Количество воздуха для сжигания природного газа: формулы и примеры расчетов

Методы сжигания газа

В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа подразделяются (рис. 1) на:

• диффузионные;
• смешанные;
• кинетические.

При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух – из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования.

Рис. 1. Методы сжигания газа: а – диффузионный; б – смешанный; в – кинетический; 1 – внутренний конус; 2 – зона первичного горения; 3 – зона основного горения; 4 – продукты сгорания; 5 – первичный воздух; 6 – вторичный воздух

Процесс горения начинается после контакта между газом и воздухом и образования газовоздушной смеси необходимого состава. К струе газа (рис. 1, а) диффундирует воздух, а из струи газа в воздух – газ. Таким образом, вблизи струи газа создается газовоздушная смесь, в результате горения которой образуется зона первичного горения газа 2. Горение основной части газа происходит в зоне 3, а в зоне 4 движутся продукты сгорания.

Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно, с образованием частиц сажи. Этим и объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени.

Достоинством диффузионного метода сжигания газа является возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д.

К преимуществам диффузионного метода сжигания относятся:

• высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок,
• отсутствие проскока пламени,
• равномерность температуры по длине пламени.

Недостатками этого метода являются:

• вероятность термического распада углеводородов,
• низкая интенсивность горения,
• вероятность неполного сгорания газа.

При смешанном методе сжигания (рис. 1, б) горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении.

При кинетическом методе сжигания (рис. 1, в) к месту горения подается газовоздушная смесь, полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле.

Достоинство этого метода сжигания – малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая теплопроизводительность горелок.

Недостаток – необходимость стабилизации газового пламени.

Определения[править | править код]

Отношение количества окислителя к количеству топлива в процессе сжигания или в горючей смеси топливо — окислитель измеряют либо в виде отношения масс, либо в отношении объёмов, либо в отношении количества молей. Соответственно, различают массовое L 0 , {displaystyle L_{0},} , объёмное L V {displaystyle L_{V}} и молярное L M {displaystyle L_{M}} отношения:

L 0 = m o m f , {displaystyle L_{0}={frac {m_{o}}{m_{f}}},} L V = V o V f , {displaystyle L_{V}={frac {V_{o}}{V_{f}}},} L M = M o M f , {displaystyle L_{M}={frac {M_{o}}{M_{f}}},} где m o ,   m f {displaystyle m_{o}, m_{f}}  — массы окислителя и топлива; V o ,   V f {displaystyle V_{o}, V_{f}}  — объёмы окислителя и топлива; M o ,   M f {displaystyle M_{o}, M_{f}}  — молярное количество окислителя и топлива (число молей).

Для газообразных смесей топлива и окислителя в соответствии с законом Авогадро L M = L V . {displaystyle L_{M}=L_{V}.}

Если в процессе химической реакции горения в продуктах горения не будет ни свободного окислителя, ни несгоревшего топлива, то такое соотношение топлива и окислителя называют стехиометрическим.

Например, реакция горения водорода в кислороде со стехиометрическими коэффициентами:

2 H 2 + O 2 ⟶ 2 H 2 O {displaystyle {ce {2H2 + O2 -> 2H2O}}} .

В этой реакции в продуктах горения (в правой части уравнения) нет ни горючего, ни окислителя, причём на 2 моля водорода требуется 1 моль кислорода, или, по закону Авогадро, на 2 объёма водорода 1 объём кислорода, или на 4 г водорода 32 г кислорода, то есть, при полном сгорании водорода без избытка кислорода: L V s t = L M s t = 1 / 2 = 0 , 5 , {displaystyle L_{Vst}=L_{Mst}=1/2=0,5,} L 0 s t = 32 / 4 = 8. {displaystyle L_{0st}=32/4=8.} Эти численные значения называют стехиометрическими отношениями.

Стехиометрические отношения зависят от вида топлива и окислителя, например, в реакции горения метана в кислороде:

CH 4 + 2 O 2 ⟶ CO 2 + 2 H 2 O {displaystyle {ce {CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}}} L V s t = L M s t = 2 , {displaystyle L_{Vst}=L_{Mst}=2,} L 0 s t = 64 / 16 = 4. {displaystyle L_{0st}=64/16=4.}

Коэффициентом избытка окислителя называют отношение фактического отношения окислитель/топливо к стехиометрическому:

α = L 0 / L 0 s t = L V / L V s t = L M / L M s t , {displaystyle alpha =L_{0}/L_{0st}=L_{V}/L_{Vst}=L_{M}/L_{Mst},}

причём α {displaystyle alpha } не зависит в каком виде определено отношение окислитель/топливо массовом, молярном или объёмном. Очевидно, что при стехиометрическом отношении окислитель/топливо α = 1. {displaystyle alpha =1.}

Смеси топливо/окислитель у которых α < 1 {displaystyle alpha <1} называют богатыми смесями, а α > 1 {displaystyle alpha >1}  — бедными.

В зарубежной научно-технической литературе коэффициент избытка окислителя обычно обозначают буквой λ . {displaystyle lambda .}

Также используется параметр, называемый коэффициентом избытка топлива ϕ = 1 / α , {displaystyle phi =1/alpha ,} величина, обратная к коэффициенту избытка окислителя.

Количество воздуха для сжигания природного газа: формулы и примеры расчетов

η»_SO2_доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц.

Ориентировочные значения η’_SO2при сжигании различных видов топлива составляют:

березовские угли Канско-Ачинского бассейна

другие угли Канско-Ачинского бассейна

Доля оксидов серы (η»_SO2), улавливаемых в сухих золоуловителях, принимается равной нулю. В мокрых золоуловителях эта доля зависит от общей щелочности орошающей воды и от приведенной сернистости топлива Sпр.

При характерных для эксплуатации удельных расходах воды на орошение золоуловителей 0,1 — 0,15 дм3/нм3η»_SO2определяется по рисунку Приложения .

При наличии в топливе сероводорода к значению содержания серы на рабочую массу Sr в формуле () прибавляется величина

где H₂S- содержание на рабочую массу сероводорода в топливе, %.

Примечание. — При разработке нормативов предельно допустимых и временно согласованных выбросов (ПДВ, ВСВ) рекомендуется применять балансово-расчетный метод, позволяющий более точно учесть выбросы диоксида серы. Это связано с тем, что сера распределена в топливе неравномерно. При определении максимальных выбросов в граммах в секунду используются максимальные значения Sr фактически использовавшегося топлива. При определении валовых выбросов в тоннах в год используются среднегодовые значения Sr.

Оптимизация выбросов за счёт оптимизации энергопотребления и разумного выбора материалов

В качестве примера оценки жизненного цикла и оптимизации выбросов рассматривается проект расширения завода, состоящего из двух частей: эксплуатируемая часть и вновь строящееся расширение. Весь анализ относится к расширяемой части площадью 15 тыс. м². Это проект компании HPBS, оказывающей услуги по экологическому и энергетическому инжинирингу, сертификации зданий по стандартам «зелёного» строительства LEED, BREEAM, WELL.

Оптимизация выбросов на этапе строительства

Первой решённой задачей на этапе проектирования стало проведение оптимизации конструкций здания и подбор строительных материалов с наиболее низким воздействием на окружающую среду. Кроме того, осуществлена общая оптимизация пространства здания и расхода материалов. Результаты оценки жизненного цикла проекта по исходному и оптимизированному зданиям представлены в табл. 4. Из данной таблицы видно, что по всем параметрам имеет место сокращение негативных воздействий по сравнению с исходным зданием. Таким образом, проведённая оптимизация имеет положительный результат.

Оптимизация выбросов на этапе эксплуатации

Далее была выполнена оптимизация энергопотребления здания на этапе эксплуатации методами цифрового моделирования. Во время проектирования здания была создана его виртуальная модель и проверены различные решения для оптимизации расхода энергии.

На данном заводе были применены следующие шаги для снижения энергопотребления и уменьшения выбросов парниковых газов:

1. Шаг 1. Оптимизация расходов энергопотребления зданием и оборудованием. Этот шаг позволил сократить выбросы примерно на 27% ежегодно.

2. Шаг 2. Строительство солнечной электростанции. Солнечная электростанция ежегодно сокращает выбросы парниковых газов примерно на 10%.

3. Шаг 3. Покупка возобновляемой энергии на оптовом рынке. Покупка сертификатов на возобновляемую энергию в настоящий момент не либерализована на российском рынке. Обычная рядовая компания или человек не могут приобрести для себя «зелёную» энергию. Поэтому международным компаниям часто приходится покупать сертификаты за пределами России. «Зелёный» сертификат — это рыночный товар, который подтверждает, что электроэнергия была произведена из возобновляемого («зелёного») источника энергии. Он также называется сертификатом возобновляемой энергии Renewable Energy Certificate (REC) или сертификатом с обязательствами по возобновляемой энергии Renewable Obligation Certificate (ROC). Единицей измерения, используемой в «зелёном» сертификате, обычно является МВт·ч возобновляемой энергии. Покупка сертификатов на возобновляемую энергию компенсирует до 100% выбросов от использования электроэнергии.

4. Шаг 4. Применение автоматизированных алгоритмов покупки энергии на оптовом рынке. Здание может потреблять больше энергии, когда она дешё- вая (например, в ночные часы) и экономить, когда она более дорогая (например, в полдень). Данные алгоритмы являются частью «умных» сетей и называются Demand Response. Такие алгоритмы снижают пиковые нагрузки на сети и повышают надёжность и долговечность энергетической инфраструктуры страны.

5. Шаг 5. Переход на биомассу. На заводе спроектирована отдельная котельная, которая будет обеспечивать теплом, используя биомассу. Топливом могут служить отходы древесного производства, топливные пеллеты, шелуха риса, древесные стружки, лузга подсолнечника и др.

Данные мероприятия позволят заводу вообще не иметь выбросов парниковых газов в процессе эксплуатации (рис. 2).

Методика расчета для природного газа

Электронная педаль газа: что это такое и как работает

Примерный расход газа на отопление считается исходя из половинной мощности установленного котла. Все дело в том, что при определении мощности газового котла закладывается самая низкая температура. Это и понятно — даже когда на улице очень холодно, в доме должно быть тепло.

Посчитать расход газа на отопление можно самостоятельно

Но считать расход газа на отопление по этой максимальной цифре совсем неверно — ведь в основном температура значительно выше, а значит, топлива сжигается намного меньше. Потому и принято считать средний расход топлива на отопление — порядка 50% от теплопотерь или мощности котла.

Считаем расход газа по теплопотерям

Если котла еще нет, и вы оцениваете стоимость отопления разными способами, считать можно от общих теплопотерь здания. Они, скорее всего, вам известны. Методика тут такая: берут 50% от общих теплопотерь, добавляют 10% на обеспечение ГВС и 10% на отток тепла при вентиляции. В результате получим средний расход в киловаттах в час.

Далее можно узнать расход топлива в сутки (умножить на 24 часа), в месяц (на 30 дней), при желании — за весь отопительный сезон (умножить на количество месяцев, на протяжении которых работает отопление). Все эти цифры можно перевести в кубометры (зная удельную теплоту сгорания газа), а потом перемножить кубометры на цену газа и, таким образом, узнать затраты на отопление.

Наименование толпива	Единица измерения	Удельная теплота сгорания в кКал	Удельная теплота сгорания в кВт	Удельная теплота сгорания в МДж
Природный газ	1 м 3	8000 кКал	9,2 кВт	33,5 МДж
Сжиженный газ	1 кг	10800 кКал	12,5 кВт	45,2 МДж
Уголь каменный (W=10%)	1 кг	6450 кКал	7,5 кВт	27 МДж
Пеллета древесная	1 кг	4100 кКал	4,7 кВт	17,17 МДж
Высушенная древесина (W=20%)	1 кг	3400 кКал	3,9 кВт	14,24 МДж

Пример расчета по теплопотерям

Пусть теплопотери дома составляют 16 кВт/час. Начинаем считать:

• средняя потребность в тепле в час — 8 кВт/ч + 1,6 кВт/ч + 1,6 кВт/ч = 11,2 кВт/ч;
• в день — 11,2 кВт * 24 часа = 268,8 кВт;
• в месяц — 268,8 кВт * 30 дней = 8064 кВт.

Переводим в кубометры. Если использовать будем природный газ, делим расход газа на отопление в час: 11,2 кВт/ч / 9,3 кВт = 1,2 м3/ч. В расчетах цифра 9,3 кВт — это удельная теплоемкость сгорания природного газа (есть в таблице).

Так как котел имеет не 100% КПД, а 88-92%, придется внести еще поправки на это — добавить порядка 10% от полученной цифры. Итого получаем расход газа на отопление в час — 1,32 кубометра в час. Далее можно рассчитать:

• расход в день: 1,32 м3 * 24 часа = 28,8 м3/день
• потребность в месяц:28,8 м3/день * 30 дней = 864 м3/мес.

Средний расход за отопительный сезон зависит от его длительности — умножаем на количество месяцев, пока длится отопительный сезон.

Этот расчет — приблизительный. В какой-то месяц потребление газа будет намного меньше, в самый холодный — больше, но в среднем цифра будет примерно такой же.

Расчет по мощности котла

Расчеты будут немного проще, если имеется рассчитанная мощность котла — тут уже учтены все необходимые запасы (на ГВС и вентиляцию). Потому просто берем 50% от расчетной мощности и далее считаем расход в день, месяц, за сезон.

Например, проектная мощность котла — 24 кВт. Для расчета расхода газа на отопление берем половину: 12 к/Вт. Это и будет средняя потребность в тепле в час. Чтобы определить расход топлива в час, делим на теплотворную способность, получаем 12 кВт/час / 9,3 к/Вт = 1,3 м3. Далее все считается как в примере выше:

• в день: 12 кВт/ч * 24 часа = 288 кВт в перерасчете на количество газа — 1,3 м3 * 24 = 31,2 м3
• в месяц: 288 кВт * 30 дней = 8640 м3, расход в кубометрах 31,2 м3 * 30 = 936 м3.

Далее добавим 10% на неидеальность котла, получим, что для этого случая расход будет чуть больше 1000 кубометров в месяц (1029,3 куб). Как видите, в этом случае все еще проще — меньше цифр, но принцип тот же.

По квадратуре

Еще более приблизительные расчеты можно получить по квадратуре дома. Есть два способа:

• Можно посчитать по СНиПовским нормам — на обогрев одного квадратного метра в Средней Полосе России в среднем требуется 80 Вт/м2 . Эту цифру можно применять, если ваш дом построен по всем требованиям и имеет хорошее утепление.
• Можно прикинуть по среднестатистическим данным: при хорошем утеплении дома требуется 2,5-3 куб/м2;
• при среднем утеплении расход газа 4-5 куб/м2.

Каждый хозяин может оценить степень утепления своего дома, соответственно, можно прикинуть, какой расход газа будет в данном случае. Например, для дома в 100 кв. м. при среднем утеплении потребуется 400-500 кубометров газа на отопление, на дом в 150 квадратов уйдет 600-750 кубов в месяц, на отопление дома площадью 200 м2 — 800-100 кубов голубого топлива. Все это — очень приблизительно, но цифры выведены на основании многих фактических данных.

Приложение Д.Примеры расчета выбросов вредных веществ при сжигания попутного нефтяного газа

1. Попутный нефтяной газ Южно-Сургутского месторождения. Объемный расход газа W_v = 432000 м3 /сутки =5 м3/с. Сжигание бессажевое, плотность газа () r_Г = 0.863 кг/м3. Массовый расход равен ():

В соответствие с и выбросы вредных веществ в г/с составляют:

бенз(а)пирен — 0.1·10-6 г/с .

для вычисления выбросов углеводородов в пересчете на метан определяется массовая их доля, исходя из и . Она равна 120 %. Недожог равен 6·104. Т.о. выброс метана составляет

0.01·6·10-4·120·15534 = 11.2 г/с

Сера в ПНГ отсутствует.

2. Попутный нефтяной газ Бугурусланского месторождения с условной молекулярной формулой C_1.489H_4.943S_0.011О_0.016. Объемный расход газа W_v = 432000 м/сутки = 5 м/с. Факельное устройство не обеспечивает бессажевого горения. Плотность газа () r_Г = 1.062 кг/м3. Массовый расход равен ():

В соответствие и выбросы вредных веществ в г/с составляют:

бенз(а)пирен — 0.3·10-6 г/с .

Выбросы сернистого ангидрида определяются , в которой s = 0.011, m_Г = 23.455, m_SO2 = 64. Отсюда

M_SO2 = 0.278·0.03·19116 = 159.5 г/с

В данном случае недожог равен 0.035. Массовое содержание сероводорода 1.6%. Отсюда

M_H2S = 0.278·0.035·0.01·1.6·19116 = 2.975 г/с

Выбросы углеводородов определяются аналогично примеру 1.

Определение годовых расходов газа

Годовые расходы газа Qгод, м3/год, на бытовые нужды определяют по чис­ленности населения города (района) и нормам газопотребления на одного чело­века, а на коммунально-бытовые – в зависимости от пропускной способности предприятия и норм расхода газа по формуле:

(3.1)

Где:

q – норма расхода теплоты на одну расчетную единицу, МДж/год;

N – число расчетных единиц;

– низшая теплота сгорания газа на сухую массу, МДж/м3.

Таблица 3.1 Годовой расход газа на бытовые и коммунально-бытовые нужды

Назначение расходуемого газа	Показатель потребления	Количество расчетных единиц	Норма расхода тепла q, МДж/год	Годовой расход газа , м3/год	Результаты, м3/год
Кварталы с газовыми плитами и централизованным ГВС (1-я зона застройки)
На приготовление пищи и хозяйственные нужды в жилых домах	На 1 чел. В год	Численность жителей N1=136427,6	2800		6923067,49
Больницы для приготовления пищи и горячей воды	На 1 койку в год		1637,131		367911,5
Поликлиники для процедур	На 1 посетителя в год		3547,117		5335,796
Столовые и рестораны	На 1 обед и 1завтрак		14938822		1705670,755
ИТОГО:	9348138,911
Кварталы с газовыми плитами и проточными водонагревателями (2-я зона застройки)
На приготовление пищи и хозяйственные нужды в жилых домах	На 1 чел. В год	Численность жителей N5=1219244,8	8000		31787588,63
Больницы для приготовления пищи и горячей воды	На 1 койку в год		2630,9376		591249,1485
Поликлиники для процедур	На 1 посетителя в год		5700,3648		8574,702
Столовые и рестораны	На 1 чел. В год		24007305		2741083,502
ИТОГО:	36717875,41
Годовые расходы газа крупными коммунально-бытовыми потребителями
Бани	На 1 помывку		3698992,9		2681524,637
Прачечные	На 1 т сухого белья		25964,085		8846452,913
Хлебозавод	На 1 т изделий		90874,298		8975855,815

Годовые расходы газа на технологические и энергетические нужды промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных предприятий оп­ределяют по удельным нормам расхода топлива, объему выпускаемой продук­ции и величине фактического топливопотребления. Расход газа определяют от­дельно для каждого предприятия.

Годовой расход газа на котельную складывается из расходов газа на ото­пление, горячее водоснабжение и принудительную вентиляцию зданий во всем районе.

Годовой расход газа на отопление , м3/год, жилых и общественных зданий рассчитывают по формуле:

(3.1)

Где:

а = 1,17 – поправочный коэффициент принимается в зависимости от температуры наружного воздуха;

qa – удельная отопительная характеристика здания принимается 1,26-1,67 для жилых зданий в зависимости от этажности, кДж/(м3×ч×оС);

tв – температура внутреннего воздуха, С;

tcp от – средняя темпе­ратура наружного воздуха в отопительный период , °С; пот =120 – продолжитель­ность отопительного периода, сут. ;

VH – наружный строительный объем отапли­ваемых зданий, м3;

– низшая теплота сгорания газа на сухую массу, кДж/м3;

ή – КПД теплоиспользующей установки, принимается 0,8-0,9 для отопительной котельной.

Наружный строительный объем отапливаемых зданий можно определить

как

(3.2)

Где:

V0 – объем жилых зданий на человека, принимается равным 60 м3/чел, если нет других данных;

Np — количество жителей в районе, чел.

Таблица 3.2 Значения поправочного коэффициента а в зависимости от температуры

наружного воздуха

,°С	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-50
а	1,45	1,20	1,17	1,08	1,00	0,95	0,85	0,82

Годовой расход газа на централизованное горячее водоснабжение (ГВС) , м3/год, котельных определяют по формуле:

(3.3)

Где:

qГВС = 1050 кДж/(чел-ч) – укрупненный показатель среднечасового расхода тепла на ГВС на 1 чел.;

N – число жителей, пользующихся цен­трализованном ГВС;

tхл, tхз – температура холодной воды в летний и зимний пе­риод, °С, принимается tхл =15 °С, tx= 5 °С;

– низшая теплота сгорания газа на сухую массу, кДж/м3;

– коэффициент, учитывающий снижение расхода го­рячей воды в летний период в зависимости от климатической зоны, принимает­ся от 0,8 до 1.

м3/год

Годовой расход газа на принудительную вентиляцию общественных зда­ний , м3/год, можно определить из выражения

(3.4)

Где:

qв – удельная вентиляционная характеристика здания, может быть принята 0,837 кДж/(м3×ч×°С);

fcp.в. – средняя температура наружного воздуха для расчета вентиляции, °С, (допускается принимать tcp в. = tcp om).

По району годовой расход газа , потребляемый сетями низкого давления , м3/год, равен

(3.5)

м3/год

Годовой расход газа крупными коммунально-бытовыми потребителями , м3/год, равен:

(3.6)

м3/год

Всего на коммунальные и коммунально-бытовые нужды расходуется , м3/год, газа

(3.7)

м3/год

Общий годовой расход газа районом , м3/год, без промышленных потребителей составляет:

(3.8)

Что влияет на расход газа?

Топливный расход определяется, во-первых, мощностью — чем мощнее котел, тем интенсивнее расходуется газ. При этом влиять извне на эту зависимость трудно.

Даже если вы приглушите 20-киловаттный аппарат до минимума, он все равно будет потреблять топлива больше, чем его менее мощный 10-киловаттный собрат, включенный на максимум.

Из этой таблицы видно, какова зависимость между отапливаемой площадью и мощностью газового котла. Чем мощнее котел, тем он дороже. Но чем больше площадь отапливаемых помещений, тем быстрее котел самоокупается

Во-вторых, берем во внимание тип котла и принцип его функционирования:

• открытая или закрытая камера сгорания;
• конвекционный или конденсационный;
• обычный дымоход или коаксиальный;
• один контур или два контура;
• наличие автоматических датчиков.

В закрытой камере топливо сжигается более экономно, чем в открытой камере. КПД конденсационного агрегата благодаря встроенному дополнительному теплообменнику для конденсации паров, присутствующих в продукте сгорания, повышается до 98-100% в сравнении с 90-92% КПД конвекционного агрегата.

С коаксиальным дымоходом также повышается значение КПД — холодный воздух с улицы подогревается разогретой выхлопной трубой. Из-за второго контура идет, конечно, увеличение расхода газа, но и газовый котел в этом случае обслуживает не одну, а две системы — отопление и горячее водоснабжение.

Автоматические датчики – полезная вещь, они ловят внешнюю температуру и настраивают работу котла на оптимальный режим.

В-третьих, смотрим на техническое состояние оборудования и качество самого газа. Накипь и окалина на стенках теплообменника существенно понижают теплоотдачу, компенсировать ее недостаток приходится увеличением мощности.

Увы, и газ может быть с водяной и прочей примесью, но вместо того, чтобы выставлять претензии поставщикам, мы переключаем регулятор мощности на несколько делений в сторону максимальной отметки.

Одна из современных высокоэкономичных моделей — напольный газовый конденсационный котёл марки Baxi Power мощностью 160 кВт. Такой котел обогревает 1600 кв. м площади, т.е. большой дом в несколько этажей. При этом по паспортным данным он расходует природного газа 16,35 куб. м в час и имеет КПД 108%

И, в-четвертых, площадь отапливаемых помещений, естественная убыль тепла, продолжительность отопительного сезона, погодные особенности. Чем просторнее площадь, чем выше потолки, чем больше этажей, тем больше топлива потребуется, чтобы отопить такое помещение.

Научная электронная библиотека Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

По общепринятой методике объемы продуктов сгорания и воздуха выражаются в кубических метрах при нормальных условиях (0 °С и 760 мм рт. ст.) при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м3 газового топлива.

Для выполнения теплового расчета топки и отдельных поверхностей нагрева котлоагрегата необходимо заранее подготовить таблицы объемов, энтальпий воздуха и продуктов сгорания по газоходам котла с учетом изменения избытка воздуха в них .

Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива при избытке воздуха ? = 1 для твердого и жидкого топлива, определяется по формуле :

для газообразного топлива

Здесь и в дальнейшем Ср, Sр и другие величины, характеризующие состав топлива, берутся из табл. П.4 и подставляются в формулы в процентах.

– для твердого топлива и мазута

– для природного газа

для природного газа

Теоретический объем водяных паров для твердого топлива и мазута определяется

где Gф – расход пара на паровое распыливание мазута в паромеханических форсунках и при подаче пара под колосниковую решетку при сжигании низкореакционного твердого топлива типа А, ПА и Т (Gф = 0,03…0,05 кг/кг).

для природного газа

, м3/м3; (2.14)

здесь dr – влагосодержание газообразного топлива, г/м3 (обычно dr ? 10).

В табл. П.4 приведены расчетные теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания для топлив.

Действительные объемы продуктов сгорания при избытке воздуха в газоходах ?i > 1 определяют по формуле

(2.15)

Расчет объемов продуктов сгорания в поверхностях нагрева сводят в таблицу по типу табл. 2.3, составленной для прямоточного парового котла с промежуточным перегревом пара и регенеративным воздухоподогревателем.

При другой компоновке поверхностей нагрева для заданного в проекте (выбранного) типа котла и в зависимости от вида сжигаемого топлива последовательность расположения и вид поверхностей вдоль газового тракта, а также коэффициенты избытка воздуха могут быть другими.

Таблица 2.3 – Объемы продуктов сгорания, объемные доли трехатомных газов и концентрация золовых частиц

Величина и расчетная формула	Газоход
Топочная камера, ширмы	ПП высокого давления	Промежуточный ПП	Переходная зона	Экономайзер	Воздухподогреватель
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева
Средний коэффициент избытка воздуха в поверхности нагрева ?ср
Объем водяных паров, м3/кг,
Полный объем газов, м3/кг,
Полный объем газов с учетом рециркуляции
Объемная доля трехатомных газов
Объемная доля водяных паров
Доля трехатомных газов и водяных паров
Безразмерная концентрация золовых частиц, кг/кг,

Объемы газов и водяных паров определяются по среднему коэффициенту избытка воздуха в поверхности нагрева, равному полусумме значений на входе в поверхность и выходе из нее. По среднему объему газов в поверхности определяется в дальнейшем средняя скорость газового потока, определяющая конвективный теплообмен.

В табл. 2.3 включены также объемные доли трехатомных газов и концентрация золовых частиц в продуктах сгорания, необходимые для последующего расчета лучистого теплообмена. Доля золы, уносимой потоком газа , выбирается по табл. 2.4.

Таблица 2.4 – Расчетные характеристики камерных топок при D > 75 т/ч

Твердое топливо (q3 = 0)
Вид топочного устройства	Топливо	Допустимое тепловое напряжение топочного объема qV, кВт/м3	Потеря теплоты q4, %	Доля уноса золы из топки aун
Камерная топка с твердым удалением шлака	Антрациты Полуантрациты Тощие угли Каменные угли Отходы углеобогащения Бурые угли Фрезерный торф Сланцы	140 160 160 175 160 185 160 115	6 4 2 1–1,5* 2–3* 0,5–1* 0,5–1 0,5–1	0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95
Камерная топка с жидким шлакоудалением	Антрациты и полуантрациты Тощие угли Каменные угли Бурые угли	145 185 185 210	3–4 1,5 0,5 0,5	0,85 0,8 0,8 0,7–0,8
* Меньшие значения – для топлив с приведенной зольностью AП  1,02 в основном определяются потерей q3. Для котлов большой производительности (D > 420 т/ч) потери q3 + q4 следует принимать равными 0,1 %. Безразмерная концентрация золовых частиц в потоке дымовых газов, кг золы/кг газов, определяется по формуле (2.16) Где масса дымовых газов, кг газов/кг сожженного топлива, при сжигании твердого топлива и мазута составляет (2.17)