Regelung des Verbrennungsprozesses (Grundprinzipien der Verbrennung)

Für eine optimale Verbrennung ist es notwendig, mehr Luft zu verwenden, als theoretisch für die chemische Reaktion berechnet wird (stöchiometrische Luft).

Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, den gesamten verfügbaren Kraftstoff zu oxidieren.

Die Differenz zwischen der tatsächlichen Luftmenge und der stöchiometrischen Luftmenge wird als Luftüberschuss bezeichnet. In der Regel liegt der Luftüberschuss je nach Brennstoffart und Brenner im Bereich von 5 % bis 50 %.

Generell gilt: Je schwieriger es ist, den Kraftstoff zu oxidieren, desto mehr überschüssige Luft ist erforderlich.

Der Luftüberschuss sollte nicht zu groß sein. Eine zu hohe Verbrennungsluftzufuhr senkt die Rauchgastemperatur und erhöht den Wärmeverlust der Wärmequelle. Darüber hinaus kühlt die Fackel ab einer bestimmten Grenze des Luftüberschusses zu stark ab und es beginnt sich CO und Ruß zu bilden. Umgekehrt führt zu wenig Luft zu einer unvollständigen Verbrennung und den gleichen oben genannten Problemen. Um eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs und eine hohe Verbrennungseffizienz zu gewährleisten, muss daher die Menge der überschüssigen Luft sehr genau reguliert werden.

Die Vollständigkeit und Effizienz der Verbrennung wird durch Messung der Konzentration von Kohlenmonoxid CO in den Rauchgasen überprüft. Ist kein Kohlenmonoxid vorhanden, ist die Verbrennung vollständig erfolgt.

Indirekt kann der Grad des Luftüberschusses berechnet werden, indem die Konzentration von freiem Sauerstoff O 2 und/oder Kohlendioxid CO 2 in Rauchgasen gemessen wird.

Die Luftmenge wird etwa fünfmal größer sein als die gemessene Kohlenstoffmenge in Volumenprozent.

Was CO 2 betrifft, so hängt seine Menge in den Rauchgasen nur von der Menge an Kohlenstoff im Brennstoff ab und nicht von der Menge an überschüssiger Luft. Seine absolute Menge bleibt konstant und der Volumenanteil ändert sich je nach Luftüberschuss in den Rauchgasen. Ohne Luftüberschuss ist die CO 2 -Menge maximal, mit zunehmender Luftüberschussmenge nimmt der Volumenanteil von CO 2 in den Rauchgasen ab. Weniger Luftüberschuss bedeutet mehr CO2 und umgekehrt, sodass die Verbrennung effizienter ist, wenn CO2 nahe seinem Maximalwert liegt.

Die Zusammensetzung von Rauchgasen lässt sich in einer einfachen Grafik mit dem „Verbrennungsdreieck“ oder dem Ostwald-Dreieck darstellen, das für jede Brennstoffart aufgetragen wird.

Mit dieser Grafik können wir, wenn wir den Anteil von CO 2 und O 2 kennen, den CO-Gehalt und die Menge an überschüssiger Luft bestimmen.

Als Beispiel in Abb. 10 zeigt das Verbrennungsdreieck für Methan.

Abbildung 10. Verbrennungsdreieck für Methan

Die X-Achse gibt den Anteil an O 2 an, die Y-Achse den Anteil an CO 2 . Die Hypotenuse verläuft von Punkt A, der dem maximalen CO 2 -Gehalt (abhängig vom Kraftstoff) bei einem O 2 -Gehalt von Null entspricht, zu Punkt B, der einem CO 2 -Gehalt von Null und einem maximalen O 2 -Gehalt (21 %) entspricht. Punkt A entspricht den Bedingungen einer stöchiometrischen Verbrennung, Punkt B entspricht dem Fehlen einer Verbrennung. Die Hypotenuse ist die Punktmenge, die einer idealen Verbrennung ohne CO entspricht.

Gerade Linien parallel zur Hypotenuse entsprechen unterschiedlichen CO-Prozentsätzen.

Nehmen wir an, dass unsere Anlage mit Methan betrieben wird und die Rauchgasanalyse ergibt, dass der CO 2 -Gehalt 10 % und der O 2 -Gehalt 3 % beträgt. Aus dem Dreieck für Methangas ermitteln wir, dass der CO-Gehalt 0 und der Luftüberschussgehalt 15 % beträgt.

Tabelle 5 zeigt den maximalen CO 2 -Gehalt für verschiedene Typen Kraftstoff und dem Wert, der einer optimalen Verbrennung entspricht. Dieser Wert wird aufgrund von Erfahrungswerten empfohlen und berechnet. Es ist zu beachten, dass bei der Entnahme des Maximalwerts aus der mittleren Spalte die Messung der Emissionen gemäß dem in Kapitel 4.3 beschriebenen Verfahren erforderlich ist.

Wie Sie wissen, erfolgt die Wärmeübertragung von Rauchgasen auf die Wände von Schornsteinen aufgrund der Reibung, die bei der Bewegung dieser Gase auftritt. Unter dem Einfluss des Schubes nimmt die Gasgeschwindigkeit ab und die freigesetzte Energie (also Wärme) gelangt an die Wände. Es stellt sich heraus, dass der Prozess der Körperübertragung direkt von der Geschwindigkeit der Gasbewegung durch die Kanäle der Quelle abhängt. Was bestimmt dann die Geschwindigkeit von Gasen?

Hier gibt es nichts Kompliziertes – die Querschnittsfläche der Rauchkanäle beeinflusst die Bewegungsgeschwindigkeit der Rauchgase. Bei einem kleinen Querschnitt nimmt die Geschwindigkeit zu, bei einer größeren Fläche dagegen nimmt die Geschwindigkeit ab und die Rauchgase übertragen mehr Energie (Wärme) und verlieren gleichzeitig ihre Temperatur. Neben dem Querschnitt beeinflusst auch die Lage des Rauchkanals die Effizienz der Wärmeübertragung. Zum Beispiel bei horizontalem Rauch. Kanalwärme wird viel effizienter und schneller „absorbiert“. Dies liegt daran, dass heiße Rauchgase leichter sind und immer höher liegen, wodurch die Wärme effektiv an die oberen Wände des Rauchs übertragen wird. Kanal.

Schauen wir uns die Arten von Rauchzirkulationssystemen, ihre Merkmale, Unterschiede und Leistungsindikatoren an:

Arten von Rauch

Rauchkreise sind ein System spezieller Kanäle im Ofen (Kamin), die den Feuerraum mit dem Rauch verbinden. Rohr. Ihr Hauptzweck besteht darin, Gase aus dem Ofenofen zu entfernen und Wärme an den Ofen selbst zu übertragen. Dazu wird ihre Innenfläche glatt und eben gemacht, was den Widerstand gegen die Bewegung von Gasen verringert. Rauchkanäle können lang sein – bei Öfen, kurz – bei Kaminen, sowie: vertikal, horizontal und gemischt (Heben/Senken).

Nach ihren Konstruktionsmerkmalen werden Rauchzirkulationssysteme unterteilt in:

• Kanal (Unterart: umsatzstark und umsatzschwach)
• kanallos (Unterart: mit einem durch Trennwände getrennten Kammersystem),
• gemischt.

Sie alle haben ihre Unterschiede und natürlich auch ihre Vor- und Nachteile. Am negativsten sind Multiturn-Systeme mit horizontaler und horizontaler Ausrichtung vertikale Anordnung Rauchkanäle, von deren Einsatz in Feuerungen ist generell abzuraten! Als akzeptabelstes und wirtschaftlichstes Rauchzirkulationssystem gilt jedoch ein gemischtes System mit horizontaler Rauchverteilung. Kanäle und vertikale Kuppeln direkt darüber. Auch andere Systeme werden häufig beim Bau von Öfen eingesetzt, hier müssen Sie jedoch die Nuancen ihres Designs kennen. Worüber wir weiter „sprechen“ werden, indem wir jedes System einzeln betrachten:

Einkanalige Abgassysteme

Die Konstruktion dieses Systems sieht den Austritt der Rauchgase aus dem Feuerraum in den aufsteigenden Kanal, dann ihren Übergang in den nachgeschalteten Kanal, von dort aus in den nachgeschalteten Kanal und von dort in den Schornstein vor. Durch dieses System verfügen Öfen über eine sehr kleine wärmeabsorbierende Oberfläche, wodurch Gase viel weniger Wärme an den Ofen abgeben und dessen Effizienz sinkt. Darüber hinaus kommt es aufgrund der sehr hohen Temperatur im ersten Kanal zu einer ungleichmäßigen Erwärmung der Ofenmasse und einer Rissbildung im Mauerwerk, also einer Zerstörung. Und die Abgase erreichen über 200 Grad.

Eintouriges Rauchzirkulationssystem mit drei Fallrohren

Bei diesem System gelangt der Rauch aus dem Feuerraum in den ersten aufsteigenden Kanal, steigt dann entlang dreier absteigender Kanäle ab, gelangt in den Hebekanal und tritt erst dann in den Schornstein aus. Sein Hauptnachteil ist die Überhitzung des 1. aufsteigenden Kanals und die Verletzung der Regel der Gleichmäßigkeit aller Kanalquerschnittsflächen. Tatsache ist, dass die unteren Kanäle (es gibt nur 3 davon) insgesamt eine solche Querschnittsfläche bilden, die bereits dreimal größer ist als der S-Abschnitt im Aufzug. Kanäle und Unterscheitelpunkte, was zu einer Verringerung der Traktion im Fokus führt. Und das ist ein erheblicher Nachteil.

Zusätzlich zu den genannten Mängeln weist die Bedienung des Systems drei Störungen auf. Kanäle können noch einen unterschieden werden - dies ist ein sehr schlechtes Schmelzen des Ofens nach einer langen Pause.

Kanallose Systeme

Hier beginnen die Rauchgase ihren Weg vom Feuerraum durch den Hagel (die Öffnung für den Austritt der Rauchgase in die Rauchkreisläufe), gelangen dann in die Haube und dann nach oben – bis zur Überlappung des Feuerraums kühlen sie ab , übertragen Sie die Hitze des Ofens, gehen Sie nach unten und treten Sie durch das Rauchrohr in den unteren Bereich des Ofens aus. Alles scheint klar und einfach zu sein, aber ein solches kanalloses System hat immer noch einen Nachteil: Es kommt zu einer sehr starken Erwärmung des oberen Bereichs des Ofens (Dach), zu übermäßigen Rußablagerungen und Ruß an den Wänden der Haube B. hohe Temperaturen der Rauchgase.

Kanallose Rauchzirkulationssysteme mit 2 Hauben

Das Funktionsschema eines solchen Systems ist wie folgt: Zuerst treten Rauchgase aus dem Feuerraum in die 1. Haube ein, steigen dann zur Decke auf, steigen ab und gelangen dann in die zweite Haube. Auch hier steigen sie zur Decke, sinken ab und gelangen durch den Kanal in den Schornstein. All dies ist viel effizienter als ein kanalloses System mit einer einzigen Glocke. Bei zwei Hauben wird deutlich mehr Wärme an die Wände übertragen und auch die Temperatur der Abgase wird deutlich deutlicher gesenkt. Die Überhitzung des oberen Bereichs des Ofens und die Rußablagerungen verändern sich jedoch nicht, d. h. sie nehmen nicht ab!

Kanallose Haubensysteme – mit Strebepfeilern auf der Innenseite. Ofenoberflächen

Bei diesem Haubensystem verläuft der Rauchweg wie folgt: vom Feuerraum über den Übergang zur Haube, den Aufstieg zur Decke und die Übertragung eines Teils der Wärme an die Decke selbst, die Seitenwände des Feuerraums und die Strebepfeiler . Es hat auch einen gewissen Nachteil: Dies ist eine übermäßige Rußablagerung (sowohl an den Wänden des Ofens als auch an den Strebepfeilern), die dazu führen kann, dass sich dieser Ruß entzündet und den Ofen zerstört.

Mehrtourige Rauchzirkulationssysteme mit horizontalen Rauchkanälen

Dabei gelangt der Rauch aus dem Feuerraum in die horizontalen Kanäle, durchströmt diese und gibt viel Wärme an die Innenfläche des Ofens ab. Danach gelangt es in das Rauchrohr. Gleichzeitig werden die Rauchgase unterkühlt, die Schubkraft lässt nach und der Ofen beginnt zu rauchen. Dadurch entsteht Ruß, Ruß lagert sich ab, es entsteht Kondenswasser .... und man könnte sagen, die Probleme beginnen. Bevor Sie dieses System verwenden, wiegen Sie daher alles zweimal.

Multiturn-Systeme mit vertikalem Rauch. Kanäle

Sie unterscheiden sich dadurch, dass die Rauchgase aus dem Feuerraum sofort in das vertikale Heben und Senken gelangen Rauchkanäle Geben Sie auch Wärme an die Innenflächen des Kamins ab und gehen Sie dann in den Schornstein. Gleichzeitig ähneln die Nachteile eines solchen Systems denen des vorherigen, es kommt jedoch noch ein weiterer hinzu. Der erste aufsteigende Kanal (Heben) überhitzt, wodurch sich die Außenflächen des Herdes ungleichmäßig erwärmen und es zu Rissen im Mauerwerk kommt.

Mischrauchzirkulationssysteme mit horizontalen und vertikalen Rauchkanälen

Sie unterscheiden sich dadurch, dass Rauchgase zuerst in horizontale Kanäle gelangen, dann in den vertikalen Hebe-, Senk- und erst dann in den Schornstein. Der Nachteil dieses Prozesses ist folgender: Aufgrund der starken Unterkühlung der Gase nimmt der Schub ab, er wird schwächer, was zu übermäßiger Rußablagerung an den Wänden der Kanäle, zur Bildung von Kondensat und natürlich zu führt zum Ausfall des Ofens und zu seiner Zerstörung.

Gemischtes Abgassystem mit freier und erzwungener Gasbewegung

Das Funktionsprinzip dieses Systems ist wie folgt: Wenn bei der Verbrennung Zug entsteht, werden die Rauchgase in horizontale und vertikale Kanäle gedrückt. Diese Gase geben Wärme an die Innenwände des Ofens ab und gelangen in den Schornstein. Dabei steigt ein Teil der Gase in geschlossene vertikale Kanäle (Kappen) auf, die über der Horizontalen liegen. Kanäle. In ihnen kühlen die Rauchgase ab, werden schwerer und wandern wieder horizontal. Kanäle. Diese Bewegung findet in jeder Kappe statt. Das Ergebnis ist Rauch. Gase übertragen ihre gesamte Wärme maximal, was sich positiv auf den Wirkungsgrad des Ofens auswirkt und ihn auf bis zu 89 % erhöht!!!

Aber es gibt ein „aber“! In diesem System ist die Hitzeanfälligkeit sehr ausgeprägt, da die Gase sehr schnell abkühlen, sogar unterkühlen, was den Luftzug schwächt und den Betrieb des Ofens stört. Tatsächlich könnte ein solcher Ofen nicht funktionieren, aber darin befindet sich ein spezielles Gerät, das diesen negativen Prozess reguliert. Dabei handelt es sich um Einspritz-(Saug-)Löcher oder ein System zur automatischen Regulierung von Schub und Abgastemperatur. Dazu werden beim Verlegen der Feuerstelle Löcher mit einem Querschnitt von 15-20 cm2 aus dem Feuerraum und in horizontale Kanäle gebohrt. Wenn der Schub zu sinken beginnt und die Temperatur der Gase bis zum Horizont sinkt. Durch die Kanäle entsteht ein Vakuum und durch diese Löcher werden heiße Gase aus den unteren Rauchkanälen und aus dem Feuerraum „angesaugt“. Das Ergebnis ist ein Temperaturanstieg und eine Normalisierung des Schubs. Wenn Zug, Druck und Temperatur des Rauchs normal sind, gelangt er nicht in den Saugkanal – dies erfordert ein Vakuum, eine Verringerung des Zugs und der Temperatur.

Erfahrene Ofenbauer reduzieren/vergrößern die Länge der Horizontalen. Kanäle, der Querschnitt und die Anzahl der Einspritzkanäle regulieren den Wirkungsgrad des Ofens, wodurch beste Ergebnisse in Qualität und Wirkungsgrad erzielt und der Wirkungsgrad auf bis zu 89 % gesteigert werden!!!

Bei einem solchen Rauchzirkulationssystem gibt es praktisch keine Nachteile. Sie erwärmen sich perfekt – vom Boden bis ganz nach oben, und das gleichmäßig! Es gibt keine plötzlichen Temperaturänderungen im Raum. Wenn das Haus warm ist und es draußen -10 Grad Frost hat, kann der Ofen in 30-48 Stunden aufgeheizt werden!!! Wenn die Temperatur auf der Straße auf -20 °C sinkt, müssen Sie häufiger und regelmäßiger heizen! Der Nachteil sind die normalen Feuerstellen. Die periodische Verbrennung in Mischrauchanlagen führt zu einer erheblichen Rußansammlung.

Wie optimiert man einen Ofen mit einem mehrstufigen Abgassystem?

1). Machen Sie jeweils horizontal einen Saugkanal. Kanal - mit einem Querschnitt von 15-20 cm2.

2). Saugkanäle alle 0,7 m der Kanallänge einbauen.

Dadurch wird Ihr Ofen wesentlich effizienter: Er schmilzt schneller, hält die Temperatur der austretenden Rauchgase stabil und sammelt weniger Ruß.

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

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

Theoretisch erforderliche Luftmenge für die Verbrennung Erdgas:

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

Theoretisch benötigte Luftmenge zur Verbrennung fester und flüssiger Brennstoffe:

V 0 \u003d 0,0889 ⋅% C P + 0,265 ⋅% H P - 0,0333 ⋅ (% O P - % S P), nm 3 / kg, wobei % auf das Gewicht bezogen ist.

Tatsächliche Verbrennungsluftmenge

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

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

V α \u003d αV 0, nm 3 / kg oder nm 3 / nm 3 Kraftstoff,

wobei α der Luftüberschusskoeffizient ist.

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

Atmosphärische Luft enthält eine bestimmte Menge Feuchtigkeit – d g / kg trockene Luft. Daher ist das für die Verbrennung erforderliche Volumen an feuchter Atmosphärenluft größer als das mit den oben genannten Formeln berechnete:

V B o \u003d (1 + 0,0016d) ⋅ V o, nm 3 / kg oder nm 3 / nm 3,

V B α \u003d (1 + 0,0016d) ⋅ V α, nm 3 / kg oder nm 3 / nm 3.

Hier ist 0,0016 \u003d 1,293 / (0,804 * 1000) der Umrechnungsfaktor für Gewichtseinheiten der Luftfeuchtigkeit, ausgedrückt in g/kg trockener Luft, in Volumeneinheiten – nm 3 Wasserdampf, der in 1 nm 3 trockener Luft enthalten ist.

Menge und Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte

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

Menge Kohlendioxid

V CO2 \u003d 0,01 (% CO 2 + % CO + % CH 4 + 2 ⋅% C 2 H 4), nm 3 / nm 3

Die Menge an Schwefeldioxid

V SO2 \u003d 0,01 ⋅% H 2 S nm 3 / nm 3;

Die Menge an Wasserdampf

V H2O \u003d 0,01 (% H 2 + 2 ⋅ % CH 4 + 2 ⋅ % C 2 H 4 +% H 2 S + % H 2 O + 0,16d ⋅ V α), nm 3 / nm 3,

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

Die Menge an Stickstoff, die aus dem Gas entweicht und mit der Luft zugeführt wird

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

V O2 \u003d 0,21 (α - 1) ⋅ V O, nm 3 / nm 3.

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

V dg \u003d 0,01 (% CO 2 + % CO + % H 2 + 3 ⋅ % CH 4 + 4 ⋅ % C 2 H 4 + 2 ⋅ % H 2 S + % H 2 O + % N 2) + + V O (α + 0,0016 dα – 0,21), nm 3 / nm 3.

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

V CO2 \u003d 0,01 (% CO 2 +% CH 4 + 2 ⋅ % C 2 H 6 + 3 ⋅ % C 3 H 8 + 4 ⋅ % C 4 H 10 + 5 ⋅ % C 5 H 12) nm 3 / nm 3;

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

V N2 \u003d 0,01 ⋅ % N 2 + 0,79 V α, nm 3 / nm 3;

V O2 \u003d 0,21 (α - 1) V O, nm 3 / nm 3.

Gesamtmenge der Verbrennungsprodukte von Erdgas:

V dg \u003d 0,01 (% CO 2 + 3 ⋅ % CH 4 + 5 ⋅ % C 2 H 6 +7 ⋅ % C 3 H 8 + 9 ⋅ % C 4 ⋅ H 10 + 11 ⋅ % C 5 H 12 + % H 2 O + +% N 2) + VO (α + 0,0016dα - 0,21), nm 3 / nm 3.

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

V CO2 \u003d 0,01855 % C P, nm 3 / kg (im Folgenden ist % der Massenanteil der Elemente im Arbeitsgas);

V SO2 \u003d 0,007 % S P nm 3 / kg.

Für feste und flüssige Brennstoffe

V H2O CHEM \u003d 0,112 ⋅% H P, nm 3 / kg,

wo V H2O CHEM – Wasserdampf, der bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht.

V H2O MEX \u003d 0,0124 % W P, nm 3 / kg,

wo V H2O MEX - Wasserdampf, der bei der Verdampfung von Feuchtigkeit im Arbeitskraftstoff entsteht.

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

V H2O \u003d 0,112 ⋅ % H P + 0,0124 (% W P + 100 ⋅ % W PAR) + 0,0016d V á, nm 3 / kg.

V N2 \u003d 0,79 ⋅ V α + 0,008 ⋅ % N P, nm 3 / kg

V O2 \u003d 0,21 (α - 1) V O, nm 3 / kg.

Die allgemeine Formel zur Bestimmung der Verbrennungsprodukte fester und flüssiger Brennstoffe:

Vdg \u003d 0,01 + VO (α + + 0,0016 dα - 0,21) nm 3 / kg.

Das Volumen der Rauchgase bei der Verbrennung von Brennstoff mit einer theoretisch erforderlichen Luftmenge (VO nm 3 /kg, VO nm 3 / nm 3) wird durch die oben genannten Berechnungsformeln mit einem Luftüberschusskoeffizienten von 1,0 bestimmt, während Sauerstoff dies tut in den Verbrennungsprodukten fehlen.

GAS, Ofen und Rauchgas. 1) Rauchgase sind die Produkte der Brennstoffverbrennung im Ofen. Unterscheiden Sie zwischen vollständiger und unvollständiger Verbrennung von Kraftstoff. Bei der vollständigen Verbrennung laufen folgende Reaktionen ab:

Es muss berücksichtigt werden, dass SO 2 – Schwefeldioxid – tatsächlich kein Produkt der vollständigen Verbrennung von Schwefel ist; Letzteres ist auch durch die Gleichung möglich:

Wenn man also von vollständiger und unvollständiger Verbrennung von Kraftstoff spricht, meint man nur Kohlenstoff- und Wasserstoffbrennstoffe. Dabei werden auch Reaktionen nicht beachtet, die manchmal bei sehr unvollständiger Verbrennung ablaufen, wenn die Verbrennungsprodukte neben Kohlenmonoxid CO Kohlenwasserstoffe C m H n, Wasserstoff H 2, Kohlenstoff C, Schwefelwasserstoff H 2 S enthalten, da solche Die Verbrennung von Kraftstoff sollte in der Praxis keinen Platz haben. Die Verbrennung kann also praktisch als abgeschlossen angesehen werden, wenn die Verbrennungsprodukte außer Kohlendioxid CO 2, Schwefeldioxid SO 2, Sauerstoff O 2, Stickstoff N 2 und Wasserdampf H 2 O keine anderen Gase enthalten Gase, Kohlenmonoxid CO enthalten ist, gilt die Verbrennung als unvollständig. Das Vorhandensein von Rauch und Kohlenwasserstoffen in den Verbrennungsprodukten lässt auf einen ungeregelten Ofen schließen.

Sehr große Rolle Bei den Berechnungen spielt das Avogadro-Gesetz eine Rolle (siehe Atomtheorie): Gleiche Volumina einfacher und komplexer Gase enthalten bei gleichen Temperaturen und Drücken die gleiche Anzahl von Molekülen, oder, was dasselbe ist: die Moleküle aller Gase gleichermaßen Drücke und Temperaturen nehmen gleiche Volumina ein. Unter Verwendung dieses Gesetzes und bei Kenntnis der chemischen Zusammensetzung des Kraftstoffs lässt sich die Menge an K 0 kg Sauerstoff, die theoretisch für die vollständige Verbrennung von 1 kg Kraftstoff einer bestimmten Zusammensetzung erforderlich ist, anhand der folgenden Formel leicht berechnen:

wobei C, H, S und O den Gehalt an Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel und Sauerstoff in % des Gewichts des Arbeitsbrennstoffs ausdrücken. Die Menge G 0 kg trockener Luft, die theoretisch für die Oxidation von 1 kg Kraftstoff benötigt wird, wird durch die Formel bestimmt:

Reduziert auf 0° und 760 mmHg kann dieser Betrag in m 3 durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

D. I. Mendeleev schlug sehr einfache und praktische Beziehungen vor, die das Ergebnis mit ausreichender Genauigkeit für Näherungsberechnungen liefern:

wobei Q ein Sklave ist. - die niedrigste Wärmeleistung von 1 kg Arbeitsbrennstoff. In der Praxis ist der Luftverbrauch bei der Kraftstoffverbrennung höher als theoretisch erforderlich. Das Verhältnis der tatsächlich in den Ofen eintretenden Luftmenge zur theoretisch benötigten Luftmenge wird Überschusskoeffizient genannt und mit dem Buchstaben α bezeichnet. Der Wert dieses Koeffizienten im Ofen α m hängt von der Konstruktion des Ofens, der Größe des Ofenraums, der Lage der Heizfläche relativ zum Ofen, der Art des Brennstoffs und der Sorgfalt des Heizers ab usw. 2 und mehr - manuelle Feuerstellen für Flammenbrennstoff ohne Sekundärlufteinlass. Die Zusammensetzung und Menge der Rauchgase hängt vom Wert des Luftüberschusskoeffizienten im Ofen ab. Bei der genauen Berechnung der Zusammensetzung und Menge der Rauchgase sollten auch die mit der Luft aufgrund ihrer Luftfeuchtigkeit eingebrachte Feuchtigkeit und der durch die Explosion verbrauchte Wasserdampf berücksichtigt werden. Der ersten wird durch die Einführung eines Koeffizienten Rechnung getragen, der das Verhältnis des Gewichts des in der Luft enthaltenen Wasserdampfs zum Gewicht der trockenen Luft darstellt und sein kann. wird als Feuchtigkeitskoeffizient bezeichnet. Der zweite wird durch den Wert von W f berücksichtigt. , was der Dampfmenge in kg entspricht, die in den Ofen gelangt, bezogen auf 1 kg verbrannten Brennstoffs. Mithilfe dieser Bezeichnungen können Zusammensetzung und Menge der Rauchgase während der vollständigen Verbrennung aus der folgenden Tabelle ermittelt werden.

Üblicherweise wird H 2 O-Wasserdampf getrennt von den Trockengasen CO 2, SO 2, O 2, N 2 und CO berücksichtigt und deren Zusammensetzung in Trockenvolumen-% berechnet (oder experimentell bestimmt). Gase.

Bei der Berechnung neuer Anlagen wird die gewünschte Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte CO 2, SО 2, CO, O 2 und N 2 sowie folgende Werte berücksichtigt: Brennstoffzusammensetzung (C, O, H, S), Luftüberschuss Koeffizient α und Verlust aus chemisch unvollständiger Verbrennung Q3. Die letzten beiden Werte werden auf der Grundlage von Testdaten ähnlicher Installationen festgelegt oder durch Bewertung ermittelt. Die größten Verluste durch chemische Unvollständigkeit der Verbrennung treten bei manuellen Öfen für brennende Brennstoffe auf, wenn Q 3 einen Wert von 0,05 Q pro Jahr erreicht. In gut funktionierenden Handfeuerungen für Anthrazit, Öl und pulverisierte Brennstoffe sowie in ordnungsgemäß ausgelegten mechanischen und Bergwerksöfen kann kein Verlust durch chemische unvollständige Verbrennung (Q 3 = 0) erzielt werden. Bei einer experimentellen Untersuchung bestehender Öfen greifen sie auf die Gasanalyse zurück und verwenden am häufigsten das Orsa-Gerät (siehe Gasanalyse), das die Zusammensetzung von Gasen in Volumen-% der trockenen Gase angibt. Der erste Messwert am Orsa-Gerät ergibt die Summe von CO 2 + SO 2, da die Kalilauge KOH, die Kohlendioxid absorbieren soll, gleichzeitig Schwefeldioxid SO 2 absorbiert. Die zweite Ablesung nach dem Spülen des Gases im zweiten Siphon, in dem sich das Reagenz zur Sauerstoffabsorption befindet, ergibt die Summe von CO 2 +SO 2 +O 2 . Ihre Differenz ergibt den Sauerstoffgehalt O 2 in % des Volumens trockener Gase. Alle anderen Größen werden durch gemeinsames Lösen der obigen Gleichungen ermittelt. In diesem Fall muss berücksichtigt werden, dass Gleichung (10) den Wert von Z angibt, der sein kann. wird als Charakteristik der unvollständigen Verbrennung bezeichnet. Diese Formel enthält den durch Formel (8) bestimmten Koeffizienten β. Da der Koeffizient β nur davon abhängt chemische Zusammensetzung Kraftstoff, und dieser ändert sich im Prozess der Kraftstoffverbrennung ständig aufgrund der allmählichen Verkokung des Kraftstoffs und seines nicht gleichzeitigen Ausbrennens Bestandteile, dann kann der Wert von Z nur dann ein korrektes Bild des im Ofen ablaufenden Prozesses geben, wenn die Werte (CO 2 + SO 2) und (CO 2 + SO 2 + O 2) das Ergebnis sind Analyse kontinuierlich entnommener Durchschnittsproben über einen bestimmten ausreichend langen Zeitraum. Es ist keineswegs möglich, die Unvollständigkeit der Verbrennung anhand einzelner, zu einem beliebigen Zeitpunkt entnommener Proben zu beurteilen. Wenn man die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte und die Elementaranalyse des Kraftstoffs kennt, ist es möglich, das Volumen der Verbrennungsprodukte, üblicherweise bezogen auf 0° und 760 mmHg, mithilfe der folgenden Formeln zu bestimmen. Bezeichnet mit V n.o. Gesamtvolumen der Verbrennungsprodukte 1 kg Kraftstoff, V c.g. - das Volumen trockener Gase, a V c.n. - das Volumen des Wasserdampfes, wir haben:

Verbrennungsprodukte in einem beliebigen Abschnitt des Gaskanals, aber eine derart weit verbreitete Interpretation ist falsch. Basierend auf dem Boyle-Marriott-Gay-Lussac-Gesetz ist das Volumen der Verbrennungsprodukte bei der Temperatur t und dem Luftdruck P b. gefunden durch die Formel:

Wenn wir mit G n.c. Gewicht der Verbrennungsprodukte, G c.g. - Gewicht der trockenen Gase, C w.p. ist das Gewicht von Wasserdampf, dann haben wir die folgenden Beziehungen:

2) Rauchgase. Auf dem Weg vom Ofen zum Schornstein wird den Rauchgasen Luft beigemischt, die durch Undichtigkeiten in der Auskleidung der Gaskanäle angesaugt wird. Daher haben die Gase am Eingang des Schornsteins (sogenannte Rauchgase) eine Zusammensetzung, die sich von der Zusammensetzung der Rauchgase unterscheidet, da es sich um eine Mischung aus Verbrennungsprodukten des Brennstoffs im Ofen und der Luft handelt, die auf dem Weg von dort in die Schornsteine ​​angesaugt wird Ofen zum Kamineingang.

Die Höhe der Luftansaugung ist in der Praxis sehr unterschiedlich und hängt von der Gestaltung des Mauerwerks, seiner Dichte und Größe, von der Größe der Verdünnung in den Gaskanälen und vielen anderen Gründen ab und schwankt bei guter Sorgfalt zwischen 0,1 und 0,7 theoretisch notwendig. Wenn wir den Luftüberschusskoeffizienten im Ofen mit α m bezeichnen. und der Luftüberschusskoeffizient der den Schornstein verlassenden Gase durch α у. , Das

Die Bestimmung der Zusammensetzung und Menge von Rauchgasen erfolgt nach den gleichen Formeln wie die Bestimmung von Rauchgasen; Der Unterschied besteht lediglich im Zahlenwert des Luftüberschusskoeffizienten α, von dem natürlich die prozentuale Zusammensetzung der Gase abhängt. In der Praxis wird der Begriff „Rauchgase“ sehr oft allgemein als Verbrennungsprodukte in einem beliebigen Abschnitt des Gaskanals verstanden, eine derart weit verbreitete Interpretation ist jedoch falsch.

Positive Eigenschaften:

höhere Wärmeübertragung als Luft auf Wärmeaustauschflächen (aufgrund des größeren Emissionsvermögens von Partikeln von Verbrennungsprodukten).

Negative Eigenschaften:

Folgen:

Die Nutzung von Rauchgasen als Wärmeträger ist nur möglich, wenn Zwischenwärmetauscher zur Erwärmung des direkt dem Verbraucher zugeführten Wärmeträgers eingesetzt werden;

· die Nutzung (Einsparung und Nutzung) der Wärme der Abgase ist gewährleistet;

In Gegenwart von Stoffen mit hoher Korrosionsaktivität (z. B. Schwefelverbindungen) wird die Haltbarkeit von Wärmerohren und Wärmeaustauschgeräten stark reduziert;

· Bei der Abkühlung der Rauchgase unter den Taupunkt kann es zu Kondensation und damit zu Bauwerksbefeuchtungen und im Winter zur Vereisung kommen.

Klassifizierung von Heizöfen:

Nach Wärmekapazität:

· Nicht hitzeintensiv

Ich habe eine geringe thermische Trägheit. Sie erwärmen den Raum nur beim Verbrennen von Brennstoff. Konzipiert für kurzfristige Erwärmung. Zu diesen Öfen gehören:

1) Metall (aus Stahl oder Gusseisen)

2) Öfen aus einer kleinen Anzahl von Ziegeln (bis zu 300 Stück),

3) Kamine (gemauerte Nischen zum offenen Brennen von Brennstoff).

· Hitzeintensiv

Sie haben eine große thermische Trägheit. Das Material des Ofens speichert Wärme und gibt diese nach dem Ende der Verbrennung des Brennstoffs für lange Zeit (bis zu 12 Stunden) an den Raum ab. Wird zur kontinuierlichen Raumheizung verwendet.

Wärmeintensive Öfen unterscheiden sich konstruktiv in Rauchgasströmungsdiagramm

· geleitet . Die Bewegung der Gase erfolgt über interne Kanäle, die parallel oder in Reihe geschaltet werden können.

· Kanallos (Glockentyp). Die Bewegung der Gase erfolgt frei und am Ende des Ofens kühlt der Ofen nicht ab, da sich heiße Rauchgase über dem Eingang zum Schornstein ansammeln. Die obere Zone ist etwas überhitzt.

· Kombiniert . Bevor die Rauchgase in die Haube gelangen, passieren sie die Kanäle unterhalb des Ofens, wodurch Sie die untere Zone erwärmen und eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Raum erreichen können.