 |
 |
 |
 |
 |
|
|
|
|
|
Objętościowa zawartość dwutlenku węgla (wyrażona w [% vol.]) nie jest uzyskiwana z bezpośrednich pomiarów, lecz jest obliczana na podstawie zmierzonego stężenia tlenu i parametru CO2max, charakterystycznego dla danego paliwa. Wzór prezentuje zależność wg której analizator oblicza objętościowe stężenie CO2.
W spalinach, obok tlenku azotu NO, występują również wyższe tlenki , w tym głównie NO2. Stężenie tlenków azotu wyrażone w [ppm] można z dużą dokładnością wyrazić jako sumę stężeń NO i NO2. Jeżeli w urządzeniu GA-21 plus nie zainstalujemy czujnika dwutlenku azotu NO2, a jedynie czujnik tlenku azotu NO, wówczas zawartość NO2 zostaje oszacowana na podstawie zmierzonej ilości NO. Najczęściej przyjmuje się, że tlenek azotu NO występujący w spalinach stanowi ok. 95 % ogólnej sumy tlenków azotu NOx. GA-21 plus dokonuje oszacowania łącznego stężenia tlenków azotu NOx wg następującego wzoru:
W przypadku gdy jeden z czujników opcjonalnych analizatora GA-21 plus jest czujnikiem NO2 nie zachodzi konieczność szacowania ilości NO2 . W takim przypadku stężenie NOx jest obliczane przez analizator jako suma zmierzonych stężeń NO i NO2:
W celu uniezależnienia oceny zawartości tlenku węgla w spalinach od nadmiaru powietrza, z jakim prowadzony jest proces spalania, wprowadza się pojęcie stężenia „nierozrzedzonego" tlenku węgla COundil (wielkość ta bywa również nazywana "stężeniem CO przeliczonym na 0 % O2"). Wartość COundil jest obliczana wg poniższego wzoru:
| CO | stężenie objętościowe CO w [ppm], |
| λ | współczynnik nadmiaru powietrza |
GA-21 plus dokonuje również przeliczenia stężeń wyrażonych w [ppm] na stężenia masowe wyrażone w [mg/m3]. Stężenia masowe składników gazowych są zależne od ciśnienia i temperatury gazu. W celu umożliwienia porównywania wyników wprowadzono pojęcie tzw. warunków umownych - są to umowne wartości temperatury i ciśnienia na jakie przelicza się stężenia masowe składników. W GA-21 plus przyjęto warunki umowne wynoszące 1013 hPa i 0°C.
Należy zwrócić uwagę, że analizator podaje dwie różne wartości wyrażone w [mg/m3] są to tzw. bezwzględne stężenia masowe i stężenia masowe względem tlenu. Wartości te bywają często mylone - w następnych punktach wyjaśniono dokładnie sposób ich wyliczania i różnice między nimi.
Bezwzględne stężenia masowe określają ile miligramów danego gazu występuje w 1 m3 gazów spalinowych w warunkach umownych (1013 hPa, 0°C). Wartości tych stężeń przeliczane są ze stężeń wyrażonych w [ppm], przy użyciu współczynników A z tabeli paliw, według następującego wzoru (wzór podany przykładowo dla stężenia CO):
Gdzie:
| CO[mg/m3] | bezwzględne masowe stężenie CO w spalinach (dla danych warunków umownych) |
| CO[ppm] | bezwzględne objętościowe stężenie CO w spalinach (z pomiaru) |
| ACO | współczynnik przeliczeniowy z poniższej tabeli: |
|
Gaz
|
A -
 |
| CO | 1.250 |
| NO | 1.340 |
| SO2 | 2.860 |
| NO2, NOx | 2.056 |
Tab. 7 Współczynniki do przeliczania stężeń w [ppm] na stężenia masowe w [mg/m3] (dla warunków normalnych 1013 hPa, 0°C)
Uwaga: Stężenie masowe tlenków azotu NOx obliczane jest przez analizator (zgodnie z normami) przy użyciu współczynnika dla dwutlenku azotu NO2 .
Obok stężeń masowych bezwzględnych, obliczane są stężenia masowe odniesione do (ważone względem) ilości tlenu w spalinach. Stężenie danego składnika w odniesieniu do zawartości tlenu wyraża się wzorem (przykładowo dla wartości CO):
| COwzg | zawartość CO w odniesieniu do tlenu, wyrażana w [mg/m3] |
| O2odn | tlen odniesienia, parametr umowny, wybierany przez wskazanie paliwa lub podawany niezależnie z klawiatury, wyrażony w [Vol. %] |
| O2mierz | zmierzona zawartość O2 w spalinach, wyrażona w [Vol. %] |
| 20.95 % | zawartość tlenu w czystym powietrzu |
| CO | zmierzona zawartość CO w spalinach wyrażoną w [mg/m3] (bezwzględne stężenie masowe) |
Według identycznego wzoru obliczana jest wielkość stężenia odniesiona do zawartości tlenu dla dwutlenku siarki SO2 , tlenków azotu NOx oraz innych gazów.
Wielkości stężeń odniesione do zawartości tlenu zostały wprowadzone w celu uniezależnienia oceny stężeń od parametrów spalania. Wartość bezwzględną (tj. wyrażoną w [ppm]) można sztucznie zaniżyć, prowadząc proces spalania ze zwiększonym nadmiarem powietrza (duża zawartość O2 w spalinach). Nie musi to jednak oznaczać zmniejszenia całkowitej emisji. Wzór, obliczający stężenie względem tlenu, uwzględnia zawartość tlenu w spalinach, uniezależniając w ten sposób wartość wynikową od współczynnika nadmiaru powietrza.
Parametr O2odn - tlen odniesienia jest wartością umowną. Normy zalecają różne wartości tego parametru dla różnych paliw. W urządzeniu GA-21 plus wartość tlenu odniesienia może być przyjęta samoczynnie przy wyborze paliwa (tzw. automatyczny wybór tlenu odniesienia) lub wprowadzona z klawiatury przez operatora (tzw. ręczny wybór tlenu odniesienia).
Stężenia masowe względne obliczone przy dwóch różnych pomiarach są porównywalne tylko wtedy, gdy dla obu przeliczeń przyjęto jednakowy tlen odniesienia i jednakowe warunki umowne.
Jeżeli zmierzona wartość tlenu jest niższa od wartości tlenu odniesienia wówczas stężenie względne obliczone wg wzoru byłoby mniejsze od stężenia absolutnego. Aby nie dopuścić do takiego sztucznego zaniżenia wartości, w przypadku gdy O2mierz < O2odn, w miejsce wartości stężeń względnych analizator podaje wartości stężeń bezwzględnych.
Obok pomiaru parametrów dotyczących składu spalin, analizator prowadzi obliczenia niektórych parametrów spalania. Wzory wg których prowadzone są obliczenia parametrów spalania są wzorami empirycznymi. Analizator GA-21 plus oblicza parametry spalania zgodnie z zasadami przewidywanymi przez normę DIN.
Najważniejszym z tych parametrów jest ilość ciepła unoszonego przez spaliny do otoczenia - tzw. strata kominowa SL . Strata kominowa obliczana jest wg wzoru empirycznego zwanego wzorem Siegerta:
| SL | strata kominowa - procentowa ilość ciepła wydzielonego w procesie spalania jaka zostaje uniesiona ze spalinami |
| Tgas | temperatura spalin |
| Tamb | temperatura powietrza wlotowego kotła (przez analizator przyjmowana jako temperatura otoczenia) |
| CO2 | obliczona (na podstawie zawartości tlenu i CO2max) ilość CO2 w spalinach, wyrażona w [vol %] |
| A1, B | współczynnik Siegerta charakterystyczny dla danego paliwa (patrz tabela paliw) |
Na podstawie obliczonej straty kominowej analizator szacuje sprawność energetyczną procesu spalania (nie należy mylić ze sprawnością kotła) η
| η | sprawność spalania |
| SL | strata kominowa |
Wzór powyższy zakłada, że jedyną wielkością powodującą zmniejszenie sprawności spalania jest strata kominowa. Pomija zatem straty niecałkowitego spalania, straty na promieniowanie itp. Uproszczenie takie wynika z niemożności zmierzenia wielkości innych strat za pomocą analizatora spalin. Ze względu na daleko idące uproszczenie w powyższym wzorze, należy pamiętać, że obliczonej w ten sposób sprawności nie można traktować jako wartości dokładnej. Tak wyliczona sprawność jest jednak bardzo wygodna jako parametr porównawczy podczas regulacji paleniska. Wzór, pomimo uproszczenia, wiernie oddaje tendencje zmian sprawności tzn. pozwala zaobserwować czy sprawność rośnie czy maleje. Jest to zupełnie wystarczająca informacja podczas regulacji.
Istnieje natomiast możliwość uwzględnienia obniżenia sprawności poprzez niezupełne spalanie (niedopalenie). Stratę tę opisuje wielkość zwana stratą przez niedopalenie IL. Określa ona procentową stratę ciepła spowodowaną obecnością gazów palnych (konkretnie CO) w spalinach.
Strata przez niedopalenie obliczana jest w oparciu o zmierzoną zawartość CO w spalinach wg wzoru:
| CO, CO2 | zawartość objętościowa odp. CO i CO2 w spalinach |
| α | współczynnik charakterystyczny dla danego paliwa |
Obliczenie SCO pozwala na wprowadzenie korekty do obliczonej wcześniej sprawności spalania. Oblicza się zatem różnicę sprawności h i straty przez niedopalenie IL: η*:
Ostatnim parametrem spalania obliczanym przez GA-21 plus jest współczynnik nadmiaru powietrza l. Współczynnik ten określa ile razy ilość powietrza dostarczana do kotła jest większa od minimalnej ilości potrzebnej do całkowitego spalenia paliwa. Urządzenie oblicza współczynnik l na podstawie znanej dla danego paliwa wartości CO2max oraz zmierzonej zawartości CO2 w spalinach wg wzoru:
Wzór powyższy można przekształcić do postaci:
Podstawą do prawidłowego wyznaczenia wielkości opisujących proces spalania jest znajomość parametrów paliwa. Analizator GA-21 plus posiada na trwałe zapisane parametry zestawu paliw. Paliwa te określane są mianem paliw standardowych. Parametry opisujące paliwa standardowe przechowywane w pamięci analizatora przedstawiono w tabeli zamieszczonej na następnej stronie.
| Nr. | Paliwo | CO2max | A1 | B | α | O2ref | Wo | jedn. |
| 1. | Olej OH/EL | 15.4 | 0.500 | 0.007 | 52 | 3 | 37.80 MJ/kg | kg |
| 2. | Gaz ziemny H | 11.7 | 0.370 | 0.009 | 32 | 3 | 37.35 MJ/m3 | m3 |
| 3. | Gaz miejski | 13.1 | 0.350 | 0.011 | 32 | 3 | 16.34 MJ/m3 | m3 |
| 4. | Gaz koksowniczy | 10.2 | 0.290 | 0.011 | 32 | 3 | - | m3 |
| 5. | Gaz płynny | 14.0 | 0.420 | 0.008 | 32 | 3 | - | m3 |
| 6. | Bio-Diesel | 15.7 | 0.457 | 0.005 | 52 | 3 | 37.40 MJ/kg | kg |
| 7. | Olej OH/EL | 15.3 | 0.590 | 0 | 52 | 3 | 42.70 MJ/kg | kg |
| 8. | Olej HL | 15.9 | 0.610 | 0 | 52 | 3 | 39.90 MJ/kg | kg |
| 9. | Mazut | 18.0 | 0.650 | 0 | 52 | 3 | 38.80 MJ/kg | kg |
| 10. | Gaz z. H. z dmuchawą | 12.1 | 0.460 | 0 | 32 | 3 | 37.35 MJ/m3 | m3 |
| 11. | Gaz miejski z dmuchawą | 10.0 | 0.380 | 0 | 32 | 3 | 16.34 MJ/m3 | m3 |
| 12. | Propan z dmuchawą | 13.7 | 0.500 | 0 | 32 | 3 | 93.60 MJ/m3 | m3 |
| 13. | Propan | 13.7 | 0.475 | 0 | 32 | 3 | 93.60 MJ/m3 | m3 |
| 14. | Butan z dmuchawą | 14.1 | 0.500 | 0 | 32 | 3 | 128.00 MJ/m3 | m3 |
| 15. | Butan | 14.1 | 0.475 | 0 | 32 | 3 | 128.00 MJ/m3 | m3 |
| 16. | Biogaz z dmuchawą | 11.7 | 0.780 | 0 | 32 | 3 | 24.00 MJ/m3 | m3 |
| 17. | Biogaz | 11.7 | 0.710 | 0 | 32 | 3 | 24.00 MJ/m3 | m3 |
| 18. | Węgiel kam. HU 31,5 | 18.8 | 0.683 | 0 | 69 | 11 | 31.50 MJ/kg | kg |
| 19. | Węgiel kam. HU 30,3 | 18.5 | 0.672 | 0 | 69 | 11 | 30.30 MJ/kg | kg |
| 20. | Węgiel brunatny HU 8,2 | 19.1 | 1.113 | 0 | 69 | 11 | 8.20 MJ/kg | kg |
| 21. | Węgiel brunatny HU 9,4 | 19.1 | 0.988 | 0 | 69 | 11 | 9.40 MJ/kg | kg |
| 22. | Węgiel drzewny | 19,4 | 0,650 | 0 | 69 | 11 | 15,30 MJ/kg | kg |
Tab. 8 Parametry paliw przechowywane w pamięci analizatora GA-21 plus
W tabeli przedstawiono następujące parametry:
| CO2max | maksymalna zawartość dwutlenku węgla w spalinach, wielkość charakterystyczna dla danego paliwa. Jest to parametr określający jaka ilość dwutlenku węgla wystąpi w spalinach jeżeli proces spalania będzie prowadzony ze współczynnikiem nadmiaru powietrza równym 1. |
| A1, B | współczynniki występujące we wzorze empirycznym Siegerta. Dla węgla kamiennego w Polsce przyjmuje się na ogół A1 = 0,65. |
| α | współczynnik służący do obliczania straty przez niedopalenie. Należy przyjmować: |
| = 69 dla paliw stałych | |
| = 52 dla paliw ciekłych | |
| = 32 dla paliw gazowych | |
| O2ref | tlen odniesienia - parametr służący do obliczania względnej zawartości składników (wzór 4). Jest to wielkość umowna. Polskie normy na ogół zalecają wartość 5 lub 6 %. W tabeli zgodnie z normą DIN przyjęto: dla paliw stałych 11%, dla paliw gazowych i ciekłych 3 % |
| WO |
wartość opałowa paliwa - ilość energii wydzielana przy całkowitym spaleniu jednego kilograma (lub 1 m3 w przypadku gazów) paliwa. |
GA-21 plus nie mierząc zawartości dwutlenku węgla, oblicza ją ze zmierzonej zawartości tlenu i parametru CO2max. Na podstawie tak obliczonej zawartości CO2 jest następnie obliczana strata kominowa, sprawność spalania i strata przez niedopalenie. Widać zatem, że parametry paliwa, a w szczególności wartość CO2max , mają zasadniczy wpływ na obliczenia parametrów ciepłowniczych.
Następujące wyniki obliczane przez GA-21 plus są uzależnione od parametrów paliwa:
| zawartość CO2 | zależy od CO2max |
| strata kominowa SL | zależy od CO2max oraz A1 i B |
| sprawność η i η* | zależy od CO2max oraz A1 i B |
| strata przez niedopalenie IL | zależy od CO2max |
Jak widać ze wzoru · wartość współczynnika nadmiaru powietrza nie zależy od parametrów paliwa. Od parametrów paliwa nie zależą również wyniki pomiarów wielkości gazowych (za wyjątkiem wspomnianego CO2) i oczywiście wyniki pomiarów temperatury oraz wielkości elektrycznych.
Należy zwrócić uwagę, że w żadnym ze wzorów przeliczeniowych nie występuje wartość opałowa paliwa WO. Parametr ten nie ma wpływu na żaden z wyników pomiarowych prezentowanych przez GA-21 plus.