CC BY
9
Исследование параметров работы теплогенераторв на основе характеристик газогорелочных устройств
О.А. Калиничева, П.Е. Тараников Волгоградский государственный технический университет
Аннотация: В статье показана зависимость основных параметров работы теплогенератора от наладки газогорелочного устройства. Приведен расчет одного из основных параметров. Даны рекомендации по сохранению показателей параметров. Ключевые слова: теплогенератор, котельный агрегат, газогорелочное устройство, коэффициент избытка воздуха, уходящие дымовые газы, концентрация оксида углерода.
На сегодняшний день актуальной целью нашей страны является эффективное использование энергоресурсов. В 2009 году был принят федеральный закон №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В связи с этим человечество стало чаще применять альтернативные или возобновляемые источники энергии.
К одному из основных источников относится природный газ. Потребляют и используют люди данный источник с помощью теплогенераторов.
Теплогенератор: устройство, предназначенное для выработки тепловой энергии за счет сжигания органического топлива. Основными составляющими элементами являются: камера сгорания, теплообменное устройство, газовая горелка и вентилятор [1].
История создания данного оборудования берет свое начало в XIX веке Бенджамин Мохан в 1868 году запатентовал первый водонагреватель под названием «Гейзер» работающий на природном газе. Однако отсутствие дымохода делало использование этого устройства в домашних условиях небезопасным [2].
В дальнейшем теплогенерирующие установки модернизировались и по сей день разрабатываются современные модели оборудования, но проблема наладки основных параметров работы теплогенератора на основе характеристик применяемого газогорелочного устройства остается актуальной и нерешенной.
К основным параметрам, характеризующим правильную и энергоэффективную работу теплогенератора относятся:
1) Потребляемый расход газового топлива;
2) значение коэффициента полезного действия (КПД);
3) значение коэффициента избытка воздуха, подаваемого на горение;
4) значение температуры уходящих за теплогенераторм газов;
5) концентрация оксида углерода в уходящих дымовых газах;
6) длина, цвет и проскок факела пламени газогорелочного устройства;
7) теплоотдача оборудования.
Значения данных параметров работы напрямую зависят от характеристик и настройки выбранного газогорелочного оборудования [3,4].
Неправильный подбор или настройка газовой горелки приводят к увеличению или уменьшению показателей основных параметров теплогенератора. Как следствие, образуется ряд негативных последствий:
1) Химический недожог газового топлива
2) Чрезмерные теплопотери оборудования.
Химический недожог является одним из главных сигналов о должном отсутствие наладки оборудования. Проявление этого явления не только снижает работоспособность оборудования, срок его эксплуатации, но и наносит вред экологии и жизни человека.
Основной показатель наличия химического недожога - завышенная концентрация оксида углерода (СО) и оксида азота (О^ [5].
Превышение концентрации СО выше 50 ppm, отравляет организм человека. Каждый день человек вдыхает воздух с молекулярным составом из 600 летучих и нелетучих соединений, куда также входит концентрация оксида углерода. Ежедневное потребление воздуха с превышением СО может спровоцировать появление такого заболевания, как галитоз [6].
Основная причина возникновения явления химического недожога -непропорциональное смешение газа и воздуха, подаваемых в топку горения.
Недолжное открытие сервопривода воздушной заслонки на газогорелочном устройстве обеспечивает неравный объем подаваемого на горение воздуха. Недостаток или избыток воздуха, поступаемого в топку газогорелочного устройства, свидетельствует об отсутствии наладки используемого оборудования.
При недостаточном количестве воздуха, подаваемого в горелку, происходит неполное сгорание метана, водорода и оксида углерода в топке, которые в последующем выходят в атмосферу вместе с уходящими газами. В камере сгорания происходит смешение кислорода, несгоревших и полностью сгоревших веществ с парами воды, в результате чего образуются газообразные продукты сгорания [7,8].
При разбавлении продуктов сгорания избыточным количеством воздуха, возникает рост потерь теплоты с уходящими газами, увеличение объема продуктов сгорания, и, как следствие, снижается интенсивность теплообмена в топке теплогенератора (котельной установки), происходит понижение теоретической температуры горения топлива.
На примере полученных данных с промышленного предприятия в г. Волжском более наглядно рассмотрим зависимость основных параметров
M Инженерный вестник Дона, №6 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2022/7763
работы теплогенератора от характеристик и наладки газогорелочного устройства.
На данном предприятии установлена блочно-модульная котельная с тремя теплогенераторами REX 500 фирмы «ICI CALDAIE» с газогорелочным устройством Ecoflam MULTICALOR 700.1.
После ввода в эксплуатацию на одном из водогрейных теплогенераторов был произведен ряд замеров газоанализаторным прибором testo 320, полученные значения которых занесены в табл. 1.
Таблица №1
Значения основных объемных компонентов уходящих дымовых газов
Наименование объемного компонента Обозначение компонента Полученное значение, %
Оксид углерода СО 1-я ступень 2-я ступень
510 450
Диоксид углерода СО2 9,1 9,4
Кислород О2 5,1 4,2
На основании полученных значений можно предположить о избытке подаваемого воздуха в топку горения. Для полной уверенности рассчитаем коэффициент избытка воздуха по формуле (1).
где:
СО2 максимально возможное содержание диоксида углерода в уходящих газах;
СО2 - содержание диоксида углерода, полученное при измерении параметров уходящих за котлом газов.
Рассчитаем коэффициент избытка воздуха по формуле (1) для 1-ой ступени газовой горелки:
Рассчитаем коэффициент избытка воздуха по формуле (1) для 2-ой ступени газовой горелки:
Высокий показатель коэффициента избытка воздуха свидетельствует о превышении поступаемого на горение воздуха. Отсутствие равных объемов газа и воздуха привело к высоким теплопотерям оборудования и низкому показателю КПД 88,6% и 90,4%. Завышенное содержание СО свидетельствует о химическом недожоге топлива.
Котлоагрегат работает не на всю мощность, тем самым снижает тепло, вырабатываемое в помещениях предприятия, ухудшается микроклимат, понижая комфорт пребывания сотрудников на рабочем месте. Завышенное содержание оксида углерода подрывает экологическую безопасность предприятия [9].
Основной ошибкой в отсутствие оптимальных значений параметров работы теплогенерирующей установки является отсутствие правильной наладки газогорелочного устройства.
В дальнейшем для достижения оптимальных значений было отрегулировано открытие сервопривода воздушной заслонки газовой горелки. В ходе регулировки был произведен повторный ряд замеров, новые полученные значения занесены в табл.2.
Таблица №2
Значения основных объемных компонентов уходящих дымовых газов
Наименование объемного компонента Обозначение компонента Полученное значение, %
Оксид углерода СО 1-я ступень 2-я ступень
20 15
Диоксид углерода СО2 9,9 10,0
Кислород О2 3,3 3,1
Полученные значения соответствуют рекомендуемым показателям производителем газогорелочного устройства.
Содержание оксида углерода меньше 50 ppm, что соответствует допустимому значению и свидетельствует об отсутствии явления химического недожога [9].
Чтобы убедиться в отсутствии избытка воздуха, поступающего на горение, рассчитаем по формуле (1) для 1-ой и 2-ой ступени коэффициент избытка воздуха.
Для 1-ой ступени показатель коэффициента составит:
Для 2-ой ступени показатель коэффициента составит:
В результате наладки газогорелочного оборудования наблюдается снижение воздуха, что приводит к уменьшению значения показателя коэффициента избытка воздуха.
Приведение параметров работы к оптимальным значениям позволило увеличить КПД агрегата до показателей 91,2 %, повысить экологическую безопасность производства, создать оптимальные условия микроклимата для здоровья и увеличения работоспособности персонала.
Основная задача - не только произвести правильную настройку газовой горелки, но и поддерживать данные результаты на протяжении всего эксплуатационного периода. Это поможет снизить риск быстрого выхода оборудования из строя, сохранив его энергоэффективность [10].
На основании вышеизложенного материала показана зависимость показателей основных параметров работы теплогенератора от характеристик и настройки выбранного газогорелочного устройства.
Литература
1. Несиловский О.Г., Адакин Р.Д. Анализ конструкций теплогенераторв // История и перспективы развития транспорта на севере России. 2014. №1. С. 149-151. URL: elibrary.ru/item.asp?id=21595421.
2. Топоров А.Л. История создания настенных газовых котлов. Создание первых проточных газовых нагревателей и котлов // СОК. 2020. №9. С. 18-19. URL: c-o-k.ru/articles/istoriya-sozdaniya-nastennyh-gazovyh-kotlov-sozdanie-pervyh-protochnyh-gazovyh-nagrevateley-i-kotlov.
3. Нефедова М.А. Анализ технических характеристик современных газогорелочных устройств // Нефтегазовое дело. 2015. №5. С. 411-421. URL:ogbus.ru/article/view/analiz-texnicheskix-xarakteristik-sovremennyx-gazogorelochnyx-ustrojstvanalysis-of-the-technical-characteristics-of-modern-gas-burningdevices.
4. Волосатова Т.А. Основные вопросы энергоэффективности тепловых водяных котельных и варианты их решения // Инженерный вестник Дона, 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1899.
5. Кохтавшили Н.Т., Паняева В.Д., Шарков И.А. Контролируемый химический недожег топлива в паровых котлах // Научно-практический электронный журнал Аллея Науки. 2020. №8 (47). URL: alley-science.ru/domains_data/files/1August2020/KONTROLIRUEMYY%20HIMIChE SKIY%20NEDOZhOG%20TOPLIVA0/o20V0/o20PAROVYH0/o20KOTLAH.pdf.
6. Тараканов С.А., Подольский М.Д., Трифонов А.А., Гайдуков В.С. Анализ состава выдыхаемого человеком воздуха для диагностики галитоза // Инженерный вестник Дона, 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2058.
7. Джон Д. СТ., Самуэлсен Г.С. Активный, оптимальный контроль промышленной модели горелки на природном газе // Двадцать пятый симпозиум (международный) по горению / Институт горения. 1994. С. 307-316.URL:escholarship.org/content/qt1t9903sc/qt1t9903sc_noSplash_7dfb3485b42 ca1b84813b1b45582cb5f.pdf.
8. Пимента Дж., Де Лима Л.К., Дуарте Дж. Б.Ф., Маседо М.Р. Тестирование промышленных горелок и анализ эффективности сгорания // Теплотехнический журнал. 2002. №1 URL: revistas.ufpr.br/reterm/article/view/3503.
9. Григорян М.П. Экология и настройка котла // Журнал «Аква-терм». 2019. №3.URL: aqua-therm.ru/articles/articles_604.html.
10. Хаванов П.А. Атмосферные газовые горелки автономных теплогенераторв // Журнал «АВОК». 2003. №1 URL: http : //vps 19. abok.ru/for_spec/articles.php?nid= 1914.
References
1. Nesilovskij O.G., Adakin R.D. Istoriya i perspektivy razvitiya transporta na severe Rossii. 2014. №1. р. 149-151. URL: elibrary.ru/item.asp?id=21595421.
M Инженерный вестник Дона, №6 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2022/7763
2. Toporov A.L. SOK. 2020. №9. р. 18-19. URL: c-o-k.ru/articles/istoriya-sozdaniya-nastennyh-gazovyh-kotlov-sozdanie-pervyh-protochnyh-gazovyh-nagrevateley-i-kotlov.
3. Nefedova M.A. Neftegazovoe delo. 2015. №5. р. 411-421. URL:ogbus.ru/article/view/analiz-texnicheskix-xarakteristik-sovremennyx-gazogorelochnyx-ustrojstvanalysis-of-the-technical-characteristics-of-modern-gas-burningdevices.
4. Volosatova T.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1899.
5. Kohtavshili N.T., Panyaeva V.D., SHarkov I.A. Nauchno-prakticheskij elektronnyj zhurnal Alleya Nauki. 2020. №8 (47). URL: alley-science.ru/domains_data/files/1August2020/KONTROLIRUEMYY%20HIMIChE SKIYo/o20NEDOZhOG,/o20TOPLIVA,/o20Wo20PAROVYH,/o20KOTLAH.pdf.
6. Tarakanov S.A., Podol'skij M.D., Trifonov A.A., Gajdukov V.S. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/2058.
7. Dzhon D. ST., Samuelsen G.S. Dvadcat' pyatyj simpozium (mezhdunarodnyj) po goreniyu - Institut goreniya. 1994. р. 307-316.URL:escholarship.org/content/qt1t9903sc/qt1t9903sc_noSplash_7dfb3485b42 ca1b84813b1b45582cb5f.pdf.
8. Pimenta Dzh., De Lima L.K., Duarte Dzh. B.F., Masedo M.R. Teplotekhnicheskij zhurnal. 2002. №1. URL: revistas.ufpr.br/reterm/article/view/3503.
9. Grigoryan M.P. ZHurnal «Akva-term». 2019. №3. URL: aqua-therm.ru/articles/articles_604.html.
10. Havanov P.A. ZHurnal «AVOK». 2003. №1. URL: http : //vps 19. abok.ru/for_spec/articles.php?nid= 1914.
