При идеальном сгорании смеси углеводородного топлива: Продукты Состав при неполном сгорании топлива

Содержание

Оксид углерода взаимодействие с оксидами азот

Фракции элюата из колонки с оксидом алюминия концентрировали в слабом токе азота, переносили в колбу с вакуумным краном и выпаривали насухо. Стерины переводили в триметилсилильные эфиры взаимодействием в течение 1 ч с 50 мкл препарата Sil — Prep (Applied Science Laboratories, Inc.). Избыток реактива удаляли в струе азота, а продукты реакции (эфиры) снова растворяли в известном количестве тетрахлорида углерода.[ …]

Основные компоненты автомобильных выбросов (оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, оксиды серы) распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии и вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы.[ …]

На разрушение красок влияют также диоксид серы и оксиды азота. Высыхание масляных красок сильно замедляется даже при относительно невысоких концентрациях диоксида серы в окружающем воздухе. Скорость диффузии диоксида серы в полимер на порядок превышает скорость проникновения атмосферного кислорода, азота или диоксида углерода.

Смесь диоксида серы и кислорода при наличии УФ-излучения способствует 100 %-й сшивке молекул полиэтилена и 75 %-й — полипропилена. Оксиды же азота не инициируют сшивки, однако в результате взаимодействия их с полимером группа —N02 входит в полимерную цепь.[ …]

Элементарный состав автомобильного топлива — это углерод, водород, в незначительных количествах кислород, азот и сера. Атмосферный воздух, являющийся окислителем топлива, состоит в основном из азота (79%) и кислорода (около 21%). При идеальном сгорании смеси углеводородного топлива с воздухом в продуктах сгорания должны присутствовать лишь Л/2, СОг, НгО. В реальных условиях ОГ содержат также продукты неполного сгорания (окись углерода, углеводороды, альдегиды, твердые частицы углерода, пе-роксидные соединения, водород и избыточный кислород), продукты термических реакций взаимодействия азота с кислородом (оксиды азота), а также неорганические соединения тех или иных веществ, присутствующих в топливе (сернистый ангидрид, соединения свинца и т.

п.).[ …]

Целью химического процесса очистки является окисление оксида углерода и углеводородов в избытке воздуха и взаимодействие оксида азота с СО или разложения его до азота (окисление N0 в Ы02 нежелательно). Эти реакции могут быть осуществлены в условиях термического или каталитического окисления.[ …]

От недостатков высокотемпературной каталитической очистки газов от окислов азота (значительный расход восстановителей на «выжигание» кислорода, большое тепловыделение, образование выбросов окиси углерода)- свободно селективное каталитическое воо-таковление N0 (СКВ). Особенностью этого процесса является его высокая избирательность, обусловленная взаимодействием используемого восстановителя только с оксидами азота в присутствии кислорода. Таким восстановителем, широко применяемым в промышленности, является аммиак /58, 59/, Помимо газообразного аммиака в процессах СКВ могут использоваться также аммиакообразующие реагенты: различные органические соединения азота или продукты разложения соответствующих солей /60/ соединения, содержащие а.

гли-но- или. иминогруппы /61/ водные растворы аммиака /62/.[ …]

В работах [169, 174, 175] изучена проницаемость полимерных трубок для различных веществ (оксидов серы, азота и углерода, сероводорода, пропилена, этилена и других газов), а также рассмотрены различные варианты метода диффузии для получения: смесей известного состава. Диффузию через тефлон применяли; для приготовления стандартных смесей с воздухом сероводорода, сероуглерода, фтористого водорода, хлора, аммиака, фосгена, пропана, метилмеркаптана и других веществ [176—178]. Способ изготовления и заполнения диффузионных трубок описан в работе [179]. Диффузия через тефлоновую трубку может быть постоянной в течение нескольких лет, а суммарная погрешность такой дозировки— не более ±1—2% [180]. Правда, скорость диффузии реакционноспособных газов (например, влажного диоксида азота через полимер не является строго постоянной за счет взаимодействия их со стенками трубки ,[181, 182], однако хорошие результаты; при приготовлении стандартных смесей дает метод диффузии диоксида азота через фторопласт из капилляра [183].

Надежное и стабильное устройство для создания микроконцентраций диоксида ,азота, использующее диффузию газа через пористую тефлоновую трубку, применяли при определении в воздухе диоксида азота с ошибкой не более 1% [184].[ …]

Как видно из таблицы, спутниками аммиака могут быть кай нейтральные соединения, не взаимодействующие с сорбентами, поглощающими аммиак (метан, азот, оксид углерода, водород), тай и соединения с кислотными свойствами, способные к взаимодей ствию с аммиаком и его водными растворами (диоксид углерода, цианистый водород, сероводород). В последнем случае улавливав ние аммиака и его выделение из растворов поглотителей, а также последующая утилизация значительно осложняются. .[ …]

В первоначальном варианте ХЛД элюат (вещества, выходящие из хроматографической колонки) взаимодействовал с диоксидом азота, а образовавшийся оксид азота определяли по хе-милюминесцентной реакции с озоном.[ …]

Газоанализаторы предназначены для непрерывного автоматического определения микроконцентраций оксида углерода (ФЛ2106), хладона (фреона) 114В2 (ФЛ6803), сероводорода (ФЛ6602), хлора (ФЛ6201) и диоксида азота (ФЛ4504) в воздухе производственных помещений. Измерение ведут с применением заранее пропитанных чувствительными реактивами индикаторных лент, изготовленных из хроматографической бумаги марки С. Хемооптическое преобразование анализируемого компонента осуществляется на индикаторной ленте либо при непосредственном взаимодействии газа с лентой, либо после предварительной обработки (например, термического разложения исследуемого вещества).[ …]

Цель окисления углеводородов до С02 и НгО отличается от задач, стоящих перед промышленностью по производству продуктов неполного окисления. В связи с этим для нужд автомобилестроения необходимо разработать новые катализаторы. Установлено, что некоторые из них активизируют взаимодействие оксида азота с оксидом углерода. Однако эта реакция идет при избытке воздуха, окисляющего СО.[ …]

Проведение процесса в восстановительной среде, когда сумма СО+Н2 в сухих продуктах неполного горения природного газа составляла от 1 до 10%, привело к некоторому повышению степени разложения оксидов азота. Однако н в этом случае степень разложения оставалась низкой и не превышала 65%. В опытах при практически неизменном (а»0,9) составе газовой среды и повышающейся от 860 до 1280 °С температуре отходящих газов можно было ожидать роста скорости реакций взаимодействия оксида азота с оксидом углерода и водородом и повышения степени разложения оксидов азота. Однако зависимость оказалась иной: с ростом температуры отходящих газов степень разложения оксидов азота снижалась (рис. 4.11) ¡1 была лишь незначительно выше, чем в опытах с окислительной средой. Повышение концентрации восстановительных компонентов в продуктах сгорания с 5 до 10% также не дало эффекта. Результаты свидетельствуют о вялом протекании реакций СО+ +ХО и Н2+ХО, поэтому существенное влияние на степень разложения оксидов азота оказывает время пребывания дымовых газов в рабочей камере (рис. 4.12).[ …]

В середине XX века и особенно в его последнее двадцатилетие одной из основных причин закисления почв на обширных территориях становится хозяйственная деятельность человека.

Развитие индустрии привело к выбросам в атмосферу колоссальных количеств оксидов серы, азота, углерода. Эти оксиды переносятся на значительные расстояния, взаимодействуют с атмосферной влагой и превращаются в растворы смесей сернистой, серной, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде «кислых дождей» на почвы, растения, поверхностные воды. По подсчетам ученых масса газов, ведущих к образованию «кислых дождей», достигает на планете 270—900 млн т в год. С каждым годом эти цифры возрастают и повсеместно, особенно в промышленных регионах, наблюдается глобальное увеличение кислотности дождевой и снеговой воды.[ …]

Удобство использования стандартных хемилюминесцентных газоанализаторов состоит и в простоте их модификации для анализа широкого набора соединений. Так, на основе газоанализатора фирмы «Тегто-Е1ес1:гоп» (модель 8А), предназначенного для определения оксида углерода, разработана методика анализа N4 (СО) 4 в воздухе [530]. Метод специфичен и позволяет определять №(СО)4 в присутствии N0 за счет использования модуляционной системы на оксиды углерода.

Область определяемых концентраций №(СО)4 в воздухе — 2 10-7—-Ю-50/о. Как уже отмечалось [528], в стандартных газоанализаторах на оксиды азота хемилюминесценция вызывается реакцией взаимодействия их с озоном. С использованием таких газоанализаторов возможно и решение обратной задачи: определение озона по его реакции с точно известным количеством оксида азота (метод газофазного титрования). Для определения озона можно использовать и реакцию его взаимодействия с этиленом, в результате которой наблюдается хемилюминесценция при К=435 нм. Однако неудобство этого метода состоит в поддержании строго постоянного расхода этилена.[ …]

Приведенными примерами далеко не ограничиваются многочисленные реакции диоксида серы, сероводорода и других серу-содержащих неорганических соединений в атмосфере под действием ультрафиолетовой радиации [116, 118]. В результате фотохимических превращений в атмосфере образуются сложные композиции загрязнителей, в которых, кроме диоксида серы, сероводорода, сероуглерода, серооксида углерода и летучих органических соединений серы, содержатся продукты их превращения и взаимодействия с оксидами азота, углеводородами, озоном и другими фотооксидантами и реакционноспособными неорганическими и органическими веществами.

Особенно опасными для населения городов являются попадающие в воздух частицы сажи, на которых адсорбируются оксиды серы.[ …]

Процесс сгорания топлива

12.05.2010

Введение

Для обеспечения сгорания в двигателе внутреннего сгорания небольшое количество топлива смешивается с поступающим воздухом. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не может сжигать без остатка все топливо, которое он использует. Вследствие этого двигатель выпускает побочные продукты сгорания в виде отработавших газов. Некоторые из этих побочных продуктов вредны и загрязняют воздух. Борясь с этой проблемой, изготовители автомобилей разработали так называемые устройства понижения токсичности выхлопа, которые ограничивают выброс этих вредных веществ или полностью устраняют его.

Сгорание

В процессе сгорания происходят несколько химических реакций. Одни соединения разрушаются, а новые соединения образуются. Управление процессом сгорания — это ключ к управлению всей работой и токсичностью выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

Для процесса сгорания требуются три элемента:

1.    Воздух
2.    Топливо
3.    Искра зажигания

Эти три элемента иногда упоминаются как «триада сгорания». Если один элемент триады отсутствует, сгорание невозможно. Двигатель внутреннего сгорания рассчитывается на объединение этих трех элементов, поддерживая полный контроль над процессом.

Воздух

Воздух состоит из атомов азота (N), кислорода (О ) и других газов. Большую часть воздуха составляет азот, являющийся инертным, негорючим газом. Воздух не горит, но в нем содержится достаточное количество кислорода, что позволяет поддерживать сгорание.

Топливо

Бензин состоит из углеводородов, которые образуются в результате переработки сырой нефти. Углеводороды состоят из атомов водорода (Н) и углерода (С). В бензин добавляются различные химикаты, типа ингибиторов коррозии, красителей и очищающих средств. Эти химикаты называются присадками.
Тепло и давление, присутствующие в двигателе внутреннего сгорания, могут заставить бензин, находящийся в камере сгорания, воспламениться раньше, чем генерируется искра зажигания. Это называется преждевременным воспламенением и более подробно описывается дальше. Октановое число бензина указывает на то, насколько хорошо он противостоит преждевременному воспламенению. Дополнительная очистка может способствовать увеличению октанового числа.
В настоящее время в регионах с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения воздуха используется тип топлива, называемый улучшенным бензином (подвергнутым реформингу) (RFG). Такой бензин имеет специальные присадки, называемые окислителями, которые улучшают сгорание, увеличивают октановое число и уменьшают токсичность выхлопа.

Искра зажигания

В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо поступают в камеру сгорания, и затем генерируется искра зажигания, вызывающая сгорание. Перед зажиганием воздушно-топливной смеси двигатель нагревается и сжимает смесь. Нагревание помогает процессу смесеобразования, а сжатие увеличивает энергию, генерируемую при сгорании.

Процесс сгорания

В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит в течение доли секунды (приблизительно в течение 2 миллисекунд). В этот момент разрушаются связи между атомами водорода и углерода. Разрушение связей приводит к высвобождению энергии в камере сгорания, толканию поршня вниз и инициированию вращения коленчатого вала.
После разделения атомов водорода и углерода они соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе. Атомы водорода объединяются с кислородом, образуя воду. Атомы углерода объединяются с кислородом, образуя двуокись углерода (углекислый газ).

Говоря языком химии, полное сгорание в двигателе внутреннего сгорания выражается формулой:

НС + О2 = Н2 О + СО2

Другими словами:

топливо + кислород = вода и двуокись углерода

Абсолютно эффективный двигатель внутреннего сгорания на выпуске имел бы только воду (Н О) и двуокись углерода (СО ), что соответствует Данной выше химической формуле. Это означало бы, что все углеводороды в процессе сгорания разложились. К сожалению, дело обстоит не так.

Неэффективное сгорание -это главная причина наличия вредных веществ в выхлопе автомобиля. Эффективное сгорание ведет к наименьшей токсичности выхлопа. Эффективность сгорания увеличивается посредством корректировки соотношения «воздух/топливо».

Соотношение «воздух/топливо»

Инженеры-автомобилестроители определили, что токсичность выхлопа автомобиля можно уменьшить, если бензиновый двигатель работает с соотношением «воздух/топливо», равным 14.7:1. Технический термин известен как «стехиометрическое соотношение». Стехиометрическое соотношение означает химически правильную воздушно-топливную смесь, которая производит желаемую химическую реакцию, входе которой происходит полное сгорание топлива с желаемой токсичностью выхлопа.
Соотношение «воздух/топливо» 14.7:1 обеспечивает наилучшее управление всеми тремя компонентами (углеводороды, одноокись углерода и оксиды азота) при выпуске почти во всех условиях. Соотношение «воздух/топливо» также увеличивает эффективность каталитического нейтрализатора, который является частью системы выпуска автомобиля.

Бедная воздушно-топливная смесь

Обеднение воздушно-топливной смеси обычно вызывается неисправностью в двигателе. Обеднение — это состояние, когда двигатель получает слишком много воздуха или кислорода. Причиной слишком высокого уровня кислорода могут стать утечки вакуума или неисправная система подачи топлива.

Богатая воздушно-топливная смесь

Богатая воздушно-топливная смесь — это также указание на неисправность двигателя. Обогащение — это состояние, когда двигатель не может сжечь все топливо, которое вошло в камеры сгорания. Состояние обогащения может возникать в результате высокого давления топлива, проблем с опережением зажигания или низкой компрессии.

Аномальное сгорание

Имеются два типа аномального сгорания, которое может происходить в двигателе: детонация и преждевременное воспламенение.
Детонация — это неустойчивый процесс горения, который может вызывать неисправность прокладки головки цилиндров, а также и другие повреждения двигателя. Детонация возникает, когда в камере сгорания наблюдается перегрев и повышенное давление. Когда это происходит, создается взрывная сила, которая инициирует резкий рост давления в цилиндрах, сопровождаемый сильным металлическим стуком. Ударные волны, похожие на удары молотка, генерируемые при детонации, подвергают прокладку головки цилиндров, поршень, кольца, свечу зажигания и подшипники шатуна серьезным перегрузкам.
Преждевременное воспламенение — это другое аномальное состояние горения, которое иногда путают с детонацией. Преждевременное воспламенение имеет место, когда какая-либо точка в камере сгорания становится настолько горячей, что становится источником зажигания и заставляет топливо воспламеняться до генерирования искры зажигания. Оно может сделать свой вклад в детонацию или даже стать ее причиной.
Вместо воспламенения топлива в правильный момент времени, чтобы дать коленчатому валу плавный толчок в требуемом направлении, топливо загорается преждевременно. Это вызывает мгновенный обратный удар в тот момент, когда поршень пытается повернуть коленчатый вал в неправильном направлении. Этот удар вследствие напряжений, которые он создает, может быть очень разрушительным. Кроме того, преждевременное воспламенение может локализовать тепло до такой степени, что оно может частично проплавить или прожечь отверстие в головке поршня.

Токсичность выхлопа

Стехиометрическая воздушно-топливная смесь обеспечивает наилучший компромисс между динамическими характеристиками, экономичностью и токсичностью выхлопа.
При богатой воздушно-топливной смеси все топливо не сгорает. Поэтому увеличивается уровень выделений углеводородов и одноокиси углерода. Бедная воздушно-топливная смесь может при сгорании генерировать повышенное количество тепла. Поэтому увеличивается содержание оксидов азота. Чрезмерно обедненная воздушно-топливная смесь в результате приводит к пропускам воспламенения. Это увеличивает выделения углеводородов.
Каталитические нейтрализаторы, которые химически нейтрализуют токсичные отработавшие газы, наиболее эффективны в очень узком диапазоне, близком к стехиометрическому соотношению.

Побочные продукты сгорания

Поскольку двигатель внутреннего сгорания не имеет абсолютной эффективности, в процессе сгорания генерируются три нежелательных побочных продукта:
1.    Углеводороды (НС)
2.     Одноокись углерода (СО)
3.    Оксиды азота     (N0  X )

Неполное сгорание вызывает выделение углеводорода и одноокиси углерода. Выделения углеводорода — это углеводороды, которые не разрушились в процессе сгорания. Одноокись углерода образуется, потому что не имеется достаточного количества атомов кислорода, чтобы связать углерод.

В идеальном случае азот должен проходить камеру сгорания неизменным. Но когда температура в камере сгорания достигает приблизительно 1 371 °С (2 500 °F), атомы азота и кислорода связываются, образуя  (N0  X )

Химическая формула процесса сгорания, при котором образуются оксиды азота выглядит следующим образом:

НС + О2 + N2 = Н2 О + СО + N0x

Формула «NO » используется для оксидов азота, потому что OHci отражает комбинацию атома азота и любого количества атомов кислорода. Например, оксид азота (N0) состоит из одного атома азота и одного атома кислорода, в то время как двуокись азота (N0 ) состоит из одного атома азота и двух атомов кислорода.

Высокое содержание НС

Высокое содержание НС может быть вызвано недостаточной эффективностью системы зажигания, неправильным опережением зажигания или неправильными фазами газораспределения, протечками вакуума, попаданием масла или низкой степенью сжатия. Доля углеводородов измеряется в количестве частиц на миллион.

Высокое содержание СО

Высокое содержание СО может быть вызвано такими факторами, как:
•    Чрезмерно богатая воздушно-топливная смесь
•    Загрязнение воздушного фильтра
•    Выход из строя клапана PCV
•    Загрязнение топлива маслом
•    Заедание или протечки в топливной форсунке
На исправном автомобиле с каталитическим нейтрализатором выделение одноокиси углерода обычно приближается к нулю. Содержание одноокиси углерода измеряется в процентах от полного объема в воздухе.

NOx

NOx генерируются при высокой температуре горения (выше приблизительно 1 371 °С (2 500 °F)) и обычно образуются, если температура горения не контролируется. Содержание оксидов азота измеряется в количестве частиц на миллион.

Так же рекомендуем прочитать Вам интересную статью Кузовные детали

Оксид углерода образование при сгорании топлив

    Оксиды азота. Токсичность диоксида азота N02 в 10 раз выше токсичности оксида углерода. Образование оксидов азота непосредственно с реакциями горения топлива не связано. Оно идет в основном за счет цепных реакций атомов и радикалов, выделяющихся при диссоциации молекул О2 и N2 в условиях высоких температур, достигаемых в пламени. Оксиды азота могут также образовываться при сгорании азотистых соединений, содержащихся в топливах и маслах. Эти вещества могут попадать в топлива и масла из нефти, при ее переработке, а могут и вводиться в виде присадок для улучшения тех или иных эксплуатационных свойств. [c.83]
    Продукты сгорания топлива. Процессы горения играют главную роль в образовании загрязнений атмосферы. В качестве топлива наиболее широко применяют нефть, уголь, природный и попутный газы, в некоторых странах — древесину. Основные продукты сгорания топлива — диоксид и оксид углерода. В результате окисления примесей, содержащихся в топливе, образуются также оксиды серы и азота. [c.14]

    Таким образом, обедненная смесь топливо — воздух приводит к образованию оксида углерода. Продукты неполного сгорания нефти или угля в виде летучих органических соединений являются компонентами дыма и загрязняют атмосферу. [c.20]

    Правильный выбор конструкции горелок для трубчатых печей и организация рационального способа сжигания топливного газа определенного состава позволяют свести к минимуму образование вредных составляющих дымовых газов, выделяемых в окружающую среду. В продуктах сгорания топлива в основном могут присутствовать следующие вредные примеси оксид углерода, оксиды азота и минимальное количество канцерогенных веществ. Оксид углерода образуется при неполном сгорании всех видов топлива. Он является отравляющим газом, так как нарушает питание организма кислородом. [c.292]

    Сгорание топлива сопровождается образованием оксидов углерода СОг и СО (при неполном сгорании), оксида серы SO2 — сернистого газа и оксида азота N0. Хотя из кислородных соединений серы наиболее устойчивым является SO3, в пламени или в газовом факеле [c.9]

    Другим источником загрязнения воздуха, особенно в городах, является автомобильный транспорт. На его долю приходится 92% выбросов СО, 63 7о углеводородов и 46% оксидов азота. Для обеспечения полного сгорания бензина в двигателях с искровым зажиганием необходимо стехиометрическое соотношение топлива и воздуха, равное 1 15 (в массовых долях) максимальная же мощность двигателя достигается только при избытке топлива. В этом случае при недостатке воздуха происходит неполное сгорание топлива, что приводит к образованию большого количества оксида углерода. В нормальном режиме работы двигателя наблюдается максимальный выброс оксида азота. Соотношение концентраций различных компонентов в выхлопных газах бензинового двигателя приведено на рис. 1 [1, с. 197]. [c.10]


    Наиболее эффективный подход к сокращению выбросов оксида углерода — предотвращение его образования. С этой целью проектируются форсунки, обеспечивающие хорошее смешение с воздухом, внедряются системы контроля за полнотой сгорания топлива и другие мероприятия. К сожалению, меры, направленные на подавление образования оксида углерода, приводят к повышению концентрации оксидов азота, и наоборот- Поэтому [c.126]

    Таким образом, при горении обедненной смеси топливо/воздух происходит образование побочного продукта — оксида углерода. Продукты неполного сгорания нефти или угля в виде летучих органических соединений, являющиеся компонентами дыма, это загрязнители атмосферы. [c.28]

    Токсичность (ядовитость) оксида углерода хорошо известна, а различные углеводороды и оксиды азота (в основном при горении образуется N0, превращающийся при взаимодействии с воздухом в ЫОг) токсичны уже сами по себе и еще более опасны при совместном присутствии в атмосфере, так как являются причиной образования ядовитого фотохимического смога. Кроме того, в продуктах сгорания тяжелого (нефтяного) топлива содержатся канцерогенные вещества, например бензпирен. Токсична также и сажа. [c.22]

    В слое топлива, прилегающем непосредственно к колосниковой решетке, происходит его сгорание, в результате чего развиваются высокие температуры и выделяется тепло, требуемое для газификации. Это так называемая зона окисления. Полученный здесь поток раскаленных газообразных продуктов сгорания поступает в верхние слои топлива (в зону восстановления), где происходят основные реакции газификации, приводящие к образованию целевых продуктов (СО, Нг, СН4). Вследствие сильной эндотермичности реакций образования оксида углерода и водорода газы охлаждаются до 300—500 °С и затем поступают в верхние слои, где за счет их тепла происходят полукоксование (сухая перегонка) и подсушка тоилива. В этой зоне выделяются смола и летучие продукты, а также вся влага, содержащаяся в [c.112]

    Ко второй группе относятся вредные примеси, образование которых в продуктах сгорания зависит не только от состава топлива, но и в значительной мере определяется масштабами, технологией и режимом сжигания топлива, т. е. такими факторами, как мощность парогенераторов, способ подготовки топлива к сжиганию, конструкции топочного устройства, избытки воздуха и т.п. К этой группе относятся оксиды азота, оксид углерода и другие продукты неполного сгорания топлива, в том числе сероводо- [c.533]

    Шлак изолирует металл от непосредственного действия кислорода, содержащегося в продуктах горения топлива, так как воздух вводят в избытке кроме того, кислород получается в результате диссоциации водяного пара, который образуется при сгорании топлива. Однако содержащийся в шлаке оксид РеО окисляется на верхней поверхности шлака кислородом в оксид РегОз, который диффундирует через шлак и на нижней поверхности его восстанавливается в оксид РеО, переходящий в металл. Здесь он расходуется на окисление, но частично вновь диффундирует через шлак на его верхнюю поверхность, где окисляется, и т. д. Оксиды железа после образования шлака служат переносчиками кислорода от газа к металлу, но процесс окисления замедляется. Вследствие нагревания пламенем температура металла повышается до 1600°С, и тогда начинает интенсивно протекать эндотермическая реакция окисления углерода  [c.166]

    В зоне подготовки отходы прогреваются, из них удаляется влага и выделяются летучие вещества, образовавшиеся в результате нагрева отходов. В кислородной зоне происходит сгорание углерода кокса с образованием диоксида и частично оксида углерода, в результате чего выделяется основное количество тепла в слое. В конце кислородной зоны наблюдается максимальная концентрация СОг и температура слоя. Непосредственно к кислородной зоне примыкает восстановительная зона, в которой происходит восстановление диоксида углерода, оксида углерода с потреблением известного количества тепла. Заканчивается процесс горения выжиганием озоленно-го кокса. Тепловая работа слоя топлива и топочного объема подробно описаны в специальной литературе. [c.50]

    Природный газ как показали проведенные во многих странах испытания, является экологически более чистым видом топлива в сравнении с другими доступными видами. Его физико-химические свойства позволяют вести процесс горения в традиционном двигателе внутреннего сгорания при увеличенном соотношении воздуха, что снижает возможность образования оксида углерода, и процесс горения проходит при более низких температурах, что резко снижает количество образующихся оксидов азота. [c.73]


    В отличие от стационарных систем, в двигателях внутреннего сгорания продолжительность горения ограничена долями секунды, а холодные стенки камеры не дают возможность топливу сгорать полностью, что приводит к образованию и выбросу продуктов неполного сгорания — значительного количества несгоревших активных углеводородов и оксида углерода [3] (табл. VI-3). [c.145]

    Стехиометрическое соотношение бензина и воздуха для обеспечения полного сгорания бензина равно примерно 1 15 (в масс, долях). Эта пропорция обеспечивает наибольшую экономию топлива, однако в связи с тем, что процесс горения в цилиндре двигателя протекает не в идеальных условиях, максимальная энергия достигается только при использовании избытка топлива. Из-за недостатка воздуха некоторые углеводороды неизбежно останутся несгоревшими, что приводит к образованию оксида углерода. Соотношение концентраций этих газов приведено на рис. У1П-4. [c.207]

    В составе продуктов сгорания бензоводородных смесей появляются оксиды углерода (СО и СОа), концентрация которых возрастает по мере увеличения доли бензина в комбинированном топливе, т. е. по мере увеличения отношения С/Н в элементарном составе условного топлива, достигая предельных значений в продуктах сгорания бензина. Образование оксида углерода при сгорании бедных топливовоздушных смесей, в состав которых входят углеродсодержащие топлива, являет- [c.31]

    Приведенные расчеты равновесных составов продуктов сгорания позволяют выявить влияние относительного количества водорода в условном составе бензоводородного топлива на содержание вредных компонентов в отработавших газах (ОГ). Увеличение доли водорода в топливе способствует снижению выхода СО при фиксированных значениях коэффициента избытка воздуха. Снижение СО является следствием как уменьшения концентрации углерода в топливе, так и образования оксида углерода по реакции [c.33]

    Известно, что при идеально организованном процессе сжигания чистых углеводородных топлив в продуктах горения должны содержаться всего четыре компонента СОг, Н2О, О2 И N2. Однако в реальных условиях из этих соединений образуются другие, такие, как оксиды азота, углеводороды, оксид углерода, аммиак,, водо,род синильная кислота, фенол, формальдегид, 3,4-бензпирен- и технический углерод. Если в топливе содержатся сера и другие примеси, состав продуктов сгорания еще разнообразнее. При горении топочных мазутов (особенно из сернистых и высокосернистых нефтей) образование различных соединений катализируется присутствующими в виде микропримесей металлами (ванадий, никель, железо, магний,натрий, хром, медь, -гитан и др.). Влияние металлов может быть я полож,ительиым в их присутствии оксиды азота восстанавливаются до азота, оксид углерода акисляется до диоксида. Однако эта. роль микропримесей металлов в топливе изучена недостаточно. [c.24]

    Дизельные топлива. 4асто отмечают, что экономичность дизельного двигателя при работе на ВТЭ увеличивается на 2-3%. Это объясняется улучшением сгорания топлива. Однако эффект может и не проявиться, так как излишек воды уносит часть тепла, снижая тем самым термический КПД. Высказывалось мнение, что экономия топлива может иметь место только в двигателях с недоведенным рабочим процессом при долевых нагрузках. Зато экологический эффект от использования ВТЭ бесспорен и превышает эффект, достигаемый другими путями, например при добавлении присадок. В общем случае дымность ОГ снижается на 30-50%, эмиссия оксида углерода — на 20-30%, а оксидов азота — на 40-50%. Уменьшение образования оксидов азота объясняется снижением температуры в камере сгорания. Но по этой же причине выбросы углеводородов не уменьшаются, а в отдельных случаях даже увеличиваются. [c.196]

    На рис. 8.27 проиллюстрирована эмиссия соответственно несгоревших углеводородов С Н , оксида углерода СО и оксидов азота NO . Концентрации токсичных компонентов на графиках приведены к расходу топлива, чтобы обеспечить возможность сравнения результатов, полученных на различных режимах работы. Величина эмиссии несгоревших углеводородов связана обратно пропорциональной зависимостью с полнотой сгорания топлива. Кривые на графике показывают, что увеличение расхода топлива или температуры на впуске приводит к уменьшению эмиссии С Ну Образование оксида углерода СО подчиняется такой же зависимости. Изменение концентрации N0, имеет следующую тенденцию увеличение расхода тогшива при постоянной температуре или повышение температуры при постоянном расходе топлива приводит к возрастанию эмиссии NOj . При наименьших значениях расхода топлива (0,34 и 0,50 г/с) концентрация N0 крайне мала (менее 5 ppm), поэтому пересечение кривых на графике может быть объяснено недостаточной точностью газоанализатора. [c. 437]

    Осн. работы посвящены химии и технологии тв. топлива. Выполнил эксперим. и теоретические исследования процесса подземной газификации углей установил кинетические закономерности и механизм горения оксида углерода, цепной характер р-ции горения углерода, хим. строение образующихся при сгорании угля продуктов и механизм образования бензпирена. С 1970 исследовал вредные выбросы па предприятиях хим. переработки горючих ископаемых. [c.246]

    Если при сжигании в кипящем слое много меньше единицы, то свободного кислорода в продуктах сгорания нет. В этом случае азотсодержащие соединения топлива реагируют с углеродом, СО, Нг и другими углеводородными газами с образованием молекулярного азота. Константа равновесия реакции 2N0 + == = N2 + СО2 при характерных для КС температурах чрезвычайно велика (6,86-10 при 1000 К), т. е. равновесие этой реакции сильно сдвинуто вправо. Даже при максимальном содержании СО2 в продуктах сгорания, соответствующем ав=1, содержание N0 в равновесии с углеродом по указанной реакции при 1000 К составляет 10 г/м . Практически это означает, что углерод топлива (полукокс) вместе с СО и Н2 являются активными восстановителями оксидов азота. Особенно активным является только что образовавшийся ( in situ ) полукокс [37, 38], имеющий на поверхности много активных центров, возникших при разрушении структуры угля в процессе выделения летучих. Именно поэтому в продуктах сгорания углей (и особенно полукокса, в котором мало летучих) с в оксиды азота практически отсутствуют 39]. [c.227]

    Принцип работы горелки заключается в том, что снижение образования оксидов азота и углерода достигается разделением дутьевого воздуха на два потока первичный проходит по каналу (1) (см. рис.), вторичный — по каналу (2). По коллектору подается газообразное топливо, которое смешивается с первичным воздухом до соотношения воздух-газ меньше единицы. Вторичный воздух из канала (2) поступает в топочную камеру через лопастной завихритель (3), смешивается с продуктами сгорания, полученными на первой стадии, что позволяет осуществлять дожигание остаточных горючих компонентов. Суммарное количество воздуха в горелках ГДС на 5 — 7% выше необходимого для полного сгорания и на 5% ниже, чем в вихревых горелках одностадийного сжигания газа. Оптимизация соотношения потоков первичного и вторичного воздуха при различных режимах работы обеспечена заданным соотношением проходных сечений и формами каналов горелок ГДС. Горелки где и вихревые горелки, использовавшиеся, в частности, для оснащения котлов ПТВМ, имеют практически одинаковые размеры, тепловую мощность и допустимые колебания расходов и давления топливного газа и воздуха. Установка горелок ГДС на котлах ПТВМ не требует реконструкции топок и систем подачи топливного газа и воздуха. При необходимости в горелки где могут быть установлены мазутные механические форсунки. [c.204]


СПОСОБ СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА В ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕ ИЛИ УСТАНОВКЕ

Изобретение относится к области двигателестроения, а более точно относится к способу сжигания углеводородного топлива в газотурбинном двигателе (ГТД) или газотурбинной установке (ГТУ).

Известен способ сжигания углеводородного топлива в газотурбинном двигателе или установке, при котором углеводородное топливо и воздух, сжатый до высокого давления в компрессоре, поступают в камеру сгорания, где топливовоздушную смесь воспламеняют, а образующиеся при горении газы направляют в турбину и далее в атмосферу через сопло. С целью снижения эмиссии экологически опасных компонентов (оксидов азота, сажи и несгоревших углеводородов) выбираются режимы работы ГТУ на бедном пределе устойчивости горения, который достигается, например, в смеси метан-воздух при стехиометрическом соотношении топливо/окислитель ϕ, приблизительно равном 0.6. (Статья в журнале: Ren J.-Y., Egolfopoulos F.N., Tsotsis Т.Т. NOx emission control of lean methane-air combustion with addition of methane reforming products // Combust. Sci. Technol. — 2002. — V.174, N. 4. — P.181-205. Статья в журнале: Aida N., Nishijima Т., Hayashi S., Yamada H., Kcrwakami Т. Combustion of lean prevaporized fuel-air mixtures mixed with hot burned gas for low-NOx emissions over an extended range of fuel-air ratios // Proc. Combust. Inst. — 2005. — V.30. — P.2885-2892. Статья в книге: Е.Д.Свердлов. Разработка концепции рабочего процесса в низкоэмиссионной камере сгорания газотурбинной установки на природном газе // Экологические проблемы авиации / Под ред. Ю.Д.Халецкого. — М.: ТОРУС ПРЕСС, 2010. — 504 с. С.451-451).

Известны способы активации процессов горения в двигателях внутреннего сгорания обработкой воздуха, поступающего в двигатель электрическим разрядом (RU №2156878, RU №2176122).

Известен способ инициирования воспламенения и интенсификации горения или риформинга топливовоздушных и топливокислородных смесей (патент РФ №2333381, опубл. 2008 г.), в том числе в газотурбинных двигателях, который заключается в том, что рабочую смесь в камере сгорания возбуждают посредством импульсно-периодического наносекундного высоковольтного разряда с ограниченной амплитудой и длительностью импульса высокого напряжения. Способ позволяет понизить температуру воспламенения рабочей смеси, повысить интенсивность химических реакций в процессах горения и риформинга и, как следствие, увеличить эффективность работы камеры сгорания газотурбинного двигателя. Однако он обладает следующим основным недостатком — высоким потреблением энергии из-за применяемой специальной организации разряда для возбуждения во всем объеме камеры сгорания рабочей смеси. Кроме того, высокое потребление энергии вызвано тем, что в данном способе используется разряд с достаточно большой приведенной напряженностью электрического поля E/N>5·10-15 В·см2, при которой в разряде происходит преимущественно диссоциация молекул кислорода О2 и других компонентов, например СН4, электронным ударом с затратами энергии 5.1 эв/молекулу О2, (а не его возбуждение, как в предлагаемом изобретении).

Указанный способ рассмотрен как прототип.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности работы камеры сгорания газотурбинного двигателя при одновременном снижении выброса вредных веществ в атмосферу, а именно снижении эмиссии оксидов азота NOx, моноксида углерода СО, несгоревших углеводородов CnHm и сажевых частиц.

Техническим результатом является уменьшение потребления энергии электрическим разрядом и дополнительная интенсификация горения.

Другим техническим результатом является обеспечение устойчивости горения в обедненных топливом топливовоздушных смесях.

Поставленная задача решается тем, что при сжигания углеводородного топлива в газотурбинных двигателях или установках, содержащих камеру сгорания, на вход которой поступают поток углеводородного топлива и поток воздуха, сжатого в компрессоре до высокого давления, топливовоздушную смесь воспламеняют, а полученные при горении смеси газы направляют через турбину и сопло в атмосферу, при этом воздействуют, по меньшей мере, на часть потока сжатого воздуха за компрессором электрическим разрядом, организованным таким образом, чтобы получать заданные значения объемной плотности энергии и приведенной напряженности электрического поля, так что под его воздействием воздух образует низкотемпературную неравновесную плазму, содержащую преимущественно молекулы кислорода в основном и в синглетном состоянии O2(a1Δg), часть потока углеводородного топлива смешивают с полученной воздушной плазмой и подвергают риформингу интенсифицируемому молекулами возбужденного синглетного кислорода, и образующийся при риформинге синтез-газ направляют в камеру сгорания для дополнительной интенсификации горения.

Целесообразно воздействовать на воздух электрическим разрядом, объемная плотность энергии Es которого составляет не менее 0.2 Дж/см3, а величина приведенной напряженности электрического поля E/N лежит в пределах ~1-5·10-16 В·см2.

Кроме того, целесообразно, чтобы воздушную плазму смешивали с частью потока углеводородного топлива в предварительно заданной пропорции, обеспечивающей образование богатой топливовоздушной смеси.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и рисунком где представлена принципиальная схема воздушных и топливных потоков газотурбинного двигателя (ГТД) или газотурбинной установки (ГТУ).

Способ сжигания углеводородного топлива в газотурбинном двигателе или установке осуществляют следующим образом.

Поток углеводородного топлива и поток воздуха, сжатого до высокого давления в компрессоре 1, поступает в камеру сгорания 2, где воспламененная топливовоздушная смесь горит, а образующиеся при горении газы проходят через турбину 3, отдавая энергию, а затем через сопло 4 в атмосферу.

Согласно изобретению часть воздуха, сжатого в компрессоре 1 и нагретого при сжатии в компрессоре до температуры, например, 850-950К, отводят за компрессором 1 от основного воздушного потока и подвергают воздействию электрическим разрядом с величинами объемной плотности энергии Es и напряженности электрического поля E/N, рассчитанными и заданными таким образом, что в разряде происходит преимущественно образование колебательно-возбужденных молекул кислорода в основном электронном состоянии (ν=1) и электронно-возбужденных молекул O2(a1Δg).

В изобретении предлагается использовать разряд, устойчиво работающий при Е/N~1·5·10-16 В·см2. В этом случае в разряде происходит преимущественно не диссоциация молекул O2 электронным ударом, а его возбуждение из основного в синглетное состояние O2(a1Δg) с затратами энергии 0.98 эв/молекулу O2 или в первое колебательное состояние (ν=1) с затратами энергии 0. 19 эв/молекулу O2. Для образования воздушной плазмы с электронно- и колебательно-возбужденными молекулами кислорода объемная плотность энергии Es составляет не менее 0.2 Дж/см3, а величина приведенной напряженности электрического поля 1-5·10-16 В·см2.

При таком воздействии электрического разряда на воздух, отобранный от основного потока за компрессором 1, в газоразрядной ячейке 5 образуется нагретая примерно до 850-950К воздушная термически неравновесная плазма с колебательно- и электронно-возбужденными молекулами кислорода.

Полученную воздушную плазму смешивают с частью углеводородного топлива (например, метана), которая может быть отобрана от основного потока углеводородного топлива, подаваемого в камеру сгорания, и подвергают риформингу, интенсифицированному посредством возбужденных молекул кислорода, например, в плазмохимическом реакторе 6. Наиболее целесообразно осуществлять смешение углеводородного топлива с воздушной плазмой в условиях, которые рассчитаны и приспособлены к образованию богатой углеводородно-воздушной смеси с параметрами, обеспечивающими ее эффективный риформинг.

Так, например, для метановоздушной смеси параметры, необходимые для эффективного риформинга метана в синтез-газ, составят: эквивалентное соотношение топливо/окислитель ϕ=3-4, температура Т=800-900К, давление Р=-20 атм. Для образования богатой метановоздушной смеси отделяют примерно 20% от потока, поступающего в камеру сгорания, при этом температура образованной плазмы составляет порядка 800°С.

В предлагаемом изобретении воздействие разряда приходится только на окислитель (воздух), поскольку, как показали исследования, в богатых топливных смесях (ϕ=3) такой способ воздействия при прочих равных условиях в 2-3 раза энергоэффективнее, чем при обработке разрядом гомогенной заранее перемешанной метановоздушной смеси.

Отобранная часть топлива составляет примерно 20% от топлива, поступающего в камеру сгорания, т.к. такая величина расхода топлива, с одной стороны, достаточна для наработки необходимого количества нагретого синтез-газа в плазмохимическом реакторе, чтобы последний оказал существенное влияние на химические процессы в камере сгорания, а с другой стороны, не требует высоких энергетических затрат при обработке воздуха электрическим разрядом из-за малого расхода воздуха, который связан с расходом топлива через соотношение ϕ=3-4 (воздуха требуется в 3-4 раза меньше, чем при стехиометрическом сжигании топлива).

Объемная плотность энергии Es в разрядной ячейке должна быть не ниже 0.2 Дж/см3, а приведенная напряженность электрического поля E/N~1-5·10-16 В·см2 с тем, чтобы обеспечить возможность осуществления конверсии метана в синтез-газ в реакторе умеренной длины не более 1 м.

Такое значение E/N~1-5·10-16 B·см2 реализуется, например, в комбинированном несамостоятельном электрическом разряде, состоящем из высокочастотного импульсного разряда, объединенного с разрядом прямого тока (Ф.В.Плевако, С.А.Жданок, А.П.Чернухо, В.В.Наумов, A.M.Старик. Электроразрядный источник синглетного кислорода для интенсификации горения // Неравновесные физико-химические процессы в газовых потоках и новые принципы организации горения / Под ред. A.M.Старика. — М.: ТОРУС ПРЕСС, 2011. — 864 с., 433-448).

Основной причиной высокой эффективности разряда с E/N ~1-5·10-16 В·см2 для реализации низкотемпературного риформинга углеводородов является то, что электроны в таком разряде преимущественно возбуждают молекулы О2 в колебательные и метастабильные синглетные состояния O2(a1Δg) и , а скорости реакций инициирования и продолжения цепи с участием этих возбужденных молекул при Т=800-1000 К на несколько порядков величины превышают скорости соответствующих реакций с участием невозбужденных молекул О2, т.е. в этом случае происходит существенное ускорение цепного механизма, ответственного за воспламенение смеси и конверсию углеводородов в синтез-газ. При таких параметрах разряда и образовавшейся в плазмохимическом реакторе после смешения богатой метановоздушной смеси максимальные мольные доли содержания в воздушной плазме колебательно-возбужденных в основном электронном состоянии молекул кислорода и электронно-возбужденных молекул O2(a1Δg) и находятся в пределах 1-5% от полного количества кислорода в смеси.

После смешения плазму со скоростью U подают в плазмохимический реактор 6. Величина скорости U, с одной стороны, ограничена сверху требованием возможно полного превращения метановоздушной плазмы в синтез-газ в плазмохимическом реакторе 6, для чего необходимо успеть воспламенить смесь и, таким образом, достичь высоких температур, при которых эффективность риформинга близка к 100%.

С другой стороны, величина скорости U ограничена снизу, из-за того, что необходимо обеспечить достаточный скоростной напор, чтобы «продавить» образовавшийся синтез-газ в камеру сгорания 2, в которой реализуется достаточно высокое давление. Возможное значение скорости U при заданных выше параметрах смеси, ячейки 5, и длины реактора 6 равно ~10-20 м/с.

Образующийся при риформинге синтез-газ с температурой Т=1800-2000К из плазмохимического реактора 6 поступает в камеру сгорания 2, где смешивается с основной частью топливовоздушной смеси.

Наличие указанного выше количества нагретого до температуры Т=1800-2000К синтез-газа в камере сгорания изменяет реакционные механизмы горения смеси и образования оксидов азота NO и NO2, что позволяет: (1) сократить длину камеры сгорания L и (2) существенно снизить образование NOx, CO, сажи, а также несгоревших углеводородов CnHm в выхлопе при том же значении ϕ или дополнительно обеднить топливовоздушную смесь приблизительно до ϕ=0.25-0.2 при сохранении ее устойчивого горения, что также приведет к снижению.

Таким образом, поскольку сжигание синтез-газа термодинамически эффективней сжигания исходного углеводородного топлива (метана), а скорость горения синтез-газа даже с умеренным содержанием водорода (20%) заметно выше, чем для метана в воздухе при одинаковых условиях и составе топливовоздушной смеси, то даже частичная замена исходного углеводородного топлива на синтез-газ способствует снижению эмиссии экологически опасных компонентов и сокращению длины камеры сгорания при сохранении полноты сгорания и обеспечении той же температуры на выходе из камеры и работоспособности продуктов сгорания (т.е. в турбине не будет отниматься энергия от потока рабочего тела).

Однако для достижения этих целей необходимо проводить конверсию топлива в плазмохимическом реакторе 6 таким образом, чтобы количество Н2 в синтез-газе значительно (в 3 и более раз) превышало количество СО. Такое соотношение между СО и Н2 в синтез-газе достигается при частичном окислении достаточно богатых углеводородно-кислородных смесей. Отсюда вытекает упомянутое выше требование к начальному составу смеси в плазмохимическом реакторе (ϕ=3-4).

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом позволяет уменьшить потребление энергии электрическим разрядом, дополнительно интенсифицировать горение, уменьшить длину камеры сгорания и повысить эффективность работы ГТД или ГТУ при одновременном снижении эмиссии вредных веществ в атмосферу.

Изобретение может быть также использовано в двигателях для турбовозов (локомотивы с ГТУ) и в области судостроения.

Изобретение может использовано также в ГТУ в нефтедобывающей и газовой промышленности при утилизации, например, сопутствующих газов при разработке месторождений природного газа для получения электроэнергии или работы компрессорных станций по перекачке магистрального газа.


что такое «экологичное топливо» и почему из-за него подорожают авиабилеты — FrequentFlyers.ru

«Аэрофлот» подпишет соглашение с «Газпромнефтью» о поставках экологичного топлива на ВЭФ в первые дни сентября, пишет «Коммерсантъ». Об аналогичных планах сообщили другие авиакомпании, в частности, S7.

Экологичное авиатопливо – довольно широкое понятие. В английском языке оно называется sustainable aviation fuel (SAF), дословно не переводится, а под sustainable (устойчивый) подразумеваются уменьшенные выбросы углекислого газа в атмосферу – от 20 до почти 100% по сравнению с авиационным керосином. Здесь учитывается как собственно процесс сгорания топлива в двигателях самолета, так и «углеродный след» при его производстве – напомним, что для получения любого пригодного для двигателей внутренного сгорания топлива нужно затратить энергию – будь это керосин из нефти или SAF из какого-то другого сырья.

Одним из первых экотоплив в мире был «биогаз», получаемый из углекислого газа, содержащегося в воздухе, и водорода, добываемого из воды путем электролиза. В самом простом случае в присутствии анаэробных бактерий происходит восстановительная реакция и получается метан: CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O.

Однако метаном самолет не заправишь. Существует 6 видов SAF, которые могут использоваться в авиации:

  1. Синтезированный изопарафиновый керосин по методу Фишера-Тропша (FT-SPK). Из угля, природного газа или биомассы производится синтез-газ, состоящий из водорода и углекислого газа. Затем этот синтез-газ каталитическим методом превращается в жидкое углеводородное топливо в специальном реакторе. Существует разновидность этого топлива FT-SPK/A с содержанием ароматических соединений.
  2. Синтезированные изопарафины (SIP). Здесь молекулы углеводородов, пригодные для смешивания с ископаемым топливом, получаются в процессе ферментации растительного сырья с большим содержанием сахаров.
  3. Гидроочищенные эфиры жирных кислот и жирные кислоты (HEFA). Здесь используются растительные масла: как получаемые специально для производства топлива (например, из рапсовых культур), так и из отходов пищевого производства – растительных и животных жиров. Из масел удаляется кислород, а затем методом гидроочистки (то есть, химического превращения в присутствии водорода под высоким давлением при высокой температуре) они становятся углеводородным топливом, пригодным для смешивания с керосином.
  4. Гидроочищенный изопарафиновый керосин, полученный методом углеводородного синтеза (HH-SPK, он же HC-HEFA). Его получают из жиров, содержащихся в зеленой микропланктонной водоросли: Ботриококке Брауна – это же сырье используется, в частности, для производства биодизеля.
  5. Спиртовое реактивное топливо (ATJ). Изобутаноловый или обычный этиловый спирт подвергается дегидрированию, олигомеризации и гидроочистке, превращаясь в углеводородное топливо. Этиловый спирт можно получать гидролизным методом из древесины (например, отходов производства, опилок и т.п.), а можно брать биоэтанол – то есть, по сути, обычный пищевой спирт, полученный методом брожения из растительного сырья: от пшеницы до кукурузы.
  6. Реактивное топливо, получаемое методом каталитического гидротермолиза (CHJ). Здесь к жирным кислотам из отработанных масел, в том числе энергетических масел (трансформаторных, турбинных, компрессорных и т.п., получаемых из нефти) добавляют нагретую воду и в реакторе при очень высоком давлении и температуре происходит крекинг, изомеризация и циклизация парафинов, изопарафинов и циклопарафинов соответственно, а также ароматических соединений.

Большинство перечисленных видов топлива можно смешивать с авиакеросином в пропорции до 50/50, кроме SIP и HH-SPK, которых в смеси допускается не более 10%. Для такой модели использования SAF не требуется никаких переделок существующих двигателей, то есть, на смеси самолет летит ровно так же, как на 100-процентном керосине. При этом ведутся работы над тем, чтобы вообще отказаться от керосина. Boeing, например, обещает к 2030 году перевести все выпускаемые самолеты на возможность использования исключительно биотоплива. Первый в мире коммерческий рейс на биотопливе с использованием грузового Boeing 777 был успешно совершен еще в 2018 году.

Однако пока авиакомпании добровольно не готовы этого делать ни в каких пропорциях, Однако на смесях с 2016 по 2020 годы было совершено лишь 0,2% рейсов во всем мире. Дело в том, что SAF в среднем в 4 раза дороже старого доброго керосина. Поэтому его использование решили пролоббировать.

В частности, с 2027 года вступают в силу новые требования ИКАО, согласно которым страны, из которых выполнятся международные рейсы, должны или использовать SAF, или платить сбор за его неиспользование. Точнее, обязанность заключается не в использовании самого топлива, а в контроле выбросов углекислого газа на авиарейсах, их необходимо сократить не менее чем на 10% относительно рейсов на чистом керосине. А кто их не сократил, тот должен будет купить квоту на выброс углекислого газа – эти средства будут направлены на развитие производства альтернативного топлива. Подробнее обо всех нюансах – здесь (66 страниц на английском).

Еще одна проблема заключается в том, что керосин в разных странах – разный. В большинстве стран – международный стандарт Jet A-1, и именно относительно него рассчитаны допустимые пропорции смешивания с SAF. Однако в Австралии, Бразилии, Великобритании, Испании, Канаде, Китае, России, Франции, Швеции и Японии действуют национальные стандарты на авиационный керосин – и требуется гармонизация стандартов (и сертификация соответствующих смесей) для того, чтобы можно было хотя бы правильно посчитать снижение выбросов и размер и стоимость квот.

Доля топлива в расходах российских авиакомпаний составляет чуть менее 25%. При текущих ценах на SAF добавление его в керосин в количествах, достаточных для снижения выбросов углекислого газа на 10%, может привести к подорожанию билетов до 5%.

Эксперты «Коммерсанта» считают, что пока покупать квоты дешевле, чем топливо, однако даже это обойдется российским авиакомпаниям как минимум в 250 млн. евро в год.

Илья Шатилин

3. Теплота сгорания топлива. Теплотехника

Читайте также

1.3. Автомобильные топлива, смазочные материалы и технические жидкости

1.3. Автомобильные топлива, смазочные материалы и технические жидкости 1.3.1. Автомобильные топливаДолговечность работы двигателя зависит от многих факторов, и в значительной степени – от качества применяемого топлива. Основными автомобильными топливами являются бензины

2. Основные составляющие газообразного топлива

2. Основные составляющие газообразного топлива Газообразные топлива – это в основном смесь различных газов, таких как метан, этилен, и других углеводородов. Также в состав газообразного топлива входят оксид углерода, диоксид углерода или углекислого газа, азот, водород,

6. Аналитический расчет горения топлива

6. Аналитический расчет горения топлива Для расчетов используют следующие соотношения и величины:1) отношение объемного содержания азота к кислороду в обычном воздухе, не обогащенном кислородом, k= 3,76;2) молекулярную массу химических элементов (для водорода она

20. Теплота

20. Теплота Теплотой называется процесс изменения внутренней энергии при постоянных внешних параметрах ч = = const. Тела могут передавать энергию друг другу непосредственно при контакте или излучая ее. Теплоту называют микроскопическим преобразованием энергии. Процесс

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива Использование ископаемого топлива основано только на нашем незнании. К.Э. Циолковский Начнем с того, что мы находимся на позициях здравого смысла, то есть, понимаем, что «нечто» не может возникнуть из

Указатель уровня топлива

Указатель уровня топлива На японских автомобилях указатели уровня топлива бывают двух видов: один – биметаллического типа, второй – катушечного.В первом случае в бензобаке автомобиля имеется поплавок, поводок которого связан со скользящим контактом переменного

4.2. Хранение и подготовка топлива Твердое топливо

4.2. Хранение и подготовка топлива Твердое топливо Вопрос 125. Каким оборудованием оснащаются склады твердого топлива?Ответ. Оснащаются оборудованной для разгрузки топлива, укладки его в штабеля, погрузки, взвешивания, обеспечения условий хранения топлива (послойные

§ 46. Двигатели внутреннего сгорания

§ 46. Двигатели внутреннего сгорания Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются поршневыми тепловыми двигателями, в которых топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующаяся при сгорании смесь газов, расширяясь, перемещает поршень, совершающий

Cвойства дизельного топлива

Cвойства дизельного топлива Рассмотрим свойства дизельного топлива, затрудняющие запуск дизельных двигателей при отрицательных температурах. При постепенном охлаждении дизельного топлива оно вначале мутнеет из-за образования в нем отдельных парафиновых кристаллов и

Подогреватели топлива компании «Номакон»

Подогреватели топлива компании «Номакон» Накладная конструкция подогревателя предназначена для внешней установки на корпус фильтра тонкой очистки и выполнена в виде обоймы. Размеры бандажа позволяют установить подогреватель на фильтры с наружным диаметром от 75 до 105

Подогреватели топлива компании «Ивэль»

Подогреватели топлива компании «Ивэль» Включают в себя подогреватель дизельного топлива в фильтре тонкой очистки, подогреватель топлива в баке, установленный на конец топливозаборной трубки, и соединительный жгут с кнопками в кабине водителя. Указанные устройства

Автоматические системы подогрева топлива

Автоматические системы подогрева топлива Автоматические системы подогрева топлива используют рассмотренные выше отдельные подогреватели, объединенные в единую систему, управляемую электронным блоком. Такие системы упрощают эксплуатацию автомобиля с дизельным

Уменьшение неиспользуемых остатков топлива

Уменьшение неиспользуемых остатков топлива В связи со статистической неопределенностью характеристик заправки топлива и летных характеристик ракеты прм выключении двигательной установки в баках остается часть горючего и окислителя. Неиспользуемые остатки топлива

Программное изменение соотношения компонентов топлива

Программное изменение соотношения компонентов топлива Во время активного участка полета второй ступени ракеты-носителя Saturn V производится 20%-ное ступенчатое изменение соотношения компонентов топлива, вызывающее соответственно уменьшение тяги и увеличение удельного

Подача топлива к карбюратору

Подача топлива к карбюратору Во всех отечественных автомобилях на карбюраторных двигателях установлены топливные насосы. Отличаются они только размерами и конструкцией деталей, а принцип работы у всех одинаковый. К отверстиям насоса подсоединены топливопроводы,

«Skytech LTD», ул. Кирова, 12 Каменское (Днепродзержинск)

Автомобильное топливо — это, как правило, смесь жидких или газообразных углеводородов и других химических веществ. Топливо в двигателе автомобиля смешивается с воздухом различными способами, в зависимости от типа двигателя и вида топлива, после чего, уже как топливо — воздушная смесь, сжигается. Автомобильное топливо — это, как правило, смесь жидких или газообразных углеводородов и других химических веществ. Топливо в двигателе автомобиля смешивается с воздухом различными способами, в зависимости от типа двигателя и вида топлива, после чего, уже как топливо — воздушная смесь, сжигается.

 

Сжигание топлива освобождает его химическую энергии, которая, преобразуясь в тепловую, приводит в действие двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Процесс горения углеводородного топлива, по сути, является реакцией топлива с кислородом воздуха в результате которой, в идеальных условиях, должно происходить образование углекислого газа и воды, а так же выделение большого количества теплоты. На практике, из за того, что состав топлива сложен, смешение с воздухом не равномерно, а концентрация кислорода в потоке воздуха не постоянна, сгорание топлива происходит не полностью. Из за этого полного использования химической энергии топлива не происходит, в двигателе накапливается нагар, а в атмосферу выбрасывается копоть, сажа, угарный газ и не сгоревшие остатки топлива. Это происходит особенно активно при нестационарном режиме работы двигателя — на старте и при увеличении оборотов.

Данное устройство обогащает воздух, поступающий в двигатель, кислородом и водородом, получаемыми разложением воды. Кислород, количество которого увеличивается по сравнению содержанием кислорода в воздухе, более полно окисляет топливо, что приводит к увеличению количества теплоты, выделяемой в двигателе при сгорании топлива, а значит, увеличению КПД и мощности двигателя. Водород в цилиндрах двигателя восстанавливает углерод из сажи и нагара, образуя сгорающий без остатка метан. Двигатель очищается от отложений нагара, которые чаще всего являются причиной калильного зажигания и сбоев в работе, приводящих к детонации и потерям мощности. Взаимодействуя между, собой остатки кислорода и водорода реагируют с выделением дополнительной теплоты, что так же увеличивает мощность и КПД двигателя. Экономия топлива возможна за счет того, что при более полном сгорании топлива из меньшего его количества возможно получение такого же количества энергии как и из обычно используемого, а значит топливо — воздушную смесь можно обеднять без потерь мощности двигателя. В современных двигателях с электронной регулировкой смешения это происходит автоматически, в двигателях без такой регулировки необходима соответствующая настройка системы смешения. Кроме того, при использовании данного устройства, возможно применение топлива с более низким октановым числом что так же позволяет существенно экономить.
Входящий в комплект установки регулятор тока обеспечивает оптимальное использование электроэнергии в зависимости от режима работы двигателя и температуры электролизера.

Как экономить топливо и деньги?
(или: Каждый седьмой литр топлива – бесплатно)

Представляем серию устройств экономии топлива MAXsaver производства Intertechservise European Group of Companies, созданную на основе хорошо зарекомендовавшей себя в мире технологии обработки углеводородов с использованием спеченного сплава NdFeB-37. Родоначальником этого направления по праву считается американский физик и изобретатель Роберт Кейн, доктор физических наук, автор более 60 патентов США (включая «легендарный» пейджер), советник NASA и консультант корпорации «Motorola». В чем принцип работы этого устройства? Давно известно, что в любом топливе, независимо от условий его хранения, формируются молекулярные группы — углеводородные цепи (кластеры). Такие «сгустки» не могут сгореть полностью, поскольку в момент воспламенения часть их находится в недосягаемой для кислорода зоне. Но при прохождении топлива через MAXsaver за счет эффекта магнитного резонанса, генерируемого устройством, происходит расщепление кластеров углеводородных цепей на более мелкие составляющие. При этом молекулы углеводорода переходят в более активное спин-состояние. Это позволяет задействовать дополнительный кислород в момент воспламенения смеси и способствует более полному сгоранию топлива. В результате уменьшается расход топлива, увеличивается мощность двигателя, сокращаются вредные выбросы. Получить такой эффект позволяют только магниты неодимовой группы (NdFeB), изготовленные по специальной технологии.

Устройство состоит из двух половин, соединенных между собой нейлоновым хомутом. MAXsaver компактен и автономен, не требует электропитания. Устанавливается без использования инструментов на шланг подачи топлива любых типов двигателей, при этом не требуется врезки в шланг. Многочисленные тесты подтвердили, что применение MAXsaver позволяет экономить 10-20% топлива. Также после установки MAXsaver увеличивается мощность двигателя: изменяется динамика движения, машина становится поживей, и полегче набирает обороты. Контрольные замеры до и после установки MAXsaver показывают снижение выброса CO и СH до 40-50%. Устройство эффективно на всех видах топлива (бензин, дизель, газ) и на любых автомобилях.
За счет уменьшения расхода топлива стоимость MAXsaver окупается за несколько месяцев. Затем устройство начинает беречь Ваши деньги и превращается в источник «внеплановой» прибыли. При этом Вы можете тестировать MAXsaver в течение 90 дней и безо всякого риска убедиться в эффективности устройства.

Не теряйте свои деньги, звоните нам прямо сейчас!
www.maxsaver.org
т. (0569)58 82 40
т/моб. (063)215 04 07
т/моб. (097)762 07 29

Сжигание углеводородов — Energy Education

Сжигание углеводородов относится к химической реакции, при которой углеводород вступает в реакцию с кислородом с образованием диоксида углерода, воды и тепла. Углеводороды — это молекулы, состоящие как из водорода, так и из углерода. Они наиболее известны как основной компонент ископаемого топлива, а именно природного газа, нефти и угля. По этой причине ресурсы ископаемого топлива часто называют углеводородными ресурсами. [1] Энергия получается из ископаемого топлива путем сжигания (сжигания) топлива.Хотя примеси присутствуют в ископаемом топливе, сжигание углеводородов является основным процессом при сжигании ископаемого топлива. Пример сжигания углеводородов показан на рисунке 1. См. Моделирование внизу страницы для получения дополнительных примеров.

Рисунок 1. Метан соединяется с кислородом 2 с образованием диоксида углерода, воды и тепла. [2]

Описание

Независимо от типа углеводорода при сжигании с кислородом образуются 3 продукта: диоксид углерода, вода и тепло, как показано в общей реакции ниже.Энергия, необходимая для разрыва связей в молекулах углеводородов, существенно меньше энергии, выделяющейся при образовании связей в молекулах CO 2 и H 2 O. По этой причине в процессе выделяется значительное количество тепловой энергии (тепла). Эту тепловую энергию можно использовать напрямую (например, для обогрева дома) или преобразовать ее в механическую энергию с помощью теплового двигателя. Однако это может привести к потере эффективности, что приводит к необходимым значительным потерям энергии (в виде отходящего тепла), что регулируется вторым законом термодинамики.Результирующая полезная механическая энергия будет намного меньше, чем исходная тепловая энергия, обеспечиваемая сгоранием углеводородов.

Общее уравнение реакции:

[математические] C_xH_y + N (O_2) \ leftrightarrow x (CO_2) + \ frac {y} {2} (H_2O) [/ math]
  • [math] x [/ math] обозначает количество атомов углерода в углеводороде
  • [math] y [/ math] обозначает количество атомов водорода в углеводороде.
  • [math] N [/ math] обозначает количество атомов кислорода, необходимое для реакции горения углеводородов.

Сжигание углеводородов и ископаемое топливо

Обратите внимание, что CO 2 — это , всегда , образующийся при сжигании углеводородов; не имеет значения, какой тип молекулы углеводорода.Производство CO 2 и H 2 O — вот как полезная энергия получается из ископаемого топлива. По этой причине важно различать диоксид углерода и другие «отходы», которые возникают из-за примесей в топливе, таких как соединения серы и азота. [1] Отходы, образующиеся из-за примесей, могут быть удалены с помощью правильной технологии; CO 2 не может быть устранен, если ископаемое топливо не сжигается (не используется) в первую очередь.

Не все ископаемые виды топлива имеют одинаковый состав.Природный газ на 90% состоит из метана (CH 4 ), который является самой маленькой молекулой углеводорода. Нефть обычно состоит из молекул среднего размера, хотя состав сильно варьируется от одного сорта нефти к другому. Как правило, чем плотнее масло, тем длиннее углеродные цепи в молекулах. Наконец, уголь содержит самые крупные и сложные молекулы углеводородов. [1]

Поскольку разные углеводороды имеют разное отношение водорода к углероду, они производят разные отношения воды к диоксиду углерода.В общем, чем длиннее и сложнее молекула, тем больше отношение углерода к водороду. По этой причине при сжигании равных количеств разных углеводородов будет образовываться разное количество диоксида углерода, в зависимости от отношения углерода к водороду в молекулах каждого из них. Поскольку уголь содержит самые длинные и самые сложные молекулы углеводородов, при сжигании угля выделяется больше CO 2 , чем при сжигании той же массы нефти или природного газа. Это также изменяет плотность энергии каждого из этих видов топлива.

Выбросы углекислого газа

Ниже приведена диаграмма выбросов CO 2 при производстве 293,1 кВтч (1 000 000 БТЕ) энергии из различных углеводородных топлив. [3]

Анимация горения

Выберите топливо из раскрывающегося меню, чтобы увидеть чистую реакцию, которая происходит во время сгорания.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Авторы и редакторы

Bethel Afework, Эллисон Кэмпбелл, Райли Федечко, Джордан Ханания, Брейден Хеффернан, Джеймс Дженден, Аманда Масгроув, Кейлин Стенхаус, Луиза Варгас Суарес, Джасдип Тоор, Джейсон Донев
Последнее обновление: 27 сентября 2021 г.
Получить ссылку

Полное сгорание — обзор

CRAIG B.СМИТ, Энергетика, менеджмент, принципы, 1981

Пример.

Проба природного газа состоит из 67 процентов по объему метана и 33 процентов по объему этана. Определите количество кислорода и воздуха, необходимое для полного сгорания.

Решение.

Определите массовые доли углерода и водорода, а затем примените уравнение (9.1).

Молекулярная масса

Mw = (0,67) (16) + (0,33) (30) = 20,62wc = (12) (0,67) + (24) (0,33) 20,62 = 77,4% wH = (4) ( 0.67) + (6) (0,33) 20,62 = 22,6% wo = 0ws = 0.

Тогда:

wo = (2,67) (0,774) + (8) (0,226) = 3,88 кг O2 на кг топлива.

Используя уравнение (9.2) или учитывая, что на 1 кг O 2 приходится 4,31 кг воздуха, получаем

wA = 16,7 кг воздуха на 1 кг топлива.

Обратите внимание, что на каждый кг топлива, входящего в сгорание, требуется как минимум 16,7 кг воздуха! В действительности необходимо подавать больше воздуха, чем указано, поскольку для обеспечения полного сгорания требуется некоторый избыток воздуха.Что касается природного газа, эффективный котел будет использовать около 15 процентов избыточного воздуха, или примерно 19 кг на кг топлива. Поскольку это 77 процентов по массе N 2 , это означает, что на каждый кг топлива приходится около 15 кг N 2 , протекающих через котел, нагреваясь от температуры окружающей среды до температуры сгорания и, в конечном итоге, перенося тепло вверх. стек, не принося никакой пользы процессу!

Для полного сгорания необходимо выполнение следующих условий:

Соответствующая подача воздуха (кислорода)

Соответствующая топливно-воздушная смесь

Соответствующая температура в камере сгорания для топлива зажигание

Достаточное время пребывания в камере сгорания для полного сгорания

Слишком большой поток воздуха (избыточный воздух) приводит к потере топлива из-за увеличения потерь энергии в дымовой трубе, а недостаток воздуха ведет к неполному сгоранию.

Это схематично показано на рисунке 9.1. На рис. 9.2 показана возможная экономия энергии в результате сокращения избыточного воздуха до оптимального количества в типичных промышленных газовых и масляных котлах. На рис. 9.3 показан типичный котел.

Рис. 9.1. Взаимосвязь теплопотерь котла и избытка воздуха.

Рис. 9.2. Возможная экономия топлива для котлов за счет анализа дымовых газов.

Источник: Smith, C.B., ed. Эффективное использование электроэнергии , Pergamon Press, 1978 г. Авторские права © 1978

Рис.9.3. Комбинированный котел, пригодный для сжигания газа или мазута.

Котлы можно «настроить» путем измерения количества O 2 , CO 2 , CO и несгоревших углеводородов в дымовых газах. Методы и оборудование для выполнения этих измерений описаны в Приложении C.

Ниже приведены приблизительные методы определения КПД котла. В них используются типичные параметры топлива и данные из литературы (ссылки 1 и 3). Из-за большого разнообразия состава топлива и конструкций котлов эти методы следует использовать только для предварительных анализов.

Шаг 1. Измерьте содержание O 2 или CO 2 в дымовых газах. Содержание CO 2 зависит от типа топлива и подаваемого избыточного воздуха. В таблице 9.3 указаны типичные максимальные количества избыточного воздуха. Желаемое содержание O 2 намного меньше зависит от типа топлива, что делает измерения O 2 в определенном смысле предпочтительными.

Таблица 9.3. Обычное количество избыточного воздуха, подаваемого в оборудование для сжигания топлива

-50 -50 -50 Wood
Топливо Тип печи или горелок Избыточный воздух,% по массе
Пыль-уголь Печь для шлакового охлаждения или с сухим золоудалением 15-20
Печь с частичным водяным охлаждением для сухой золы 15-40
Угольный щебень Циклонная печь — напорная или всасывающая 10-15
Уголь Разбрасыватель 30-60
Водоохлаждаемый сток с вибрационной решеткой 30-60
Цепной и передвижной колосниковые колосники
Топка с нижней подачей 20-50
Мазут Горелки масляные регистровые 5-10
90 189 Многотопливные горелки и плоскопламенные 10-20
Кислотный шлам Горелки конусного и плоскопламенного типа, паровые 10-15
Природный, коксовый и нефтеперерабатывающий газ Горелки регистрового типа 5-10
Многотопливные горелки 7-12
Доменный газ Горелки межтрубного соплового типа 15-18
печи (10-23% через решетку) и типа Hofft 20-25
Багасса Все печи 25-35
Черный щелок Печи-утилизаторы для процессов крафт-варки и натронной варки 5-7

Источник: Smith, C.Кровать. Эффективное использование электроэнергии, Pergamon Press, 1978.

Copyright © 1978

Шаг 2. Используйте рисунок 9.4, чтобы определить значение избытка воздуха для данного типа топлива; или, чтобы найти CO 2 , если измеряется O 2 и т. д.

Рис. 9.4. Связь между CO 2 , O 2 и избыточным воздухом.

Источники: составлено на основе данных Dryden, I.G.C., ed. Эффективное использование энергии , IPC Science and Technology Press, 1975; и Разумное использование газа — Промышленное руководство по энергосбережению , Американская газовая ассоциация.Copyright © 1975

Шаг 3. Определите чистую температуру выхлопных газов: Тег. Это будет температура дымового газа за вычетом воздуха для горения (температура окружающей среды), если не установлен подогреватель воздуха или экономайзер. Если есть подогреватель воздуха или экономайзер, определите температуру на его выходе. Температуру воздуха для горения следует измерять на входе в вентилятор с наддувом. Затем определите Тег как разницу между этими двумя температурами.

Шаг 4. Используйте рисунок 9.5 (A) или (B), чтобы определить КПД котла.

Рис. 9.5. Кривые КПД котла.

Источники: составлено на основе данных Dryden, I.G.C., ed. Эффективное использование энергии , IPC Science and Technology Press, 1975; и Разумное использование газа — Промышленное руководство по энергосбережению , Американская газовая ассоциация.

Правильное обслуживание горелок, топок и другого оборудования для сжигания очень важно. Например, в системах, работающих на жидком топливе, температура, при которой масло подается в горелки, способствует правильному распылению и сгоранию.

Эффективность также повышается с увеличением температуры воздуха для горения и питательной воды, поскольку для их нагрева требуется меньше энергии. В некоторых случаях отработанное тепло из дымовых труб можно рекуперировать и использовать для нагрева поступающего воздуха. Например, на рисунке 9.6 показана типичная экономия в результате предварительного нагрева воздуха для горения. Если конденсат возвращается, питательная вода может быть максимально нагрета. Если по какой-либо причине конденсат не возвращается, возможно, отработанное тепло можно использовать для подогрева питательной воды.

Рис. 9.6. Примерная экономия топлива при использовании в котельных установках нагретого воздуха для горения.

Источник: Smith, C.B., ed. Эффективное использование электроэнергии , Pergamon Press, 1978 г. Авторские права © 1978

Преимущество возврата конденсата.

Это можно увидеть в следующем примере расчета:

Расход пара: 25000 кг / час

Температура питательной воды: 15 ° C

Температура конденсата: 50 ° C

Средняя удельная теплоемкость воды: 4,180 Дж / кг ° C.

Случай 1: Нет возврата конденсата (предположим, что работа в течение 1 часа):

E = m˙CpΔTt = (25,103) (4,180) (100-15) (1) = 8,9 ГДж.

Это потребляемая энергия для нагрева питательной воды при отсутствии возврата конденсата.

Случай 2: возврат 100% конденсата:

E = m˙CpΔTt = (25,103) (4,180) (100-50) (1) = 5,2 ГДж.

Экономия от возврата конденсата составляет 3,7 ГДж / час. Теперь предположим, что в качестве топлива используется нефть с оценкой 6 ГДж / баррель; это экономия более одного барреля масла в час (тепловой КПД котла 70 процентов).

Преимущество автоматического контроля топлива.

При соблюдении осторожности оператор может поддерживать надлежащее соотношение воздуха и топлива. Однако в некоторых случаях система учета топлива и воздуха может автоматически поддерживать эффективную работу. Для паровой установки среднего размера (25 000 кг / час) такая система могла бы окупить себя за год или два за счет экономии топлива всего на 5 процентов.

Производство и распределение пара.

Усовершенствования паровых систем делятся на две большие категории.Первое относится к самой паровой системе, а второе относится к использованию пара. Для паровых систем учитывайте:

Утечки пара из трубопроводов и клапанов

Неисправные конденсатоотводчики

Правильный выбор размеров и техническое обслуживание распределительных систем, включая изоляцию

Надлежащее управление возвратом конденсата

Надлежащее обслуживание систем парообогрева

Большинство этих EMO самоочевидны и не требуют обсуждения.Небольшие утечки пара из-за неисправных сифонов или клапанов могут привести к неожиданно большим потерям энергии (рис. 9.7). Поскольку паровые нагрузки меняются с течением времени, распределительную систему можно использовать для целей, отличных от тех, для которых она была первоначально спроектирована. Если линии слишком малы, перепады давления могут быть чрезмерными. Если они слишком велики, то есть обеспечивают малую нагрузку, потери могут быть непропорционально большими. Возврат конденсата позволяет экономить энергию несколькими способами. Мало того, что для нагрева питательной воды требуется меньше энергии, меньше энергии будет расходоваться на перекачивание и химическую обработку подпиточной воды.Системы парообогрева (используемые для обогрева труб, резервуаров и т. Д.) Могут тратить энергию, если не обслуживаются должным образом. Очевидное предостережение — выключать их, когда они не нужны.

Рис. 9.7. Потери тепла из-за утечки пара.

Источник: Smith, C.B., ed. Эффективное использование электроэнергии , Pergamon Press, 1978 г. Авторские права © 1978

Пар используется для отопления, для работы парового оборудования или для обогрева зданий. Некоторые EMO включают:

Подача пара при минимально возможном давлении

Изучите варианты использования пара, чтобы увидеть, существуют ли более эффективные альтернативы

Примените каскадный принцип к использованию пара

Пар обычно будет подаваться под давлением максимальной нагрузки.В промышленных условиях это может составлять от 1 до 3 МН / м 2 , если используется оборудование с приводом от паровой турбины. Пар также используется для переноса жидкостей с помощью паровых струй. Для целей нагрева давления обычно находятся в диапазоне от 0,1 до 0,3 МН / м 2 . Если большая часть нагрузок находится при более низком давлении, пар не должен подаваться под высоким давлением. Вместо этого можно найти альтернативный источник энергии для нагрузки высокого давления.

В некоторых случаях электродвигатели или альтернативные приводные системы будут более эффективными, чем паровые турбины.Это верно в случаях, когда паровые нагрузки невелики или находятся далеко от паровой установки. Электричество может быть даже лучше для обогрева в конкретном случае, если учесть потери в линии и эффект более точного регулирования температуры.

Иногда требуется подача пара под высоким давлением. Вместо использования редукционных клапанов ищите возможности каскадного использования пара в допустимых пределах по давлению, температуре и качеству пара. Например, пар высокого давления может сначала расширяться через неконденсирующуюся турбину для выполнения полезной работы, а затем отработанный пар турбины может использоваться для обогрева технологических процессов или зданий.

Невозможно переоценить важность надлежащей изоляции паропровода. Рисунок 9.8 иллюстрирует величину потерь тепла от неизолированных линий. Преимущества утеплителя можно увидеть на следующем примере.

Рис. 9.8. Потери тепла от оголенных линий.

Источник: Smith, C.B., ed. Эффективное использование электроэнергии , Pergamon Press, 1978 г. Авторские права © 1978

Пример.

Стальная труба с внутренним диаметром 25 см и толщиной стенки 9,5 мм имеет пар при температуре 260 ° C и давлении 4,69 МПа (500 ° F и 680 фунтов на кв. Дюйм).Определите преимущество теплоизоляции из формованной трубы из минеральной ваты толщиной 5 см для следующих условий:

Tambient = 20 ° CKpipe = 45 Вт⋅м / м2 ° C Изоляция = 0,06Вт⋅м / м2 ° Chc воздух = 9Wm2 ° Chc пар = 14200 Wm2 ° C

Раствор.

Вычислите четыре сопротивления (см. Главу 10, уравнение 10.5). Обратите внимание, что тепловой поток через полый цилиндр определяется выражением:

(9,3) Q = 2πLKΔT / ln (r2 / r1) Вт,

, где L = длина трубы, м

K = теплопроводность цилиндра, Вт · м / м 2 ° C

Δ T = разница температур между внутренней и внешней стенками, ° C

r 2 = внешний радиус, м

r 1 = внутренний радиус, м.

Сопротивления находятся следующим образом (на единицу длины 1 м):

Поверхность обжига = 1 (пар hc) (A) = 1 (14 200) (π) (0,25) = m ° C / W8. 97 × 10−5Rpipe = 1n (r2 / r1) 2πKpipe = 1n (12,98 / 12,5) (2π) (45) = 13,33 × 10−5Rins = 1 n (r3 / r2) 2πKins = 1n (17,98 / 12,98) (2π ) (0,06) = 0,865 Rair = 1 (hc воздух) (A) = 1 (9) (π) (0,369) = 0,096 Rtotal = 0,96.

Поскольку через каждое тепловое сопротивление проходит одинаковое количество тепла,

Ts − TambientRtotal = Tins − TambietRair260−200,96 = Tins − 200,096 = 44 ° C (111 ° F).

А, начиная с

Q = ΔTR = 260−200.962 = 50 Вт / м,

, мы можем вычислить годовые потери тепла для 30 м и 8760 часов в год как:

E = (250) (30) (8760) (3600) = 236 ГДж / год.

Видно, что это около 5 процентов потерь в голой линии, показанных на Рисунке 9.8.

ГВС.

Нагревание и транспортировка воды и других жидкостей требует использования энергии для повышения температуры воды, компенсации потерь тепла в трубопроводах, повышения давления жидкостей и преодоления сопротивления потоку жидкости в трубопроводах.

Подвод тепла, необходимого для повышения температуры жидкости, определяется выражением

(9,4) Ein = mCp (Tf − Ti),

, где

E дюймов = подводимая энергия, джоули

м = масса, кг

C p = удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж / кг ° C

T f = конечная температура, ° C

T i = начальная температура, ° C.

Мощность, необходимая для перемещения несжимаемой жидкости через внешнюю систему трубопроводов, равна

Мощность накачки = (массовый расход) (работа на единицу массы).

Это можно переписать как:

(9,5) pp = m˙ (ΔPρi) ватт,

, где

pp = мощность накачки, ватт

m˙ = массовый расход, кг / сек

Δ P = падение давления в системе, Н / м 2

ρ i = плотность жидкости на входе в насос, кг / м 3 .

Или, в более удобной форме, мощность, затрачиваемая на перекачивание жидкости, связана с перекачиваемым объемом:

(9,6) ppV˙ΔP Вт,

, где теперь

V˙ = откачиваемый объем, м3 / с

Падение давления зависит от системы (трубы, каналы, отверстия, изгибы и т. Д.) И должно определяться для каждого случая. В случае круглых труб он определяется следующим уравнением:

(9,7) ΔP = fρ¯v2L2De Nm2,

, где

f = коэффициент трения (безразмерный)

ρ¯ = средняя плотность, кг / м 3

v = скорость, м / с

L = длина трубы, м

D e = диаметр трубы, м .

Потери из-за изгибов, увеличения и сжатия, а также клапанов и фитингов аналогичным образом пропорциональны квадрату скорости.

Для несжимаемых жидкостей объемный расход V˙ связан со скоростью v следующим образом:

V˙ = A⋅v м3 / сек

решение,

v2 = V˙2A2.

Подставляя эти результаты в уравнение для мощности накачки, получаем:

(9,8) pp = V˙3fρ¯L2A2Dewatts.

Это показывает, что после фиксированного размера трубы мощность, необходимая для откачки , увеличивается на как куб объемного расхода.И наоборот, для фиксированной скорости потока мощность откачки уменьшается пропорционально пятой степени диаметра.

Для широкого диапазона чисел Рейнольдса f = 0,022 для чистой стальной трубы промышленного назначения. Это справедливо как для американских / британских единиц, так и для единиц СИ, поскольку f — безразмерное отношение, имеющее единицы длины / длины. Если используются американские / британские единицы измерения, в знаменатель уравнения мощности накачки необходимо вставить коэффициент преобразования ( г = 32,2 фут / сек 2 ).

Падение давления для полных трубопроводных систем требует определения потерь во всех компонентах. Это можно сделать приблизительно с помощью таких данных, как рисунок 9.9, на котором сопротивление потоку типичных фитингов преобразуется в эквивалентные длины трубы.

Рис. 9.9. Падение давления и жидкостное трение.

На этой диаграмме показаны эквивалентные сопротивления различных фитингов и форм в трубах и воздуховодах, выраженные в эквивалентных футах прямогонных труб или воздуховодов.

Источник: любезно предоставлено Crane Company.

Приведенные выше уравнения также можно использовать для оценки падений давления для потока сжимаемой жидкости, когда падение давления и изменения температуры не вызывают больших изменений плотности (скажем, менее 5-10 процентов). В противном случае следует произвести более точные расчеты.

Относительную важность этих величин можно проиллюстрировать на примере расчета

Пример.

Проблема. Найдите мощность, необходимую для нагрева, создания давления и перекачки 3,1 × 10 –3 м 3 / сек воды через 2-дюймовую систему трубопроводов.Падение давления в трубопроводной арматуре и клапанах эквивалентно длине трубы, в два раза превышающей длину участка трубопровода.

Данные
L = 1000 м (3280 футов) V˙ = 3,1 × 10 −3 м 3 / с e = 0,051 м (2 ″) P начальный = 100 кН / м 2
ρ¯ = 1000 кг / м 3 P конечный = 600 кН / м 2
v = 1.5 м / с T начальная = 20 ° C
C p = 4180 Дж / кг ° C T конечная = 60 ° C

Расчеты

Для нагрева воды:

Q = m˙ cp (Tf − Ti) = (3,1) (4,180) (60−20) = 518 кВт.

Для повышения давления:

pp1 = V˙ (Pf − Pi) = (3,1 × 10−3) (600−100) × 103 = 1,55 кВт.

Для преодоления перепадов давления:

ΔP = fρ¯v2L / 2 De = (0.022) (1000) (2,25) (1000 + 2,000) (2) (0,051) = 1,46 × 106 Н / м2pp2 = (3,1 × 10–3) (1,46 × 106) = 4,53 кВт.

Общая мощность откачки:

ppt = pp1 + pp2 = 6,08 кВт.

Предположим, что насос имеет КПД 81 процент; тогда необходимая входная мощность составляет ~ 7,5 кВт (10 л.с.), что составляет менее 2 процентов от общей входной мощности. В этом примере очевидно, что главной целью управления энергопотреблением должно быть сокращение тепловых потерь или рекуперация тепла.

Потери в системах горячего водоснабжения можно уменьшить, выполнив следующие действия:

Уменьшите настройки термостата

Закройте открытые резервуары

Изолируйте резервуары и трубы

Основным источником потерь в системах горячего водоснабжения являются резервные потери, которые возникают, когда резервуары постоянно поддерживаются при повышенных температурах.

Рекуперация тепла — еще один полезный метод. Отработанное технологическое тепло (например, охлаждающая вода холодильного компрессора) часто можно использовать для нагрева или предварительного нагрева воды, как показано в следующем примере:

Пример.

В промышленном здании есть электрический бак для нагрева воды для бытовых нужд емкостью 760 л (200 галлонов) (Рисунок 9.10 (A)). Средняя потребность в горячей воде составляет около 700 л / час при 50 ° C. Измерения показали, что водонагреватель потребляет около 27,5 кВт летом и 40 кВт.7 кВт зимой. Температура воды на входе от 4 до 18 ° C.

Рис. 9.10. Рекуперация тепла от компрессора холодильной системы.

В том же здании находится поршневой чиллер мощностью 40 тонн (140 кВт) — 140 кВт эквивалентна теплоте сгорания 40 тонн — с двигателем компрессора мощностью 37 кВт (50 л.с.). Тепло, получаемое от конденсационной установки, равно теплу, отведенному от здания (40 тонн или 140 кВт), плюс теплоту компрессора, насосов и другого оборудования.Если чиллер работает с максимальной нагрузкой, можно увидеть, что она равна или превышает 140 + 37 = 177 кВт (рисунок 9.10 (B)).

Поскольку средняя мощность, необходимая для нагрева воды, составляет 34 кВт, даже если чиллер работает с половинной нагрузкой, он отбрасывает в три раза больше тепла, чем требуется для нагрева воды.

Холодильный цикл фреона-22 имеет следующие температуры:

Испарение 2 ° C
Конденсация 40 ° C
Перегрев в испарителе 6 ° Переохлаждение в конденсаторе 3 ° C

Цикл показан на рисунке 9.11. Поскольку требуется горячая вода при 50 ° C, а температура на выходе хладагента составляет 71 ° C, рекуперация тепла от хладагента в зоне перегрева является достаточной для обеспечения требуемых температур.

Рис. 9.11. Схема хладагента и цикл хладагента конденсаторной установки.

Источник: любезно предоставлено Anco Engineers, Inc.

Для рекуперации тепла можно рассмотреть несколько подходов:

Установите теплообменник в резервуар для горячей воды и пропустите через него горячий хладагент перед подачей в конденсатор.

Используйте второй бак для предварительного нагрева горячей воды с помощью теплообменника, нагреваемого хладагентом.

Используйте второй бак, теплообменник и рециркуляционный насос.

Этот третий подход был выбран как лучший способ оптимизации рекуперации тепла с переменной нагрузкой на горячую воду. Система рекуперации тепла с ручным управлением схематически изображена на рисунке 9.12. Обратите внимание, что также может быть разработан альтернативный подход с автоматическим управлением.

Рис. 9.12. Рекуперация тепла от компрессорно-конденсаторного агрегата.

Источник: любезно предоставлено Anco Engineers, Inc.

Стоимость этой системы была оценена следующим образом:

Механическое оборудование
(трубопроводы, теплообменник, клапаны, резервуар) ………………. $ 8 600
Органы управления и электрические ………………………… 1,900
Разное (модификации здания) ……………… .. 3,900
Инжиниринг и расходы подрядчика ……………………. 10,600
ИТОГО ………… 25000 долларов

Экономия оценивается в

(32-1 кВт) (8,760 часов в год) (0,06 доллара США / кВт · ч) = 17 345 долларов США. / год

(В приведенной выше оценке 32 кВт были средней нагрузкой круглый год, 24 часа в сутки.) Это дает простую окупаемость в 1,4 года. Обратите внимание, что была сделана поправка примерно на 1 кВт мощности, используемой системой рекуперации тепла. (См. Главу 12 для более подробного экономического анализа этого примера.)

Потери в насосной системе можно уменьшить за счет снижения давления в системе, уменьшения потерь на трение и устранения утечек. Основные возможности управления энергопотреблением можно резюмировать следующим образом:

Снижение давления в системе

Уменьшение потерь на трение (увеличение размера трубы, удаление редукционных клапанов)

Устранение утечек

Используйте резервуары для хранения или аккумуляторы, чтобы насосы можно было отключать на время работы или работать в непиковое время

Рециркуляция или повторное использование воды

Обычной практикой является подача воды под требуемым давлением выдерживать самые высокие нагрузки давления.Альтернативный подход, который иногда позволяет экономить энергию, — это подача воды под давлением, необходимое для большей части нагрузки, и обеспечение подкачивающих насосов для нагрузок с высоким давлением.

Печи и печи с прямым и косвенным обогревом.

По оценкам, почти 50 процентов всей энергии, используемой в Соединенных Штатах, идет на технологический процесс или обогрев помещений (см. Ссылку 1, Глава 10, стр. 342).

Печи и печи с прямым нагревом полагаются на нагрев непосредственно продуктами сгорания (топливо) или электрическими нагревательными элементами.В печах косвенного нагрева используется теплообменник определенного типа для передачи тепла от источника тепла к процессу.

Существует три основных подхода к управлению эффективным использованием технологического тепла. Это:

Уменьшение потерь тепла

Использование более эффективного оборудования и процессов

Утилизация тепла

Уменьшение потерь.

Снижение тепловых потерь может быть достигнуто за счет теплоизоляции или улучшенных конструкций.Как правило, экономически оптимальное количество изоляции для печей, печей и труб зависит от диапазона температур и затрат на топливо, поэтому невозможно дать простое практическое правило. Каждый случай обычно необходимо анализировать по существу.

Одним из полезных подходов является рассмотрение анализа на основе единицы площади. Рассмотрим печь или резервуар, которые теряют 3,5 кВт / м 2 на своих неизолированных стенках при нормальных условиях эксплуатации. Анализ показывает, что это может быть уменьшено до 0,7 кВт / м 2 , если 2.Добавляется 5 см утеплителя из минеральной ваты. Затраты на электроэнергию составляют 5,00 долларов США / ГДж (~ 4,73 доллара США / МБТЕ), а годовая эксплуатация составляет 2000 часов в год. Требуется годовая окупаемость. Анализ показывает:

Энергопотери без изоляции:

(3,5 кВт / м2) (2000 ч / год) (0,6 × 106 Дж / кВтч) = 25,2 ГДж / м2⋅год.

Энергопотери с изоляцией:

(3,7 кВт / м2) (2000 ч / год) (3,6 × 106 Дж / кВтч) = 5,04 ГДж / м2⋅год.

Энергосбережение:

25,2−5,4 = 20,16 ГДж / м2⋅год.

Экономия затрат:

(20.16 ГДж / м2⋅год) (500 $ / ГДж) = 100,80 $ / год.

Следовательно, если установленная стоимость изоляции будет равна или меньше 100 $ / м 2 , окупаемость составит один год.

Другие формы тепловых потерь, которые следует оценивать, включают:

Тепло, поглощаемое работой или продуктом и теряемое при охлаждении работы

Тепло, поглощаемое вспомогательным оборудованием (конвейерами, лотками, и т. д.)

Теплоотвод в трубах или вне помещения

Более эффективное оборудование.

Более эффективные конструкции оборудования обычно требуют улучшенной теплопередачи, хотя иногда другой процесс (например, микроволновый нагрев) приводит к экономии. Потенциальных возможностей так много, что перечислить их здесь невозможно. Достаточно сказать, что общий подход должен заключаться в тщательном изучении конкретных потребностей процесса, а затем в попытке обеспечить тепло только тогда и там, где его использование необходимо.

Примеры этого подхода включают использование погружных нагревателей для резервуаров, а не недожиг, или использование индукционного нагрева вместо печей.Оба этих подхода концентрируют тепло в продукте и снижают вероятность внешних тепловых потерь. Другой пример — струйный нагрев , распространенный в европейской металлургии. Это позволяет теплу напрямую попадать на нагреваемый объект, тем самым проникая через поверхностный пленочный барьер и повышая эффективность теплопередачи. (4)

Экономия тепла в процессе также является результатом преобразования периодических процессов в непрерывную работу. Это позволяет экономить топливо за счет исключения или сокращения периодов нагрева и охлаждения.Часто повышается и производительность. Например, одна компания заменила группу печей периодического действия на печь с шагающими балками, работающую на газе, и обнаружила, что новая печь работает с на 20 процентов меньше топлива и имеет производительность в 2,5 раза больше. Это также привело к экономии рабочей силы, поскольку для работы нового агрегата требовалось всего два человека (а не десять). (4)

Избыточный воздух подается в духовки определенных типов для разбавления отработанного воздуха. Например, в сушильных шкафах для сушки растворителем воздух вводится для создания воздушно-газовой смеси, которая ниже нижнего предела взрываемости (НПВ).Многие печи используют чрезмерное количество разбавляющего воздуха, тем самым тратя впустую тепло и топливо.

Типичная промышленная практика заключается в работе в диапазоне концентраций до 25 процентов нижнего предела взрываемости. При автоматическом управлении возможна работа до 50 процентов пределов НПВ. Многие печи, которые используются сегодня, работают ниже 25 процентов нижнего предела взрываемости и могут работать до 5 процентов нижнего предела взрываемости. Это примерно в четыре раза больше фактически необходимого избыточного воздуха или примерно в два раза больше фактического потребления энергии. (4)

Рекуперация тепла.

Рекуперация тепла — важный инструмент для энергоменеджера. Возможный список приложений для этого метода слишком велик, чтобы включать его здесь, но репрезентативные примеры проиллюстрируют возможности.

Рекуперация тепла из вытяжного воздуха здания с помощью обратных систем

Рекуперация тепла молока на молочных предприятиях с помощью тепловых насосов

Рекуперация тепла охлаждающей воды воздушного компрессора и предварительный нагрев горячей воды с его помощью

Рекуперация тепла из конденсата пара и его использование для подогрева питательной воды

Рекуперация тепла от чиллеров и использование для горячей воды или отопления помещений

Переменные, определяющие возможность рекуперации тепла включает стоимость тепла, когда оно доступно, стоимость установки и способы использования тепла.Типичное использование рекуперированного тепла включает горячую воду, технологическое тепло, обогрев помещений, сушку и предварительный нагрев топлива или материалов. Иногда рекуперация тепла приводит к другим экономическим эффектам, например, к сокращению работы вентилятора или насоса или к сокращению работы градирни. В этой главе приводится несколько примеров рекуперации тепла.

Тепло часто можно рекуперировать из горячих технологических потоков, выхлопных газов или дымовых труб. Часто теплообменное оборудование является критически важным элементом, в зависимости от диапазона температур и коррозионной активности горячих стоков.Выбор оптимального размера системы рекуперации тепла включает в себя баланс между стоимостью оборудования и преимуществом рекуперации еще большего количества тепла. Более подробно это обсуждается в ссылке 1 и проиллюстрировано несколькими тематическими исследованиями.

Все, что вам нужно знать о химии и анализе горения

Все вещества содержат различное количество удерживаемой энергии в зависимости от вещества и того, как оно существует; то есть твердое, жидкое или газообразное. Соединение двух веществ с образованием других веществ называется «химической реакцией».Горение — это химическая реакция. Эта реакция проводится с целью выделения тепла. Как мы увидим, кислород всегда будет одним из веществ в реакции, а другой будет углеводородом, смесями водорода, углерода, серы и т. Д.

Идеальное сгорание — это просто смесь топлива и кислорода, которые полностью расходуются в процессе горения. Идеальной ситуацией было бы обеспечить достаточное количество воздуха в камере сгорания, чтобы обеспечить полное сгорание топлива.Это было бы верно, если бы было физически возможно привести каждый атом топлива в непосредственный контакт с количеством воздуха, необходимого для завершения его сгорания. На сегодняшний день в камере сгорания не разработано никакого метода, который позволял бы воздуху и топливу полностью контактировать в нужных пропорциях.

Если мы уменьшим количество кислорода в идеальной смеси, мы получим богатое топливо состояние. Однако, если мы увеличим количество кислорода в идеальной смеси, у нас появится избыток, который не способствует процессу горения.Наличие только нужного количества кислорода (ни больше, ни меньше) называется стехиометрической точкой или стехиометрическим сгоранием. Стехиометрическая точка также называется точкой 100% воздуха.

Все, что превышает 100%, называется избытком. Например, мы можем использовать термин «20% избыток воздуха» для описания точки смешивания воздуха и топлива в котле. Это означает, что избыточный воздух работает на уровне 120% или на 20% (выше стехиометрического) выше точки идеального смешения.

Стехиометрическое сгорание важно, поскольку это точка отсчета, по которой мы можем измерить эффективность нагревательного устройства.Воздух содержит 20,9% кислорода и 79,1% азота. Смесь воздух / топливо можно описать просто как топливо + воздух. Имейте в виду, что воздух состоит из двух частей кислорода (02) и 7,52 частей азота (N2).

Если мы сделаем химическое / математическое объяснение топлива, использующего природный газ (метан Ch5), мы сможем увидеть, как образуются различные измеримые соединения, которые можно использовать для расчета того, насколько эффективно отопительный агрегат использует свое топливо.

Смесь природного газа и воздуха может быть выражена как Ch5 + 202 + 7.52 N2. Давайте теперь увеличим количество воздуха на 20% по сравнению с идеальной точкой смешивания:

.

20% избытка воздуха = 100% + 20% = 120% или 1,2

Таким образом, давайте смешаем метан (Ch5) с 1,2 раза нормальным 100% воздухом

или Ch5 + 1,2 x 2 02 + 1,2 x 7,52 N2

или Ch5 + 2.4 02 + 9 N2

Теперь давайте сожжем эту новую смесь и покажем химическое превращение:

Канал 5 + 2.4 02 + 9 N2 ® C02 + 2h30 + .4 02 + 9 N2

Обратите внимание, что 0,4 части 02 присутствует в образовавшемся дымовом газе, потому что он не использовался в процессе горения; это было излишеством.

Давайте проведем анализ CO 2 на сухой основе, а также анализ на 02 на сухой основе. В дымоходе из-за процесса горения теперь у нас:

1 часть CO2 + .4 часть 02 + 9 частей N2

Таким образом, 1 + 0,4 + 9 = 10,4 частей.

Примечание: мы опускаем термин 2 часа 30 минут, потому что наш анализ является сухим.

% C02 = 1 часть Co2 x 100% = 1 = 9,61%

10.4 части 10,4

% 02 = 0,4 части 02 x 100% = 3,8%

10,4 части

Наконец: Фактическое 02 — Теоретическое 02 x 100% = избыток воздуха

Теоретическая 02

2,4 — 2 x 100% = 0,4 x 100% = 20% избытка воздуха

2 2

Таким образом, точка C02, равная 9,61%, точка 02, равная 3,8%, и точка избытка воздуха, равная 20%, означают одно и то же при описании точки топливовоздушной смеси в процессе сгорания.

Для природного газа у нас предельный или максимальный уровень C02:

1 или 11,73%

1 + 0 + 7.52

Это означает, что наш избыточный воздух установлен на 0%, что также означает, что 0% 02 образуется в дымоходе, что позволяет достичь предельного уровня CO2.

Рисунок 1.

Для графического объяснения избыточного воздуха см. Рисунок 1 . На этом графике показана типичная теоретическая кривая расхода воздуха, показывающая взаимосвязь между настройкой подачи воздуха для горения в котле и различными видами топлива.Таким образом, настройку сгорания можно выразить одним из трех терминов: избыток воздуха, 02 или C02.

Рисунок 2.

Рисунок 2 известен как теоретическая кривая для воздуха. Эта кривая относится к топливному природному газу и предназначена для показа% избытка воздуха, поскольку он относится либо к богатому, либо к обедненному топливу. Сторона бедного топлива — безопасная сторона.

Примечание. Один только анализ C02 не обеспечивает надежной индикации настроек воздуха / топлива для горения.Рекомендуются дополнительные измерения дыма или CO.

Другими словами, данное значение C02 может находиться по обе стороны от стехиометрического.

Избыточный воздух — это предпочтительный термин для описания параметров горения с безопасной стороны стехиометрического. Чтобы получить значение избытка воздуха, выполняется измерение 02.

Рисунок 3.

Рисунок 3 — теоретическая диаграмма воздушной кривой для жидкого топлива.

Опять же, CO 2 может появляться как в обогащенных топливом, так и в избыточных частях воздуха стехиометрического состава. Это очень важный момент, который стоит повторить.

Предупреждение: При тестировании горения, если вы полагаетесь только на процентное содержание C02, вы можете получить высокие показания C02 и оказаться на стороне богатого топливом стехиометрического. Избегайте обогащенной топливом стороны, так как частично сгоревшее топливо приведет к образованию окиси углерода (C0), газа, который в достаточно большой концентрации может убить!

Снова см. Рисунок 1 .Обратите внимание, что тестирование на кислород, 02, гарантирует, что он находится в зоне избыточного горения, и напрямую коррелирует с показаниями C02, независимо от сжигаемого топлива.

Примечание. Измерение 02 в дымовых газах является предпочтительным методом анализа горения.

Во всех современных портативных электронных анализаторах горения используется ячейка 02. Они могут отображать C02, но он будет рассчитываться или вычисляться на основе показания 02.

Теперь, когда мы знаем, что происходит, когда мы что-то «сжигаем», как можно использовать это знание? Должно быть ясно, что мы могли бы протестировать нагревательный элемент с помощью некоторых приборов, которые могут измерять продукты сгорания, и выяснить, насколько эффективно устройство использует свое топливо. Мы могли бы даже «настроить» горелку, чтобы она горела более эффективно. Анализ горения также может диагностировать проблемы с горелкой.

В эффективности сгорания нет ничего загадочного. Это просто 100% минус процент теплотворной способности, потерянной через стек.Если потери в дымовой трубе составляют 25% теплотворной способности данного топлива, то эффективность сгорания составляет 75%.

Расчеты эффективности сгорания начинаются с предположения о полном сгорании с последующим применением трех основных факторов:

  1. Клапан подогрева заданного топлива.
  2. Чистая температура дымовой трубы.
  3. Объемное содержание кислорода.

Нагревательная способность топлива — это стехиометрическая воздушно-топливная смесь или, другими словами, потенциальная энергия топлива. Чистая температура стека — это температура, при которой газы поднимаются выше температуры первичного и вторичного воздуха, обычно температуры окружающего воздуха. В некоторых коммерческих и промышленных применениях первичный воздух предварительно нагревается.

Если мы хотим знать только КПД конкретной горелки, нам нужен только прибор, чтобы найти процент 02, термометр и калькулятор КПД сгорания или диаграмму для используемого топлива. Калькуляторы эффективности сгорания, такие как Bacharach 10-5064, или диаграммы эффективности сгорания (см. , рис. 4 ), приняли во внимание теплотворную способность топлива, поэтому необходимо только определить чистую температуру дымовой трубы в процентах 02, и вставьте эти цифры в таблицу или калькулятор.

Рисунок 4.

В качестве примера, печь на природном газе с чистой температурой дымовой трубы 350 ° F и показанием 02 7 1/2% имеет КПД 80% (см. Рисунок 4 ). Это означает, что 80% теплотворной способности газа используется для нагрева, а 20% расходуется впустую. Другой способ взглянуть на это — сказать, что примерно на каждый доллар израсходованного топлива 80 центов возвращаются в качестве полезного тепла, а 20 центов уходят из трубы. При нынешних и будущих ценах на топливо это дорого.При сегодняшней стоимости природного газа за счет увеличения КПД блока с 80% до 85% можно сэкономить около 7,00 долларов на 100 долларов затрат на топливо.

Подрядчик может использовать простую общую эффективность сгорания, чтобы сравнить рабочую установку заказчика с предлагаемой современной высокоэффективной установкой и оценить экономию затрат на топливо, чтобы показать окупаемость. Это полезный инструмент для продажи, но это не настоящий анализ горения. Для анализа горения мы хотим знать больше, чем просто чистую температуру дымовой трубы и процент 02. Мы также хотим знать части C0 на миллион (PPM), тягу, дым (если масло) и для больших промышленных горелок, диоксид серы (PPM). и оксиды азота (PPM).Имея всю эту информацию, мы можем правильно проанализировать работу горелки, диагностировать проблемы и настроить горелку для достижения оптимального КПД.

Анализ горения раньше проводился с помощью тестов старомодным способом, с помощью ористатов, иногда называемых «шейкерами для коктейлей». Настройка горелки с использованием этих устройств занимала очень много времени. Современные электронные анализаторы горения позволяют сразу увидеть результаты изменений, внесенных во время настройки горелки. Они точны и намного проще в использовании, чем ористаты.Ярким примером современного анализатора является Bacharach Model 300.

Полностью оборудованный 300 может отображать на больших светодиодных индикаторах:

  1. Температура стека,
  2. частей на миллион C0
  3. Процент 02
  4. Процент избытка воздуха
  5. КПД в процентах
  6. Процент потери стека
  7. Процент C02
  8. ч. / Млн NOX
  9. частей на миллион S02

Он может распечатать данные и передать их на компьютер.

300 может делать все это для семи выбираемых видов топлива:

  1. Природный газ
  2. Мазут номер 2
  3. Мазут номер 6
  4. Пропан
  5. Уголь
  6. Дерево
  7. Багасса.

С добавлением измерителя дыма, датчика тяги, манометра и манометра масла технический специалист по обслуживанию будет иметь все инструменты, необходимые для выполнения полного анализа сгорания, настройки или диагностики проблем любой горелки.

Эффективность сгорания дает нам общее представление о производительности горелки. Используя наши инструменты, эти проблемы можно изолировать, а путем интерпретации показаний проблемы можно исправить.

Только производитель оборудования знает рекомендуемые значения 02, температуру нетто, осадку и т. Д.должно быть. Конструкция оборудования будет определять, какими должны быть «правильные» настройки, оптимальные рабочие параметры. Если спецификации производителя недоступны, необходимо использовать некоторые общие правила, а также федеральные, государственные и местные нормы. Государственные или коммунальные регулирующие органы часто устанавливают параметры избыточного воздуха и допустимые концентрации CO.

Как правило, большая часть оборудования работает с избытком воздуха от 16% до 30%, то есть от 3% до 5% 02 (см. Рисунок 1 ).

Тяга над огнем 0,02 дюйма водяного столба (вод.ст.) допустима с осадкой от 0,02 до 0,04 дюйма водяного столба. больше, чем тяга над огнем.

Чистая температура дымовой трубы зависит от используемого топлива. Агрегаты без конденсации не рассчитаны на конденсацию, поэтому температура дымовой трубы должна поддерживаться выше точки росы.

Примерные рекомендации по минимальной температуре нетто дымовой трубы:

  1. Природный газ 250 ° F
  2. Мазут номер 2 275 ° F
  3. Мазут номер 5 300 ° F
  4. Уголь 325 ° F
  5. Дерево 400 ° F.

A 0 ppm C0 — идеальное, но непрактичное значение. Никакие коды или спецификации производителя не допускают 400 PPM или более C0. Можно разумно ожидать достижения значений C0 ниже 100 PPM.

При «настройке» горелки точные настройки полностью зависят от конструкции, размера и производителя оборудования. Следует делать все возможное, чтобы следовать спецификациям производителя. Общая процедура заключается в завершении всего технического обслуживания. Очистите теплообменные поверхности, масляное оборудование, замените неисправные детали и т. Д.

Для горелок, работающих на тяжелом топливе, проверьте температуру предварительного нагрева. Если неизвестно, начните с 250oF и уменьшите температуру до достижения наилучшего сгорания. Проверить и отрегулировать подачу топлива. Дайте горелке поработать не менее 15 минут. Если горелка модулирующая, работайте на сильном огне, пока блок не достигнет нормальной рабочей температуры. Проверьте и установите параметры избытка воздуха. Проверить на C0 (и дым, если горелка на жидком топливе). Сбросьте настройки воздуха до тех пор, пока C0 и дым не станут приемлемыми, проверьте температуру дымовой трубы.На модулируемых горелках проверьте все настройки на слабом пламени и в нескольких точках в пределах диапазона пламени. При необходимости отрегулируйте. Если двухтопливная горелка, повторите процедуры для обоих видов топлива.

Модулирующий котел — это система сгорания, которая регулирует уровень горения и выработку пара в соответствии с изменяющейся потребляемой мощностью. Паровой котел с технологическим процессом является хорошим примером системы, которая может регулировать или изменять скорость горения.

Модель 300 может измерять полноту сгорания при каждой скорости горения или точке нагрузки сгорания.Проще говоря, Модель 300 измеряет все необходимые параметры процесса сгорания и, в свою очередь, автоматически рассчитывает и отображает фактическую эффективность сгорания для каждой рабочей точки котла.

Оптимизировать КПД на любой точке котла довольно просто. Подключите зонд модели 300 к месту отбора проб котла и регулируйте воздух с шагом 10% избытка воздуха и измерьте эффективность. Затем постройте кривую (КПД в зависимости от избытка воздуха) и определите механическое положение, необходимое для идеальной уставки процесса.Повторите процедуру для различных точек нагрузки котла в нормальном рабочем диапазоне. Процедура просто заключается в настройке котла для достижения максимальной безопасной эффективности сгорания. Чтобы обеспечить постоянную максимальную безопасную эффективность, регулярные тесты повторяются, чтобы гарантировать правильную обработку изменений ключевых параметров. Изменения относительной влажности, изменения теплотворной способности топлива и изменения температуры воздуха для горения всегда следует рассматривать как возможные случайные переменные параметра, которые влияют на эффективность сгорания.Случайное изменение влажности, например, может привести к изменению концентрации кислорода в воздухе от 20,9% при относительной влажности 0% до 20,40% при относительной влажности 100% (при температуре воздуха 70 ° F). Эта фабрика влажности вызовет изменение измерения кислорода на 0,5% 02 при заданном значении 20% 02. Эта разница приведет к соответствующему изменению полноты сгорания на 0,2% или более.

Использование модели 300 для выборочной проверки этих параметров сгорания гарантирует, что процесс не изменится и станет небезопасным.Знание количества присутствующих горючих веществ, определение рабочих условий в диапазоне топливных композиций, учет изменений температуры окружающей среды и текущая влажность позволят поддерживать заданные значения котла.

Правильное соотношение воздух / топливо модулирующего котла зависит от конкретной нагрузки (нагрузки) на котел. Правильные рабочие параметры должны определяться при каждом режиме нагрузки. Этот «профиль» после завершения механически фиксируется на месте для обеспечения повторяемости.График зависимости КПД от избытка воздуха в каждой точке нагрузки позволяет оператору определить местонахождение и настроить процесс для достижения максимальной эффективности во всем рабочем диапазоне котла.

В небольших (автоматических) системах управления промежуточный вал используется для плавного регулирования. Модулирующий двигатель управляет каждым положением нагрузки, чтобы автоматически регулировать воздушную и топливную связь. Кулачок используется в качестве регулятора для изменения соотношения воздух / топливо и считается частью управляющей механической связи. Переключив горелку на «байпас», вручную установив положение физической нагрузки и построив необходимые графики, можно установить оптимальную уставку.Здесь снова используйте модель 300 для определения правильных условий эксплуатации. Эта процедура выполняется для каждого положения нагрузки 10% и 20%. Другими словами, эта процедура повторяется для каждой желаемой точки нагрузки.

В более крупных процессах управления оператор переключается на «ручной» и регулирует соотношение воздух / топливо для каждого положения нагрузки. График по-прежнему строится, и конечная уставка устанавливается. Информация о заданном значении, полученная с использованием модели 300, затем программируется в контроллере.Контроллер «подстройки» имеет (по своей конструкции) ограниченный рабочий диапазон, поскольку он корректирует или подстраивает воздушную и топливную тяги для компенсации различных параметров, отмеченных ранее. Последнее замечание об автоматических системах управления; регулировка подстройки не должна использоваться для исправления неисправностей в котле и всегда должна иметь более медленное время отклика, чем основной или общий контур регулирования. Эта ограниченная возможность регулировки диапазона на работающих котлах предназначена для предотвращения крупномасштабных изменений, которые могут вызвать серьезные нарушения в процессе сгорания.Таким образом, модель 300 является необходимым инструментом для всех модулирующих котлов, независимо от типа автоматического управления или базовой конфигурации механической регулировки. 300 необходим для обеспечения правильных рабочих условий для систем сгорания, которые необходимо перенастраивать для каждой потребности в мощности.

В течение многих лет КПД сгорания новых печей и котлов находился в диапазоне от 75% до 82%. Этот средний показатель эффективности сгорания 80% считался оптимальным уровнем производительности.Времена изменились. Теперь КПД сгорания обычно составляет более 90%. Есть много причин для такого общего значительного улучшения производительности нагревательного агрегата.

• «Конденсирующая» конструкция позволяет восстанавливать скрытую теплоту, потерянную при высоких температурах дымовой трубы, ранее требовавшихся для поддержания воды в форме пара.

• Добавление вентиляторов с «индуктором тяги» для обеспечения постоянной тяги и исключения естественной тяги после отключения горелки.

• Использование наружного воздуха в качестве воздуха для горения, что снижает потребность в использовании внутреннего (жилого помещения) кислорода для горения.

• Усовершенствованная конструкция теплообменника и лучшее использование циркулирующего воздуха для более эффективной очистки поверхностей теплопередачи в системах с горячим воздухом.

• Устранение постоянного запального пламени за счет внедрения электронных систем зажигания.

• Устранение опасной горячей трубы путем замены трубок малого диаметра «комнатной температуры».

• Отвод воздуха был значительно упрощен, что снижает вероятность неправильного размера отвода воздуха и неправильного размера и высоты дымохода.Таким образом, установка позволяет освободить нагревательный элемент от предыдущих монтажных и конструктивных ограничений.

Водяной пар присутствует в дымовых газах, образующихся при сжигании всех ископаемых видов топлива. Для процесса сгорания требуется топливно-воздушная смесь, и эта смесь уже содержит водяной пар, так же как воздух, которым мы дышим, содержит определенное количество водяного пара, в зависимости от относительной влажности. Кроме того, вода является продуктом сгорания любого топлива, содержащего водород или углеводороды.Такие виды топлива, как метан и пропан, содержат большое количество водорода, но даже уголь содержит некоторое количество водорода в виде захваченных углеводородов. Для нагрева и повышения температуры всего этого водяного пара в дымовых газах требуется энергия. Эта энергия — скрытое тепло. Если горячим дымовым газам дать остыть, высвободится энергия. Если водяному пару дать остыть до точки, при которой он конденсируется в жидкость (температура точки росы), выделяется большое количество энергии. Эта энергия — скрытая теплота испарения.«Конденсационная» печь или бойлер улавливает это скрытое тепло (связанное как с повышением температуры воды до полного испарения, так и с охлаждением водяного пара до его полной конденсации) и использует его для нагрева котловой воды или топочного воздуха.

Количество энергии, необходимое для испарения воды (или, наоборот, энергия, выделяемая при конденсации водяного пара), ошеломляет. При атмосферном давлении требуется всего 142 БТЕ, чтобы поднять температуру одного фунта воды с 70 ° F до точки кипения, 212 ° F.Однако, как только этот фунт воды достигает 212 ° F, требуется почти 1000 БТЕ, чтобы преобразовать его из жидкости в пар, скрытое тепло. Конденсационные печи улавливают это тепло. Обычная печь позволяет этому теплу уходить вверх по дымовой трубе.

Теоретическая максимальная теплотворная способность — это общая теплота, которая может быть получена от сгорания определенного количества данного топлива, смешанного с правильным количеством воздуха для горения (в стехиометрической точке). При начальной температуре сгорания 60 ° F процесс сгорания может полностью произойти, и, наконец, дымовые газы (продукты полного сгорания) могут остыть до 60 ° F.Тепло, выделяющееся при сгорании, измеряется во всем этом диапазоне.

Поскольку конденсационные печи позволяют дымовым газам охлаждаться до точки конденсации, температура дымовых газов или на выходе обычно составляет около 100 ° F. В агрегатах без конденсации важно предотвратить конденсацию, поддерживая температуру дымовой трубы выше минимальных значений. Например, температура дымовой трубы должна быть как минимум на 75–100 ° F выше, чем температура пара в паровых котлах или температура воды в водогрейных котлах и водонагревателях.Например, если температура воды составляет 180 ° F, температура дымовой трубы должна быть не менее 250 ° F. Главное в том, что агрегаты без конденсации не рассчитаны на конденсацию. Следовательно, температура дымовой трубы должна поддерживаться выше точки росы.

В зависимости от топлива и других условий. повышение эффективности за счет конденсации находится в диапазоне от 5% до почти 20%. Это выигрыш за счет возврата скрытого тепла.

В конденсаторных установках ключевым измерением является температура дымовой трубы.Если температура дымовой трубы составляет около 100 ° F, у нас есть конденсационная установка, которая должна обеспечить повышение эффективности сгорания по сравнению с неконденсирующими печами и котлами. Возможны чистые температуры дымовой трубы (выше температуры окружающей среды) 40, 30, 20 или даже 10 ° F.

Второй пункт обсуждения касается использования электрических вентиляторов для создания сквозняков. У индуктора тяги действительно двоякое назначение. Его первая цель — равномерно отводить дымовые газы через теплообменник. Второе его преимущество — устранение необходимости в дымоходе.Теперь дымовые газы можно отводить через боковую вентиляционную систему.

Эффективность фактически повышается на несколько процентных пунктов из-за двух эффектов индуктора тяги. Во-первых, через теплообменник достигается стабильный и постоянный поток дымовых газов, а во-вторых, снижаются тепловые потери в режиме ожидания, так как не будет всасывания через нагревательный элемент, вызванной «просачиванием» дымохода во время периодов выключения горелки. .

Ключевым измерением в этом случае является проба дымового газа (либо C02, либо 02), взятая в том же месте, что и температура дымовой трубы.Это будет при положительном давлении около 0,3 дюйма водяного столба, в зависимости от конкретной печи или котла. Вентилятор вытяжного устройства обычно создает отрицательное давление воды около 1,5 дюйма для его функции втягивания дымовых газов через механизм теплопередачи. Иногда отбор проб дымовых газов может включать в себя работу с предохранительным устройством, используемым для отключения подачи топлива в случае выхода из строя индуктора тяги. Это предохранительное устройство обычно представляет собой реле давления.

Третий и последний пункт касается топок и котлов, в которых в качестве воздуха для горения используется наружный воздух.Основным преимуществом поступления наружного воздуха является устранение риска истощения количества воздуха для дыхания за счет использования нагретого внутреннего воздуха для сжигания.

Чистая температура дымовой трубы (разница между температурой входящего воздуха и температурой отходящего газа) очень важна для эффективности неконденсируемых печей , но мало влияет на эффективность конденсационных печей. В конденсационных печах отношение фактической температуры дымовой трубы (отходящего газа) к точке росы отходящего газа является более важным фактором из-за очень большого количества тепла, выделяемого при охлаждении дымового газа ниже точки росы.

Выполнить измерения в новых высокоэффективных печах и котлах довольно просто. Сначала выберите прибор, который может измерять, рассчитывать и отображать КПД сгорания до 99,9%, а также тот, который может автоматически учитывать температуру первичного воздуха. Помните, что температура на выходе должна быть около 100 ° F и при работе с индукторами тяги будет находиться под небольшим положительным давлением. На некоторых агрегатах необходимо иметь дело с предохранительным выключателем. Всегда проверяйте конкретного производителя на предмет расположения и процедур измерения.Наконец, показатели эффективности сгорания кажутся на 1% или 2% выше, чем рейтинги производителей. Если определенная печь или котел имеет рейтинг или показатель AFUE (годовая эффективность использования топлива) 92%, эффективность сгорания будет около 93,5%.

Концепция того, чтобы температура дымовой трубы была ниже точки росы, исключалась необходимость в дымоходе и подавался наружный воздух, что создает серьезную потребность в контрольно-измерительных приборах.

Ручной Fyrite II от Bacharach — идеальный прибор для испытания конденсационных печей и котлов.Также можно использовать модель 300. Рис. 5 и Рис. 6 показывают разницу в расположении точки отбора проб для типичных конденсационных (, рис. 6, ) и неконденсируемых (, рис. 5, ) устройств.

Рисунки 5 и 6.

Расположение отверстий для отбора проб для проведения различных измерений очень важно. Для жилого и легкого коммерческого или промышленного оборудования применимы следующие рекомендации.

Горелки масляных пистолетов : Расположите точку отбора проб как можно ближе к брешь в печи и не менее чем на шесть дюймов выше по потоку от печной стороны регулятора тяги.

Газовые горелки : Расположите отверстие для отбора проб на расстоянии не менее шести дюймов выше по потоку от вытяжного устройства или колпака со стороны печи и как можно ближе к разрыву печи. Зонд также может быть вставлен в дымоход через дроссель или вытяжной колпак.

Для оборудования большего размера : Найдите точку отбора проб ниже по потоку от последнего теплообменного устройства (например, экономайзера, рекуперативного или аналогичного устройства). Расположение точки после последнего теплообменника гарантирует, что чистая температура обеспечит точное представление об эффективности теплообменников.Однако чем дальше точка от последнего теплообменника, тем больше тепла будет потеряно через воздуховод или дымовую трубу в атмосферу и тем выше вероятность разбавления из-за утечки воздуха, что снижает точность теста.

Турбулентность дымовых газов может иногда приводить к тому, что пробы, взятые из определенной части воздуховода, могут неверно отражать дымовые газы. Обычно прокладка канала диаметром 8,5 диаметра ниже по потоку от изгиба или другой причины турбулентности устраняет этот эффект. Чтобы убедиться, что образец, взятый из более крупных каналов или труб, является репрезентативным; Как правило, рекомендуется провести несколько измерений с датчиком, вставленным на разной глубине в канал или трубу.Если показания в этих различных точках различаются, возьмите их среднее значение для расчетов.

Будьте очень осторожны, чтобы не допустить утечки воздуха в воздуховод или дымовую трубу, которая может отрицательно повлиять на точность определения процентного содержания кислорода по объему. Это увеличит процентное содержание кислорода сверх того, что вызвано избытком воздуха.

Еще одно отверстие для отбора проб для измерения тяги при пожаре должно быть сделано так, чтобы пробоотборная трубка для тягового манометра с медной трубкой диаметром в несколько футов и диаметром 1/4 дюйма находилась примерно в футе над камерой сгорания.Это отверстие следует закрыть после использования.

Ранее были даны общие характеристики анализатора горения Bacharach Model 300. Теперь, когда мы более знакомы с анализом горения и того, чего можно достичь с помощью хорошего анализа, мы подробно обсудим особенности модели 300.

Кабель длиной 23 фута модели 300 позволяет подключаться к большим системам, поэтому пользователь находится близко к 300, а не к месту установки зонда. Большие индикаторы позволяют пользователю вносить корректировки и наблюдать за дисплеями, чтобы увидеть результаты этих корректировок.

Модель 300 непосредственно измеряет и отображает содержание кислорода в дымовых газах в диапазоне от 0,0 до 25,0% 02, содержание оксида углерода в диапазоне от 0 до 3000 частей на миллион C0, а фактическую температуру первичного или дымового газа в диапазоне от 0 ° до 2100 °. Ф. Он также вычисляет и отображает полноту сгорания (от 0 до 99,9), содержание CO 2 (от 0 до 20%), избыток воздуха (от 0 до 250%) и потери в дымовой трубе (от 0 до 99,9%).

Помните, наш анализ сухого газа не учитывал водяной пар (h30)? Модель 300 измеряет C0, связывает это значение C0 с C0, h3 и h30 и включает этот измеренный параметр в расчет полноты сгорания.Модель 300 не только устраняет необходимость в графическом представлении горючих веществ и эффективности сгорания, но также выполняет необходимую операцию вычитания на основе семейства кривых горючих газов. Модель 300 определяет и отображает эффективность сгорания при наличии горючих материалов — автоматически!

Технологические работы и отопительный сезон не имеют реальных последствий для модели 300. Технологические котлы и печи, такие как водонагреватели в домах, используются круглый год. Поэтому приложения существуют круглый год, вне зависимости от климата.Модель 300, вероятно, менее сезонна по причине интенсивного использования в производственных процессах.

Учтите, сколько времени будет анализироваться процесс горения. Другими словами, как долго прибор будет проводить отбор проб и измерение в дымовой трубе или дымоходе? Если котел изучается с течением времени (5, 10, 20, 45, 60 минут и т. Д.), Лучшим выбором будет модель 300. Модель 300 — это кратковременный монитор, который можно подключить к котлу промышленного размера на определенный период времени.

Почти половина всего природного газа, потребляемого в Соединенных Штатах, приходится на промышленный сектор, который включает как котлы, так и промышленные печи.Промышленная печь действительно является примером использования высокотемпературных дымовых газов. Образец должен быть охлажден до температуры ниже верхней допустимой температуры анализатора, и, конечно, показания эффективности не будут правильными. Эффективность сгорания должна быть достигнута с использованием фактических чистых температур дымовой трубы, и, следовательно, охлаждение до более низкого значения используется только для определения показателя избытка воздуха.

В промышленном секторе, в секторе промышленных печей, диапазон температур составляет от 400 ° F до 4000 ° F.Возможно такое же относительное улучшение, которое мы находим в котельном секторе. Однако вместо того, чтобы заниматься повышением эффективности котла, скажем, с 72% до 77% или снижением уровня 02 в котле с 7% до 2%, улучшение достигается за счет уменьшения избыточного воздуха в топке с 50% до 10%. Поскольку общий потенциал использования топлива аналогичен рынку котлов, возможности экономии топлива также аналогичны. 300 может работать при температуре до 2100 °, но если температура дымовой трубы превышает 2100 ° F, легко создать свой собственный высокотемпературный узел отбора проб и охлаждения.Просто выберите трубки, которые точно соответствуют размерам зонда конкретного анализатора. Измерьте диаметр пакета в желаемом месте отбора проб и отрежьте новый высокотемпературный зонд, чтобы он соответствовал этому измерению. Опыт показал, что, когда 50% общей длины зонда подвергается воздействию температуры окружающей среды, охлаждение, вызванное эффектом радиатора, довольно велико. Затем прикрепите подходящую длину резиновой трубки к одному концу, вставьте новый зонд наполовину в стопку и прикрепите другой конец резиновой трубки к наконечнику зонда анализатора дымовых газов.Дайте анализатору провести пробу дымовых газов через новый зонд и шланг и измерить процент избыточного воздуха. Наконец, всегда следите за показаниями температуры анализатора, чтобы не допустить превышения собственного верхнего предела температуры. Убедитесь, что трубка обеспечивает герметичное уплотнение на обоих наконечниках зонда. Если резина, покрывающая наконечник высокотемпературного зонда, затвердеет, просто отрежьте эту небольшую часть и снова прикрепите ее к оставшейся мягкой части зонда. Большинство анализаторов могут иметь удлинитель до 10 футов (зонд и резиновые трубки), не вызывая чрезмерного сопротивления двигателю отбора проб.

Не забудьте о промышленных печах. Хотя температуры довольно высоки, по сравнению с котлами, обычно температура уже измеряется и известна. Приложение 300 предназначено для простого измерения уровня кислорода (избытка воздуха) и в процессе использования достаточного количества пробоотборной линии или удлинителя зонда для охлаждения дымовых газов в пределах температурных характеристик анализатора. Индикация полноты сгорания или ее расчет неверны; однако измерение избытка воздуха правильное.

Суть в том, что можно добиться значительной экономии, просто настроив горелку при использовании подходящего анализатора горения, Bacharach Model 300.

Стехиометрическое сгорание

Стехиометрическое или теоретическое сгорание — это идеальный процесс сгорания, при котором топливо сгорает полностью.

Полное сгорание — это процесс сжигания всего углерода (C) до (CO 2 ), всего водорода (H) до (H 2 O) и всей серы (S) до (SO 2 ). ).

С несгоревшими компонентами в выхлопном газе, такими как C, H 2 , CO, процесс сгорания не завершен и не стехиометрический.

Процесс горения может быть выражен:

[C + H (топливо)] + [O 2 + N 2 (Воздух)] -> (Процесс горения) -> [CO 2 + H 2 O + N 2 (тепло)]

где

C = углерод

H = водород

O = кислород 57

N =

N =

Для определения избытка воздуха или избытка топлива для системы сгорания мы начинаем со стехиометрического воздуха -топливного отношения .Стехиометрическое соотношение — это идеальное соотношение топлива при правильном соотношении химического состава. При сгорании всего топлива и воздуха расходуется без остатка .

Технологическое отопительное оборудование редко используется таким образом. «Нормальное» сжигание , используемое в котлах и высокотемпературных технологических печах, обычно включает небольшое количество избыточного воздуха — примерно на 10-20% больше, чем необходимо для полного сжигания топлива.

Если в горелку подается недостаточное количество воздуха, из котла выходит несгоревшее топливо, сажа, дым и окись углерода, что приводит к загрязнению поверхности теплопередачи, загрязнению, снижению полноты сгорания, нестабильности пламени и потенциалу взрыва. .

Во избежание неэффективных и небезопасных условий котлы обычно работают с избыточным воздухом. Этот избыточный уровень воздуха также обеспечивает защиту от недостаточного количества кислорода, вызванного изменениями в составе топлива и «рабочими скачками» в системе управления топливом-воздухом. Типичные значения избыточного воздуха указаны для различных видов топлива в таблице ниже.

  • если содержание воздуха выше стехиометрического соотношения — смесь называется обедненной топливом
  • если содержание воздуха меньше стехиометрического соотношения — смесь богатая топливом

Пример — стехиометрический Сжигание метана — CH

4

Самый распространенный окислитель — воздух.Химическое уравнение стехиометрического горения метана — CH 4 — с воздухом может быть выражено как

CH 4 + 2 (O 2 + 3,76 N 2 ) -> CO 2 + 2 H 2 O + 7,52 N 2

Если подается больше воздуха, часть воздуха не будет участвовать в реакции. Дополнительный воздух обозначается как избыточный воздух , но также можно использовать термин теоретический воздух . 200% теоретического воздуха — это 100% избыток воздуха.

Химическое уравнение для метана, сжигаемого с 25% избытком воздуха, может быть выражено как

CH 4 + 1,25 x 2 (O 2 + 3,76 N 2 ) -> CO 2 + 2 H 2 O + 0,5 O 2 + 9,4 Н 2

Избыточный воздух и O

2 и CO 2 в дымовых газах

Приблизительные значения для CO 2 и O 2 дюймов количество дымовых газов в результате избытка воздуха оценивается в таблице ниже:

.5
Избыточный воздух
%
Углекислый газ — CO 2 — в дымовых газах (объем %, ) Кислород в дымовых газах Газ для всех видов топлива (% объема )
Природный газ Пропан Бутан Мазут Битуминозный уголь Антрацитовый уголь
0 14.5 18 20 0
20 10,5 12 13,5 15,5 16,5 3
40189
40189 40189 14 5
60 8 9 10 12 12,5 7,5
80 8 9
100 6 6 8 9,5 10 10

Основы горения | CleanBoiler.org

Основы горения

Химия

Горение — это быстрое сочетание кислорода с топливом, например, природным газом, в результате которого выделяется тепло. Большинство видов топлива содержат углерод и водород, а кислород обычно поступает из воздуха. Горение обычно состоит из следующих общих реакций:

Стехиометрическое или идеальное сгорание достигается путем смешивания и сжигания топлива и кислорода в точных пропорциях, так что в конце реакции не остается кислорода.Если подается слишком много кислорода, смесь обеднена и реакция идет окислительно. Это приводит к относительно короткому пламени.

Если подано слишком много топлива, смесь становится богатой и реакция замедляется. Обычно это приводит к относительно более длинному и иногда дымному пламени. Большинство промышленных горелок снабжается небольшим количеством избыточного воздуха, чтобы уменьшить образование несгоревших углеводородов, оксида углерода и твердых частиц.
Требования к воздуху для идеального сгорания

В следующей таблице перечислены правильные пропорции для идеального сгорания некоторых газообразных видов топлива:

Продукты полного сгорания природного газа в основном состоят из двуокиси углерода, водяного пара, азота и избыточного кислорода.Подача кислорода для горения обычно происходит из воздуха. Поскольку воздух содержит большое количество азота, требуемый объем воздуха намного больше необходимого объема кислорода. Азот поглощает часть тепла, выделяющегося в реакции, что приводит к гораздо более низкой температуре пламени по сравнению с реакцией в чистом кислороде.

Первичный воздух — это воздух, который смешивается с топливом в горелке. Вторичный воздух — это обычно воздух, подаваемый вокруг горелки. Третичный воздух — это обычно воздух, который вводится после вторичного воздуха или через другие отверстия в топке для сжигания.

Для хорошего сгорания требуется:

  • правильное соотношение топлива и воздуха
  • тщательное перемешивание топлива и воздуха
  • начальное и продолжительное воспламенение смеси

Температура пламени

На следующем графике показано, как теоретическая температура пламени зависит от соотношения воздух / газ:


щелкните изображение, чтобы увеличить

Тепло от природного газа

Когда идеальная смесь топлива и воздуха, первоначально при определенной эталонной температуре (обычно 60 ° F), воспламеняется, а затем охлаждается до эталонной температуры, общее выделенное тепло называется высшей или общей теплотворной способностью.Нижняя или чистая теплотворная способность — это полная теплотворная способность за вычетом тепла, выделяемого при конденсации водяного пара в продуктах сгорания.

Для природного газа, который в основном состоит из метана, более высокая теплотворная способность обычно находится в диапазоне от 1000 до 1050 британских тепловых единиц / стандартный кубический фут (scf). Химический состав природного газа незначительно варьируется в зависимости от местоположения в Северной Америке. Точную стоимость вашего топлива можно получить в местной газораспределительной компании.

Для идеального сгорания природного газа требуется примерно 9,5 куб. Значения несколько различаются в зависимости от состава природного газа.

Для получения дополнительной информации

  • «Справочник по сжиганию в Северной Америке — Том I»; North American Mfg. Co., 3-е издание; 1986.
  • «Руководство по технологии сжигания»; Ассоциация промышленного отопительного оборудования; 5-е издание; 1994 г.

Источник; Сунил Кумар, Последнее обновление 9-2002

Теплотворная способность природного газа и других углеводородов

Теплотворная способность природного газа является важным показателем его общей ценности как топлива. Итак, давайте посмотрим, что именно мы подразумеваем под теплотворной способностью природного газа и каковы типичные значения теплотворной способности для различных углеводородных газов.

Какая теплота сгорания газа?

Теплотворная способность вещества — это энергия, выделяемая при сгорании вещества при стандартных условиях.Теплотворная способность может быть измерена как энергия, выделяемая на единицу массы, единицу объема или единицу моля вещества. Для смесей теплотворная способность может быть оценена как взвешенная сумма.

Это также известно как теплота сгорания.

Как измерить теплотворную способность?

Теплотворная способность — это количественная мера теплосодержания природного газа. Это экспериментально измеряется с помощью прибора, называемого калориметром бомбы. В таком эксперименте стехиометрическая смесь газа и кислорода заполняется калориметром бомбы и затем полностью сгорает.Затем контейнер охлаждают до начальной начальной температуры.

Все тепло, выделяемое газами во время процессов сгорания и охлаждения, соответствует теплотворной способности этого газа.

Теплотворная способность углеводородов природного газа

В следующей таблице приведены значения теплотворной способности различных углеводородов и некоторых других газов в британских тепловых единицах на кубический фут (энергия, выделяемая на единицу объема).
BTU: британская тепловая единица для энергии
SCF: стандартные кубические футы газа
(Стандартные условия соответствуют 1.013 бар и 20 0 C

Газ Валовая теплотворная способность (БТЕ / куб. Фут.) Чистая теплотворная способность (БТЕ / ст. Фут.)
Метан 1012 911
Этан 1783 1631
Пропан 2557 2353
изобутан 3354 3094
н-бутан 3369 3101
изопентан 4001 3698
н-пентан 4009 3709
Неопентан 3987 3685
н-гексан 4755.9 4403,8
2-метилпентан 4747,3 4395,2
3-метилпентан 4750,3 4398,2
Неогексан 4736,2 4384
2,3-диметилбутан 4745 4392,9
н-гептан 5502,5 5100
2-метилгексан 5494,6 5092.2
3-метилгексан 5498,6 5096
3-этилпентан 5500,7 5098,3
2,2-Диметилпентан 5481,9 5079,6
2,4-Диметилпентан 5486,7 5084,2
3,3-диметилпентан 5488,8 5086,4
Триптан 5483,5 5081.2
н-октан 6248,9 5796,1
Дилсобутил 6233,5 5780,5
Изооктан 6231,7 5778,8
н-нонан 6996,5 6493,2
н-декан 7742,9 7189,6
Циклопентан 3763,7 3512,1
Метилциклопентан 4501.2 4199,4
Циклогексан 4481,7 4179,7
Метилциклогексан 5215,9 4863,6
Этен (этилен) 1599,8 1499,1
Пропен (пропилен) 2332,7 2181,8
1-бутен (бутилен) 3079,9 2878,7
чио-2-бутен 3072.2 2871
транс-2-бутен 3068 2866,8
изобутен 3061,1 2859,9
1-пентен 3826,5 3575
1,2-бутадиен 2939,9 2789
1,3-Бутадиен 2879,9 2729
Изопрен 3612,1 3410.8
Ацетилен 1475,5 1423,2
Бензол 3741,8 3590,9
Толуол 4475 4273,6
Этилбензол 5222,2 4970,5
о-ксилол 5209,9 4958,2
м-ксилол 5207,9 4956,3
п-ксилол 5208.8 4957,1
Стирол 5031,1 4829,8
Изопропилбензол 5962,8 5660,9
Метиловый спирт 866,7 766,1
Спирт этиловый 1599,1 1448,1
Окись углерода 320,5 320,5
Сероводород 637.1 586,8
Аммиак 434,4 359
Водород 324,2 273,8

Выбросы углеводородов при сгорании смесей природного газа и водородсодержащего промыслового газа в двигателе SI на JSTOR

Абстрактный

Эксперименты с двигателем были проведены на газовом двигателе SI. Двигатель работал на природном газе и смесях природного газа и водорода, содержащих генераторный газ, чтобы изучить влияние добавления генераторного газа на процесс сгорания и выбросы из двигателя.Эксперименты показали, что добавление генераторного газа снижает выбросы UHC при условиях менее λ = 1,40. Выбросы CO были увеличены за счет добавления генераторного газа. В основном это было вызвано несгоревшим топливным CO из генераторного газа. Влияние генераторного газа на выбросы NOx не обнаружено. Формальдегид, который, как предполагается, вызывает проблемы с запахом на электростанциях, работающих на природном газе, был измерен с помощью FTIR. Исследование показало, что выброс формальдегида был значительно снижен за счет добавления генераторного газа к природному газу.Концентрация углеводородов в цилиндре вблизи свечи зажигания и концентрация UHC в выпускном отверстии возле клапана были измерены с помощью FID с быстрым откликом (FFID). Многократные измерения FFID показали, что сокращение общих выбросов UHC при выходе из двигателя за счет добавления генераторного газа в основном вызвано сокращением циклических колебаний и только в незначительной степени общим более низким уровнем UHC. Было обнаружено, что более низкое циклическое изменение эмиссии UHC для смешанного топлива было вызвано усилением процессов постокисления.

Информация об издателе

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *