|
5.3.9. Принцип работы конденсационных котлов.
Одной из наиболее инновационных технологий в производстве тепла является использование водяных паров, образующихся при горении углеводородов. Реакция горения сопровождается выделением тепла. Конечными продуктами сгорания являются углекислый газ СО2 и водяные пары Н2О. Выделяемое тепло называется низшей теплотой сгорания (Qdi). Пары воды, присутствующие в дымовых газах, нагреты до достаточно высокой температуры (130-180 °С). Для того, чтобы испарить воду, необходимо затратить тепло, которое выделяется при обратном переходе из газообразной фазы в жидкую.
Это тепло, называемое скрытой теплотой конденсации, является постоянной известной величиной при определенных температуре и давлении.
В конденсационных котлах применяется новая технология, которая позволяет использовать процесс конденсации для получения дополнительного тепла из дымовых газов.
Свободная теплота, получаемая по конденсационной технологии, равна сумме низшей теплоты сгорания (Qdi и скрытой теплоты конденсации, и называется высшей теплотой сгорания (Qds).
Ниже приведены значения высшей теплоты сгорания и низшей теплоты сгорания для метана: Qds = 37,7 МДж/м3 Qdi = 34 МДж/м3
Этот пример показывает, насколько существенна разница между Qds и Qdi. Экономия энергии при использовании теплоты конденсации составляет 11%.
Непрекращающиеся исследования, посвященные более рациональному использованию энергии и разработке технологий, оказывающих минимальное воздействие на окружающую среду, привели к идее максимального извлечения энергии из топлива и появлению конденсационных котлов.
Использование Qdi приводит к тому, что конденсационные котлы и/или генераторы тепла обладают КПД выше 100%, что весьма затруднительно объяснить с точки зрения термодинамики.
Несмотря на различие между значениями Qds и Qdi, при анализах процессов горения до сих пор, как правило, используют меньшую из двух величин, то есть Qdi.
Необходимо помнить некоторые нюансы, возникающие при использовании конденсационных котлов. Во-первых, необходимо понимать, что скрытая теплота извлекается только из воды, содержащейся в дымовых газах. Если в дымовых газах присутствуют соединения серы (достаточно распространенная ситуация для большей части углеводородов), то при конденсации образуются очень агрессивные вещества (например, серная кислота), которые неблагоприятно воздействуют на материалы, обычно применяемые в теплотехнике. Во-вторых, для конденсации водяных паров требуется охлаждение дымовых газов до точки росы.
Точка росы! - это температура, при которой парциальное давление водяного пара, содержащегося в дымовых газах, равно давлению насыщения.
Давление насыщения - давление при котором осуществляется фазовы/й переход, т.е. меняется агрегатное состояние вещества. Парциальное давление - давление, которое имел бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы/ он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре.
Точкой росы при данном давлении называется температура, до которой должны охладиться ды\мовы\е газы, чтобы содержащиеся в них водяны/е пары достигли состояния насыщения и начали конденсироваться в росу (влагу). Величина точки росы! сильно зависит от вида топлива (газ, сжиженный газ, дизель и т. д.) и избы/точного содержания воздуха а (рис. 2) которое в свою очередь связано с концентрацией СО2 в дымовых газах (рис. 1) через выражение: a = RO2max/ RO2, где RO2 - содержание трехатомны/х газов в продуктах сгорания.
Для природного газа формула преобразуется в: a = CO2max/ CO2 = 11,8 / CO2, где 11,8 - максимально возможное процентное содержание углекислого газа при сгорании метана.
|
