Азбука горения

Регулирование процесса горения (Основные принципы горения)

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

Это вызвано необходимостью окислить всё имеющееся в наличии топливо.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 10. Треугольник горения для метана

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

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

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

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

Таблица 5. Максимальное рекомендуемое содержание CO₂ для разных видов топлива

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

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

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

• гравиметрический;
• измерение коэффициента отражения.

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

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