Page 193 - BaxiGenCat2025

8. СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

8.6. ТЕХНИЧЕСКИЕ СООБЩЕНИЯ

8.6.11. ПРИНЦИП РАБОТЫ КОНДЕНСАЦИОННЫХ КОТЛОВ

Одной из наиболее инновационных технологий в производстве тепла является использование водяных паров, образую-
щихся при горении углеводородов. Реакция горения сопровождается выделением тепла. Конечными продуктами сгорания
являются углекислый газ СО и водяные пары Н О. Выделяемое тепло называется низшей теплотой сгорания (Q ).
d i
2
2
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 (Q и скрытой
d i
теплоты конденсации, и называется высшей теплотой сгорания (Q ).
d s
Ниже приведены значения высшей теплоты сгорания и низшей теплоты сгорания для метана:
Q = 37,7 МДж/м 3
d s
Q = 34 МДж/м 3
d i
Этот пример показывает, насколько существенна разница между Q и Q . Экономия энергии при использовании теплоты
d s
d i
конденсации составляет 11%.
Непрекращающиеся исследования, посвященные более рациональному использованию энергии и разработке техноло-
гий, оказывающих минимальное воздействие на окружающую среду, привели к идее максимального извлечения энергии
из топлива и появлению конденсационных котлов.
Использование Q приводит к тому, что конденсационные котлы и/или генераторы тепла обладают КПД выше 100%, что
d i
весьма затруднительно объяснить с точки зрения термодинамики.
Несмотря на различие между значениями Q и Q , при анализах процессов горения до сих пор, как правило, используют
d s
d i
меньшую из двух величин, то есть Q .
d i
Необходимо помнить некоторые нюансы, возникающие при использовании конденсационных котлов.
Во-первых, скрытая теплота извлекается только из воды, содержащейся в дымовых газах.
Если в дымовых газах присутствуют соединения серы (достаточно распространенная ситуация для большей части угле-
водородов), то при конденсации образуются очень агрессивные вещества (например, серная кислота), которые неблаго-
приятно 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 фазовый 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 дымовые газы, чтобы содержащиеся в них
60
водяные пары достигли состояния насыщения и начали конденсироваться в росу (влагу).
55
Величина точки росы сильно зависит от вида топлива (газ, сжиженный газ, дизель и т. д.) и избыточного содержания воздуха α (рис.
50
45
2
2
2
2), которое в свою очередь связано с концентрацией СО в дымовых газах (рис. 1) через выражение: α = RO 2 max / RO , где RO — содержание
трехатомных газов в продуктах сгорания. Температура точки росы, ºС 40
Для природного газа формула преобразуется в: α = CO max / CO = 11,8 / CO , где 11,8 — максимально возможное процентное содержание
35
2
2
2
углекислого газа при сгорании метана. 30
25
20
При использовании природного газа температура точки росы начинается с 59 °С.
11
1
8
7
9
6
5
2
3
4
10
При достижении точки росы водяные пары в дымовых газах конденсируются в капельную влагу с выделением скрытой
CO %
теплоты конденсации. При дальнейшем снижении температуры выделяется дополнительное тепло.
2
Рис. 1. Зависимость точки росы от содержания СО 2 при Рис. 2. Зависимость точки росы от избыточного содер-
использовании в качестве топлива природного газа жания воздуха при использовании в качестве топлива
(метана). природного газа (метана).
60
60
Температура точки росы, ºС 55 Температура точки росы, ºС 55
50
45
50
40
35
45
30
25
20
2
1
5
6
3
4
CO % 7 8 9 10 11 40 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2
2 Избыточное содержание воздуха
192
Температура точки росы, ºС 60
55
50
45
40
1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2
Избыточное содержание воздуха