Kawalan Pembakaran pada Relau Gas Asli: Nisbah Udara-Bahan Api, Udara Berlebihan dan Analisis Pembakaran
Kawalan pembakaran merupakan bahagian yang paling diabaikan dalam operasi relau gas. Kebanyakan relau gas menggunakan terlalu banyak udara berlebihan, membazirkan bahan api dan mengurangkan kecekapan. Pembakar yang ditala dengan baik dengan nisbah udara-bahan api yang betul memberikan penjimatan bahan api sebanyak 5 hingga 15 peratus dan pengurangan pelepasan CO2 sebanyak 20 hingga 50 peratus. Penalaannya mudah, tetapi ia memerlukan perhatian terhadap perincian dan pengesahan yang kerap. Berikut ialah rangka kerja yang saya gunakan semasa menyemak operasi relau gas.
Asas Kimia Pembakaran
Gas asli kebanyakannya metana (CH4) dengan jumlah etana, propana dan gas lengai yang lebih kecil. Tindak balas pembakaran lengkap dengan oksigen tulen ialah:
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
Dalam praktiknya, udara pembakaran adalah campuran oksigen (21 peratus) dan nitrogen (79 peratus). Nisbah stoikiometri udara-bahan api untuk gas asli ialah 9.5 hingga 10.5 meter padu udara bagi setiap meter padu gas, bergantung pada komposisi gas. Nisbah udara-bahan api sebenar dalam relau sentiasa lebih tinggi daripada stoikiometri, kerana sedikit udara berlebihan diperlukan untuk memastikan pembakaran lengkap.
Udara berlebihan ialah udara yang dibekalkan melebihi keperluan stoikiometri. Ia dinyatakan sebagai peratusan udara stoikiometri. Contohnya, 10 peratus udara berlebihan bermakna nisbah udara-bahan api sebenar ialah 1.10 kali ganda nisbah stoikiometri.
Mengapa Udara Berlebihan Penting
Sedikit udara berlebihan diperlukan untuk memastikan pembakaran yang lengkap. Dengan terlalu sedikit udara, pembakaran tidak lengkap, dan gas ekzos mengandungi CO dan hidrokarbon yang tidak terbakar. CO dan hidrokarbon yang tidak terbakar mewakili kehilangan bahan api dan isu pengawalseliaan.
Dengan terlalu banyak udara, udara berlebihan menyerap haba daripada nyalaan api dan membawanya keluar melalui ekzos. Suhu gas ekzos meningkat, dan kecekapan bahan api menurun. Udara berlebihan optimum adalah nilai terendah yang memberikan pembakaran lengkap dengan CO2 yang rendah.
Bagi pembakar gas asli, udara berlebihan optimum ialah 5 hingga 10 peratus untuk pembakar halaju tinggi dan 10 hingga 20 peratus untuk pembakar atmosfera halaju rendah. Pelepasan CO hendaklah di bawah 50 ppm (dibetulkan kepada 3 peratus O2) pada tahap optimum.
Bagaimana Udara Berlebihan Mempengaruhi Kecekapan
Hubungan antara udara berlebihan dan kecekapan adalah penting. Perubahan daripada 20 peratus udara berlebihan kepada 10 peratus udara berlebihan meningkatkan kecekapan bahan api sebanyak 3 hingga 5 peratus. Perubahan daripada 10 peratus kepada 5 peratus meningkatkan kecekapan sebanyak 1 hingga 2 peratus lagi. Di bawah 5 peratus udara berlebihan, pelepasan CO2 meningkat dengan cepat, dan risiko pembakaran tidak lengkap menjadi isu keselamatan dan kualiti.
Pada relau gas 5 MW yang beroperasi selama 6000 jam setahun, peningkatan kecekapan sebanyak 5 peratus menjimatkan 250 kW input bahan api, iaitu 1.5 juta kWh gas asli setahun. Pada 0.40 USD setiap meter padu, itu bersamaan dengan 150,000 hingga 200,000 USD setahun dalam penjimatan kos bahan api.
Prosedur Analisis Pembakaran
Analisis pembakaran dilakukan dengan penganalisis gas serombong mudah alih. Penganalisis mengukur O2, CO, CO2, NO, NO2 dan suhu dalam gas ekzos. Analisis mengambil masa 30 hingga 60 minit setiap pembakar, dan prosedurnya adalah:
Hidupkan relau dan bawa ke suhu operasi.
2. Masukkan prob ke dalam aliran gas ekzos berhampiran pembakar.
3. Rekodkan komposisi gas serombong pada kadar pembakaran semasa.
4. Laraskan nisbah udara-bahan api untuk membawa O2 kepada nilai sasaran.
5. Sahkan CO2 berada di bawah had (biasanya 50 ppm dibetulkan kepada 3 peratus O2).
6. Ulangi untuk setiap kadar tembakan dalam julat operasi.
Sasaran O2 untuk pembakar pemulihan halaju tinggi ialah 3 hingga 5 peratus (yang bersamaan dengan 15 hingga 25 peratus udara berlebihan). Bagi pembakar NOx rendah dengan FGR, sasaran O2 ialah 5 hingga 8 peratus. CO hendaklah di bawah 50 ppm pada sasaran O2.
Jika CO melebihi 50 ppm pada sasaran O2, pembakar perlu diservis. Punca CO tinggi yang paling biasa adalah: port pembakar haus (ganti pembakar), port pembakar kotor (bersihkan pembakar), dan nisbah udara-bahan api yang salah (tentar semula pengawal nisbah).
Masalah Pembakaran Biasa
Masalah 1: Udara berlebihan terlalu tinggi. Simptomnya ialah O2 yang tinggi dalam ekzos (melebihi 5 peratus untuk pembakar halaju tinggi), suhu ekzos yang tinggi dan kecekapan bahan api yang rendah. Puncanya biasanya nisbah udara-bahan api yang tidak diselaraskan dengan betul, peredam udara yang bocor atau pembakar yang tidak sejajar. Penyelesaiannya adalah dengan melaraskan semula nisbah, membaiki peredam atau menyelaraskan semula pembakar.
Masalah 2: CO terlalu tinggi. Simptomnya ialah CO melebihi 50 ppm dalam ekzos, asap dalam ekzos, dan mungkin jelaga pada beban kerja. Puncanya biasanya nisbah udara-bahan api yang rendah (terlalu sedikit udara), pembakar yang haus, atau salur masuk udara yang tersumbat. Penyelesaiannya adalah dengan menambah udara, menggantikan pembakar, atau membersihkan salur masuk udara.
Masalah 3: NOx terlalu tinggi. Simptomnya ialah NO melebihi 100 ppm dalam ekzos. Puncanya biasanya kadar pembakaran yang tinggi dengan FGR yang tidak mencukupi, pembakar yang tidak sejajar atau tetapan udara berlebihan yang tinggi. Penyelesaiannya adalah dengan memasang atau melaraskan FGR, menyelaraskan semula pembakar atau mengurangkan udara berlebihan.
Masalah 4: Pembakaran yang tidak konsisten. Simptomnya ialah suhu relau yang berubah-ubah, O2 yang berubah-ubah dalam ekzos, dan pemanasan yang tidak sekata. Puncanya biasanya pengawal nisbah yang haus, peredam udara yang bocor, atau tekanan gas yang berubah-ubah. Penyelesaiannya adalah dengan menggantikan pengawal, membaiki peredam, atau memasang pengatur tekanan gas.
Sistem Kawalan Nisbah Udara-Bahan Api
Sistem kawalan relau gas moden menggunakan pengawal nisbah silang terhad untuk mengekalkan nisbah udara-bahan api pada nilai optimum merentasi keseluruhan julat pembakaran. Reka bentuk silang terhad mengunci injap udara dan gas supaya udara sentiasa sedikit di hadapan gas (atau sedikit di belakang, bergantung pada jenis pembakar). Ini menghalang pembakar daripada menjadi condong semasa peningkatan pembakaran atau kaya semasa penurunan pembakaran.
Pengawal nisbah menggunakan meter aliran bahan api (atau isyarat tekanan gas) dan meter aliran udara untuk mengira nisbah udara-bahan api sebenar. Nisbah yang dikira dibandingkan dengan sasaran, dan peredam udara dimodulasi untuk mengekalkan sasaran. Pengawal juga mempunyai input trim daripada penganalisis O2, yang membetulkan hanyutan jangka panjang dalam nisbah udara-bahan api.
Pengawal nisbah yang ditala dengan baik mengekalkan nisbah udara-bahan api dalam lingkungan 2 peratus daripada sasaran merentasi keseluruhan jarak tembakan. Pengawal yang ditala dengan buruk boleh hanyut 10 hingga 20 peratus, dengan kerugian yang sepadan dalam kecekapan dan pelepasan.
Penalaan Pembakaran Tahunan
MONTE INTELLIGENCE mengesyorkan penalaan pembakaran tahunan untuk semua pemasangan relau gas. Penalaan ini dilakukan oleh jurutera servis dan merangkumi: analisis pembakaran pada setiap pembakar pada tiga kadar pembakaran (rendah, sederhana, tinggi), penentukuran pengawal nisbah, pemeriksaan penyala dan rod api, serta pemeriksaan peredam udara dan injap gas. Penalaan ini mengambil masa 1 hingga 2 hari setiap relau, dan penjimatan tenaga biasa ialah 3 hingga 8 peratus dalam tempoh 12 bulan operasi seterusnya.
Kos penalaan boleh dipulihkan dalam masa 1 hingga 3 bulan melalui pengurangan kos bahan api. Penalaan ini juga mengenal pasti isu-isu pembakar dan kawalan yang boleh menyebabkan downtime tidak berjadual jika dibiarkan tidak dibetulkan.
Bercakap dengan MONTE INTELLIGENCE Mengenai Penalaan Pembakaran
Bagi pembeli yang berminat dengan penalaan pembakaran pada relau gas sedia ada, kejuruteraan MONTE INTELLIGENCE boleh menjadualkan lawatan servis dan menyediakan laporan bertulis dengan keputusan ujian dan pelarasan yang disyorkan. Lawatiwww.cnlymonte.com/products-gas-furnace.html untuk spesifikasi produk. Untuk permintaan lawatan servis, emel helenxu@cnlymonte.com dengan baris subjek penalaan pembakaran dan butiran tentang jenis relau, model pembakar dan kos bahan api semasa anda.
