연도가스 흐름의 산소 측정 이해

가스 흐름에 있는 O2의 총량을 보는 것은 오해의 소지가 있을 수 있습니다. 왜냐하면 화학량론적 과잉 O2량이 더 중요한 측정이기 때문입니다.

자동 연소 공정은 주거용 기기와 HVAC 시스템부터 대형 산업용 보일러, 가열식 히터, 발전소에 이르기까지 우리 주변 어디에나 있습니다. 규모와 목적의 차이에도 불구하고 모두가 달성하려는 공통 요소는 효과적인 연소 제어를 통한 높은 효율성입니다. 연료 비용은 주요 요소이므로 효율성이 강조되지만 안전 및 배출 고려 사항도 가장 중요합니다. 특히 산업 응용 분야의 경우 후자를 고려합니다. 이 기사에서 논의된 연소 유형은 연료와 산소(O2) 사이의 화학 반응이므로 기본적인 화학양론적 요인의 영향을 받습니다. 해당 수의 연료 분자와 반응하려면 정확한 수의 O2 분자를 사용할 수 있어야 합니다. 실제로 대부분의 연소기는 O2 공급을 제어하기 위해 측정된 공기 흐름과 함께 대기를 사용합니다. 어느 방향으로든 공기 흐름의 불균형이 문제가 됩니다. 공기가 부족한 경우(화학량론적 요구 사항 미만 또는 연료가 풍부한 연소) 연소되지 않은 연료는 스택에서 배출됩니다. 이는 연료를 낭비하고 배기가스 및 유해 대기 오염 물질을 생성합니다. 또한 충분한 연료가 O2와 혼합되어 점화될 경우 잠재적인 안전 문제를 야기합니다. 문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은 현실 세계에서 연소가 100% 완료되는 경우가 거의 없다는 것입니다. 일반적으로 연도 가스에는 어느 정도 연소되지 않은 연료가 포함되어 있지만 미량은 전체 O2 수준과 초과 O2 수준에 큰 영향을 미치지 않습니다. 그러나 상당한 수준의 미연소 연료가 시설 운영 수명의 어느 시점에 발생할 가능성이 높으며 이는 실제보다 더 일반적입니다. 이는 가장 효율적인 버너에서도 피할 수 없는 현상입니다. 이것이 무엇을 의미하는지 잠시 후에 자세히 알아보세요. 공기가 너무 많으면(화학양론적 요구 사항을 초과하여 연료 희박 연소가 발생함) 불필요한 양의 공기를 가열하는 데 에너지가 낭비되므로 효율성이 감소합니다. 공기의 약 80%가 질소이기 때문에 이는 어느 정도 피할 수 없습니다. 그러나 과잉 공기가 증가하면 질소산화물(NOx) 배출량이 증가할 수 있지만 과잉 공기는 효율성 측면에서 문제가 덜하고 작동에 더 안전합니다. 대부분의 연소기에는 양호한 연소, 낮은 배출 및 높은 효율성을 달성하기 위한 이상적인 과잉 공기가 있습니다. 공기 과잉과 연료 과잉은 둘 다 효율성을 감소시키지만, 공기 과잉은 같은 양의 과잉 연료만큼 효율성을 감소시키지 않습니다.

구식 가스레인지나 히터를 사용해 본 사람이라면 버너 공기 흡입구를 조정하여 완벽한 푸른색 불꽃을 구현하는 혼합 과정을 볼 수 있습니다. 그러나 안전성, 효율성 및 배기가스 배출을 위해 대규모 연소를 최적화하는 가장 실용적인 방법은 무엇입니까?라는 질문이 생깁니다. 가장 일반적인 대답은 배가스 배기가스에 남아 있는 O2의 양을 측정하고 제어하는 ​​것인데, 이상적인 것은 무엇입니까? 방금 언급했듯이 연소는 종종 완벽하게 완료되지 않으므로 버너로 들어가는 공기와 연료 혼합물이 적절하더라도 일부 연소되지 않은 연료와 O2가 스택 밖으로 나갑니다. 우려되는 부분은 연료를 연소하는 데 필요한 양을 초과하는 O2의 양이지만, 배가스 흐름의 총 O2 함량을 보는 것은 작업자가 측정값이 나타내는 내용을 완전히 이해하지 못할 경우 속일 수 있습니다. 문제는 연도가스 내 O2의 양이 화학양론적 양을 초과하는지 확인하는 것입니다. 공기 흐름을 화학량론적 양(그림 1) 이하로 줄이는 것은 바람직하지 않기 때문에 운전자는 일반적으로 일정량의 초과 O2를 원하지만 정확한 양은 연료 및 연소 시스템에 따라 다릅니다. 대부분의 상황에서 연료가 부족한 쪽에서 실수하는 것은 연료가 풍부한 상태에서 주행하는 것보다 더 바람직합니다.

산업 설비의 경우 광범위한 제어 전략이 있습니다. 최소한 연료 흐름을 모니터링하는 계기가 있어야 합니다. 공기 흐름은 연료 흐름에 맞춰 측정되거나 최소한 제어됩니다. 이러한 유형의 계획은 대략적인 계산을 위해 일부 공식(연료 단위당 공기량)을 사용하여 구현할 수 있지만, 다양한 연료원의 산소 요구량의 가변성과 연료 및 공기 흐름 측정의 정밀도로 인해 실제 측정을 모니터링해야 합니다. 배가스의 O2 함량도 마찬가지입니다. 연도가스 O2 측정에 일반적으로 적용되는 두 가지 기술은 파장 가변 다이오드 레이저(TDL) 분석기와 지르코니아 센서 분석기입니다. TDL 분석기는 레이저 소스와 감지기라는 두 가지 감지 구성 요소(그림 2)를 사용합니다.