Контрол на горенето в пещ на природен газ: Съотношение въздух-гориво, излишък на въздух и анализ на горенето
Контролът на горенето е най-пренебрегваната област при работата на газови пещи. Повечето газови пещи работят с твърде много излишен въздух, което води до разхищение на гориво и намаляване на ефективността. Добре настроената горелка с правилно съотношение въздух-гориво осигурява от 5 до 15 процента икономия на гориво и от 20 до 50 процента намаление на емисиите на CO2. Настройката е лесна, но изисква внимание към детайлите и редовна проверка. Ето рамката, която използвам, когато преглеждам работата на газова пещ.
Основи на химията на горенето
Природният газ е предимно метан (CH4) с по-малки количества етан, пропан и инертни газове. Пълната реакция на горене с чист кислород е:
CH4 + 2 O2 - шшшш CO2 + 2 H2O
На практика, въздухът за горене е смес от кислород (21 процента) и азот (79 процента). Стехиометричното съотношение въздух-гориво за природния газ е от 9,5 до 10,5 кубически метра въздух на кубичен метър газ, в зависимост от състава на газа. Действителното съотношение въздух-гориво в пещта винаги е по-високо от стехиометричното, тъй като е необходим известен излишък на въздух, за да се осигури пълно изгаряне.
Излишният въздух е въздухът, подаден над стехиометричното изискване. Той се изразява като процент от стехиометричния въздух. Например, 10 процента излишен въздух означава, че действителното съотношение въздух-гориво е 1,10 пъти стехиометричното съотношение.
Защо излишният въздух е важен
Необходим е известен излишък на въздух, за да се осигури пълно изгаряне. При твърде малко въздух горенето е непълно и отработените газове съдържат CO и неизгорели въглеводороди. CO и неизгорелите въглеводороди представляват загуба на гориво и регулаторен проблем.
При твърде много въздух, излишният въздух абсорбира топлината от пламъка и я отвежда през отработените газове. Температурата на отработените газове се повишава и горивната ефективност спада. Оптималният излишък на въздух е най-ниската стойност, която осигурява пълно изгаряне с ниски емисии на CO2.
За горелки на природен газ оптималният излишък на въздух е от 5 до 10 процента за високоскоростни горелки и от 10 до 20 процента за нискоскоростни атмосферни горелки. Емисиите на CO трябва да бъдат под 50 ppm (коригирани до 3 процента O2) в оптимално положение.
Как излишният въздух влияе на ефективността
Връзката между излишния въздух и ефективността е значителна. Преминаването от 20 процента излишен въздух към 10 процента излишен въздух подобрява горивната ефективност с 3 до 5 процента. Преминаването от 10 процента към 5 процента подобрява ефективността с още 1 до 2 процента. Под 5 процента излишен въздух емисиите на CO2 нарастват бързо и рискът от непълно изгаряне се превръща в проблем за безопасността и качеството.
При газова пещ с мощност 5 MW, работеща 6000 часа годишно, 5% подобрение на ефективността спестява 250 kW гориво, което е 1,5 милиона kWh природен газ годишно. При цена от 0,40 щатски долара на кубичен метър, това е между 150 000 и 200 000 щатски долара годишно икономии на гориво.
Процедура за анализ на горенето
Анализът на горенето се извършва с преносим анализатор на димни газове. Анализаторът измерва O2, CO, CO2, NO, NO2 и температурата в отработените газове. Анализът отнема от 30 до 60 минути на горелка, а процедурата е:
Стартирайте пещта и я загрейте до работна температура.
2. Поставете сондата в потока от отработени газове близо до горелката.
3. Запишете състава на димните газове при текущата скорост на горене.
4. Регулирайте съотношението въздух-гориво, за да достигнете целевата стойност на O2.
5. Проверете дали CO е под лимита (обикновено 50 ppm, коригирани до 3 процента O2).
6. Повторете за всяка честота на изпичане в работния диапазон.
Целевият O2 за високоскоростна рекуперативна горелка е от 3 до 5 процента (което е еквивалентно на 15 до 25 процента излишък на въздух). За горелка с ниски емисии на NOx с FGR, целевият O2 е от 5 до 8 процента. CO трябва да бъде под 50 ppm при целевия O2.
Ако CO е над 50 ppm при целевия O2, горелката се нуждае от сервиз. Най-честите причини за висок CO са: износени отвори на горелката (сменете горелката), замърсени отвори на горелката (почистете горелката) и неправилно съотношение въздух-гориво (калибрирайте отново контролера на съотношението).
Често срещани проблеми с горенето
Проблем 1: Излишъкът от въздух е твърде висок. Симптомът е високо съдържание на O2 в отработените газове (над 5 процента за високоскоростна горелка), висока температура на отработените газове и ниска горивна ефективност. Причината обикновено е неправилно регулирано съотношение въздух-гориво, теч на въздушния амортисьор или неправилно подравнена горелка. Решението е да се регулира отново съотношението, да се поправи амортисьорът или да се пренастрои горелката.
Проблем 2: CO е твърде висок. Симптомът е CO над 50 ppm в отработените газове, дим в отработените газове и евентуално сажди върху работното натоварване. Причината обикновено е ниско съотношение въздух-гориво (твърде малко въздух), износена горелка или запушен вход за въздух. Решението е да се увеличи въздухът, да се смени горелката или да се почисти входът за въздух.
Проблем 3: NOx е твърде висок. Симптомът е NO над 100 ppm в отработените газове. Причината обикновено е висока честота на горене с недостатъчен FGR, неправилно подравнена горелка или висока настройка за излишък на въздух. Решението е да се монтира или регулира FGR, да се пренастрои горелката или да се намали излишъкът на въздух.
Проблем 4: Непостоянно горене. Симптомът е колебания в температурата на пещта, колебания в O2 в отработените газове и неравномерно нагряване. Причината обикновено е износен регулатор на съотношението, теч на въздушна клапа или колебания в налягането на газа. Решението е да се подмени контролерът, да се поправи клапата или да се монтира регулатор на налягането на газа.
Системи за контрол на съотношението въздух-гориво
Съвременните системи за управление на газови пещи използват контролер с кръстосано ограничено съотношение, за да поддържат съотношението въздух-гориво на оптимална стойност в целия диапазон на горене. Конструкцията с кръстосано ограничение блокира въздушните и газовите клапани, така че въздухът винаги да е малко пред газа (или малко зад него, в зависимост от типа на горелката). Това предотвратява обедняването на горелката по време на увеличаване на горенето или обогатяването ѝ по време на намаляване на горенето.
Контролерът на съотношението използва разходомер за гориво (или сигнал за налягане на газа) и разходомер за въздух, за да изчисли действителното съотношение въздух-гориво. Изчисленото съотношение се сравнява с целевото и въздушният амортисьор се модулира, за да се поддържа целевото. Контролерът има и вход за регулиране от анализатора на кислород (O2), който коригира дългосрочното отклонение в съотношението въздух-гориво.
Добре настроеният контролер на съотношението поддържа съотношението въздух-гориво в рамките на 2 процента от целта в целия обхват на стрелба. Лошо настроеният контролер може да се отклони с 10 до 20 процента, със съответните загуби в ефективността и емисиите.
Годишна настройка на горенето
MONTE INTELLIGENCE препоръчва годишна настройка на горенето на всички газови пещи. Настройката се извършва от сервизен инженер и включва: анализ на горенето на всяка горелка при три скорости на горене (ниска, средна, висока), калибриране на регулатора на съотношението, проверка на запалката и пламъчния прът, както и проверка на въздушната клапа и газовия клапан. Настройката отнема от 1 до 2 дни на пещ, а типичната икономия на енергия е от 3 до 8 процента през следващите 12 месеца работа.
Разходите за настройката се възстановяват за 1 до 3 месеца чрез намалени разходи за гориво. Настройката също така идентифицира проблеми с горелката и управлението, които могат да причинят непланиран престой, ако не бъдат коригирани.
Говорете с MONTE INTELLIGENCE за настройката на горенето
За купувачи, които се интересуват от настройка на горенето на съществуваща газова пещ, инженерният отдел на MONTE INTELLIGENCE може да насрочи посещение за сервизно обслужване и да предостави писмен доклад с резултатите от теста и препоръчителните настройки. Посететеwww.cnlymonte.com/products-gas-furnace.html за спецификации на продукта. За заявка за сервизно посещение, изпратете имейл на helenxu@cnlymonte.com със заглавие „настройка на горенето“ и подробности за типа на вашата пещ, модела на горелката и текущата цена на горивото.
