Testo Academy: Analýza spalin – 2. část
Už víme, že spalování je konverze primární chemické energie obsažené v palivu (např. uhlí, ropa, zemní plyn nebo dřevo) na teplo (sekundární energii) oxidačním procesem. Palivo, které spalujeme obsahuje zejména uhlík (C) a vodík (H2). Při spalování těchto látek na vzduchu se spotřebovává kyslík (O2). Tento proces se nazývá oxidací. Prvky obsažené v palivu a v atmosféře při spalování vytvářejí nové sloučeniny.
Spalování je konverze primární chemické energie obsažené v palivu (např. uhlí, ropa, zemní plyn nebo dřevo) na teplo (sekundární energii) oxidačním procesem. Spalování je proto technický pojem pro chemickou reakci mezi kyslíkem a spalitelnou složkou obsaženou v palivu, doprovázenou uvolněním energie. Spalovací procesy probíhají za vysokých teplot (až 1 000 °C i výše).
Vzduch – Palivo – Produkty spalování
Cílem provozu zařízení, který bude šetrný vůči životnímu prostředí, je dokonalé spalování paliva a co možná nejlepší využití zařízení. Směrodatnou veličinou pro optimální provoz je množství nasávaného vzduchu. Vzduch, přítomný při spalovacím procesu, obsahuje kyslík (O2), dusík (N2) a malý podíl dalších plynů a vodní páry. V praxi nebývá dosahováno množství vzduchu, které je teoreticky potřebné k dokonalému spalování. Pro dosažení optimálního a úplného spalování musí být do spalovacího prostoru přivedeno více vzduchu, než je teoreticky nutné. Poměr skutečného množství vzduchu k jeho teoretické spotřebě se nazývá součinitel přebytku vzduchu λ (lambda). Maximální účinnosti spalování je dosahováno při mírném přebytku vzduchu. Při něm jsou objem nespálených podílů a ztráta odvodem spalinami minimální.
Následující model spalování tuto situaci představuje:
Ideální spalování.
Skutečné spalování.
Součinitel přebytku vzduchu se počítá z koncentrace CO, CO2 a O2. Jejich závislosti jsou znázorněny v diagramu spalování. Koncentrace CO2 je během spalování závislá na koncentraci CO (nedostatek vzduchu/λ < 1) nebo O2 (při přebytku vzduchu/λ > 1). Protože hodnota CO2 probíhá přes maximum, není sama jednoznačná, takže je zapotřebí dodatečné měření CO nebo O2. Při provozu s přebytkem vzduchu (normální stav) se dnes upřednostňuje zpravidla měření O2. Pro každé palivo je specifická tabulka s hodnotou pro CO2max.
TS a TV: Teplota spalin a spalovaného vzduchu
A2, B: Parametry paliva
21: Obsah kyslíku ve vzduchu
O2: Měřená hodnota kyslíku
XK: Koeficient, který udává komínovou ztrátu qA při podkročení rosného bodu jako mínusovou hodnotu. Nutné při měření kondenzačních zařízení. Není-li teplota rosného bodu podkročena, je hodnota XK = 0.
Po určení podílu kyslíku a po zjištění rozdílu mezi teplotou spalin a vzduchu přiváděného ke spalování lze při znalosti specifických parametrů paliva stanovit ztrátu odváděnou spalinami tzv. komínovou ztrátu. K výpočtu lze namísto podílu kyslíku rovněž použít údaj o koncentraci oxidu uhličitého (CO2). Teplota spalin a množství kyslíku resp. oxidu uhličitého (CO2) musí být měřeny současně a ve stejném místě, současně by měla být měřena teplota vzduchu přiváděného ke spalování.
Diagram spalování.
Graf ukazuje, že komínová ztráta stoupá jak při určité míře nedostatku vzduchu, tak také při určité míře přebytku vzduchu. To je vysvětlováno následovně:
- V oblasti nedostatku vzduchu se disponibilní palivo nespálí kompletně a nepřemění se na teplo.
- V oblasti přebytku vzduchu se ohřeje příliš mnoho kyslíku a ten je komínem odveden rovnou ven, aniž by byl využit k výrobě tepla.
Čím vyšší je komínová ztráta, tím horší je účinnost a tím využití energie a o to vyšší jsou emise spalovacího zařízení. A jak se zjišťuje účinnost?
Ztráty energie u nízkoteplotního a kondenzačního kotle
U konvenčních otopných zařízení se účinnost spalování (η) konvenčního otopného zařízení zjistí, když odečteme od celkové přivedené energie (výhřevnost HU = 100 % přivedené energie) komínovou ztrátu (qA).
Naproti tomu moderní kondenzační zařízení zpětně využívá kondenzační teplo, byla u firmy testo pro správný výpočet zavedena dodatečná hodnota XK, která obsahuje využití kondenzačního tepla vztaženého na výhřevnost. Při ochlazování spalin pod jejich teplotu rosného bodu, jehož teoretická hodnota je specificky dle paliva uložena v analyzátorech spalin, udává koeficient XK zpětně využívané skupenské výparné teplo kondenzující vody jako zápornou hodnotu, čímž se komínová ztráta sníží, příp. se může stát negativní. Účinnost vztažená na výhřevnost proto může dosahovat více než 100 %. Seřízení probíhá v souladu s postupem pro maximální výkon. Po těchto základních nastaveních musí proběhnou kontrola seřízeného plynového kotle. Ta obsahuje měření komínové ztráty a obsahu kysličníku uhelnatého (CO) ve spalinách.
Digitální měřicí přístroje: teploměry, vlhkoměry, měřiče proudění; přístroje pro zaregulování vzduchotechniky; systémy pro validaci čistých prostorů, měření turbulencí, kvality ovzduší, hlukoměry, luxmetry, analyzátory kouřových plynů; detektory, ...