(5)燃烧的空气比管理
为了提升锅炉的热效率,必须提高燃烧效率。通常情况下,锅炉是使用液态燃料或气态燃料,这些燃料中所含有的碳(C)、氢(H)等高能物质必须在需要热量的地方全部转化为热能。
所谓燃烧,就是可燃物质与空气中的氧气发生化学化合反应从而产生热量的现象。可燃物质全部燃烧,产生100%热量的燃烧称为完全燃烧。碳和氢的燃烧方程式如下所示。
C + O2 → CO2
12kg 32kg 44kg
H2 + 1/2O2 → H2O
2kg 12kg 18kg
也就是说,要让12kg斤的碳完全燃烧,需要提供32kg的氧气。由于可燃成分及其数量可以通过燃料分析而很容易地确定,所以可以预先预测让某种燃料完全燃烧需要提供多少氧气。
此外,燃烧所需的氧气由空气提供。而空气具有【表1】所示的成分,因此可以预测出完全燃烧所需的空气量。
元素 | 容积比 | 重量比 |
氧气(O) | 21.0 | 23.2 |
氮气(N) | 79.0 | 76.8 |
然而,在实际燃烧中,不可能仅仅依靠理论上的空气量而完成完全燃烧,未燃烧的燃料会以黑烟的形式从烟囱中排出。原因在于燃烧器的燃烧并不完美。目前也并没有能够实现完全燃烧的燃烧器。
因此,为了防止烟囱冒出黑烟,送风时需要吹入比理论量更多的空气让其参与燃烧。但如果吹入的过量空气过多,则炉内温度会降低,排烟温度升高进而导致热损耗增大,因此必须予以管理。这被称为空气比管理。
即,吹入锅炉中的新鲜空气含氧量为21%。其氧浓度会由于燃烧导致的耗氧而降低。只要测量排气中的氧浓度,就能够了解消耗掉的氧气浓度。(【图1】)
根据下式计算出空气比。
空气比m(%)=21/(21-O2浓度)
通常空气比的管理浓度标准为1.3。除了氧气浓度外,还可以管理在燃烧过程中增加的CO2浓度。