Измерения в топочных установках, работающих на нефтепродуктах и газе.

Общие требования к топочным установкам, работающим на нефтепродуктах и газе.
В таких установках должны быть предусмотрены технические меры, обеспечивающие ограничение выбросов окиси азота в пределах, соответствующих современному уровню техники.
В частности, для установок, работающих на нефтепродуктах, действуют следующие правила:
а) степень почернения фильтровальной бумаги из-за пылеобразных выбросов в отходящем газе не должна превышать показатель содержания сажи 1 (по шкале сравнения показателей содержания сажи Рингельмана);
б) отходящие газы не должны содержать дериватов нефти (не должно быть желтого окрашивания фильтровальной бумаги);
в) обязательно соблюдать граничные значения потери отходящих газов (таблица 1).
Если первые два пункта можно проконтролировать визуально, пункт в) определяется путем вычислений, причем этому шагу должно предшествовать измерение либо содержания кислорода (О2), либо содержания двуокиси углерода (СО2) в отходящем газе. Температура отходящего газа должна фиксироваться в тот же момент, когда проводятся эти измерения. Только таким образом можно правильно определить потерю отходящих газов.
Согласно Распоряжению о защите от выбросов (BlmschV), потеря отходящих газов рассчитывается по следующей формуле:
а) при измерении содержания двуокиси углерода (СО2) в отходящем газе:

б) содержания кислорода (О2) в отходящем газе:

qA = потеря отходящих газов в %;
tA = температура отходящих газов в °С;
tL = температура воздуха, необходимого для поддер жания процесса горения в °С;
СО2 = объемное содержание двуокиси углерода в сухих отходящих газах в %;
О2 = объемное содержание кислорода в сухих отходящих газах в %;

В зависимости от вида топлива для значений А1, А2 и В действует следующая таблица:

Топливо Константы	Мазут	Природный газ	Сжиженый газ и смеси сжиженного газа и воздуха
A1	0,5	0,37	0,42
A2	0,68	0,66	0,63
B1	0.007	0.009	0.008

Измерения отходящих газов следует проводить на расстоянии 2 х d (d = диаметр дымовой трубы) - для вертикальной дымовой трубы и на расстоянии 3 х d - для горизонтальной дымовой трубы.
Предварительно необходимо проверить правильность работы измерительных приборов.
Для топочных установок, работающих на нефтепродуктах, с распылительными горелками и для топочных установок, работающих на газе, с газодутьевыми горелками измерения нужно начинать не ранее, чем через две минуты после включения горелки. Температура котла должна быть не ниже 60 °С.
Почти с такой же точностью можно рассчитать потерю отходящих газов с помощью обычной формулы Зигерта. При этом для мазута принимается постоянный коэффициент, равный 0,59, для природного газа - 0,46, для сжиженного газа - 0,50.
Потеря отходящих газов по формуле Зигерта:

Пример: Температура отходящих газов 200 °С Температура воздуха в помещении 20 °С Содержание СО2 в отходящих газах 13 % 0,59 - пост. коэффициент для мазута EL qA = (200-20) /13% x 0,59 qA = 8,17 % Коэффициент полезного действия топочной установки hF = 100 % - 8,17 % = 91,83 %

Описываемый ниже порядок действий относится к топочным установкам с дутьевыми горелками для нефтепродуктов. На его основе будет объяснена логика указанной выше последовательности различных измерений.

Share Рис.1: Точка измерения дымовых газов

Прежде чем начать измерения, необходимо запустить котел. Обязательным условием для этого является правильное подключение горелок к устройству подачи топлива и оснащение их соответствующей форсункой согласно инструкции изготовителя. Регулировка (напор насосов, давление воздуха) осуществляется также в соответствии с инструкцией изготовителя.

Измерение тяги на входе дымовой трубы и в камере сгорания
В топочных установках с естественной тягой тяга в дымовой трубе является решающим условием для оптимального процесса горения. Путем измерения соотношения давления в дымовой трубе можно установить, имеется ли необходимый для теплогенератора напор, предусмотренный изготовителем.

Рис. 2: Сопротивление со стороны дымовых газов (0,1 мбар = 1 мм вод. столба)

Если после этого измерить понижение давления в камере сгорания через специально предусмотренное для этой цели отверстие либо через изолированное смотровое отверстие в дверце котла, то можно определить перепад давления или, иначе говоря, сопротивление дымовых газов котла.

Чтобы обеспечить бесперебойную работу системы отопления, необходимо проводить следующие измерения:
1. Измерить тягу в дымовой трубе и/или давление в камере сгорания (понижение/повышение давления). При этом горелка должна быть включена, а котел разогрет до рабочего режима.
2. Провести тест на содержание сажи.
3. Измерить одновременно или поочередно в одной и той же точке содержание СО2 или О2 и температуру отходящих газов.
4. Измерить температуру всасываемого воздуха для поддержания процесса горения.

Все измерения, проводимые на стороне дымовых газов (как, например, измерение содержания СО2, содержания сажи, тяги в дымовой трубе) проводятся у измерительного отверстия трубы, которое должно находиться на расстоянии, равном примерно двум диаметрам трубы за патрубком для отвода отходящих газов (2 х d). Измерение нужно проводить в центре массового потока отходящих газов, то есть там, где их температура является максимальной.

Определение показателя содержания сажи
Для этой цели необходимо подготовить соответствующие измерительные инструменты, предлагаемые специализированными торговыми предприятиями. Чаще всего используется сажевый насос.
Метод определения показателя содержания сажи в отходящих газах заключается в том, что с помощью этого насоса определенное количество (1,65 л) дымового газа прокачивается через фильтровальную бумагу (прокачать 10 раз). Сажа осаждается на фильтровальной бумаге и в большей или меньшей степени окрашивает ее. Степень почернения фильтровальной бумаги определяется по сравнительной шкале (по методу Рингельмана). Чтобы результаты измерений не были искажены из-за попадания постороннего воздуха, дымовая труба перед измерительным отверстием, дверцы котла и смотровое отверстие должны быть герметично закрыты.
В новых установках по возможности следует стремиться к тому, чтобы показатель содержания сажи был равен 0. Согласно Распоряжению о защите от выбросов (BlmschV) для топочных установок, работающих на нефтепродуктах, максимально допустимая степень почернения фильтровальной бумаги, определяемая по шкале Рингельмана, соответствует отметке 1 в сером диапазоне.

Рис. 3: Возрастание температуры отходящих газов в зависимости от толщины слоя сажи

Причина, по которой необходимо стремиться к тому, чтобы показатель содержания сажи был как можно меньше, заключается в теплоизолирующем действии сажи и опасности загрязнения окружающей среды. Например, слой сажи толщиной 1 мм обуславливает возрастание температуры отходящих газов на 58°С. Это означает, что через поверхности нагрева, покрытые сажей, энергия дымовых газов хуже передается в воду в отопительном контуре и теряется, уходя на повышение температуры отходящих газов.

Измерение содержания СО2
Особое внимание следует уделять измерению содержания СО2. Когда этот показатель относительно низкий, он существенно влияет на температуру отходящих газов. Если расход топлива отрегулирован правильно, а доля воздуха слишком большая, то в котле происходит нагрев избыточно подводимого воздуха, тепло которого не удается использовать полностью. Оно оказывает неблагоприятное воздействие на температуру отходящих газов и повышает сопротивление котла по тракту дымового газа. В результате измерения содержания СО2 косвенным путем можно установить, оптимально ли отрегулирована подача воздуха в системе отопления. Для определения содержания СО2 на практике чаще всего применяется так называемый "шейкер". В этом устройстве в качестве адсорбента находится раствор едкого кали (КОН). Некоторое количество отходящих газов с помощью ручного насоса (примерно 18-22 прокачек) пропускается через этот адсорбент, благодаря которому можно определить содержания СО2 по уменьшению объема отходящих газов. Результат измерения можно считать на соответствующей шкале. На практике это должно быть значение порядка 12,5 % (при показателе содержания сажи 0).
При слишком низком содержании СО2 в отходящих газах нужно обязательно провести контрольное измерение в топочной камере. Если будет обнаружено слишком высокое содержание СО2, то однозначно следует, что между камерой сгорания и точкой измерения отходящих газов попадает посторонний воздух, который необходимо устранить. Проводя измерение содержания СО2, нужно также следить, чтобы было закрыто смотровое отверстие на дверце котла (через него может поступать посторонний воздух).

Измерение температуры отходящих газов
Одновременно с измерением содержания СО2 нужно проводить измерение температуры отходящих газов. В большинстве случаев для это требуется соответствующий цифровой измерительный инструмент. При его отсутствии оба измерительных процесса нужно проводить последовательно, друг за другом.
Температуру отходящих газов требуется измерять для того, чтобы, с одной стороны, рассчитать потерю отходящих газов, а с другой - оценить рабочее состояние установки в целом. Чтобы избежать погрешностей в полученных данных, при измерении температуры отходящих газов нужно следить за тем, чтобы датчик термометра не соприкасался со стенками дымовой трубы.
В зависимости от типа конструкции дымовой трубы температура отходящих газов должна быть установлена путем регулировки горелок таким образом, чтобы не возникало никаких повреждений.
Кроме того, для дымовых труб, чувствительных к воздействию влаги, рекомендуется встраивать комбинированное устройство для вторичного воздуха.
Для дымовых труб, нечувствительных к воздействию влаги, минимальная допустимая температура отходящих газов на входе дымовой трубы согласно DIN 4702 составляет 160 °С для топок, работающих на нефтепродуктах, и 80°С для топок, работающих на газе. Если температура отходящих газов ниже, то необходимо использовать дымовую трубу, нечувствительную к воздействию влаги, а в определенных случаях устойчивую к воздействию кислот.

Измерение температуры воздуха, всасываемого для поддержания процесса горения
Температуру воздуха для поддержания процесса горения нужно измерять непосредственно у отверстия горелки, где производится его всасывание. Измерение должно производиться очень точно, так как это значение учитывается при подсчете потерь отходящих газов в качестве фактора влияния. Указываемая приблизительно температура воздуха в помещении может привести к ошибочным результатам.

Измерения, которые проводятся на практике на газовом котле с горелкой, работающей с атмосферным давлением
В подобных измерениях используется принцип сжигания топлива при атмосферном давлении с избытком воздуха примерно 40-60 %. Это означает, что отрегулировать подачу воздуха так, как, например, для газодутьевых горелок, не удается. Поэтому показатели эмиссии в гораздо большей степени будут зависеть от конструкции устройства, установленной мощности, тяги в дымовой трубе и используемого типа газа.
На практике производятся измерения следующих величин:
1) тяга в дымовой трубе
2) содержание СО2
3) содержание СО
4) температура отходящих газов
5) температура всасываемого воздуха
Предварительным условием для проведения указанных выше измерений является правильный запуск котла в соответствии с действующими предписаниями и указаниями изготовителя.

Измерение тяги в дымовой трубе
Для получения оптимальных показателей процесса горения тяга в дымовой трубе при использовании специальных газовых отопительных котлов с атмосферной горелкой имеет еще большее значение, чем в случае газодутьевых горелок. Это измерение, а также все прочие измерения, проводимые по тракту отходящих газов, выполняются у измерительного отверстия в дымовой трубе, которое должно находиться на расстоянии, равном примерно двум диаметрам (2 х d) трубы за патрубком для присоединения дымовой трубы к устройству защиты потока.

Измерение содержания СО2 в отходящих газах
Производится по тому же принципу, который описан выше. Однако в этом случае нужно учитывать, что "шейкер" имеет другую градуировку, так как отходящий газ, проходя через устройство защиты потока, разбавляется воздухом из окружающей среды. В зависимости от размеров устройства и установленной мощности в результате содержание СО2 в отходящих газах должно быть равным 3-6 % (измерение проводить после устройства защиты потока).

Измерение температуры отходящих газов
Температура отходящих газов измеряется таким же образом, как описано выше. Результаты измерений значительно ниже, чем в закрытой камере сгорания, так как отходящий газ, проходя через устройство защиты потока, смешивается с воздухом из окружающей среды и поэтому его температура существенно понижается. Измеряемые величины колеблются в диапазоне от 70 °С до 120 °С.

Измерение температуры воздуха для поддержания процесса горения
Температура воздуха для поддержания процесса горения вместе с температурой отходящих газов учитывается при вычислении потери отходящих газов. В основе расчетов лежат те же формулы, о которых мы говорили раньше.
Чтобы избежать ошибок при подсчете потерь отходящих газов, измерение следует проводить непосредственно перед распределительной трубой для горелок.

Измерение содержания СО
В "Распоряжении об удалении отходов и контроле за их удалением" (сокращенно KUO) в качестве допустимой предельной величины указана максимальная концентрация СО, равная 1000 ppm (частей на миллион).

Если температура отходящих газов ниже 80°С, то требуется дымовая труба, нечувствительная к воздействию влаги.

Измерение концентрации СО, как правило, производится с помощью цифровых измерительных приборов, которые в настоящее время находят все большее распространение. Начиная с концентрации СО, равной 500 ppm, большинство служб контроля за состоянием дымовых труб рекомендуют проводить техническое обслуживание, привлекая для этой цели специалиста, имеющего специальный допуск.
Стремясь к экономичной эксплуатации систем отопления, а также, учитывая увеличивающуюся нагрузку на окружающую среду из-за выбросов вредных веществ, необходимо строго придерживаться описанных выше контрольно-измерительных процедур, чтобы с помощью измерительных приборов оптимальным образом охватить действительные показатели, характеризующие процесс горения.

Регулятор тяги и комбинированное устройство для добавочного воздуха.
При модернизации старых систем отопления, как правило, обновляются / заново встраиваются горелки, отопительный котел, расширительный сосуд* и циркуляционный насос системы отопления.
Зачастую в ходе модернизации в здании делают дополнительную теплоизоляцию. В итоге расход тепла здания становится существенно ниже, чем до модернизации. Отопительный котел должен соответствовать этим новым условиям.
Если дымовую трубу оставить в прежнем состоянии, то условия эксплуатации нового отопительного котла не будут гармонировать со старой дымовой трубой.
Чтобы дело не дошло до крайности и не произошло разрушения дымовой трубы (намокание / воздействие паров при кипении), необходимо выполнять следующие мероприятия.

Регулятор тяги
В связи с тем, что дымовая труба была приспособлена к прежней системе отопления, тяга в дымовой трубе, как правило, слишком сильная для нового современного отопительного котла. Для того, чтобы добиться оптимального сжигания топлива и, следовательно, максимального коэффициента полезного действия топочной установки, тягу в дымовой трубе необходимо отрегулировать в соответствии с параметрами нового отопительного котла. Проще всего это можно реализовать при помощи регулятора тяги.

Рис. 1. Принципиальная схема регулятора тяги

Регулятор тяги препятствует избыточному понижению давления (тяги) между дымовой трубой и помещением, где установлен отопительный котел. Через регулирующий клапан регулятора тяги воздух из окружающей среды в открытом состоянии (добавочный воздух) устремляется в дымовую трубу. В результате при работе отопительного котла понижается температура дымовых газов в дымовой трубе и, следовательно, сокращается термическая подъемная сила.
Клапан открывается автоматически за счет тяги в дымовой трубе при определенной, отрегулированной с помощью регулировочного груза разности давления между дымовой трубой и помещением, где установлен отопительный котел.
Из соображений безопасности регуляторы тяги имеют конструкцию (требование DIN 4795 "Устройство для добавочного воздуха для дымовых труб зданий"), которая обеспечивает разность давления между дымовой трубой и помещением, где установлен отопительный котел (D р = 10 Па, что соответствует 0,1 мбар), не ниже определенной величины. В этом случае регулятор тяги не будет отрицательно сказываться на безопасности работы дымовой трубы.

Рис. 2. Монтаж регулятора тяги в дымовой трубе

Регулятор тяги регулирует тягу в дымовой трубе в соответствии с добавочным воздухом, забираемым из помещения, где установлен отопительный котел. Кроме того, в то время, когда горелки находятся в режиме простоя, он способствует обсушке дымовой трубы. Благодаря этому во многих случаях старые дымовые трубы можно эксплуатировать с новыми современными низкотемпературными отопительными котлами, не производя санации этих труб.

Рис. 3. Монтаж регулятора тяги в дымовой трубе для отвода отходящих газов

В любом случае, чтобы убедиться, что благодаря регулятору тяги отпадает необходимость в санировании дымовой трубы после того, как произведена установка нового отопительного котла, состояние дымовой трубы необходимо контролировать через регулярные промежутки времени.
В результате дополнительного встраивания регулятора тяги происходит изменение в системе отвода отходящих газов. Согласно установленным правилам местный орган, контролирующий состояние дымовых труб, необходимо ставить в известность о любых изменениях в системе отвода отходящих газов.

Комбинированное устройство для добавочного воздуха

Комбинированные устройства для добавочного воздуха не допускается использоватьдля топок, работающих на твердом топливе!

Это устройство по своей принципиальной конструкции является регулятором тяги с дополнительным сервоприводом, который полностью открывает регулирующий клапан в то время, когда горелки находятся в режиме простоя. В результате дымовая труба дольше вентилируется и лучше просушивается. Таким образом, даже когда дымовая труба холодная, обеспечивается ее вентилирование и, следовательно, удаление влаги.
Концевой выключатель сервопривода предназначен для того, чтобы горелка снова включалась в режим работы, лишь когда комбинированное устройство для добавочного воздуха переключилось обратно на автоматическую функцию.

Монтаж комбинированного устройства для добавочного воздуха

Более широкое действие комбинированного устройства для добавочного воздуха по сравнению с регулятором тяги особенно проявляется в те дни отопительного сезона, когда на улице устанавливается более высокая температура. В это время, чтобы покрыть потребность жилья в тепле, достаточным оказывается более короткое время работы горелки. Дымовая труба не прогревается в достаточной степени и возникает повышенная опасность конденсации отходящих газов. Именно при этих обстоятельствах в большинстве случаев не хватает простого регулятора тяги. Тяга в дымовой трубе не достигает величины, установленной для автоматического открытия регулировочного клапана или же он открывается на недостаточно длительный промежуток времени. Дополнительный отвод влаги в то время, когда горелка находится в режиме простоя, - это решающее преимущество комбинированного устройства для добавочного воздуха.
В результате дополнительного встраивания комбинированного устройства для добавочного воздуха происходит изменение в системе отвода отходящих газов. Согласно установленным правилам местный орган, контролирующий состояние дымовых труб, необходимо ставить в известность о любых изменениях в системе отвода отходящих газов.
Благодаря встраиванию регулятора тяги или комбинированного устройства для добавочного воздуха во многих случаях можно обойтись без дорогостоящего санирования дымовой трубы. Однако вопрос о том, обеспечивает ли регулятор тяги или комбинированное устройство для добавочного воздуха бесперебойную работу системы (котла, горелок, дымовой трубы), нужно решать на месте. По этой причине прежде чем начинать монтаж этих устройств, необходимо обратиться в местный орган, контролирующий состояние дымовых труб.

* Расширительный сосуд Отопительные установки, работающие с непосредственным использованием пламени и имеющие мощность свыше 350 кВт, в непосредственной близости от предохранительного вентиля должны иметь расширительный сосуд. В каждом теплогенераторе должно быть не более 3 предохранительных вентилей и, следовательно, не более 3 расширительных сосудов. Если тепловая мощность отдельных теплогенераторов ниже 350 кВт, то расширительный сосуд не требуется. В нем нет необходимости и в том случае, когда несколько теплогенераторов подсоединены к общей подводящей трубе. Расширительный сосуд обеспечивает безопасное разделение воды и пара. Он присоединяется к отверстию предохранительного вентиля, через которое выходит воздух. Когда это отверстие открывается, вода (или водяной пар), находящаяся под давлением, выходит не наружу, а отводится в расширительный сосуд. Благодаря увеличенному поперечному сечению расширительного сосуда происходит снижение давления. Расширившийся пар выводится наружу, в то время как снизу можно наблюдать, как вытекает вода. Share

---