Luft“ führen zum Verlust von Wärmeenergie zum Erhitzen, was den Verbrauch an verbranntem Brennstoff erhöht und die Emission des Treibhausgases „CO 2 “ in die Atmosphäre erhöht.

Atmosphärische Luft besteht zu 79 % aus Stickstoff (N 2 - Inertgas farblos, geschmacks- und geruchlos), dessen Hauptfunktion darin besteht, das erforderliche Geschwindigkeitsregime für den Austritt des Brennstoff-Luft-Gemisches aus der Brennervorrichtung des Kraftwerks für eine vollständige und stabile Verbrennung von Brennstoff und 21 % Sauerstoff (O 2) zu schaffen. , das ein Kraftstoffoxidationsmittel ist. Abgase bei der Nennverbrennung von Erdgas in Kesselanlagen bestehen aus 71 % Stickstoff (N 2), 18 % Wasser (H 2 O), 9 % Kohlendioxid (CO 2) und 2 % Sauerstoff (O 2). Der Sauerstoffanteil in den Rauchgasen von 2 % (am Ausgang des Ofens) weist auf einen Gehalt an überschüssiger atmosphärischer Luft von 10 % im gesamten Luftstrom hin, der an der Schaffung des erforderlichen Geschwindigkeitsregimes für den Strom des Brennstoff-Luft-Gemisches beteiligt ist von der Brennervorrichtung der Kesseleinheit zur vollständigen Oxidation (Verbrennung) des Brennstoffs.

Bei der vollständigen Verbrennung von Brennstoffen in Kesseln ist es notwendig, Rauchgase zu nutzen und „überschüssige Luft“ durch sie zu ersetzen, was die Bildung von NOx (bis zu 90,0 %) verhindert und den Ausstoß von „Treibhausgasen“ (CO) reduziert 2) sowie der Verbrauch an verbranntem Kraftstoff (bis zu 1,5 %).

Die Erfindung bezieht sich auf die thermische Energietechnik, insbesondere auf Kraftwerke zur Verbrennung verschiedene Arten Brennstoffe und Verfahren zur Nutzung von Rauchgasen zur Brennstoffverbrennung in Kraftwerken.

Ein Kraftwerk zur Brennstoffverbrennung enthält einen Ofen (1) mit Brennern (2) und einem Konvektionsabzug (3), der über einen Rauchabzug (4) und einen Schornstein (5) mit einem Schornstein (6) verbunden ist; einen Luftkanal (9) für Außenluft, der über ein Bypassrohr (11) für Rauchgase mit dem Schornstein (5) verbunden ist, und einen Luftkanal (14) für ein Gemisch aus Außenluft und Rauchgasen, der mit einem Gebläse verbunden ist (13); eine am Luftkanal (9) installierte Drossel (10) und ein an der Rauchgasbypassleitung (11) montiertes Ventil (12), wobei die Drossel (10) und das Ventil (12) mit Stellgliedern ausgestattet sind; Lufterhitzer (8), der sich im Konvektionskanal (3) befindet, mit dem Gebläse (13) verbunden und über den Luftkanal (15) mit den Brennern (2) des erhitzten Gemisches aus Außenluft und Rauchgasen verbunden ist; Sensor (16) zur Probenahme von Rauchgasen, der am Eingang des Konvektionskamins (3) installiert und mit einem Gasanalysator (17) zur Bestimmung des Gehalts an Sauerstoff und Kohlenmonoxid in den Rauchgasen verbunden ist; elektronisches Steuergerät (18), das mit dem Gasanalysator (17) und den Stellgliedern der Drossel (10) und des Ventils (12) verbunden ist. Ein Verfahren zur Nutzung von Rauchgasen zur Brennstoffverbrennung in einem Kraftwerk besteht darin, einen Teil der Rauchgase mit einem statischen Druck größer als dem atmosphärischen Druck aus einem Schornstein (5) auszuwählen und ihn durch eine Rauchgas-Bypass-Rohrleitung (11) in einen Außenluftkanal einzuspeisen (9) mit einem statischen Druck der Außenluft, der unter dem Atmosphärendruck liegt; Regulierung der Zufuhr von Außenluft und Rauchgasen durch die Drossel- (10) und Ventilstellglieder (12), gesteuert von einer elektronischen Steuereinheit (18), so dass der Sauerstoffanteil in der Außenluft auf ein Niveau reduziert wird, bei dem am Eingang des Konvektivkamins (3) betrug der Sauerstoffgehalt in den Rauchgasen in Abwesenheit von Kohlenmonoxid weniger als 1 %; anschließende Vermischung der Rauchgase mit der Außenluft im Luftkanal (14) und dem Gebläse (13), um eine homogene Mischung aus Außenluft und Rauchgasen zu erhalten; Erhitzen der resultierenden Mischung im Lufterhitzer (8) durch Rückführung der Wärme der Rauchgase; Zuführen der erhitzten Mischung zu den Brennern (2) durch den Luftkanal (15).

2. Das Ergebnis der Steigerung der Energieeffizienz durch Massenimplementierung.
Einsparung von verbranntem Brennstoff in Kesselhäusern, Wärmekraftwerken oder Landesbezirkskraftwerken bis zu 1,5 %

3. Besteht weiterer Forschungsbedarf, um die Liste der Objekte für die Implementierung dieser Technologie zu erweitern?
Existiert, weil Die vorgeschlagene Technologie kann auch auf Motoren angewendet werden Verbrennungs und für Gasturbinenanlagen.

4. Gründe, warum die vorgeschlagene energieeffiziente Technologie nicht in großem Maßstab eingesetzt wird.
Der Hauptgrund ist die Neuheit der vorgeschlagenen Technologie und die psychologische Trägheit von Spezialisten auf dem Gebiet der Wärme- und Energietechnik. Es ist notwendig, die vorgeschlagene Technologie in den Ministerien für Energie und Ökologie, den Energieunternehmen, die Strom erzeugen, zu vermitteln Wärmeenergie.

5. Bestehende Maßnahmen der Ermutigung, des Zwanges, der Anreize für die Umsetzung der vorgeschlagenen Technologie (Methode) und die Notwendigkeit ihrer Verbesserung.
Einführung neuer, strengerer Umweltanforderungen für NOx-Emissionen aus Kesselanlagen

6. Das Vorhandensein technischer und anderer Einschränkungen beim Einsatz der Technologie (Methode) an verschiedenen Standorten.
Erweitern Sie die Gültigkeit von Abschnitt 4.3.25 der „REGELN FÜR DEN TECHNISCHEN BETRIEB VON KRAFTWERKEN UND NETZWERKEN DER RUSSISCHEN FÖDERATION VERORDNUNG DES ENERGIEMINISTERIUMS DER RF VOM 19. JUNI 2003 Nr. 229“ für Kessel, die alle Arten von Brennstoffen verbrennen. In der folgenden Ausgabe: „...Bei Dampfkesseln, die beliebige Brennstoffe verbrennen, sollte deren Verbrennung im Regellastbereich in der Regel mit einem Luftüberschusskoeffizienten am Austritt des Ofens von weniger als 1,03 erfolgen... “.

7. Der Bedarf an Forschung und Entwicklung sowie zusätzlichen Tests; Themen und Ziele der Arbeit.
Der Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht darin, visuelle Informationen (Lehrfilme) zu erhalten, um Mitarbeiter von Wärme- und Energieunternehmen mit der vorgeschlagenen Technologie vertraut zu machen.

8. Verfügbarkeit von Vorschriften, Regeln, Anweisungen, Normen, Anforderungen, Verbotsmaßnahmen und anderen Dokumenten, die den Einsatz dieser Technologie (Methode) regeln und für deren Ausführung verbindlich sind; die Notwendigkeit, Änderungen daran vorzunehmen oder die Grundsätze der Erstellung dieser Dokumente zu ändern; Vorhandensein von Vorhandenem Regulierungsdokumente, Vorschriften und die Notwendigkeit ihrer Wiederherstellung.
Erweitern Sie den Geltungsbereich der „REGELN FÜR DEN TECHNISCHEN BETRIEB VON KRAFTWERKEN UND NETZEN DER RUSSISCHEN FÖDERATION VERORDNUNG DES ENERGIEMINISTERIUMS DER RF VOM 19. JUNI 2003 Nr. 229“

Abschnitt 4.3.25 für Kessel, die jede Art von Brennstoff verbrennen. In der nächsten Ausgabe: „… Bei Dampfkesseln, die Brennstoff im Regellastbereich verbrennen, sollte die Verbrennung in der Regel mit Luftüberschusskoeffizienten am Ofenaustritt von weniger als 1,03 erfolgen...».

Abschnitt 4.3.28. „... Der Schwefel-Heizölkessel sollte mit vorgeschalteter Luftheizung (Lufterhitzer, Heißluft-Umwälzanlage) befeuert werden. Die Lufttemperatur vor dem Lufterhitzer sollte in der Anfangsphase der Befeuerung eines Ölkessels grundsätzlich nicht unter 90 °C liegen. Die Zündung eines Kessels mit einer anderen Brennstoffart muss bei zuvor eingeschaltetem Umluftsystem erfolgen»

9. Die Notwendigkeit, neue Gesetze und Vorschriften zu entwickeln oder bestehende zu ändern.
Nicht erforderlich

10. Verfügbarkeit implementiert Pilotprojekte, Analyse ihrer tatsächlichen Wirksamkeit, festgestellte Mängel und Vorschläge zur Verbesserung der Technologie unter Berücksichtigung der gesammelten Erfahrungen.
Die Erprobung der vorgeschlagenen Technologie wurde an einem wandmontierten Gaskessel mit Zwangszug und Abgasen (Erdgasverbrennungsprodukte) durchgeführt, die mit einer Nennleistung von 24,0 kW, jedoch unter einer Last von 8,0, an die Fassade des Gebäudes abgegeben wurden kW. Die Zufuhr der Rauchgase zum Kessel erfolgte über einen Kasten, der in einem Abstand von 0,5 m vom Fackelaustritt des koaxialen Kesselschornsteins installiert war. Der Kasten hielt den austretenden Rauch zurück, der wiederum die „überschüssige Luft“ ersetzte, die für die vollständige Verbrennung von Erdgas erforderlich war, und ein im Kesselabzugsauslass (Standardstandort) installierter Gasanalysator überwachte die Emissionen. Als Ergebnis des Experiments konnten die NOx-Emissionen um 86,0 % und die Treibhausgasemissionen CO2 um 1,3 % reduziert werden.

11. Möglichkeit der Beeinflussung anderer Prozesse durch die Masseneinführung dieser Technologie (Änderungen der Umweltsituation, mögliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, erhöhte Zuverlässigkeit der Energieversorgung, Änderungen der täglichen oder saisonalen Lastpläne). Energieausrüstung, Veränderungen der Wirtschaftsindikatoren der Energieerzeugung und -übertragung usw.).
Verbesserung der Umweltsituation, die sich auf die Gesundheit der Menschen auswirkt, und Reduzierung der Brennstoffkosten bei der Erzeugung thermischer Energie.

12. Die Notwendigkeit einer speziellen Ausbildung von qualifiziertem Personal für den Betrieb der eingeführten Technologie und die Entwicklung der Produktion.
Die Schulung des vorhandenen Bedienpersonals von Kesselanlagen mit der vorgeschlagenen Technologie wird ausreichend sein.

13. Geschätzte Umsetzungsmethoden:
kommerzielle Finanzierung (mit Kostendeckung), da sich die vorgeschlagene Technologie innerhalb von maximal zwei Jahren amortisiert.

Informationen bereitgestellt von: Y. Panfil, PO Box 2150, Chisinau, Moldawien, MD 2051, E-Mail: [email protected]


Damit Fügen Sie eine Beschreibung der energiesparenden Technologie hinzu zum Katalog, füllen Sie den Fragebogen aus und senden Sie ihn an gekennzeichnet mit „zum Katalog“.

Die theoretisch erforderliche Luftmenge für die Verbrennung von Generator-, Hochofen- und Koksofengasen und deren Gemischen wird durch die Formel bestimmt:

V 0 4,762/100 *((%CO 2 + %H 2)/2 + 2 ⋅ %CH 4 + 3 ⋅ %C 2 H 4 + 1,5 ⋅ %H 2 S - %O 2), nm 3 / nm 3 , wobei % das Volumen ist.

Die theoretisch erforderliche Luftmenge zur Verbrennung von Erdgas:

V 0 4,762/100* (2 ⋅ %CH 4 + 3,5 ⋅ %C 2 H 6 + 5 ⋅ %C 3 H 8 + 6,5 ⋅ %C 4 H 10 + 8 ⋅ %C 5 H 12), nm 3 /nm 3, wobei % das Volumen ist.

Die theoretisch erforderliche Luftmenge zur Verbrennung fester und flüssiger Brennstoffe:

V 0 = 0,0889 ⋅ %C P + 0,265 ⋅ %H P – 0,0333 ⋅ (%O P - %S P), nm 3 /kg, wobei % auf das Gewicht bezogen ist.

Tatsächliche Verbrennungsluftmenge

Die erforderliche Vollständigkeit der Verbrennung bei der Verbrennung von Kraftstoff mit der theoretisch erforderlichen Luftmenge, d.h. bei V 0 (α = 1) kann nur erreicht werden, wenn der Brennstoff vollständig mit der Verbrennungsluft vermischt ist und ein fertiges heißes (stöchiometrisches) Gemisch in gasförmiger Form vorliegt. Dies wird beispielsweise bei der Verbrennung gasförmiger Brennstoffe durch flammenlose Verbrennungsbrenner und bei der Verbrennung flüssiger Brennstoffe mit deren Vorvergasung durch Spezialbrenner erreicht.

Die tatsächliche Luftmenge für die Kraftstoffverbrennung ist immer größer als die theoretisch erforderliche, da in der Praxis fast immer ein gewisser Luftüberschuss für eine vollständige Verbrennung erforderlich ist. Die tatsächliche Luftmenge wird durch die Formel ermittelt:

V α = αV 0, nm 3 /kg oder nm 3 /nm 3 Kraftstoff,

wobei α der Luftüberschusskoeffizient ist.

Beim Fackelverbrennungsverfahren, bei dem Brennstoff und Luft während des Verbrennungsprozesses vermischt werden, beträgt der Luftüberschusskoeffizient für Gas, Heizöl und pulverisierten Brennstoff α = 1,05–1,25. Bei der Verbrennung von zuvor vollständig mit Luft vermischtem Gas und bei der Verbrennung von Heizöl mit Vorvergasung und intensiver Vermischung von Heizölgas mit Luft beträgt α = 1,00–1,05. Beim Schichtverfahren der Verbrennung von Kohle, Anthrazit und Torf in mechanischen Öfen mit kontinuierlicher Brennstoffzufuhr und Ascheentfernung - α = 1,3–1,4. Bei der manuellen Wartung von Öfen: beim Brennen von Anthrazit α = 1,4, beim Brennen Steinkohlenα = 1,5–1,6, bei der Verbrennung von Braunkohle α = 1,6–1,8. Für Halbgas-Feuerräume α = 1,1–1,2.

Atmosphärische Luft enthält eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit – d g/kg trockene Luft. Daher ist das für die Verbrennung erforderliche Volumen an feuchter atmosphärischer Luft größer als anhand der obigen Formeln berechnet:

V B o = (1 + 0,0016d) ⋅ V o, nm 3 /kg oder nm 3 /nm 3,

V B α = (1 + 0,0016d) ⋅ V α, nm 3 /kg oder nm 3 /nm 3.

Hier ist 0,0016 = 1,293/(0,804*1000) der Umrechnungsfaktor für Gewichtseinheiten der Luftfeuchtigkeit, ausgedrückt in g/kg trockener Luft, in Volumeneinheiten – nm 3 Wasserdampf, der in 1 nm 3 trockener Luft enthalten ist.

Menge und Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte

Für Generator-, Hochofen-, Koksofengase und deren Gemische ist die Anzahl der einzelnen Produkte der vollständigen Verbrennung während der Verbrennung mit einem Luftüberschusskoeffizienten gleich α:

Menge Kohlendioxid

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

Menge Schwefeldioxid

V SO2 = 0,01 ⋅ %H 2 S nm 3 /nm 3 ;

Menge an Wasserdampf

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

wobei 0,16d V B á nm 3 /nm 3 die Menge an Wasserdampf ist, die durch feuchte atmosphärische Luft bei ihrem Feuchtigkeitsgehalt d g/kg trockener Luft eingeführt wird;

Die aus dem Gas übertragene und mit Luft zugeführte Stickstoffmenge

Die Menge an freiem Sauerstoff, die durch überschüssige Luft eingeführt wird

VO2 = 0,21 (α - 1) ⋅ VO, nm 3 /nm 3.

Die Gesamtmenge der Verbrennungsprodukte von Generator-, Hochofen-, Kokereigasen und deren Gemischen entspricht der Summe ihrer Einzelkomponenten:

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

Bei Erdgas wird die Menge der einzelnen Produkte der vollständigen Verbrennung durch die Formeln bestimmt:

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

V H2O = 0,01(2 ⋅ %CH 4 + 3 ⋅ %C 2 H 6 + 4 ⋅ %C 3 H 8 + 5 ⋅ %C 4 H 10 + 6 ⋅ %C 5 H 12 + %H 2 O + 0,0016d V α) nm 3 /nm 3 ;

V N2 = 0,01 ⋅ %N 2 + 0,79 V α, nm 3 /nm 3;

VO2 = 0,21(α - 1) VO, nm 3 /nm 3.

Gesamtmenge an Erdgasverbrennungsprodukten:

V dg = 0,01(%CO 2 + 3 ⋅ %CH 4 + 5 ⋅ %C 2 H 6 +7 ⋅ %C 3 H 8 + 9 ⋅ %C 4 ⋅H 10 + 11 ⋅ %C 5 H 12 + %H 2 O + + %N 2) + VO (α + 0,0016dα - 0,21), nm 3 /nm 3.

Für feste und flüssige Brennstoffe ist die Anzahl der einzelnen Produkte der vollständigen Verbrennung:

V CO2 = 0,01855 %C P, nm 3 /kg (im Folgenden ist % der prozentuale Massengehalt der Elemente im Arbeitsgas);

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

Für feste und flüssige Brennstoffe

V H2O CHEM = 0,112 ⋅ %H P, nm 3 /kg,

wobei V H2O CHIM Wasserdampf ist, der bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht.

V H2O FUR = 0,0124 % W P, nm 3 /kg,

wobei V H2O FUR Wasserdampf ist, der bei der Verdunstung von Feuchtigkeit aus dem Arbeitskraftstoff entsteht.

Wird zur Zerstäubung von flüssigem Kraftstoff Dampf in der Menge W STEAM kg/kg Kraftstoff zugeführt, so muss zur Wasserdampfmenge der Wert von 1,24 W STEAM nm 3 /kg Kraftstoff addiert werden. Die durch atmosphärische Luft eingebrachte Feuchtigkeit beträgt bei einem Feuchtigkeitsgehalt von d g/kg trockener Luft 0,0016 d V á nm 3 /kg Kraftstoff. Daher ist die Gesamtmenge an Wasserdampf:

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

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

VO2 = 0,21 (α - 1) VO, nm 3 /kg.

Allgemeine Formel zur Bestimmung der Verbrennungsprodukte fester und flüssiger Brennstoffe:

V dg = 0,01 + VO (α + + 0,0016 dα – 0,21) nm 3 /kg.

Das Volumen der Rauchgase bei der Verbrennung von Brennstoff mit der theoretisch erforderlichen Luftmenge (VO nm 3 /kg, VO nm 3 /nm 3) wird nach den angegebenen Berechnungsformeln mit einem Luftüberschusskoeffizienten von 1,0 ermittelt, die Verbrennungsprodukte dagegen enthalten keinen Sauerstoff.

Veröffentlicht: 21.11.2009 | |

Denis Ryndin,
Chefingenieur „Wassertechnik“

Derzeit sind die Fragen der Steigerung der Effizienz von Heizungsanlagen und der Verringerung der Umweltbelastung der Umwelt besonders akut. Am erfolgversprechendsten ist in dieser Hinsicht der Einsatz der Kondensationstechnik, die in der Lage ist, die skizzierten Probleme am umfassendsten zu lösen. Das Unternehmen Vodnaya Tekhnika war stets bestrebt, moderne und effiziente Produkte einzuführen Heizgeräte. Vor diesem Hintergrund ist ihr Interesse an der Kondensationstechnik als der effektivsten, hochtechnologischsten und vielversprechendsten Technologie selbstverständlich und berechtigt. Daher wurde im Jahr 2006 einer der Schwerpunktbereiche Entwicklung des Unternehmens – Förderung von Kondensationsanlagen auf dem ukrainischen Markt. Zu diesem Zweck sind eine Reihe von Veranstaltungen geplant, darunter eine Reihe populärer Artikel für diejenigen, die zum ersten Mal mit dieser Technologie in Berührung kommen. In diesem Artikel werden wir versuchen, die Hauptfragen der Umsetzung und Anwendung des Prinzips der Kondensation von Wasserdampf in der Heiztechnik anzusprechen:

  • Wie unterscheidet sich Wärme von der Temperatur?
  • Kann der Wirkungsgrad mehr als 100 % betragen?

Wie unterscheidet sich Wärme von der Temperatur?

Die Temperatur ist der Grad der Erwärmung eines Körpers (kinetische Energie der Körpermoleküle). Der Wert ist sehr relativ, dies lässt sich leicht anhand der Celsius- und Fahrenheit-Skalen veranschaulichen. Im Alltag wird die Celsius-Skala verwendet, bei der der Gefrierpunkt von Wasser mit 0 und der Siedepunkt von Wasser mit 100° angenommen wird. Luftdruck. Da die Gefrier- und Siedepunkte von Wasser nicht genau definiert sind, wird die Celsius-Skala derzeit anhand der Kelvin-Skala definiert: Grad Celsius gleich einem Abschluss Kelvin und der absolute Nullpunkt werden mit −273,15 °C angenommen. Die Celsius-Skala ist praktisch sehr praktisch, da Wasser auf unserem Planeten sehr verbreitet ist und unser Leben darauf basiert. Null Grad Celsius ist für die Meteorologie ein besonderer Punkt, da das Gefrieren des atmosphärischen Wassers alles erheblich verändert. In England und insbesondere in den USA wird die Fahrenheit-Skala verwendet. Diese Skala unterteilt den Zeitraum von der Temperatur des kältesten Winters in der Stadt, in der Fahrenheit lebte, bis zur Temperatur des menschlichen Körpers in 100 Grad. Null Celsius entspricht 32 Fahrenheit und ein Grad Fahrenheit entspricht 5/9 Grad Celsius.

Umrechnung der Temperatur zwischen Hauptskalen

Kelvin

Celsius

Fahrenheit

= (F + 459,67) / 1,8

= (F − 32) / 1,8

K 1,8 − 459,67


Tabelle 1 Temperatureinheiten

Um den Unterschied zwischen den Konzepten Temperatur und Wärme besser zu verdeutlichen, betrachten Sie das folgende Beispiel: Beispiel zum Erhitzen von Wasser: Nehmen wir an, wir haben eine bestimmte Menge Wasser (120 Liter) auf eine Temperatur von 50 °C erhitzt und wie Wie viel Wasser können wir mit der gleichen Wärmemenge (verbrannter Brennstoff) auf eine Temperatur von 40 °C erhitzen? Der Einfachheit halber gehen wir davon aus, dass die anfängliche Wassertemperatur in beiden Fällen 15 °C beträgt.

Abbildung 1 Beispiel 1

Wie aus dem visuellen Beispiel ersichtlich ist, sind Temperatur und Wärmemenge unterschiedliche Konzepte. Diese. Körper bei unterschiedliche Temperaturen, können die gleiche Wärmeenergie haben und umgekehrt: Körper mit der gleichen Temperatur können unterschiedliche Wärmeenergie haben. Um die Definitionen zu vereinfachen, wurde ein spezieller Wert erfunden: Enthalpie. Enthalpie ist die Wärmemenge, die in einer Masseneinheit eines Stoffes enthalten ist [kJ/kg]. Unter natürlichen Bedingungen auf der Erde gibt es drei Aggregatzustände von Wasser: fest (Eis), flüssig (Wasser selbst), gasförmig (Wasserdampf) Der Übergang von Wasser von einem Aggregatzustand in einen anderen geht mit einer Änderung der Wärmeenergie des Körpers bei konstanter Temperatur einher (mit anderen Worten: der Zustand ändert sich, nicht die Temperatur). , die gesamte Wärme wird für die Zustandsänderung und nicht für die Erwärmung aufgewendet) Sensible Wärme ist die Wärme, bei der eine Änderung der dem Körper zugeführten Wärmemenge eine Änderung seiner Temperatur bewirkt. Latente Wärme - die Verdampfungswärme (Kondensation). ) ist die Wärme, die nicht die Temperatur des Körpers verändert, sondern dazu dient, den Aggregatzustand des Körpers zu verändern. Lassen Sie uns diese Konzepte anhand eines Diagramms veranschaulichen, in dem die Enthalpie (die zugeführte Wärmemenge) entlang der Ordinatenachse und die Temperatur entlang der Ordinatenachse aufgetragen werden. Diese Grafik zeigt den Prozess des Erhitzens einer Flüssigkeit (Wasser).

Abbildung 2 Enthalpie-Temperatur-Diagramm für Wasser

A-B Wasser wird von einer Temperatur von 0 °C auf eine Temperatur von 100 °C erhitzt (in diesem Fall wird die gesamte zugeführte Wärme zugeführt). Wasser geht um seine Temperatur zu erhöhen)
B-C Wasser kocht (in diesem Fall wird die gesamte dem Wasser zugeführte Wärme genutzt, um es in Dampf umzuwandeln, die Temperatur bleibt konstant bei 100 °C)
CD Das gesamte Wasser hat sich in Dampf verwandelt (verkocht) und nun wird die Hitze genutzt, um die Temperatur des Dampfes zu erhöhen.

Zusammensetzung der Rauchgase bei der Verbrennung gasförmiger Brennstoffe

Der Verbrennungsprozess ist der Prozess der Oxidation brennbarer Kraftstoffbestandteile mit Hilfe von Luftsauerstoff, wodurch Wärme freigesetzt wird. Schauen wir uns diesen Prozess an:

Abbildung 3 Zusammensetzung von Erdgas und Luft

Sehen wir uns an, wie sich die Verbrennungsreaktion von gasförmigem Kraftstoff entwickelt:

Abbildung 4 Verbrennungsreaktion von gasförmigem Brennstoff

Wie aus der Oxidationsreaktionsgleichung hervorgeht, entstehen Kohlendioxid, Wasserdampf (Rauchgase) und Wärme. Die Wärme, die bei der Verbrennung von Kraftstoff freigesetzt wird, wird als unterer Heizwert des Kraftstoffs (PCI) bezeichnet. Wenn wir die Rauchgase abkühlen, beginnt unter bestimmten Bedingungen Wasserdampf zu kondensieren (Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand). .

Abbildung 5 Latente Wärmefreisetzung bei der Kondensation von Wasserdampf

In diesem Fall wird eine zusätzliche Wärmemenge freigesetzt (latente Verdampfungs-/Kondensationswärme). Die Summe aus dem unteren Heizwert eines Brennstoffs und der latenten Verdampfungs-/Kondensationswärme wird als höherer Heizwert des Brennstoffs (PCS) bezeichnet.

Je mehr Wasserdampf sich in den Verbrennungsprodukten befindet, desto größer ist natürlich der Unterschied zwischen der höheren und niedrigeren Verbrennungswärme des Kraftstoffs. Die Menge an Wasserdampf wiederum hängt von der Zusammensetzung des Kraftstoffs ab:

Tabelle 2 Werte höherer und niedrigerer Heizwerte für verschiedene Brennstoffarten

Wie aus der obigen Tabelle hervorgeht, können wir durch die Verbrennung von Methan die größte zusätzliche Wärme gewinnen. Die Zusammensetzung von Erdgas ist nicht konstant und hängt vom Feld ab. Die durchschnittliche Zusammensetzung von Erdgas ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6 Zusammensetzung von Erdgas

Zwischenfazit:

1. Durch die Nutzung der latenten Verdampfungs-/Kondensationswärme können Sie mehr Wärme gewinnen, als bei der Verbrennung von Kraftstoff freigesetzt wird

2. Der vielversprechendste Brennstoff ist in dieser Hinsicht Erdgas (der Unterschied zwischen höherem und niedrigerem Heizwert beträgt mehr als 10 %).

Welche Bedingungen müssen geschaffen werden, damit die Kondensation beginnt? Taupunkt.

Wasserdampf in Rauchgasen hat etwas andere Eigenschaften als reiner Wasserdampf. Sie liegen im Gemisch mit anderen Gasen vor und ihre Parameter entsprechen den Parametern des Gemisches. Daher unterscheidet sich die Temperatur, bei der die Kondensation beginnt, von 100 ° C. Der Wert dieser Temperatur hängt von der Zusammensetzung der Rauchgase ab, die wiederum eine Folge der Art und Zusammensetzung des Brennstoffs sowie des Luftüberschusskoeffizienten ist. Die Temperatur der Rauchgase, bei der die Kondensation von Wasserdampf in den Produkten der Kraftstoffverbrennung beginnt, wird als Taupunkt bezeichnet.

Abbildung 7 Taupunkt


Zwischenfazit:

1. Die Aufgabe der Kondensationstechnik besteht darin, Verbrennungsprodukte unter den Taupunkt abzukühlen und die Kondensationswärme abzuführen und sinnvoll zu nutzen.

Kann der Wirkungsgrad eines Gaskessels mehr als 100 % betragen?

Lass uns nehmen technische Eigenschaften ein beliebig montierter Kessel:

Gesamtkesselleistung = 23.000 Kcal/h (26,7 KW);

Nettokesselleistung = 21.000 Kcal/h (24,03 KW);

Mit anderen Worten: Die maximale Wärmeleistung des Brenners beträgt 23.000 Kcal/h (die bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzte Wärmemenge) und die maximale vom Kühlmittel aufgenommene Wärmemenge beträgt 21.000 Kcal/h.

Wo liegt der Unterschied zwischen ihnen? Ein Teil der erzeugten Wärme (6–8 %) geht mit den Abgasen verloren, ein weiterer Teil (1,5–2 %) wird durch die Kesselwände an den umgebenden Raum abgegeben.

Wenn wir diese Werte addieren, können wir die folgende Gleichung schreiben:

Wenn wir die Nutzleistung des Kessels durch die Gesamtleistung dividieren und das Ergebnis mit 100 % multiplizieren, erhalten wir den Kesselwirkungsgrad (Wirkungsgrad) in %.

Wenn wir den Text der Definition sorgfältig lesen, werden wir feststellen, dass die Gesamtleistung des Kessels gleich der Wärmemenge ist, die bei der Verbrennung des Brennstoffs pro Zeiteinheit freigesetzt wird.

Somit hängt dieser Wert direkt vom unteren Heizwert des Brennstoffs ab und berücksichtigt nicht die Wärme, die bei der Kondensation von Wasserdampf aus den Verbrennungsprodukten freigesetzt werden kann.

Mit anderen Worten: Dies ist der Wirkungsgrad des Kessels im Verhältnis zum unteren Heizwert des Brennstoffs.

Wenn wir den Wert der Kondensationswärme von Wasserdampf berücksichtigen (siehe Tabelle 1), können wir das folgende Bild der Verteilung der Wärmeströme in einem nicht kondensierenden Kessel darstellen.

Abbildung 9 Verteilung der Wärmeströme in einem nicht kondensierenden Kessel

Dann sieht die Verteilung der Wärmeströme wie bei einem Brennwertkessel wie folgt aus:

Abbildung 10 Verteilung der Wärmeströme in einem Brennwertkessel

Zwischenfazit:
1. Ein Wirkungsgrad von 100 % und mehr ist möglich, wenn der untere und nicht der höhere Brennwert der Verbrennung als Bezugspunkt genommen wird.
2. Aus technischen Gründen können wir nicht die gesamte (fühlbare und latente) Wärme vollständig nutzen, daher darf der Kesselwirkungsgrad nicht gleich oder größer als 111 % (bezogen auf den unteren Heizwert des Brennstoffs) sein.

Betriebsarten von Brennwertkesseln

Gas-Brennwertkessel können in jede Heizungsanlage eingebaut werden. Die Menge der eingesetzten Kondensationswärme und der Wirkungsgrad, je nach Betriebsart, hängen von der richtigen Berechnung ab Heizsystem.

Um die Kondensationswärme des in Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfes effektiv nutzen zu können, ist es notwendig, die Rauchgase auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes abzukühlen. Der Nutzungsgrad der Kondensationswärme hängt von den berechneten Temperaturen des Kühlmittels im Heizsystem und von der Anzahl der im Kondensationsbetrieb geleisteten Arbeitsstunden ab. Dies ist in den Grafiken 11 und 13 dargestellt, wo die Taupunkttemperatur 55 °C beträgt.

Heizsystem 40/30 °C

Abbildung 11 Betriebsplan des Niedertemperatursystems

Von großer Bedeutung ist die Leistungsfähigkeit der Brennwertkessel einer solchen Heizungsanlage über den gesamten Zeitraum. Heizperiode. Niedrige Rücklauftemperaturen liegen immer unter der Taupunkttemperatur, sodass es ständig zu Kondensation kommt. Dies geschieht bei Niedertemperatur-Flächenheizungen oder Fußbodenheizungen. Ideal für solche Anlagen ist ein Brennwertkessel.

Abbildung 12 Temperaturverhältnisse im Raum bei Nutzung von Fußboden- und Konvektorheizung


Wasser-Fußbodenheizungen bieten gegenüber herkömmlichen Systemen viele Vorteile:

  • Erhöhter Komfort. Der Boden wird warm und angenehm begehbar, da die Wärmeübertragung von einer großen Oberfläche mit relativ niedriger Temperatur erfolgt.
  • Gleichmäßige Erwärmung der gesamten Raumfläche und damit gleichmäßige Erwärmung. In der Nähe eines Fensters und in der Mitte eines Raumes fühlt sich der Mensch gleichermaßen wohl.
  • Optimale Temperaturverteilung entlang der Raumhöhe. Abbildung 12 zeigt die ungefähre Temperaturverteilung entlang der Raumhöhe bei Verwendung einer herkömmlichen Heizung und einer Fußbodenheizung. Die Temperaturverteilung bei einer Fußbodenheizung wird vom Menschen als am günstigsten empfunden. Hervorzuheben ist auch die Verringerung des Wärmeverlusts über die Decke, da der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenluft erheblich verringert wird und wir nur dort angenehme Wärme erhalten, wo sie benötigt wird, anstatt die Umgebung über das Dach zu erwärmen. Dadurch kann die Fußbodenheizung effektiv für Gebäude mit hohen Decken – Kirchen, Messehallen, Fitnessstudios usw. – eingesetzt werden.
  • Hygiene. Es findet keine Luftzirkulation statt, Zugluft wird reduziert und somit auch keine Staubzirkulation, was ein großes Plus für das Wohlbefinden der Menschen ist, insbesondere wenn sie an Atemwegserkrankungen leiden.
  • Ein erheblicher Teil der Wärme vom Boden wird in Form von Strahlungswärmeübertragung übertragen. Im Gegensatz zur Konvektion verteilt Strahlung die Wärme sofort an die umgebenden Oberflächen.
  • In der Nähe von Heizgeräten findet keine künstliche Entfeuchtung der Luft statt.
  • Ästhetik. Es gibt keine Heizgeräte, es ist weder deren Konstruktion noch die Auswahl optimaler Größen erforderlich.

Heizsystem 75/60 ​​°C

Abbildung 13 Betriebsplan des Hochtemperatursystems

Eine effektive Nutzung der Kondensationswärme ist auch bei Auslegungstemperaturen von 75/60 ​​°C für einen Zeitraum von 97 % der Heizperiodendauer möglich. Dies gilt für Außentemperaturen zwischen – 11 °C und + 20 °C. Alte Heizungsanlagen, die für Temperaturen von 90/70 °C ausgelegt waren, arbeiten heute mit Temperaturen von knapp 75/60 ​​°C. Auch bei Anlagen mit einem Heizmedium von 90/70 °C und einer Betriebsart, bei der die Kesselwassertemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt wird, beträgt die Zeit für die Nutzung der Kondensationswärme 80 % der Dauer der Jahresheizperiode .

Hohe standardisierte Effizienz

In den Beispielen in den Abbildungen 11 und 13 ist deutlich zu erkennen, dass der Unterschied zwischen diesen beiden Optionen, gleichzeitig aber hoher Prozentsatz Die Nutzung der Kondensationswärme hat direkten Einfluss auf den Energieverbrauch eines Gas-Brennwertkessels. Zur Anzeige der Kraftstoffeffizienz Heizkessel Das Konzept der standardisierten Effizienz wurde eingeführt. Abbildung 14 zeigt die Abhängigkeit des Energieverbrauchs von verschiedenen Auslegungstemperaturen der Heizungsanlage.

Abbildung 14 Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der Rücklauftemperatur

Die hohen Normwirkungsgrade von Gas-Brennwertkesseln lassen sich durch folgende Faktoren erklären:

- Implementierung hochwertig CO2. Je höher der CO 2 -Gehalt, desto höher ist die Taupunkttemperatur der Heizgase.

– Aufrechterhaltung niedriger Rücklauftemperaturen. Je niedriger die Rücklauftemperatur, desto aktiver ist die Kondensation und desto niedriger ist die Rauchgastemperatur.

Zwischenfazit:

Der Wirkungsgrad eines Brennwertkessels hängt stark davon ab Temperaturregime Betrieb der Heizungsanlage.
Bei Neuinstallationen müssen alle Möglichkeiten für einen optimalen Betrieb des Gas-Brennwertkessels ausgenutzt werden. Eine hohe Effizienz wird erreicht, wenn folgende Kriterien erfüllt sind:
1. Begrenzen Sie die Rücklauftemperatur auf maximal 50 °C
2. Bemühen Sie sich um eine Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf von mindestens 20 K
3. Ergreifen Sie keine Maßnahmen, um die Temperatur der Rücklaufleitung zu erhöhen (dazu gehören beispielsweise der Einbau eines Vierwegemischers, Bypass-Leitungen, hydraulische Weichen).

Methoden zur Umsetzung des Kondensationsprinzips in Anbaukesseln

IN dieser Moment Es gibt im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, das Prinzip der Kondensation von Wasserdampf in Rauchgasen umzusetzen: einen entfernten Economizer und einen Edelstahlwärmetauscher mit eingebautem Economizer

Im ersten Fall wird die Hauptwärme der Verbrennungsprodukte in einem herkömmlichen Konvektionswärmetauscher genutzt und der Kondensationsprozess selbst findet in einer separaten Einheit – einem Remote-Economizer – statt. Diese Konstruktion ermöglicht die Verwendung von Komponenten und Baugruppen, die in konventionellen, nicht kondensierenden Heizkesseln verwendet werden, ermöglicht jedoch nicht die vollständige Ausschöpfung des Potenzials der Brennwerttechnik

Abbildung 17 Brennwertkessel mit Fern-Economizer

Ein Wärmetauscher mit eingebautem Economizer besteht aus 4-7 Wärmetauscherelementen (Spulen). Jedes Wärmetauscherelement wiederum besteht aus 4 Windungen eines glatten rechteckigen Edelstahlrohrs mit einer Wandstärke von ca. 1 mm. 0,8 mm (siehe Abbildung 18).

Abbildung 18 Diagramm der Bewegung der Rauchgase zwischen den Windungen des Wärmetauschers

Vor der Isolierplatte befinden sich mehrere Wärmeaustauschelemente. Sie übernehmen die Rolle der „ersten Stufe“, da hier nur geringe Kondensation stattfindet. Das vierte bzw. fünfte Wärmeaustauschelement befindet sich hinter der Isolierplatte. In dieser „Kondensationsstufe“ findet der Hauptkondensationsprozess statt.

Die Vorteile dieses Prinzips liegen einerseits in einer sehr effizienten Wärmeübertragung und andererseits in der Eliminierung von Siedegeräuschen, die durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten in glatten Rohren entstehen.
Der nächste Vorteil dieses Wärmetauschers ist seine geringe Verkalkungsneigung, da aufgrund der geringen Rohrquerschnitte eine hohe Turbulenz entsteht.
Die glatte Oberfläche der Edelstahlrohre und die vertikale Strömungsrichtung sorgen für einen Selbstreinigungseffekt.
Der Rücklaufanschluss des Wärmetauschers befindet sich hinten, der Vorlaufanschluss vorne. Am Wärmetauscher ist ein Kondensatableiter installiert.
Der Abgassammler vor dem Anschluss der Rohrleitung „Luftzufuhr/Abgasabfuhr“ besteht aus Kunststoff.

Abbildung 19 Hydraulikdiagramm eines Brennwertkessels mit eingebautem Economizer

Abbildung 20 Schnittansicht des Wärmetauschers eines Brennwertkessels mit eingebautem Economizer

Konventionelle Gasverbrennung und vollständige Vormischverbrennung

Die meisten Kessel mit offener Brennkammer haben das gleiche Prinzip der Gasverbrennung. Durch die kinetische Energie des Gasstrahls wird Luft angesaugt.

Abbildung 19 Prinzip der Gasverbrennung in atmosphärischen Brennern (Venturidüse)

Der Düse wird brennbares Gas unter Druck zugeführt. Hier wird durch die Verengung des Durchgangs die potentielle Druckenergie in die kinetische Energie des Strahls umgewandelt. Durch den speziellen geometrischen Querschnitt der Venturidüse wird Primärluft gemischt. Direkt in der Düse werden Gas und Luft vermischt (es entsteht ein Gas-Luft-Gemisch). Am Austritt aus der Düse wird Sekundärluft beigemischt. Durch Änderungen des Gasdrucks ändert sich die Brennerleistung; die Geschwindigkeit des Gasstrahls und die Menge der angesaugten Luft ändern sich entsprechend.
Die Vorteile dieses Designs sind seine Einfachheit und Geräuschlosigkeit.
Einschränkungen und Nachteile: großer Luftüberschuss, begrenzte Modulationstiefe, hohe Schadstoffemissionen.

Bei Kesseln mit geschlossener Brennkammer ähnelt das Prinzip der Gasverbrennung dem oben beschriebenen. Der Unterschied liegt lediglich in der erzwungenen Emission von Verbrennungsprodukten und der Luftzufuhr zur Verbrennung. Alle Vor- und Nachteile atmosphärischer Brenner gelten auch für Kessel mit geschlossener Brennkammer.

Brennwertkessel nutzen die Funktion „Voll“. vormischen Gas und Luft." Der Kern dieser Methode besteht in der Beimischung von Gas zum Luftstrom aufgrund des von diesem in der Venturi-Düse erzeugten Vakuums.

Gasarmaturen und Gebläse
Nachdem die Elektronikeinheit die Startgeschwindigkeit des Gebläses erkennt, öffnen sich die in Reihe liegenden Gasventile.
Auf der Saugseite des Gebläses befindet sich ein doppelwandiger Zu-/Abluftstutzen (Venturi-System). Aufgrund des Ringschlitzes entsteht nach dem Venturi-Prinzip ein Sogphänomen in der Kammer oberhalb der Hauptgasregelmembran im Gasventil.

Abbildung 20 Brennermischeinheit mit voller Vormischung

Zündvorgang
Das Gas strömt durch Kanal 1 unter den Steuermembranen hindurch. Aufgrund der entstehenden Druckdifferenz öffnet das Hauptgasregelventil. Anschließend strömt das Gas durch das Venturi-System in das Gebläse und vermischt sich mit der Ansaugluft. Das Gas-Luft-Gemisch gelangt in den Brenner und wird gezündet.
Modulationsmodus
Der Hub des Hauptgasregelventils hängt von der Stellung des Regelventils ab. Durch die Erhöhung der Gebläsedrehzahl wird der Druck hinter dem Hauptgasregelventil reduziert. Kanal 2 verändert den Druck solange, bis der Druck unter der Steuerventilmembran liegt. Das Auslassloch schließt sich weiter, wodurch die Intensität des Gasdruckabfalls durch Kanal 2 abnimmt. Somit steigt durch Kanal 1 der Druck unter der Membran des Hauptgasregelventils. Das Hauptgasregelventil öffnet sich weiterhin, wodurch mehr Gas zum Gebläse und damit mehr Gas zum Brenner strömen kann.
Der Brenner wird somit kontinuierlich moduliert, indem der Luftstrom des Gebläses verändert wird. Die Gasmenge folgt der Luftmenge in einem vorgegebenen Verhältnis. Dadurch ist es möglich, die Luftüberschusszahl über den gesamten Modulationsbereich nahezu konstant zu halten.

Abbildung 21 Brenner-Wärmemodul mit vollständiger Vormischung

Gehalt an Schadstoffen in Rauchgasen und Möglichkeiten zur Reduzierung ihrer Konzentration

Derzeit Verschmutzung Umfeld nimmt alarmierende Ausmaße an. Die Menge der Emissionen aus dem Wärme- und Stromsektor liegt nach dem Straßenverkehr an zweiter Stelle.

Abbildung 22 Prozentsatz der Emissionen

Daher die Frage der Reduzierung Schadstoffe in Verbrennungsprodukten.

Hauptschadstoffe:

    • Kohlenmonoxid CO
    • Stickoxide NOx
    • Säuredämpfe

Es empfiehlt sich, den ersten beiden Faktoren durch eine Verbesserung des Verbrennungsprozesses (exaktes Gas-Luft-Verhältnis) und eine Reduzierung der Temperatur im Kesselofen entgegenzuwirken.

Bei der Verbrennung von gasförmigem Brennstoff können folgende Säuren entstehen:

Säuredämpfe werden zusammen mit Kondensat perfekt entfernt. In entsorgen flüssigen Zustand sie sind ganz einfach. Typischerweise geschieht dies durch Neutralisieren einer Säure mit einer Base.

Entsorgung von Säurekondensat

Wie aus der Methanverbrennungsreaktion ersichtlich ist:

Bei der Verbrennung von 1 m3 Gas entstehen 2 m3 Wasserdampf. Unter normalen Betriebsbedingungen eines Brennwertkessels fallen pro Tag etwa 15-20 Liter an. Kondensat Dieses Kondensat hat einen geringen Säuregehalt (ca. pH = 3,5–4,5), der nicht überschritten wird zulässiges Maß Hausmüll.

Abbildung 23 Säuregehalt des Gaskesselkondensats

Kondensatbestandteile

Standardindikatoren, nach ATV A 251(2), mg/l

mg/l

Tabelle 3 Gehalt an Schwermetallen im Kondensat

Daher ist es zulässig, Kondensat in die Kanalisation einzuleiten, wo es mit alkalischem Hausmüll neutralisiert wird.
Bitte beachten Sie, dass Hausentwässerungssysteme aus Materialien bestehen, die gegen saures Kondensat beständig sind.
Laut Arbeitsblatt ATV A 251 handelt es sich dabei um folgende Materialien:
_ Keramikrohre
_ Starre PVC-Rohre
_ PVC-Rohre
_ Rohre aus Polyethylen hoher Dichte
_ Polypropylenrohre
_ Rohre aus einem Copolymer aus Acrylnitril, Butadien und Styrol oder einem Copolymer aus Acrylnitril, Styrol und Acrylestern (ABS/ASA)
_ Edelstahlrohre
_ Borosilikatrohre

Abbildung 24 Kondensatentsorgung

Nach italienischen Normen kann das obige Kondensatableitungsschema für Kesselanlagen mit einer Gesamtleistung von nicht mehr als 116 kW (nach der deutschen Norm ATV A 251 nicht mehr als 200 kW) angewendet werden. Bei Überschreitung dieses Wertes ist der Einbau spezieller Granulator-Kondensatneutralisatoren erforderlich.

Abbildung 25 Neutralisierung von Kondensat mithilfe einer Kondensatpumpe

1. Kondensatablass des Kessels
2. Einlassrohr des Neutralisators
3. Kondensatneutralisator
4. Auslassrohr des Neutralisators
5. Kondensatzulaufschlauch zum Kondensatsammler
6. Kondensatsammler
7. Kondensatauslassanschluss
8. Kondensatablaufschlauch
9. Adapter
10. Kanalisation
11. Befestigungsklammern

Abbildung 25 zeigt ein Beispiel einer Neutralisationsanlage. Das in den Neutralisator eintretende Kondensat wird zunächst durch eine Aktivkohleschicht gefiltert und anschließend im Hauptvolumen neutralisiert. Eine Kondensatpumpe wird installiert, wenn das Kondensat über dem Niveau des Kondensatsiphons im Kessel entfernt werden muss. Diese Konstruktion dient zur Neutralisierung von Kondensat aus Kesseln mit einer Gesamtleistung von 35 bis 300 kW (je nach Leistung der Anlage variiert die Länge des Neutralisators). Wenn die Anlagenleistung 300 kW übersteigt, werden mehrere Neutralisatoren parallel installiert.
Der Neutralisator ist äußerst wartungsfreundlich und erfordert nur einmal im Jahr eine Inspektion und Nachfüllung des Granulats. In der Regel wird auch der Säuregehalt des Kondensats mittels Lackmuspapier beurteilt.

Das Argument für die Kondensationstechnik

Argumente für Effizienz

Technische Eigenschaften

Servicecenter

Verbraucher

Installateur

Glattrohrwärmetauscher aus Edelstahl

Rauchgase/kondensatführende Teile

aus Plastik hergestellt

Verkaufsargument:

Langfristig

Dienstleistungen, minderjährig

technische Kosten

Service

Gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis durch lange Haltbarkeit

Lebensdauer der Geräte

Unerheblich

Instandhaltungskosten

Verkaufsargument:

lange lebensdauer

Hohes Niveau

normalisiert

Ausnutzungsgrad und geringe Schadstoffemissionen

Argumente verkaufen

Vielversprechende Kraftstoffverbrennungstechnologie

Kleinere Mängel

Kraftstoff läuft

Kleinere Probleme

Belastung der Umwelt

Mittwoch

Vielversprechendes Gerät

Kompaktes Gerät

und hochwertiges/attraktives Design

Räume, Nischen, Dachböden

Einfache Installation und

Installation

Geringer Platzbedarf

Kein „direkt“ erforderlich

Diebapparat

Kein Heizraum erforderlich

Möglichkeit der universellen Nutzung von Kellern, Wohnräumen

Räume, Nischen, Dachböden

Große Auswahl

Modulation

Effizienter, wirtschaftlicher Betrieb in allen Bereichen

Leistung

Leiser Betrieb

dank niedriger Taktrate

Reduzierte Kraftstoffkosten

Ein universelles Modell, das für die Bearbeitung einer Vielzahl von Objekten geeignet ist
Maßeinheiten für gasförmige Bestandteile von Verbrennungsprodukten →

Abschnittsinhalte

Bei der Verbrennung organischer Brennstoffe in Kesselöfen entstehen verschiedene Verbrennungsprodukte, wie Kohlenoxide CO x = CO + CO 2, Wasserdampf H 2 O, Schwefeloxide SO x = SO 2 + SO 3, Stickoxide NO x = NO + NO 2 , polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Fluoridverbindungen, Vanadiumverbindungen V 2 O 5, Feststoffpartikel usw. (siehe Tabelle 7.1.1). Wenn Brennstoff in Öfen unvollständig verbrannt wird, können die Abgase auch Kohlenwasserstoffe CH4, C2H4 usw. enthalten. Alle Produkte unvollständiger Verbrennung sind schädlich, aber mit moderner Bkann ihre Entstehung minimiert werden [1].

Tabelle 7.1.1. Spezifische Emissionen aus der Abfackelung organischer Brennstoffe in Kraftwerkskesseln [3]

Legende: A p, S p – jeweils der Asche- und Schwefelgehalt pro Arbeitsmasse Kraftstoff, %.

Das Kriterium für die hygienische Beurteilung der Umwelt ist die maximal zulässige Konzentration (MPC) eines Schadstoffes in der atmosphärischen Luft in Bodennähe. Unter MAC ist eine Konzentration verschiedener Stoffe und chemischer Verbindungen zu verstehen, die bei täglicher Einwirkung auf den menschlichen Körper über einen längeren Zeitraum keine pathologischen Veränderungen oder Erkrankungen hervorruft.

Die maximal zulässigen Konzentrationen (MPC) von Schadstoffen in der Luft besiedelter Gebiete sind in der Tabelle angegeben. 7.1.2 [4]. Die maximale Einzelkonzentration an Schadstoffen wird durch innerhalb von 20 Minuten entnommene Proben bestimmt, die durchschnittliche Tageskonzentration - pro Tag.

Tabelle 7.1.2. Maximal zulässige Schadstoffkonzentrationen in der Luft besiedelter Gebiete

Schadstoff Maximal zulässige Konzentration, mg/m3
Maximal einmalig Durchschnittliche tägliche
Staub ist ungiftig 0,5 0,15
Schwefeldioxid 0,5 0,05
Kohlenmonoxid 3,0 1,0
Kohlenmonoxid 3,0 1,0
Stickstoffdioxid 0,085 0,04
Stickoxid 0,6 0,06
Ruß (Ruß) 0,15 0,05
Schwefelwasserstoff 0,008 0,008
Benz(a)pyren - 0,1 µg/100 m3
Vanadiumpentoxid - 0,002
Fluoridverbindungen (durch Fluor) 0,02 0,005
Chlor 0,1 0,03

Die Berechnungen werden für jeden Schadstoff separat durchgeführt, sodass die Konzentration jedes einzelnen Schadstoffs die in der Tabelle angegebenen Werte nicht überschreitet. 7.1.2. Für Kesselhäuser werden diese Bedingungen durch die Einführung zusätzlicher Anforderungen an die Notwendigkeit der Summierung der Auswirkungen von Schwefel und Stickoxiden, die durch den Ausdruck bestimmt werden, verschärft

Gleichzeitig entstehen in den Öfen und Brennkammern aufgrund lokaler Luftmängel oder ungünstiger thermischer und aerodynamischer Bedingungen unvollständige Verbrennungsprodukte, die hauptsächlich aus Kohlenmonoxid CO (Kohlenmonoxid), Wasserstoff H 2 und verschiedenen Kohlenwasserstoffen bestehen, die die Wärme charakterisieren Verlust in der Kesseleinheit durch chemische unvollständige Verbrennung (chemische Unterverbrennung).

Darüber hinaus entstehen beim Verbrennungsprozess eine Reihe chemischer Verbindungen, die durch die Oxidation verschiedener Bestandteile des Kraftstoffs und des Luftstickstoffs N2 entstehen. Der größte Teil davon besteht aus Stickoxiden NO x und Schwefeloxiden SO x .

Stickoxide entstehen durch die Oxidation sowohl des molekularen Stickstoffs in der Luft als auch des im Kraftstoff enthaltenen Stickstoffs. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass der Hauptanteil des in Kesselöfen gebildeten NO x, nämlich 96–100 %, Stickstoffmonoxid (Oxid) NO ist. NO 2 -Dioxid und Stickstoffhemioxid N 2 O werden in deutlich geringeren Mengen gebildet und ihr Anteil beträgt ungefähr: für NO 2 - bis zu 4 % und für N 2 O - Hundertstel Prozent der gesamten NO x -Emission. Unter typischen Bedingungen des Abfackelns von Brennstoff in Kesseln sind die Konzentrationen von Stickstoffdioxid NO 2 im Vergleich zum NO-Gehalt normalerweise vernachlässigbar und liegen normalerweise zwischen 0 und 7 ppm bis zu 20-30 ppm. Gleichzeitig kann die schnelle Vermischung heißer und kalter Bereiche in einer turbulenten Flamme dazu führen, dass in den kalten Zonen der Strömung relativ hohe Konzentrationen von Stickstoffdioxid auftreten. Darüber hinaus kommt es zu einer teilweisen Emission von NO 2 im oberen Teil des Ofens und im horizontalen Rauchabzug (mit T> 900-1000 K) und können unter bestimmten Bedingungen auch auffällige Größen erreichen.

Stickstoffhemioxid N 2 O, das bei der Verbrennung von Kraftstoffen entsteht, ist offenbar ein kurzfristiger Zwischenstoff. N 2 O kommt in den Verbrennungsprodukten hinter Kesseln praktisch nicht vor.

Der im Kraftstoff enthaltene Schwefel ist eine Quelle für die Bildung von Schwefeloxiden SO x: Schwefeldioxid SO 2 (Schwefeldioxid) und Schwefel SO 3 (Schwefeltrioxid) Anhydride. Gesamt Massenveröffentlichung SO x hängt nur vom Schwefelgehalt im Brennstoff S p ab, ihre Konzentration in den Rauchgasen hängt auch vom Luftdurchsatzkoeffizienten α ab. In der Regel beträgt der Anteil von SO 2 97–99 % und der Anteil von SO 3 1–3 % der Gesamtausbeute an SO x. Der tatsächliche SO 2 -Gehalt in den Gasen, die die Kessel verlassen, liegt zwischen 0,08 und 0,6 %, und die SO 3 -Konzentration liegt zwischen 0,0001 und 0,008 %.

Unter den schädlichen Bestandteilen von Rauchgasen nimmt eine große Gruppe polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK) eine besondere Stellung ein. Viele PAK haben eine hohe krebserzeugende und (oder) mutagene Aktivität und lösen in Städten photochemischen Smog aus, was eine strenge Kontrolle und Begrenzung ihrer Emissionen erfordert. Gleichzeitig sind einige PAK, beispielsweise Phenanthren, Fluoranthen, Pyren und eine Reihe anderer, physiologisch nahezu inert und nicht krebserregend.

PAK entstehen durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen. Letzteres entsteht durch die Hemmung von Oxidationsreaktionen von Kraftstoffkohlenwasserstoffen durch die kalten Wände von Verbrennungsvorrichtungen und kann auch durch eine unbefriedigende Vermischung von Kraftstoff und Luft verursacht werden. Dies führt zur Bildung lokaler oxidativer Zonen mit niedrigen Temperaturen oder Zonen mit überschüssigem Brennstoff in den Öfen (Brennkammern).

Wegen große Menge Aufgrund der Vielzahl verschiedener PAKs in Rauchgasen und der Schwierigkeit, ihre Konzentrationen zu messen, ist es üblich, den Grad der krebserregenden Kontamination von Verbrennungsprodukten und atmosphärischer Luft anhand der Konzentration des stärksten und stabilsten Karzinogens, Benzo(a)pyren (B(a), abzuschätzen )P) C 20 H 12 .

Aufgrund ihrer hohen Toxizität sind insbesondere Verbrennungsprodukte von Heizöl wie Vanadiumoxide zu erwähnen. Vanadium ist im mineralischen Teil von Heizöl enthalten und bildet beim Verbrennen Vanadiumoxide VO, VO 2. Wenn sich jedoch Ablagerungen bilden Konvektive Oberflächen Vanadiumoxide liegen hauptsächlich in Form von V 2 O 5 vor. Vanadiumpentoxid V 2 O 5 ist die giftigste Form von Vanadiumoxiden, daher werden ihre Emissionen in Form von V 2 O 5 berechnet.

Tabelle 7.1.3. Ungefähre Schadstoffkonzentration in Verbrennungsprodukten beim Abfackeln organischer Brennstoffe in Kraftkesseln

Emissionen = Konzentration, mg/m 3
Erdgas Heizöl Kohle
Stickoxide NO x (bezogen auf NO 2) 200 ÷ 1200 300 ÷ 1000 350 ÷1500
Schwefeldioxid SO2 - 2000–6000 1000–5000
Schwefelsäureanhydrid SO 3 - 4÷250 2 ÷100
Kohlenmonoxid CO 10÷125 10-150 15÷150
Benz(a)pyren C 20 H 12 (0,1 ÷ 1, 0) · 10 -3 (0,2 ÷ 4,0) 10 -3 (0,3 ÷ 14) 10 -3
Feinstaub - <100 150-300

Bei der Verbrennung von Heizöl und Festbrennstoffen entstehen in den Emissionen zusätzlich Feststoffpartikel bestehend aus Flugasche, Rußpartikeln, PAK und unverbranntem Brennstoff durch mechanische Unterverbrennung.

Die Konzentrationsbereiche von Schadstoffen in Rauchgasen bei der Verbrennung verschiedener Brennstoffarten sind in der Tabelle aufgeführt. 7.1.3.



 

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