Doğalgazlı Fırınlarda Yanma Kontrolü: Hava-Yakıt Oranı, Fazla Hava ve Yanma Analizi
Gazlı fırın işletiminde en çok göz ardı edilen alan yanma kontrolüdür. Çoğu gazlı fırın çok fazla hava ile çalışır, bu da yakıt israfına ve verimliliğin düşmesine neden olur. Doğru hava-yakıt oranına sahip iyi ayarlanmış bir brülör, %5 ila %15 yakıt tasarrufu ve %20 ila %50 CO2 emisyonunda azalma sağlar. Ayarlama basittir, ancak ayrıntılara dikkat ve düzenli doğrulama gerektirir. İşte bir gazlı fırın işletimini incelerken kullandığım çerçeve.
Yanma Kimyasının Temelleri
Doğal gaz çoğunlukla metan (CH4) olup, daha küçük miktarlarda etan, propan ve inert gazlar içerir. Saf oksijenle tam yanma reaksiyonu şöyledir:
CH4 + 2 O2 -şşşş CO2 + 2 H2O
Pratikte, yanma havası oksijen (%21) ve azot (%79) karışımından oluşur. Doğal gaz için stokiyometrik hava-yakıt oranı, gaz bileşimine bağlı olarak, metreküp gaz başına 9,5 ila 10,5 metreküp havadır. Fırındaki gerçek hava-yakıt oranı her zaman stokiyometrik orandan daha yüksektir, çünkü tam yanmayı sağlamak için bir miktar fazla hava gereklidir.
Fazla hava, stokiyometrik gereksinimin ötesinde sağlanan havadır. Stokiyometrik havanın yüzdesi olarak ifade edilir. Örneğin, %10 fazla hava, gerçek hava-yakıt oranının stokiyometrik oranın 1,10 katı olduğu anlamına gelir.
Fazla Havanın Önemi
Tam yanmayı sağlamak için bir miktar fazla hava gereklidir. Çok az hava olduğunda yanma tamamlanmaz ve egzoz gazı CO ve yanmamış hidrokarbonlar içerir. CO ve yanmamış hidrokarbonlar yakıt kaybını ve yasal bir sorunu temsil eder.
Çok fazla hava olduğunda, fazla hava alevden ısıyı emer ve egzozdan dışarı atar. Egzoz gazı sıcaklığı yükselir ve yakıt verimliliği düşer. Optimum fazla hava miktarı, düşük CO emisyonuyla tam yanma sağlayan en düşük değerdir.
Doğalgaz brülörleri için optimum fazla hava oranı, yüksek hızlı brülörlerde %5 ila %10, düşük hızlı atmosferik brülörlerde ise %10 ila %20 arasındadır. Optimum koşullarda CO emisyonları 50 ppm'nin (O2 yüzdesi %3'e göre düzeltilmiş) altında olmalıdır.
Fazla Havanın Verimliliği Nasıl Etkilediği
Fazla hava ile verimlilik arasındaki ilişki önemlidir. Fazla hava oranının %20'den %10'a düşmesi yakıt verimliliğini %3 ila %5 oranında artırır. %10'dan %5'e düşmesi ise verimliliği %1 ila %2 daha artırır. Fazla hava oranı %5'in altına düştüğünde CO emisyonları hızla artar ve eksik yanma riski güvenlik ve kalite sorunu haline gelir.
Yılda 6000 saat çalışan 5 MW'lık bir doğalgaz fırınında, verimlilikte %5'lik bir iyileşme, 250 kW yakıt tasarrufu sağlar; bu da yılda 1,5 milyon kWh doğalgaza denk gelir. Metreküp başına 0,40 ABD doları fiyatla, bu da yılda 150.000 ila 200.000 ABD doları arasında yakıt maliyeti tasarrufu anlamına gelir.
Yanma Analizi Prosedürü
Yanma analizi, taşınabilir bir baca gazı analizörü ile yapılır. Analizör, egzoz gazındaki O2, CO, CO2, NO, NO2 ve sıcaklığı ölçer. Analiz, brülör başına 30 ila 60 dakika sürer ve işlem şu şekildedir:
Fırını çalıştırın ve çalışma sıcaklığına getirin.
2. Probu, brülörün yakınındaki egzoz gazı akımına yerleştirin.
3. Mevcut yakma hızında baca gazı bileşimini kaydedin.
4. Oksijen seviyesini hedef değere getirmek için hava-yakıt oranını ayarlayın.
5. CO seviyesinin limitin altında olduğunu doğrulayın (genellikle %3 O2'ye düzeltilmiş 50 ppm).
6. Çalışma aralığındaki her atış hızı için tekrarlayın.
Yüksek hızlı rejeneratif brülör için hedef O2 oranı %3 ila %5'tir (bu da %15 ila %25 fazla havaya eşdeğerdir). FGR'li düşük NOx brülörü için hedef O2 oranı %5 ila %8'dir. Hedef O2 oranında CO seviyesi 50 ppm'nin altında olmalıdır.
Hedef O2 seviyesinde CO seviyesi 50 ppm'nin üzerindeyse, brülörün bakıma ihtiyacı vardır. Yüksek CO seviyelerinin en yaygın nedenleri şunlardır: aşınmış brülör portları (brülörü değiştirin), kirli brülör portları (brülörü temizleyin) ve yanlış hava-yakıt oranı (oran kontrol cihazını yeniden kalibre edin).
Sık Görülen Yanma Problemleri
Problem 1: Fazla hava miktarı çok yüksek. Belirtileri egzozda yüksek O2 seviyesi (yüksek hızlı brülör için %5'in üzerinde), yüksek egzoz sıcaklığı ve düşük yakıt verimliliğidir. Bunun nedeni genellikle yanlış ayarlanmış hava-yakıt oranı, sızdıran bir hava damperı veya yanlış hizalanmış bir brülördür. Çözüm, oranı yeniden ayarlamak, damperi onarmak veya brülörü yeniden hizalamaktır.
Problem 2: CO seviyesi çok yüksek. Belirtileri arasında egzozda 50 ppm'nin üzerinde CO seviyesi, egzozdan duman çıkması ve muhtemelen çalışma yükünde kurum bulunması yer alır. Bunun nedeni genellikle düşük hava-yakıt oranı (çok az hava), aşınmış bir brülör veya tıkalı bir hava girişidir. Çözüm, hava miktarını artırmak, brülörü değiştirmek veya hava girişini temizlemektir.
Problem 3: NOx seviyesi çok yüksek. Belirtisi egzozda 100 ppm'nin üzerinde NO bulunmasıdır. Bunun nedeni genellikle yetersiz FGR ile yüksek ateşleme hızı, yanlış hizalanmış brülör veya yüksek aşırı hava ayarıdır. Çözüm, FGR'yi takmak veya ayarlamak, brülörü yeniden hizalamak veya aşırı havayı azaltmaktır.
Problem 4: Düzensiz ateşleme. Belirtileri arasında fırın sıcaklığında dalgalanmalar, egzozdaki O2 seviyesinde dalgalanmalar ve düzensiz ısıtma yer alır. Bunun nedeni genellikle aşınmış bir oran kontrol ünitesi, sızdıran bir hava damperı veya dalgalanan gaz basıncıdır. Çözüm, kontrol ünitesini değiştirmek, damperi onarmak veya bir gaz basınç regülatörü takmaktır.
Hava-Yakıt Oranı Kontrol Sistemleri
Modern gazlı fırın kontrol sistemleri, tüm ateşleme aralığı boyunca hava-yakıt oranını optimum değerde tutmak için çapraz sınırlı oran kontrolörü kullanır. Çapraz sınırlı tasarım, hava ve gaz vanalarını birbirine kilitleyerek havanın her zaman gazdan biraz önde (veya brülör tipine bağlı olarak biraz geride) olmasını sağlar. Bu, brülörün ateşleme artışı sırasında fakirleşmesini veya ateşleme azalması sırasında zenginleşmesini önler.
Oran kontrolörü, gerçek hava-yakıt oranını hesaplamak için bir yakıt akış ölçer (veya gaz basıncı sinyali) ve bir hava akış ölçer kullanır. Hesaplanan oran hedefle karşılaştırılır ve hedefi korumak için hava damperi ayarlanır. Kontrolör ayrıca, hava-yakıt oranındaki uzun vadeli sapmaları düzelten O2 analizöründen gelen bir düzeltme girişine de sahiptir.
İyi ayarlanmış bir oran kontrolörü, tüm atış menzili boyunca hava-yakıt oranını hedef değerin %2'si içinde tutar. Kötü ayarlanmış bir kontrolör ise %10 ila %20 oranında sapma gösterebilir ve bu da verimlilik ve emisyonlarda kayıplara yol açar.
Yıllık Yanma Sistemi Bakımı
MONTE INTELLIGENCE, tüm doğalgazlı ısıtma sistemlerinde yıllık yanma ayarı yapılmasını önermektedir. Bu ayar, bir servis mühendisi tarafından yapılır ve şunları içerir: her bir brülörün üç farklı ateşleme hızında (düşük, orta, yüksek) yanma analizi, oran kontrolörü kalibrasyonu, ateşleyici ve alev çubuğu muayenesi ile hava damper ve gaz vanası muayenesi. Ayar, ısıtma sistemi başına 1 ila 2 gün sürer ve tipik enerji tasarrufu, sonraki 12 aylık çalışma süresinde %3 ila %8 arasındadır.
Bakım maliyeti, yakıt maliyetindeki azalma sayesinde 1 ila 3 ay içinde geri kazanılır. Bakım ayrıca, düzeltilmediği takdirde planlanmamış arıza sürelerine neden olabilecek brülör ve kontrol sorunlarını da tespit eder.
Yanma Sistemi Ayarlaması Hakkında MONTE INTELLIGENCE ile Görüşün
Mevcut doğalgazlı ısıtma sistemlerinde yanma ayarı yaptırmak isteyen alıcılar için MONTE INTELLIGENCE mühendislik ekibi, servis ziyareti planlayabilir ve test sonuçları ile önerilen ayarlamaları içeren yazılı bir rapor sunabilir. Ziyaret edinwww.cnlymonte.com/products-gas-furnace.html Ürün özelliklerine ilişkin bilgi için. Servis ziyareti talebi için, helenxu@cnlymonte.com adresine "yanma ayarı" konu başlığıyla ve fırın tipiniz, brülör modeliniz ve mevcut yakıt maliyetiniz hakkında ayrıntılı bilgi içeren bir e-posta gönderin.
