Определение коэффициента избытка воздуха: Запрашиваемый документ не найден | АвиаПорт.Ru

2.6. Определение избытка воздуха

Расчетный коэффициент избытка воздуха  в топке устанавливается согласно нормам теплового расчета котла. Обычно он принимает следующее значение: 1,1-1,25 при сжигании твердых топлив; 1,03-1,1 при сжигании жидких и газообразных топлив.

Уменьшение избытка воздуха приводит к экономии расхода энергии на привод тягодутьевых машин и повышению кпд котла, однако его снижение ниже расчетного значения ведет к быстрому росту недожога топлива и снижает экономичность.

При работе котла под разрежением, создаваемым дымососом, происходит подсос в газовый тракт холодного воздуха из окружающей среды. За счет этого объем продуктов сгорания увеличивается, возрастает избыток воздуха и снижается температура газов. Присосы определяются в долях теоретически необходимого объема воздуха _i  V_i/V⁰, где V_i – объем присосного воздуха в пределах

i-й поверхности котла. Тогда избыток воздуха за i-й по порядку поверхностью нагрева после топки определится как _I  _т  _i.

Для обеспечения оптимальных условий горения и минимума присосов воздуха по газовому тракту необходим постоянный контроль за избытками воздуха в газовом тракте.

Коэффициент избытка воздуха в соответствии с определением равен отношению действительно поданного количества воздуха к теоретически необходимому:

, (2.38)

где ΔV – избыточное количество воздуха.

Не учитывая увеличения содержания азота в дымовых газах за счет азота топлива, можно записать, что объем всего воздуха подаваемого на горение связан с объемом азота в дымовых газах следующим соотношением:

. (2.39)

Избыточное количество воздуха, подаваемого на горение, связано с объемом кислорода, не вступившим в реакцию, соотношением

. (2.40)

Подставляя (2.39) и (2.40) в (2.38), получим:

. (2.41)

При наличии химнедожога расчет ведется на количество кислорода, который должен был прореагировать при полном окислении горючих элементов:

, (2.42)

Тогда азотная формула примет окончательный вид

. (2.43)

Таким образом, для точного определения коэффициента избытка воздуха необходимо измерить практически полный состав продуктов сгорания, а именно: концентрации кислорода, азота, оксида углерода, водорода, метана.

На практике используют два метода определения коэффициента избытка воздуха  по концентрации кислорода и по концентрации сухих трехатомных газов в продуктах сгорания. Основным является метод прямого определения концентрации кислорода (магнитный кислородомер или электролитическая ячейка). Пересчет процентного содержания кислорода в продуктах сгорания на значение избытка воздуха проведем исходя из следующих соображений.

Пусть горючая часть топлива не содержит водорода. При окислении углерода и серы объемы образовавшихся диоксидов углерода и серы равны объему израсходованного кислорода (С+О₂=СО₂, S+O₂=SO₂), при этом концентрация азота при любом коэффициенте избытка воздуха будет постоянной и равной 79 %. Тогда при отсутствии химического недожога (СО=0, Н₂=0, СН₄=0) азотная формула может быть преобразована к виду

. (2.44)

Пусть горючая часть топлива представлена только водородом. Тогда в продуктах полного сгорания будут содержаться только азот, кислород и вода, а в сухих продуктах сгорания (газоанализаторы работают при комнатной температуре)  только азот и кислород. Совершенно очевидно, что при коэффициенте избытка воздуха α = 1 концентрация азота в продуктах сгорания будет равна 100 %. Таким образом, наличие в топливе водорода приводит к увеличению концентрации азота в сухих продуктах сгорания.

На изменение концентрации азота в продуктах сгорания влияет также и содержание кислорода в топливе. При соотношении водорода топлива и кислорода топлива 32/4 = 1/8 (2Н₂ + О₂ = 2Н₂О, 4 + 32 = 36) весь кислород топлива затрачивается на окисление водорода топлива, а кислород воздуха будет расходоваться на окисление углерода и серы. В этом случае концентрация азота в продуктах сгорания при любом избытке воздуха будет также постоянной и равной 79 %. Следовательно, кислородная формула дает достаточно точные значения либо когда содержание водорода в топливе незначительно, либо когда выполняется соотношение , например, при сжигании древесины.

Вторым достаточно широко применяемым методом определения избытка воздуха в продуктах сгорания является его расчет на основе нахождения процентного содержания сухих трехатомных газов RO₂ = CO₂ + SO₂, где RO₂=

При полном сгорании топлива в стехиометрических соотношениях (=1) и при условии, что содержание водорода и кислорода в топливе соответствует выражению Н^р=О^р/8 (весь водород топлива окисляется кислородом топлива), содержание сухих трехатомных газов составит:

. (2.45)

В большинстве твердых и жидких топливах Н^р > О

р/8. Тогда остаток водорода будет окисляться за счет кислорода воздуха с образованием паров воды. Остающийся при этом объем азота войдет в состав сухих газов, и максимальное содержание сухих трехатомных газов будет меньше 21 %:

, (2.46)

и тем меньше, чем больше разность Н^р и О^р/8.

Показателем, отражающим это различие в содержании водорода и кислорода в топливе, является топливный коэффициент Бунте . Его значение для твердых и жидких топлив определяется по формуле

. (2.47)

С помощью коэффициента  величину максимально возможного содержания сухих трехатомных газов в продуктах сгорания можно выразить следующим образом:

. (2.48)

Значения находятся в следующих пределах для различных видов топлив, %:

твердое топливо………………….

.18  20 ;

мазут……………………………….16  17 ;

природный газ…………………….11  13 .

При коэффициенте избытка воздуха   1 объем сухих газов составит V_с.г= +V и RO₂=[ ]100 и будет меньше, чем .

Поскольку при этом объем не изменится, то отношение

(2.49)

Надежность этого метода определения коэффициента избытка воздуха зависит от того, насколько точно известно для данного топлива значение , а также от точности выполнения анализа дымовых газов на содержание RO₂. Трудности использования данного метода возникают при сжигании топлив, чья минеральная часть содержит карбонаты, которые выделяют дополнительное количество СО₂ при термическом разложении.

Коэффициент избытка воздуха — определение термина

безразмерная величина, характеризующая состав горючей смеси, оцениваемая отношением фактического количества воздуха в рабочей смеси к количеству воздуха, которое теоретически необходимо для полного сгорания топлива.

{0}}}$, где…
${V_в}$ — практический объем воздуха

Статья от экспертов

Для непрерывного контроля величины коэффициента избытка воздуха в цилиндре дизеля может использоваться широкополосный датчик содержания кислорода в отработавших газах (ОГ), широко применяющийся в системах управления автомобильных дизелей. Он предназначен для косвенной оценки состава смеси, сгорающей в цилиндрах двигателя, по содержанию кислорода в ОГ.

Creative Commons

Научный журнал

материалов для утепления конструкций; организации воздуховодов для своевременного удаления отработанного

воздуха…
вместе с избытком влаги….
Виды теплоизоляционных материалов В качестве изолирующих выбирают материалы, которые имеют низкий коэффициент

Статья от экспертов

В результате исследования были получены численные значения динамики влияния коэффициента избытка воздуха на расход топлива дизельными двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Были определены причинно-следственные связи между коэффициентом избытка воздуха и процессом смесеобразования, определены оптимальные интервалы коэффициента избытка воздуха, температуры и давления воздуха во впускном коллекторе, которые обеспечивают оптимальный расход топлива. Предложена математическая модель определения расхода топлива в зависимости от коэффициента избытка воздуха.

Creative Commons

Научный журнал

Повышай знания с онлайн-тренажером от Автор24!

1. Напиши термин
2. Выбери определение из предложенных или загрузи свое
3. Тренажер от Автор24 поможет тебе выучить термины с помощью удобных и приятных карточек

Как рассчитать процент избыточного потока воздуха в процессе горения

4 сентября 2022 г. 3 сентября 2022 г. Рифка Айсия Расчет

В этом посте я хочу поделиться, как рассчитать процент избыточного потока воздуха в процессе горения. Известные данные:

1. Состав топлива
2. Состав дымовых газов

Прежде чем мы приступим к расчетам, нам нужно понять, что такое избыток воздуха и зачем он нам нужен.

Для обеспечения полного сгорания используемого топлива камеры сгорания снабжаются избыточным воздухом. Избыток воздуха увеличивает количество кислорода для горения и сгорания топлива. Когда топливо и кислород воздуха находятся в идеальном равновесии, говорят, что горение является стехиометрическим.

Эффективность сгорания увеличивается с увеличением избытка воздуха – до тех пор, пока тепловые потери в избыточном воздухе не превысят тепло, обеспечиваемое более эффективным сгоранием.

Давайте посмотрим пример ниже.

При испытании печи, работающей на природном газе (состав 96 % метан, 4 % азот), был получен следующий анализ дымовых газов:

• Углекислый газ 9 %
• Оксид углерода 0,3%
• Кислород 4,6%
• Азот 86,1%

Все объемные проценты.

Рассчитайте процент избыточного расхода воздуха (в процентах выше стехиометрического).

Расчет избытка воздуха в процессе горения

Раствор

Реакция горения:

CH ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O

Анализ дымовых газов составляется на основе сухого вещества . Любая образовавшаяся вода была сконденсирована.

Используйте из расчета 100 моль сухого дымового газа. Поскольку анализ дымовых газов известен, количество молей каждого элемента в дымовых газах (выход) можно легко рассчитать и соотнести с потоком в систему.

Пусть количество топлива на 100 моль сухого дымового газа равно Х .

Количество воздуха на 100 моль сухого дымового газа be Y.

Баланс углерода: моль в топливе = моль в дымовом газе

0,96 X = 9% (100) + 0,3% (100 )

X = 9,3 / 0,96 = 9,69 моль

Баланс азота = моль в топливе + моль в воздухе = моль в дымовом газе

4% 9 0069 X + 79% Y = 86,1 % (100)

0,04 (9,69) + 0,79 Y = 86,1

Y = 108,5 моль

• Расход топлива на 100 моль сухого дымового газа составляет 9,69 моль.
• Расход воздуха на 100 моль сухого дымового газа составляет 108,5 моль.

Следовательно, расход CH ₄ в топливе = 96% (9,69) = 9,30 моль .

Исходя из стехиометрии соотношения горения Ch5 и O2 составляет 1:2. Следовательно, стехиометрия молей кислорода равна 2/1 x 9,30 = 18,6 моль .

Требуемый воздух (стехиометрия) = 100/21 x 18,6 = 88,6 моль .

Следовательно, избыток воздуха = (подаваемый воздух – стехиометрический воздух)/стехиометрический воздух = (108,5 – 88,6)/88,6 = 22,50%

Запутались?

Не волнуйтесь. В этой электронной таблице я приложил метод расчета выше. Я надеюсь, что вы найдете этот простой пост полезным.

Лишний воздух: когда слишком много действительно слишком много?

Экономия топлива имеет смысл; если вы используете меньше, вы платите меньше. Это относится к заправке вашего автомобиля, а также к расходу топлива в технологическом нагревателе. Сколько денег вы сэкономите, легко подсчитать, умножив экономию топлива на цену топлива за галлон. С воздухом для горения не все так однозначно. Воздух бесплатный, так зачем экономить на воздухе для горения?

На самом деле у оператора возникает соблазн использовать немного дополнительного воздуха для процесса горения по ряду причин. Потребность в кислороде может варьироваться из-за колебаний в процессе, таких как изменение скорости подачи и качества подачи. Кроме того, на сторону сгорания нагревателя могут влиять изменения состава топлива и условий окружающей среды. Известная проблема заключается в том, что на тягу и распределение воздуха внутри обогревателей с естественной тягой влияют порывы ветра. Эти и другие переменные могут вызвать существенное изменение уровня кислорода в топке. Теперь любой умный оператор хочет, чтобы этот уровень был значительно выше нуля, и если колебания могут быть серьезными, осторожный оператор добавляет хорошую маржу сверх рекомендуемого уровня.

Итак, сколько избытка воздуха разумно? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно посмотреть на стоимость избыточного воздуха. Нет простой цены за галлон, но есть скрытые расходы, которые могут быть существенными.

Что оптимально?

С точки зрения эффективности теоретически оптимальный уровень избытка воздуха равен нулю процентов; мы, конечно, не хотим опускаться ниже нуля, потому что процесс горения не получит достаточного количества воздуха, и мы рискуем заполнить камеру сгорания несгоревшими углеводородами. Удерживать его точно на нуле невозможно ни из-за вышеупомянутых колебаний в системе, ни потому, что непросто спроектировать процесс горения с идеальным смешиванием воздуха и топлива. Итак, нам нужно обеспечить некоторый «избыточный» воздух в систему.

Рекомендуемый уровень избытка воздуха для технологической печи, работающей на газе, составляет 15% в соответствии с отраслевыми рекомендациями, такими как API 535. На некоторых технологических установках, таких как производство этилена и водорода, печи работают очень стабильно и при высокой температуре. В этих случаях отраслевой нормой является уровень избытка воздуха 8 – 10 %. С другой стороны, для сжигания жидкого топлива требуется избыточный уровень воздуха на 20–25 % для предотвращения образования сажи.

Кстати, оператор печи обычно знает только уровень кислорода в топке. Чтобы преобразовать уровень кислорода в процент избытка воздуха, можно использовать следующую простую формулу:

Избыточный воздух = 92 O2 / (21 – O2)

с O2, выраженным в объемных % (сухой). Используя это уравнение, мы видим, что 3 % O2 соответствует 15 % избыточного воздуха, а 5 % O2 соответствует 35 % избыточного воздуха.

Итак, какова цена «лишнего» избыточного воздуха?

Давайте сначала обсудим некоторые основы топки, которые мало кто знает или о которых заботятся; избыток воздуха влияет на тепловую эффективность топки (если вас это не волнует – в этом случае переходите к 9).0044 Конечный результат .

Воздух состоит почти исключительно из азота и кислорода. Поскольку они двухатомные, ни один из газов не участвует в переносе энергии излучения. Единственные газы, которые взаимодействуют между собой осмысленным образом, — это водяной пар и углекислый газ, образующиеся при сгорании. Если топка работает при высоком уровне избытка воздуха, концентрации H3O и CO2 разбавляются, что снижает эффективную излучательную способность дымовых газов. Поскольку дымовые газы становятся менее эффективным источником лучистой энергии, падает тепловой КПД топки. Работа топки на 35% избыточного воздуха вместо 15% избыточного воздуха снижает коэффициент излучения дымовых газов на 5%.

Вторая проблема заключается в том, что каждый лишний фунт воздуха «ворует» тепло от процесса горения. Он эффективно снижает равновесную температуру, также известную как адиабатическая температура пламени. Излучение зависит от температуры в четвертой степени, поэтому лучистая теплопередача резко падает, когда температура топки падает из-за всего лишнего воздушного багажа. Работа топки на 35% избыточного воздуха вместо 15% избыточного воздуха снижает адиабатическую температуру пламени на колоссальные 400°F.

Конечный результат: тепловая эффективность излучения значительно падает при высоких уровнях избытка воздуха. Для примера 15% избытка воздуха по сравнению с 35% избытка воздуха разница составляет около 7%. Топка должна работать пропорционально сильнее, чтобы компенсировать это, и она менее энергоэффективна.

Используя стоимость топлива в размере 3 долл. США за MMBtu, можно легко рассчитать потери эффективности. Для технологического нагревателя, работающего с производительностью 100 млн БТЕ/ч, снижение эффективности использования топлива на 1% стоит 26 300 долларов США в год. Для типичного нефтеперерабатывающего завода мощностью 300 000 баррелей в сутки каждый % прироста или потери энергии составляет около 1 млн долларов.

СКРЫТЫЕ РАСХОДЫ

В дополнение к затратам на топливо снижение энергоэффективности также увеличивает выбросы парниковых газов. В нагревателе мощностью 100 млн БТЕ/ч каждый % эффективности соответствует 550 т/год CO2.

Работа при более высоком уровне избыточного воздуха изменяет распределение режима работы между секциями радиационного и конвекционного. Сочетание более высокой скорости горения и более низкой лучистой эффективности приводит к значительному увеличению нагрузки на конвекцию. Это повлияет на температуру металла трубы, температуру опоры трубы и температуру кончиков ребер и может сократить срок службы каждого из этих компонентов.

Затем возникает дополнительная мощность вентилятора в вентиляторах с принудительной или вытяжной тягой и потеря производительности печи.

Наконец, работа при высоком уровне избытка воздуха может значительно увеличить выбросы оксидов азота. Использование того же примера работы с избытком воздуха 35 % по сравнению с 15 % может увеличить выбросы до 150–200 % расчетных значений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Хотя воздух свободен, работа с большим избытком воздуха — нет! Помимо прямого влияния на эксплуатационные расходы за счет эффективности использования топлива, избыток воздуха влияет на надежность печи и выбросы дымовых газов.