Димові гази при спалюванні вугілля. Теоретичний обсяг повітря та димових газів

Аналіз димових газівкотлів дозволяє виявити та усунути відхилення від нормальних режимівроботи, тим самим збільшити ефективність спалювання палива та зменшити викиди токсичних газів в атмосферу. Для того щоб розуміти наскільки ефективно працює паливоспалююча установка і як за допомогою газоаналізатора димових газів виявити відхилення в її роботі необхідно знати, які гази і в яких концентраціях присутні в димових газах.

Нижче наводяться компоненти димових газів у порядку зменшення їх концентрації у відпрацьованих газах.

Азот N2.

Азот – основний елемент навколишнього повітря (79%). Азот не бере участі у процесі згоряння, є баластом. Нагнітаючи в котел, нагрівається і забирає в димохід витрачену на його нагрівання енергію, знижуючи ефективність роботи котла. Газоаналізаторами димових газів концентрація азоту не вимірюється.

Вуглекислий газ CO2.

Утворюється під час згоряння палива. Задушливий газ при концентраціях вище 15% за обсягом викликає швидку втрату свідомості. Газоаналізатори димових газів зазвичай не вимірюють концентрацію вуглекислого газу, а визначають його розрахунковим шляхом концентрації залишкового кисню. У деяких моделях газоаналізаторів, наприклад MRU Vario Plus, можуть бути вбудовані оптичні інфрачервоні сенсори для вимірювання концентрацій вуглекислого газу.

дизельні пальники - 12,5...14 %
газові пальники - 8…11 %

Кисень О2.

Залишковий кисень, не використаний у процесі згоряння палива через надлишкове повітря, викидається разом з газами, що відходять. За концентрацією залишкового кисню судять про повноту (ефективність) згоряння палива. Крім того, за концентрацією кисню визначаються втрати тепла з димовими газами та концентрація вуглекислого газу.

Концентрація кисню в переносних газоаналізаторах димових газів вимірюється за допомогою електрохімічних сенсорів кисню, в стаціонарних газоаналізаторах також часто застосовуються цирконієві рецептори.

дизельні пальники - 2...5 %
газові пальники - 2…6 %

Оксид вуглецю СО.

Оксид вуглецю або чадний газ - отруйний газ, що є продуктом неповного згоряння. Газ важчий за повітря і за наявності нещільностей або прогарів у димарях котлів може виділятися в робоче середовище, наражаючи персонал на ризик отруєння. При концентраціях СО до 10000 ppm для виявлення зазвичай застосовуються електрохімічні осередки. Для вимірювання концентрацій понад 10000 ppm переважно застосовують оптичні осередки, у тому числі і в переносних газоаналізаторах.

дизельні пальники - 80…150 ppm
газові пальники - 80…100 ppm

Оксиди азоту (NOx).

При високих температураху топці котлів азот утворює з киснем повітря оксид азоту NO. Надалі NO під впливом кисню окислюється до NO2. Компоненти NO та NO2 називають оксидами азоту NOx.

Концентрація NO вимірюється електрохімічними детекторами. NO2 у простих моделях газоаналізаторів визначається розрахунковим шляхом і приймається рівним 5...10% відсотків виміряної концентрації NO. У деяких випадках концентрація NO2 вимірюється окремим електрохімічним сенсором діоксиду азоту. У будь-якому випадку результуюча концентрація оксидів азоту NOx дорівнює сумі концентрацій NO та NO2.

дизельні пальники - 50...120 ppm
газові пальники - 50…100 ppm

Діоксид сірки (SO2).

Токсичний газ, що утворюється при спалюванні палива, що містить сірку. При взаємодії SO2 з водою (конденсатом) або водяною парою утворюється сірчиста кислота H2SO3. Для вимірювання концентрацій SO2 зазвичай застосовують електрохімічні осередки.

Незгоряння вуглеводнів (СН).

Вуглеводні СН, що не згоряються, формуються в результаті неповного згоряння палива. До цієї групи входять метан СН4, бутан С4Н10 і бензол С6Н6. Для вимірювання концентрацій вогневоднів, що не згорають, застосовують термокаталітичні або оптичні інфрачервоні осередки.

Для вимірювання концентрацій газів у промислових викидах та топкових газах застосовуються газоаналізатори Каскад-Н 512, ДАГ 500, Комета-Топогаз, АКВТ та ін вітчизняного виробництва, або прилади іноземного виробництва таких виробників як Testo, MSI Drager, MRU, Kane і т.д. .

1. Опис запропонованої технології (методу) підвищення енергоефективності, його новизна та поінформованість про нього.

При спалюванні палива в котлах, процентний вміст «надлишкового повітря» може становити від 3 до 70% (без урахування присосів) від обсягу повітря, кисень якого бере участь у хімічної реакціїокиснення (спалювання) палива.

«Надлишкове повітря», що бере участь у процесі спалювання палива, це та частина атмосферного повітря, кисень якого не бере участі в хімічній реакції окиснення (спалювання) палива, але він необхідний для створення необхідного швидкісного режиму закінчення паливно-повітряної суміші з пальника котла. «Надлишкове повітря» - величина змінна і для одного і того ж котла вона обернено пропорційна кількості палива, що спалюється, або чим менше спалюється палива, тим менше потрібно кисню для його окислення (спалювання), але необхідно більше «надлишкового повітря» для створення необхідного швидкісного режиму витікання паливно-повітряної суміші з пальника котла. Відсотковий вміст «надлишкового повітря» в загальному потоці повітря, що використовується для повного спалюванняпалива, визначається за відсотковим вмістом кисню в димових газах.

Якщо зменшити відсотковий вміст «надлишкового повітря», то в димових газах, що йдуть, з'явиться окис вуглецю «СО» (отруйний газ), що свідчить про недопал палива, тобто. його втраті, а використання «надлишкового повітря» призводить до втрати теплової енергії на його нагрівання, що збільшує витрату палива, що спалюється, і підвищує викиди парникових газів «СО 2 » в атмосферу.

Атмосферне повітря складається з 79% азоту (N 2 - інертний газбез кольору, смаку та запаху), який виконує основну функцію зі створення необхідного швидкісного режиму закінчення паливно-повітряної суміші з пальника енергетичної установки для повного та стійкого спалювання палива та 21% кисню (О 2), який є окислювачем палива. Димові гази, що йдуть, при номінальному режимі спалювання природного газу в котельних агрегатах складаються з 71% азоту (N 2), 18% води (Н 2 О), 9% вуглекислого газу (СО 2) і 2% кисню (О 2). Відсотковий вміст кисню в димових газах дорівнює 2% (на виході з топки) свідчить про 10% вміст надлишкового атмосферного повітря в загальному потоці повітря, що бере участь у створенні необхідного швидкісного режиму закінчення паливно-повітряної суміші з пальника котельного агрегату для повного окислення палива.

У процесі повного спалювання палива в котлах необхідно утилізувати димові гази, замінюючи ними «надлишкове повітря», що дозволить запобігти утворенню NOx (до 90,0%) та скоротити викиди «парникових газів» (СО 2), а також витрата палива, що спалюється (до 1,5%).

Винахід відноситься до теплоенергетики, зокрема до енергетичних установок для спалювання різних видівпалива та способів утилізації димових газів для спалювання палива в енергетичних установках.

Енергетична установка для спалювання палива містить топку (1) з пальниками (2) та конвективний газохід (3), підключений через димосос (4) та димохід (5) до димової труби (6); повітропровід (9) зовнішнього повітря, з'єднаний з димоходом (5) через перепускний трубопровід (11) димових газів та повітроводом (14) суміші зовнішнього повітря та димових газів, який з'єднаний з дуттьовим вентилятором (13); дросель (10), встановлений на повітроводі (9), та засувку (12), змонтовану на перепускному трубопроводі (11) димових газів, причому дросель (10) та засувка (12) обладнані виконавчими механізмами; повітропідігрівач (8), розташований у конвективному газоході (3), підключений до дутьевого вентилятора (13) і з'єднаний з пальниками (2) через повітропровід (15) нагрітої суміші зовнішнього повітря та димових газів; датчик (16) відбору проб топкових газів, встановлений на вході в конвективний газохід (3) та підключений до газоаналізатора (17) визначення вмісту кисню та окису вуглецю в топкових газах; електронний блок управління (18), який підключений до газоаналізатора (17) та до виконавчих механізмів дроселя (10) та засувки (12). Спосіб утилізації димових газів для спалювання палива в енергетичній установці включає відбір частини димових газів зі статичним тиском більше атмосферного з димоходу (5) і подачу її через перепускний трубопровід (11) димових газів у повітропровід (9) зовнішнього повітря зі статичним тиском зовнішнього повітря менше атмосферного ; регулювання подачі зовнішнього повітря та димових газів виконавчими механізмами дроселя (10) та засувки (12), керованими електронним блоком управління (18), таким чином, щоб процентний вміст кисню у зовнішньому повітрі знизився до рівня, при якому на вході в конвективний газохід (3 ) вміст кисню в топкових газах становило менше 1% за відсутності окису вуглецю; подальше змішування димових газів із зовнішнім повітрям у повітроводі (14) і дуттьовому вентиляторі (13) для отримання однорідної суміші зовнішнього повітря та димових газів; нагрівання отриманої суміші в повітропідігрівачі (8) за рахунок утилізації тепла топкових газів; подачу нагрітої суміші в пальники (2) через повітропровід (15).

2. Результат підвищення енергоефективності під час масового впровадження.
Економія палива, що спалюється в котельнях, на ТЕЦ або ДРЕС до 1,5%

3. Чи існує необхідність проведення додаткових досліджень для розширення переліку об'єктів для впровадження цієї технології?
Існує, т.к. пропоновану технологію можна застосувати також і для двигунів внутрішнього згоряннята для газотурбінних установок.

4. Причини, через які пропонована енергоефективна технологія не застосовуються в масовому масштабі.
Основною причиною є новизна запропонованої технології та психологічна інерція фахівців у галузі теплоенергетики. Необхідна медіатизація пропонованої технології в Міністерствах Енергетики та Екології, енергетичних компаніях, що генерують електричну та теплову енергію.

5. Існуючі заходи заохочення, примусу, стимулювання запровадження запропонованої технології (методу) і їх вдосконалення.
Введення нових жорсткіших екологічних вимог до викидів NOx від котелень

6. Наявність технічних та інших обмежень застосування технології (методу) різних об'єктах.
Розширити дію п. 4.3.25 «ПРАВИЛ ТЕХНІЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ І МЕРЕЖ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ НАКІВ МІНЕНЕРГО РФ ВІД 19 ЧЕРВНЯ 2003 р. №е22. У наступній редакції: «…На парових котлах, що спалюють будь-яке паливо, у регулювальному діапазоні навантажень його спалювання має здійснюватися, як правило, при коефіцієнтах надлишку повітря на виході з топки менше 1,03…».

7. Необхідність проведення НДДКР та додаткових випробувань; теми та цілі робіт.
Необхідність проведення НДДКР полягає у отриманні наочної інформації (навчального фільму) для ознайомлення працівників теплоенергетичних компаній із запропонованою технологією.

8. Наявність постанов, правил, інструкцій, нормативів, вимог, заборонних заходів та інших документів, що регламентують застосування цієї технології (методу) та обов'язкових для виконання; необхідність внесення змін до них або необхідність зміни самих принципів формування цих документів; наявність раніше існуючих нормативних документів, регламентів та потреба в їх відновленні
Розширити дії «ПРАВИЛ ТЕХНІЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ І МЕРЕЖ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ НАКАЗ МІНЕНЕРГО РФ ВІД 19 ЧЕРВНЯ 2003 р. № 229»

п. 4.3.25 для котлів, що спалюють будь-які види палива. В наступній редакції: "… На парових котлах, що спалюють паливо, в регулювальному діапазоні навантажень його спалювання повинне здійснюватися, як правило, при коефіцієнтах надлишку повітря на виході з топки менше 1,03...».

п. 4.3.28. «… Розпалювання котла на сірчистому мазуті повинно проводитись із попередньо включеною системою підігріву повітря (калорифери, система рециркуляції гарячого повітря). Температура повітря перед повітропідігрівачем у початковий період розпалювання на мазутному котлі повинна бути, як правило, не нижче 90°С. Розпалювання котла на будь-якому іншому виді палива повинно проводитись із попередньо включеною системою рециркуляції повітря»

9. Необхідність розробки нових або зміни існуючих законів та нормативно-правових актів.
Не вимагається

10. Наявність впроваджених пілотних проектів, аналіз їх реальної ефективності, виявлені недоліки та пропозиції щодо вдосконалення технології з урахуванням накопиченого досвіду.
Випробування пропонованої технології здійснювалося на настінному газовому котлі з примусовою тягою і виведенням відпрацьованих газів (продуктів згоряння природного газу) на фасад будівлі номінальною потужністю 24,0 кВт, але під навантаженням 8,0 кВт. Подача димових газів у котел здійснювалася за рахунок короба, що встановлюється на відстані 0,5 м від факельного викиду коаксіальної димової труби котла. Короб затримував димові, що йшли, які в свою чергу заміняли «надлишкове повітря», необхідне для повного спалювання природного газу, а газоаналізатором, встановленим у відводі газоходу котла (штатному місці) контролювалися викиди. В результаті експерименту здатність знизити викиди NOx на 86,0% і скоротити викиди «парникових газів» СО2 1,3%.

11. Можливість впливу на інші процеси при масовому впровадженні даної технології (зміна екологічної обстановки, можливий вплив на здоров'я людей, підвищення надійності енергопостачання, зміна добових або сезонних графіків завантаження) енергетичного обладнання, зміна економічних показників вироблення та передачі енергії тощо).
Поліпшення екологічної обстановки, що впливає на здоров'я людей та зниження витрат на пальне при виробленні теплової енергії.

12. Необхідність спеціальної підготовки кваліфікованих кадрів для експлуатації впроваджуваної технології та розвитку виробництва.
Достатнім буде тренінг існуючого обслуговуючого персоналу котельних агрегатів із запропонованою технологією.

13. Передбачувані методи застосування:
комерційне фінансування (при окупності витрат), оскільки запропонована технологія окупається максимум протягом двох років.

Інформація надана: Ю. Панфіл, а/с 2150, м. Кишинів, Молдова, MD 2051, e-mail: [email protected]

Для того щоб додати опис енергозберігаючої технологіїв Каталог, заповніть опитувальник і надішліть його на з позначкою «в Каталог».

Теоретично необхідну кількість повітря для спалювання генераторного, доменного та коксового газів та їх сумішей визначають за формулою:

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), нм 3 / нм 3 де % - за обсягом.

Теоретично необхідна кількість повітря для спалювання природного газу:

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), нм 3 / нм 3 де % - за обсягом.

Теоретично необхідна кількість повітря для спалювання твердих та рідких палив:

V 0 = 0,0889 ⋅ %C P + 0,265 ⋅ %H P – 0,0333 ⋅ (% OP - % SP), нм 3 /кг, де % – за масою.

Дійсна кількість повітря для горіння

Необхідна повнота горіння при спалюванні палива з теоретично необхідною кількістю повітря, тобто. при V 0 (α = 1), можна досягти тільки в тому випадку, якщо паливо повністю змішається з повітрям, що йде для горіння, і являє собою готову гарячу (стехіометричну) суміш у газоподібному вигляді. Цього досягають, наприклад, при спалюванні газоподібного палива за допомогою пальників безполум'яного горіння і при спалюванні рідкого палива з попередньою газифікацією їх за допомогою спеціальних пальників.

Дійсна кількість повітря для спалювання палива завжди більша, ніж теоретично необхідна, тому що в практичних умовах для повноти спалювання майже завжди потрібен деякий надлишок повітря. Дійсна кількість повітря визначають за формулою:

V α = αV 0 , нм 3 /кг або нм 3 /нм 3 палива,

де - коефіцієнт надлишку повітря.

При факельному способі спалювання, коли паливо з повітрям перемішується в процесі горіння, для газу, мазуту та пилоподібного палива коефіцієнт надлишку повітря α = 1,05–1,25. При спалюванні газу попередньо повністю змішаного з повітрям і при спалюванні мазуту з попередньою газифікацією та інтенсивним перемішуванням мазутного газу з повітрям α = 1,00–1,05. При шаровому способі спалювання вугілля, антрациту та торфу в механічних топках при безперервній подачі палива та видалення ззолу – α = 1,3–1,4. При ручному обслуговуванні топок: при спалюванні антрацитів α = 1,4 при спалюванні кам'яного вугілляα = 1,5-1,6, при спалюванні бурого вугілля α = 1,6-1,8. Для напівгазових топок α = 1,1-1,2.

Атмосферне повітря містить кілька вологи – d г/кг сухого повітря. Тому обсяг вологого атмосферного повітря, необхідного для горіння, буде більшим, ніж розрахований за наведеними вище формулами:

V B = (1 + 0,0016d) ⋅ V о, нм 3 /кг або нм 3 /нм 3 ,

V B α = (1 + 0,0016d) ⋅ V α , нм3/кг або нм3/нм3.

Тут 0,0016 = 1,293/(0,804*1000) є коефіцієнт перерахунку вагових одиниць вологи повітря, виражених у г/кг сухого повітря, в об'ємні одиниці – нм 3 водяної пари, що містяться в 1 нм 3 сухого повітря.

Кількість та склад продуктів горіння

Для генераторного, доменного, коксового газів та їх сумішей кількість окремих продуктів повного горіння при спалюванні з коефіцієнтом надлишку повітря, що дорівнює α:

Кількість двоокису вуглецю

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

Кількість сірчистого ангідриду

V SO2 = 0,01 ⋅ %H 2 S нм 3 /нм 3 ;

Кількість водяної пари

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

де 0,16d V B á нм 3 /нм 3 – кількість водяної пари, що вноситься вологим атмосферним повітрям при його вмісті вологості d г/кг сухого повітря;

Кількість азоту, що переходить з газу та вноситься з повітрям

Кількість вільного кисню, що вноситься надлишковим повітрям

V O2 = 0,21 (α - 1) ⋅ V O , нм 3 /нм 3 .

Загальна кількість продуктів горіння генераторного, доменного, коксового газів та їх сумішей дорівнює сумі їх окремих складових:

V дг = 0,01 (%CO 2 + %CO + %H 2 + 3 ⋅ %CH 4 + 4 ⋅ %C 2 H 4 + 2 ⋅ %H 2 S + %H 2 O + %N 2) + + V O (α + 0,0016 dα - 0,21), нм3/нм3.

Для природного газу кількість окремих продуктів повного горіння визначають за формулами:

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) нм 3 / нм 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) нм3/нм3;

V N2 = 0,01 ⋅ %N 2 + 0,79 V α, нм3/нм3;

V O2 = 0,21(α - 1) V O , нм3/нм3.

Загальна кількість продуктів горіння природного газу:

V дг = 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) + V O (α + 0,0016dα - 0,21), нм3/нм3.

Для твердого та рідкого палив кількість окремих продуктів повного горіння:

V CO2 = 0,01855 %C P , нм 3 /кг (тут і далі, % – відсотковий вміст у робочому газі елементів за масою);

V SO2 = 0,007% S P нм3/кг.

Для твердого та рідкого палива

V H2O ХІМ = 0,112 ⋅ %H P , нм 3 /кг,

де V H2O ХІМ - водяні пари, що утворюються при горінні водню.

V H2O хутро = 0,0124 %W P , нм 3 /кг,

де V H2O хутро - водяні пари, що утворюються при випаровуванні вологи робочого палива.

Якщо для розпилення рідкого палива подається пара в кількості W ПАР кг/кг палива, то до обсягу водяної пари треба додати величину 1,24 W ПАР нм 3 /кг палива. Волога, що вноситься атмосферним повітрям при вмісті вологи d г/кг сухого повітря, становить 0,0016 d V á нм 3 /кг палива. Отже, загальна кількість водяної пари:

V H2O = 0,112 ⋅ %H P + 0,0124 (%W P + 100 ⋅ %W ПАР) + 0,0016d V á , нм 3 /кг.

V N2 = 0,79 ⋅ V α + 0,008 ⋅ %N P , нм 3 /кг

V O2 = 0,21 (α - 1) V O , нм 3 /кг.

Загальна формула для визначення продуктів горіння твердого та рідкого палива:

V дг = 0,01 + VO (α + + 0,0016 dα - 0,21) нм 3 /кг.

Об'єм димових газів при спалюванні палива з теоретично необхідною кількістю повітря (V O нм 3 /кг, V O нм 3 /нм 3) визначають за наведеними розрахунковими формулами з коефіцієнтом надлишку повітря, рівним 1,0, при цьому у складі продуктів горіння буде відсутній кисень.

Опубліковано: 21.11.2009 | |

Денис Риндін,
головний інженер «Водної техніки»

В даний час особливо гостро постають питання підвищення ефективності опалювальних установок та зниження екологічного тиску на навколишнє середовище. Найбільш перспективним у цьому відношенні є застосування конденсаційної техніки, здатної найбільш повним чином вирішити окреслене коло завдань. Компанія «Водна Техніка» завжди прагнула представити на вітчизняному ринку сучасне та ефективне опалювальне обладнання. У світлі цього закономірний та виправданий її інтерес до конденсаційної техніки, як найефективнішої, високотехнологічної та перспективної. Тому в 2006 році одна з пріоритетних напрямківрозвитку компанії – просування конденсаційної техніки на українському ринку. З цією метою заплановано цілу низку заходів, одним з яких є цикл статей, що популяризують, для тих, хто вперше стикається з подібною технікою. У цій статті ми постараємося торкнутися основних питань реалізації та застосування принципу конденсації водяної пари в опалювальній техніці:

Чим відрізняється теплота від температури?
Чи може ККД бути більшим за 100%?

Чим відрізняється теплота від температури?

Температура це ступінь нагрітості тіла (кінетична енергія молекул тіла), Величина, вельми відносна, це можна легко проілюструвати за допомогою шкал Цельсія і Фаренгейта. У побуті використовується шкала Цельсія, в якій за 0 приймають точку замерзання води, а за 100 ° точку кипіння води при атмосферному тиску. Оскільки температура замерзання та кипіння води недостатньо добре визначена, нині шкалу Цельсія визначають через шкалу Кельвіна: градус Цельсія дорівнює градусуКельвіна та абсолютний нуль беруть за −273,15 °C. Шкала Цельсія практично дуже зручна, оскільки вода дуже поширена на нашій планеті, і наше життя ґрунтується на ній. Нуль Цельсія – особлива точка для метеорології, оскільки замерзання атмосферної води суттєво все змінює. У Великобританії і, особливо у США використовується шкала Фаренгейта. У цій шкалі на 100 градусів поділено інтервал від температури найхолоднішої зими у місті, де жив Фаренгейт, до температури людського тіла. Нуль Цельсія - це 32 Фаренгейта, і градус Фаренгейта дорівнює 5/9 градусів Цельсія.

Перерахунок температури між основними шкалами
	Кельвін	Цельсій	Фаренгейт
			= (F + 459,67)/1,8
			= (F − 32) / 1,8
	K · 1,8 − 459,67

Таблиця 1 Одиниці вимірювання температури

Для того, щоб чіткіше уявити різницю між поняттями температура і теплота, розглянемо наступний приклад: Приклад з нагріванням води: Припустимо, ми нагріли деяку кількість води (120 л.) до температури 50°C, а яку кількість води ми зможемо нагріти до температури 40 °C, використовуючи також кількість теплоти (спаленого палива)? Для простоти вважатимемо, що в обох випадках початкова температура води 15 °C.

Малюнок 1 Приклад 1

Як видно з прикладу, температура і кількість теплоти - це різні поняття. Тобто. тіла при різної температури, можуть мати однакову теплову енергію, і навпаки: тіла з однаковою температурою можуть мати різну теплову енергію. Для спрощення визначень придумали спеціальну величину — Ентальпію Ентальпія-кількість тепла, що міститься в одиниці маси речовини [кДж/кг] У природних умовах на Землі існує три агрегатні стани води: твердий (лід), рідкий (власне вода), газоподібний (водяна пара) Перехід води з одного агрегатного стану в інший супроводжується зміною теплової енергії тіла при постійній температурі (змінюється стан, а не температура, іншими словами - все тепло витрачається на зміну стану, а не на нагрівання). підведеного до тіла викликає зміну його температури Прихована теплота – теплота пароутворення (конденсації) та теплота, яка змінює температури тіла, а служить зміни агрегатного стану тіла. Проілюструємо дані поняття графіком, у якому по осі ординат буде відкладено ентальпія (кількість підведеного тепла), а, по осі ординат температура. Даний графік показує процес нагрівання рідини (води).

Рисунок 2 Графік залежності Ентальпія – Температура для води

А-Ввідбувається нагрівання води від температури 0 ºС до температури 100 ºС (при цьому все тепло підведене до воді йдена підвищення її температури)
В-Свідбувається кипіння води (при цьому все тепло, підведене до води, йде на перетворення її на пару, температура при цьому залишається постійною 100 ºС)
C-Dвся вода перетворилася на пару (википіла) і тепер тепло йде на підвищення температури пари.

Склад димових газів при спалюванні газоподібного палива

Процес горіння – процес окислення горючих складових палива за допомогою кисню повітря, при цьому виділяється тепло. Давайте розглянемо цей процес:

Рисунок 3 Склад Природного газу та повітря

Давайте подивимося, як розвивається реакція горіння газоподібного палива:

Рисунок 4 Реакція горіння газоподібного палива

Як видно з рівняння реакції окислення, в результаті ми отримуємо вуглекислий газ, водяну пару (димові гази) та тепло. Теплота, що виділяється при згорянні палива, називається Нижчою теплотою згоряння палива (PCI) Якщо ми охолоджуватимемо димові гази, то за певних умов водяні пари почнуть конденсуватися (переходити з газоподібного стану в рідкий).

Рисунок 5 Виділення прихованої теплоти, при конденсації водяної пари

При цьому виділятиметься додаткова кількість теплоти (прихована теплота пароутворення/конденсації). Сума Нижчої теплоти згоряння палива та прихованої теплоти пароутворення/конденсації називається Вищою теплотою згоряння палива (PCS).

Природно, що чим більше водяної пари знаходиться в продуктах згоряння, тим більша різниця між Вищою та Нижчою теплотою згоряння палива. У свою чергу, кількість водяної пари залежить від складу палива:

Таблиця 2 Величини вищої та нижчої теплоти згоряння для різних видів палива

Як видно з наведеної вище таблиці, найбільшу додаткову теплоту ми можемо отримати при спалюванні метану. Склад природного газу не є постійним і залежить від родовища. Середній склад природного газу зображено малюнку 6.

Рисунок 6 Склад природного газу

Проміжні висновки:

1. Використовуючи приховану теплоту пароутворення/конденсації, можна отримати більше тепла, ніж виділяється при спалюванні палива

2. Найбільш перспективне паливо, щодо цього – природний газ (різниця між вищою та нижчою теплотою згоряння становить понад 10%)

Які умови необхідно створити для початку конденсації? Точка роси.

Водяні пари в димових газах мають дещо інші властивості, ніж чиста водяна пара. Вони знаходяться в суміші з іншими газами та їх параметри відповідають параметрам суміші. Тому температура, при якій починається конденсація, відрізняється від 100 ºС. Значення цієї температури залежить від складу димових газів, що в свою чергу є наслідком виду і складу палива, а також коефіцієнта надлишку повітря. Температура димових газів, за якої починається конденсація водяної пари в продуктах згоряння палива, називається Точкою Роси.

Малюнок 7 Крапка роси

Проміжні висновки:

1. Завдання конденсаційної техніки — охолодити продукти згоряння нижче за точку роси і відібрати теплоту конденсації, використавши її в корисних цілях.

Чи може ККД газового котла бути більшим за 100%?

Візьмемо технічну характеристикудеякого довільного навісного казана:

Повна потужність котла = 23.000 Kcal/h (26,7 KW);

Корисна потужність казана = 21.000 Kcal/h (24,03 KW);

Тобто максимальна теплова потужність пальника 23.000 Kcal/h (кількість теплоти, що виділяється при згорянні палива), а максимальна кількість теплоти, одержуваної теплоносієм, становить 21.000 Kcal/h.

Куди ж пропадає різниця між ними? Деяка кількість виробленої теплоти (6-8%) втрачається з димовими газами, а інша (1,5-2%) розсіюється в навколишньому просторі через стінки котла.

Якщо ми складемо ці величини, то зможемо записати наступне рівняння:

Якщо ми розділимо корисну потужність котла на повну та помножимо результат на 100%, то отримаємо коефіцієнт корисної дії котла (ККД) у %.

Якщо ми уважно вчитаємось у текст визначення, то побачимо, що повна потужність котла дорівнює кількості теплоти, що виділяється при згорянні палива за одиницю часу.

Таким чином, ця величина безпосередньо залежить від нижчої теплоти згоряння палива, і не враховує те тепло, яке може виділитися, при конденсації водяної пари з продуктів згоряння.

Тобто це коефіцієнт корисної дії котла, щодо нижчої теплоти згоряння палива.

Якщо взяти до уваги величину теплоти конденсації водяної пари (див. табл. 1), можна уявити таку картину розподілу теплових потоків у неконденсаційному котлі.

Рисунок 9 Розподіл теплових потоків у неконденсаційному котлі

Тоді, як у конденсаційному котлі, розподіл теплових потоків виглядатиме так:

Рисунок 10 Розподіл теплових потоків у конденсаційному котлі

Проміжні висновки:
1. ККД 100 % і більше можливий, якщо за точку відліку приймати нижчу, а не вищу теплоту згоряння.
2. Повністю використовувати всю теплоту (явну та приховану) ми не можемо з технічних причин, тому ККД котла не може бути рівним або більшим 111% (щодо нижчої теплоти згоряння палива).

Режими роботи конденсаційних котлів

Газові конденсаційні котли можуть бути встановлені будь-яку опалювальну систему. Величина використовуваної теплоти конденсації та коефіцієнт корисної дії, що залежить від режиму експлуатації, залежать від коректного розрахунку опалювальної системи.

Щоб використання теплоти конденсації водяної пари, що міститься в димових газах, зробити ефективним, необхідно охолодити димові гази до температури нижче за точку роси. Ступінь використання теплоти конденсації залежить від розрахункових температур теплоносія в системі опалення та від кількості відпрацьованих годин у режимі конденсації. Це показано на графіках 11 та 13, у яких температура точки роси становить 55 °C.

Опалювальна система 40/30 °C

Рисунок 11 Графік роботи низькотемпературної системи

Велике значення має продуктивна потужність конденсаційних котлів такої опалювальної системи протягом усього опалювального періоду. Низькі температури зворотної лінії завжди нижчі від температури точки роси, так що конденсат виникає постійно. Це відбувається в системах низькотемпературного панельного опалення або під час опалення підлоги. До таких систем ідеально підходить конденсаційний котел.

Рисунок 12 Температурний режим приміщення під час використання підлогового та конвекторного опалення

Переваг систем водяного опалення підлоги перед традиційними досить багато:

Підвищений комфорт. Підлога стає теплим і по ньому приємно ходити, тому що тепловіддача відбувається з великої поверхні з відносно низькою температурою.
Рівномірне нагрівання всієї площі приміщення, отже, і рівномірне опалення. Людина однаково комфортно почувається біля вікна і посеред кімнати.
Оптимальний розподіл температури висотою приміщення. Малюнок 12 ілюструють зразковий розподіл температур по висоті приміщення при використанні традиційного та підлогового опалення. Розподіл температур, при опаленні підлоги, відчувається людиною як найбільш сприятливий. Також необхідно відзначити зниження втрат тепла через стелю, так як різниця температур внутрішнє повітря - зовнішнє повітря істотно знижується, і ми отримуємо комфортне тепло тільки там, де потрібно, а не опалюємо навколишнє середовище через дах. Це дозволяє ефективно використовувати систему опалення підлоги для будівель з високими стелями - церков, виставкових холів, спортзалів і т.п.

Гігієнічність. Відсутня циркуляція повітря, зменшуються протяги, а отже, і немає циркуляції пилу, що є великим плюсом для самопочуття людей, особливо якщо вони страждають на захворювання дихальних шляхів.
Значна частина тепла від підлоги передається як променистого теплообміну. Випромінювання, на відміну конвекції, негайно поширює тепло до навколишніх поверхонь.
Немає штучного осушення повітря поблизу нагрівальних приладів.
Естетичність. Відсутні нагрівальні прилади, немає необхідності в їхньому дизайнерському оформленні або підборі оптимальних розмірів.

Опалювальна система 75/60 °C

Малюнок 13 Графік роботи високотемпературної системи

Ефективне використання теплоти конденсації можливе також за розрахункових температур 75/60 °C за час, що становить 97 % від тривалості опалювального періоду. Це стосується зовнішніх температур від – 11 °C до + 20 °C. Старі опалювальні установки, розраховані на температури 90/70 °C, працюють сьогодні практично з температурами 75/60 °C. Навіть на установках із теплоносієм 90/70 °C та з режимом роботи, при якому регулювання температури котлової води відбувається залежно від зовнішньої температури, час використання теплоти конденсації становить 80 % від тривалості річного опалювального періоду.

Високий стандартизований коефіцієнт корисної дії

У прикладах на Рисунках 11 і 13 добре видно, що різний для цих двох варіантів, але в той же час, високий відсотоквикористання тепла конденсації надає прямий вплив споживання енергії газовим конденсаційним котлом. Для позначення ефективності споживання палива опалювальними котламибуло запроваджено поняття стандартизованого коефіцієнта корисної дії. На малюнку 14 представлена залежність енергоспоживання від різних розрахункових температур опалювальної системи.

Рисунок 14 Залежність ККД від температури зворотної магістралі

Високі стандартизовані коефіцієнти корисної дії конденсаційних газових котлів пояснюються наступними факторами:

- Реалізація високого значення CO2. Чим вище вміст CO 2 , тим вища температура точки роси опалювальних газів.

– Підтримка низьких температур зворотної лінії. Чим нижча температура зворотної лінії, тим активніша конденсація і тим нижча температура димових газів.

Проміжні висновки:

Коефіцієнт корисної дії конденсаційного котла дуже залежить від температурного режимуексплуатації системи опалення
На нових установках мають бути використані всі можливості для оптимальної експлуатації конденсаційного газового котла. Високий коефіцієнт корисної дії досягається при дотриманні наступних критеріїв:
1. Обмежити температуру зворотної лінії до значення максимум 50 °C
2. ?Прагнути підтримувати різницю температур між лінії подачі та зворотною лініями мінімум 20 K
3. Не вживати заходів для підвищення температури зворотної лінії (до них відносяться, наприклад, встановлення чотирьох - ходового змішувача, бай - пасні лінії, гідравлічні стрілки).

Способи реалізації принципу конденсації у навісних котлах

У Наразііснують два основні способи реалізації принципу конденсації водяної пари в димових газах: виносний економайзер і нержавіючий теплообмінник із вбудованим економайзером

У першому випадку основна теплота продуктів згоряння утилізується у звичайному конвекційному теплообміннику, а процес конденсації проходить в окремому вузлі – виносному економайзері. Така конструкція дозволяє використовувати вузли та агрегати, які застосовуються у звичайних, не конденсаційних котлах, проте не дає можливості повністю розкрити потенціал конденсаційної техніки.

Малюнок 17 Конденсаційний котел із виносним економайзером

Теплообмінник із вбудованим економайзером складається з 4-7 теплообмінних елементів (змійовиків). Кожен теплообмінний елемент, у свою чергу, складається з 4 витків гладкої труби прямокутного перерізу з нержавіючої сталі з товщиною стінки прибл. 0,8 мм (див. малюнок 18).

Малюнок 18 Схема руху димових газів між витками теплообмінника

Перед ізолюючою плитою є кілька теплообмінних елементів. Вони відіграють роль «першого ступеня», тому що тут відбувається лише незначна конденсація. Четвертий і, відповідно, п'ятий теплообмінний елемент розташований позаду ізолюючої плити. У цьому «конденсаційному щаблі» відбувається головний процес конденсації.

Переваги даного принципу полягають у дуже ефективній передачі тепла і, з іншого боку, у виключенні шумів кипіння, спричинених високими швидкостями потоків у гладких трубах.
Наступною перевагою даного теплообмінника є його мала схильність до вапнування, оскільки завдяки невеликим перерізам труб створюється високий рівеньзавихрення.
Гладка поверхня труб з нержавіючої сталі та вертикальний напрямок потоку забезпечують ефект самоочищення.
Приєднання зворотної лінії теплообмінника розташоване ззаду, підключення лінії подачі – спереду. На теплообміннику встановлений стік конденсату.
Збірник газів, що відходять до підключення трубопроводу «підведення повітря / відведення газів, що відходять» виконаний з пластмаси.

Рисунок 19 Гідравлічна схема конденсаційного котла з вбудованим економайзером

Рисунок 20 Розріз теплообмінника конденсаційного котла з вбудованим економайзером

Традиційне спалювання газу та спалювання з повним попереднім змішуванням

Більшість котлів із відкритою камерою згоряння мають однаковий принцип спалювання газу. За рахунок кінетичної енергії газового струменя в нього підсмоктується повітря.

Рисунок 19 Принцип спалювання газу в атмосферних пальниках (сопло Вентурі)

Пальний газ надходить під тиском на форсунку. Тут, з допомогою звуження проходу потенційна енергія тиску перетворюється на кінетичну енергію струменя. За рахунок спеціального геометричного перерізу сопла Вентурі відбувається підмішування первинного повітря. Безпосередньо в соплі відбувається змішання газу та повітря (утворюється газоповітряна суміш). На виході із сопла відбувається підмішування вторинного повітря. Зміна потужності пальника відбувається за рахунок зміни тиску газу, відповідно змінюється швидкість газового струменя і кількість повітря, що підсмоктується.
Переваги даної конструкції полягають у її простоті та безшумності.
Обмеження та недоліки: великий надлишок повітря, обмеження по глибині модуляції, велика кількість шкідливих викидів.

У котлах із закритою камерою згоряння принцип спалювання газу аналогічний вищеописаному. Відмінність полягає лише у примусовому викиді продуктів згоряння та подачі повітря на згоряння. Всі переваги та недоліки атмосферних пальників у силі та для котлів із закритою камерою згоряння.

У конденсаційних котлах використовується принцип «Повного попереднього змішуваннягазу та повітря». Суть цього методу полягає в підмішуванні газу до повітряного струменя, за рахунок розрядження, створюваного останньою в соплі «Вентурі».

Газова арматура та повітродувка
Після розпізнавання електронним блоком пускового числа обертів повітродувки відкриваються послідовно розташовані газові клапани.
На всмоктувальній стороні повітродувки встановлений двостінний штуцер підведення повітря / відведення газів (система Вентурі). За рахунок кільцевої щілини відповідно до принципу Вентурі виникає явище підсмоктування у камері над мембраною регулювання магістрального газу в газовій арматурі.

Малюнок 20 Вузол змішування пальника з повним попереднім змішуванням

Процес запалення
Газ проходить через канал 1 під регулюючими мембранами. Регулюючий клапан магістрального газу відкривається через різниці тисків, що виникає. Далі газ надходить через систему Вентурі в повітродувку і змішується з повітрям, що всмоктується. Газо-повітряна суміш надходить у пальник і підпалюється.
Режим модуляції
Хід регулюючого клапана магістрального газу залежить від положення регулюючого клапана. Шляхом підвищення частоти обертання повітродувки знижується тиск за регулюючим клапаном магістрального газу. Через канал 2 триває зміна тиску до тиску нижче мембрани керуючого клапана. Отвір потоку, що йде, продовжує закриватися, завдяки чому інтенсивність зниження тиску газу через канал 2 зменшується. Таким чином, через канал 1 зростає тиск під мембраною регулюючого клапана магістрального газу. Регулюючий клапан магістрального газу продовжує відкриватися, таким чином, більше до повітродувки і, відповідно, до пальника надходить більше газу.
Модуляція пальника проводиться, таким чином, постійно за допомогою зміни потоку повітряного повітродувки. Кількість газу відстежує кількість повітря у попередньо зазначеному співвідношенні. Таким чином, у всьому діапазоні модуляції можлива підтримка коефіцієнта надлишку повітря майже постійному рівні.

Малюнок 21 Термомодуль пальника з повним попереднім змішуванням

Вміст шкідливих речовин у димових газах та способи зниження їх концентрації

В даний час забруднення довкіллянабуває загрозливих розмірів. Кількість викидів теплоенергетичного сектора стоїть на другому місці, після автомобільного транспорту.

Малюнок 22 Відсоткове співвідношення викидів

Тому особливо гостро стоїть питання зниження шкідливих речовину продуктах згоряння.

Основні забруднюючі речовини:

- Оксид вуглецю СО
- Оксиди азоту NO x
- Пари кислот

З першими двома факторами доцільно боротися шляхом удосконалення процесу горіння (точне співвідношення газ-повітря) та зниження температури у топці котла.

При згорянні газоподібного палива можливе утворення наступних кислот:

Пари кислот чудово виводяться разом із конденсатом. Утилізувати у рідкому станіїх досить просто. Зазвичай при цьому застосовують реакцію нейтралізації кислоти лугом.

Утилізація кислотного конденсату

Як видно з реакції горіння метану:

При згорянні 1 м3 газу утворюється 2 м3 водяної пари. При нормальному режимі роботи конденсаційного котла протягом дня утворюється близько 15-20 л. конденсату. Цей конденсат має невелику кислотність (порядку Ph=3,5-4,5), що не перевищує допустимий рівеньпобутових відходів.

Рисунок 23 Рівень кислотності конденсату газового казана

Інгредієнти конденсату	Нормативні показники, згідно ATV A 251(2), мг/л	мг/л

Таблиця 3 Зміст важких металів у конденсаті

Тому допускається скидати конденсат у каналізацію, де його буде нейтралізовано за допомогою лужних побутових відходів.
Слід враховувати, що будинкові водоспускні системи складаються з матеріалів, стійких до кислого конденсату.
Згідно з робочим листом ATV A 251це такі матеріали:
_ Керамічні труби
_ Труби із жорсткого ПВХ
_ Труби з ПВХ
_ Труби з поліетилену високої щільності
_ Труби з поліпропілену
_ Труби з сополімеру акрилонітрилу, бутадієну та стиролу або сополімеру акрилонітрилу, стиролу та акрилових ефірів(АВS/АSА)
_ Труби з нержавіючої сталі
_ Боросилікатні труби

Малюнок 24 Утилізація конденсату

За італійськими нормами, вищевказана схема скидання конденсату може застосовуватися для котельних установок сумарною потужністю не більше 116 кВт (згідно з німецькою нормою ATV A 251, не більше 200 кВт). У разі перевищення цього значення необхідно встановлювати спеціальні грануляторні нейтралізатори конденсату.

Рисунок 25 Нейтралізація конденсату за допомогою конденсатного насоса

1. Виведення конденсатовідвідника котла
2. Вхідний патрубок нейтралізатора
3. Нейтралізатор конденсату
4. Вихідний патрубок нейтралізатора
5. Шланг подачі конденсату в конденсатозбірник
6. Конденсатозбірник
7. Штуцер випуску конденсату
8. Шланг випуску конденсату
9. Перехідник
10. Каналізація
11. Хомути кріплення

На малюнку 25 показаний приклад нейтралізуючої установки. Конденсат, потрапляючи в нейтралізатор, спочатку фільтрується через шар активованого вугілля, потім проходить нейтралізацію в основному обсязі. Конденсатний насос встановлюється в тому випадку, коли необхідно відводити конденсат вище за рівень сифону конденсату в котлі. Ця конструкція застосовується при нейтралізації конденсату від котлів сумарною потужністю від 35 до 300 кВт (залежно від потужності установки змінюється довжина нейтралізатора). Якщо потужність установки перевищує 300 кВт, то встановлюються кілька нейтралізаторів паралельно.
Нейтралізатор гранично простий в обслуговуванні і вимагає ревізії та досипання гранулянту не частіше ніж один раз на рік. Як правило, при цьому проводять і оцінку кислотності конденсату за допомогою лакмусового паперу.

Аргументація на користь конденсаційної техніки

Аргументи на користь ефективності

Технічні характеристики

Сервісний центр

Споживач

Монтажник

Гладкотрубні теплообмінники з нержавіючої сталі

Частини, що проводять гази, що відходять / конденсат,

виготовлені з пластмаси

Аргумент продажу:

Тривалий термін

служби, незначні

витрати на технічне

обслуговування

Хороше співвідношення вартість/корисний ефект завдяки тривалому

термін служби апаратів

Незначні

витрати на технічне обслуговування

Аргумент для продажу:

тривалий термін служби

Високий рівень

нормованого

коефіцієнта використання та незначна емісія шкідливих речовин

Аргументи продажу

Перспективна технологія спалювання палива

Незначні рас-

ходи на пальне

Незначна на-

вантаж на навколишню

середа

Перспективний апарат

Компактний апарат

та високоякісний / привабливий дизайн

приміщень, ніш, горищ

Проста установка та

монтаж

Потрібно мало місця

Не потрібно «пря-

тати» апарат

Не потрібне котельне приміщення

Можливість універсального використання підвалів, житлових

приміщень, ніш, горищ

Широкий діапазон

модуляції

Ефективний, економічний режим роботи у всіх діапазонах

потужності

Безшумна робота

завдяки низькій тактовій частоті

Зниження витрат на пальне

Універсальна модель, здатна працювати на широкому спектрі об'єктів

Одиниці вимірювання газоподібних компонентів продуктів згоряння →

Зміст розділу

При спалюванні органічних палив у топках котлів утворюються різні продукти згоряння, такі як оксиди вуглецю СО х = СО + СО 2 водяні пари Н 2 О, оксиди сірки SO x = SO 2 + SО 3 оксиди азоту NO x = NO + NО 2 , поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАУ), фтористі сполуки, сполуки ванадію V 2 O 5 , тверді частинки та ін. (Див. табл. 7.1.1). При неповному згорянні палива в топках гази можуть також містити вуглеводні СН 4 , С 2 Н 4 та ін. Всі продукти неповного згоряння є шкідливими, проте при сучасній техніці спалювання палива їх освіту можна звести до мінімуму [ 1 ].

Таблиця 7.1.1. Питомі викиди при факельному спалюванні органічного палива в енергетичних котлах [ 3 ]

Умовні позначення: А р, S p – відповідно вміст золи та сірки на робочу масу палива, %.

Критерієм санітарної оцінки середовища є гранично допустима концентрація (ГДК) шкідливої речовини в атмосферному повітрі на рівні землі. Під ГДК слід розуміти таку концентрацію різних речовинта хімічних сполук, яка при щоденному впливі протягом тривалого часу на організм людини не викликає будь-яких патологічних змін чи захворювань.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин у атмосферному повітрі населених місць наведено у табл. 7.1.2 [4]. Максимально-разова концентрація шкідливих речовин визначається за пробами, відібраними протягом 20 хв, середньодобова – за добу.

Таблиця 7.1.2. Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у атмосферному повітрі населених місць

Забруднююча речовина	Гранично допустима концентрація, мг/м 3
Максимально-разова	Середньодобова
Пил нетоксичний	0,5	0,15
Диоксид сірки	0,5	0,05
Оксид вуглецю	3,0	1,0
Монооксид вуглецю	3,0	1,0
Діоксид азоту	0,085	0,04
Оксид азоту	0,6	0,06
Сажа (кіптява)	0,15	0,05
Сірководень	0,008	0,008
Бенз(а)пірен	-	0,1 мкг/100 м 3
Пентаксид ванадію	-	0,002
Фтористі сполуки (фтор)	0,02	0,005
Хлор	0,1	0,03

Розрахунки ведуться по кожній шкідливій речовині окремо, щоб концентрація кожного з них не перевищувала значень, наведених у табл. 7.1.2. Для котелень ці умови посилені запровадженням додаткових вимог щодо необхідності підсумовування впливу оксидів сірки та азоту, що визначається виразом

У той же час, внаслідок локальних недоліків повітря або несприятливих теплових і аеродинамічних умов, у топках і камерах згоряння утворюються продукти неповного згоряння, що складаються в основному з монооксиду вуглецю СО (чадного газу), водню Н 2 і різних вуглеводнів, які характеризують втрати тепла котлоагрегаті від хімічної неповноти згоряння (хімічний недопал).

Крім цього, у процесі спалювання виходить цілий ряд хімічних сполук, що утворюються внаслідок окислення різних складових палива та азоту повітря N 2 . Найбільш істотну їх частину становлять оксиди азоту NO x і сірки SO x.

Оксиди азоту утворюються з допомогою окислення як молекулярного азоту повітря, і азоту, що міститься в паливі. Експериментальні дослідження показали, що основна частка котлів, що утворилися в топках, х, а саме 96÷100%, припадає на монооксид (оксид) азоту NO. Діоксид NO 2 і геміоксид N 2 O азоту утворюються в значно менших кількостях, і їхня частка приблизно становить: для NO 2 - до 4%, а для N 2 O - соті частки відсотка від загального викиду NO x . При типових умовах факельного спалювання палив у котлах концентрації діоксиду азоту NO 2 як правило, зневажливо малі в порівнянні з вмістом NO і зазвичай становлять від 0÷7 ррmдо 20÷30 ррm. У той же час швидке перемішування гарячих та холодних областей у турбулентному полум'ї може призвести до появи відносно великих концентрацій діоксиду азоту у холодних зонах потоку. Крім цього, часткова емісія NO 2 відбувається у верхній частині топки та в горизонтальному газоході (при T> 900÷1000 К) і за певних умов може досягати помітних розмірів.

Геміоксид азоту N 2 O, що утворюється при спалюванні палив, є, мабуть, короткочасною проміжною речовиною. N 2 O практично відсутня у продуктах згоряння за казанами.

Сірка, що міститься в паливі, є джерелом утворення оксидів сірки SO x: сірчистого SO 2 (діоксид сірки) і сірчаного SO 3 (триоксид сірки) ангідридів. Сумарний масовий викид SO x залежить тільки від вмісту сірки у паливі S p , а їх концентрація в димових газах – ще й від коефіцієнта витрати повітря α. Як правило, частка SO 2 становить 97÷99%, а частка SO 3 – 1÷3% сумарного виходу SO x . Фактичний вміст SO 2 у газах, що виходять з котлів, коливається від 0,08 до 0,6 %, а концентрація SO 3 – від 0,0001 до 0,008 %.

Серед шкідливих компонентів димових газів особливу увагу займає велика група поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАУ). Багато ПАУ мають високу канцерогенну та (або) мутагенну активність, активізують фотохімічні змоги в містах, що потребує суворого контролю та обмеження їх емісії. У той самий час деякі ПАУ, наприклад, фенантрен, флуорантен, пирен та інших, фізіологічно майже інертні і є канцерогенно-опасными.

ПАУ утворюються внаслідок неповного згоряння будь-яких вуглеводневих палив. Останнє має місце через гальмування реакцій окиснення вуглеводнів палива холодними стінками топкових пристроїв, а також може бути викликане незадовільним змішуванням палива та повітря. Це призводить до утворення в топках (камерах згоряння) локальних окисних зон зі зниженою температурою або зон з надлишком палива.

Внаслідок великої кількостірізних ПАУ в димових газах та труднощі вимірювання їх концентрацій прийнято рівень канцерогенної забрудненості продуктів згоряння та атмосферного повітря оцінювати за концентрацією найбільш сильного та стабільного канцерогену – бенз(а)пірена (Б(а)П) C 20 H 12 .

Зважаючи на високу токсичність, слід особливо відзначити такі продукти спалювання мазуту, як оксиди ванадію. Ванадій міститься в мінеральній частині мазуту та при його спалюванні утворює оксиди ванадію VO, VO 2 . Однак при утворенні відкладень на конвективних поверхняхоксиди ванадію представлені переважно у вигляді V 2 O 5 . Пентаоксид ванадію V 2 O 5 є найбільш токсичною формою оксидів ванадію, тому облік викидів виробляється в перерахунку на V 2 O 5 .

Таблиця 7.1.3. Орієнтовна концентрація шкідливих речовин у продуктах згоряння при факельному спалюванні органічних палив в енергетичних котлах

Викиди =	Концентрація, мг/м3
	Природний газ	Мазут	Вугілля
Оксиди азоту NO x (у перерахунку на NO 2)	200÷ 1200	300÷1000	350÷1500
Сірчистий ангідрид SO 2	-	2000÷6000	1000÷5000
Сірчаний ангідрид SO 3	-	4÷250	2 ÷100
Чадний газСО	10÷125	10÷150	15÷150
Бенз(а)пірен З 20 Н 12	(0,1÷1, 0)·10 -3	(0,2÷4,0)· 10 -3	(0,3÷14) · 10 -3
Тверді частки	-	<100	150÷300

При спалюванні мазуту і твердого палива у викидах також містяться тверді частинки, що складаються з летючої золи, сажистих частинок, ПАВ і незгорілого в результаті механічного недопалу палива.

Діапазони концентрацій шкідливих речовин у димових газах при спалюванні різних типів палив наведено у табл. 7.1.3.

Можливо, буде корисно почитати: