Азот (N₂) – основной компонент (79 об. %) воздуха, которым мы дышим. Газ без цвета, запаха и вкуса, не участвующий в процессе сгорания. Этот газ нагнетается в котёл в качестве балласта, нагревается и перекачивается в дымоход.

Типичное содержание в дымовых газах:

Дизельные/газовые горелки: 78 % - 80 %

Основное преимущество газовых горелок состоит в том, что в процессе сгорания в таких горелках не образуется шлаков, что дает возможность экономии пространства за счёт камер подачи топлива. В частности, при использовании атмосферных газовых горелок за счёт выталкивающей силы дымовых газов происходит всасывание и смешивание воздуха, подаваемого на горение, в камере сгорания. Топливо-воздушная смесь, сжигаемая в камере сгорания, отдаёт тепло через теплопроводящие поверхности, а дымовой газ отводится через регулятор расхода в дымоотвод.

Задача управления потоком состоит в том, чтобы предотвратить возможность влияния на процесс сгорания в горелке за счёт поступления дымовых газов или обратной тяги.

В testo 350 предусмотрен блок пробоподготовки газов на элементах Пельтье (названный в честь французского изобретателя-часовщика Жана Пельтье в 1834г). Через плоскость стыка двух металлов различной проводимости проходит постоянный электрический ток, в результате чего поверхность одного металла охлаждается, а второго – нагревается. Влажная проба горячего газа направляется на поверхность холодного элемента. В результате процесса охлаждения из содержащейся в пробе газа влаги образуется конденсат, и выполняется сушка пробы. Применять блок пробоподготовки на элементах Пельтье необходимо для защиты сенсоров от повреждения при избыточной влажности дымовых газов и получения достоверных результатов измерений.

Это диапазон концентрации газа в воздухе, выраженной в процентах, в котором данная смесь является взрывоопасной.

Прибор для измерения вязкости жидкости, в том числе и дизельного топлива. Для того чтобы измерить вязкость жидкости, были изобретены различные инструменты, называемые вискозиметрами, которые принесли с собой множество единиц измерения, зависящих от типа вискозиметра и техники измерения.

Водород — бесцветный газ, самый распространённый элемент во Вселенной

Содержащийся в топливе водород соединяется с кислородом, в результате чего образуется вода (H₂O). Из топлива он выходит вместе с водой и подаваемым на горение воздухом в виде содержащейся в дымовых газах влаги (при высоких значениях температуры дымовых газов ) или в виде конденсата (при низких значениях температуры дымовых газов).

Высшая теплотворная способность учитывает количество тепла, полученного при полном сгорании единицы массы или объема топлива с учетом теплоты, полученной при конденсации водяных паров образовавшихся при горении.

Это межмолекулярное трение жидкости, а следовательно, макроскопическая величина, которая описывает степень сопротивления жидкости движению.

При эксплуатации данного вида отопительного оборудования топочный воздух подаётся в пламя горелки с помощью нагнетателя. Поскольку современные дизельные и газовые горелки имеют практически идентичную конструкцию, то в газовой отопительной системе можно, например, использовать сочетание дизельных и газовых горелок с принудительной тягой. Преимущество горелок с принудительной тягой состоит в независимости от тяги дымовых газов, меньшему сечению дымохода, более стабильному процессу сгорания и более высокому КПД. Тем не менее, у них имеется недостаток, состоящий в более высокой энергоёмкости системы.

Газообразное топливо – это смесь горючих и не горючих газов. К горючим компонентам газа относятся углеводороды (например, метан и бутан), угарный газ (CO) и водород (H₂). Газообразное топливо, используемое для отопления на сегодняшний день, это природный газ, основным компонентом которого является метан (CH₄). Небольшое количество жилых домов (10%) до сих пор снабжаются бытовым газом, основными компонентами которого являются водород (H₂), угарный газ (CO) и метан (CH₄). Однако теплотворная способность бытового газа в два раза ниже, чем теплотворная способность природного газа.

Устройство, обеспечивающее контролируемое сжигание  различных видов топлива. Горелка в сочетании с теплообменником используется для производства тепла. Это означает, что горячие дымовые газы, нагреваемые пламенем горелки, в свою очередь нагревают воду в отопительном змеевике, которая затем подаётся по трубам в качестве “теплоносителя” (теплопередающей жидкости) различным точкам потребления (например, в батареи).

Процесс горения – это ни что иное, как быстро протекающая, реакция окисления топлива. Реакция сопровождается видимым физическим явлением - «пламенем» и выделением большого количества тепловой энергии.

При проверке газовых горелок необходимо измерять давление потока газа в подающей трубе, а полученное значение сравнивать со значением, указанным производителем. Для этого проводится измерение дифференциального давления. Полученные значения дифференциального давления используются для регулировки давления форсунок газовых котлов/горелок, при этом мощность установки “подгоняется” под требуемое количество выделяемого тепла.

Динамическая вязкость (или абсолютная вязкость) – это тангенциальная составляющаясилы на единицу площади двух параллельных плоскостей, отстоящих друг от друга на единицу расстояния, при условии, что расстояние между ними заполнено жидкостью и одна плоскость движется с единицей скорости по отношению к другой.

Диоксид азота (NO₂) – это газ, который виден глазу даже при небольшой концентрации, он имеет коричневато-красноватый цвет и особый острый запах. Он является сильным коррозийным веществом и сильно раздражает носовую полость и глаза при концентрации более 10 ppm. При концентрации более 150 ppm. он вызывает бронхит, а при концентрации свыше 500 ppm. – отек легких, даже если воздействие этого газа длилось всего несколько минут.

Диоксид серы (SO₂) – это бесцветный и токсичный газ с резким запахом. Этот газ образуется при наличии в топливе серы. Предельное пороговое значение составляет 5 ppm. Сернистая кислота (H₂SO₃) образуется в результате соединения с водой (H₂O) или с конденсатом.

Типичное содержание в дымовых газах для дизельных горелок: 180 – 220 ppm

В системе Си кинематическая вязкость измеряется в м²/с. В технических системах кинематическую вязкость измеряют в см²/с. Эта единица измерения называется «стокс» (Ст).

Часто вместо стокса используют его сотую часть, называемую сантистокс (сСт), которая равна мм²/с.

Единица измерения “ppm” – это независимый от температуры идавления параметр, который используется при измерениях низких концентраций (1 ppm = 0.0001%). Например, концентрация кислорода 21% от объёма будет эквивалентна концентрации, равной 210 000 ppm O₂.  В случае с более высокими концентрациями измеряемые параметры исчисляются в процентах (%).

В Европе, помимо сантистоксов, наиболее распространенной единицей измерения является градус Энглера (°Е). Вискозиметр Энглера – это термостатический онтейнер с калиброванным отверстием, через которое вытекает 200 см³ тестируемой жидкости и измеряется время ее выливания. Соотношение между этим временем и временем выливания 200 см³ воды и дает (°Е) вязкости.

Для определения концентраций загрязняющих веществ в дымовых газах в “мг/кВт-ч”, расчёты производятся на основе коэффициентов для заданного вида топлива. Таким образом, для различных видов топлива применяются различные коэффициенты преобразования. Коэффициенты преобразования “ppm” и “мг/м3” в “мг/кВт-ч” приводятся ниже. Перед преобразованием в мг/кВт-ч измеренные значения концентраций выбросов необходимо преобразовать в значения для неразбавленных дымовых газов (содержание эталонного воздуха – 0%). Коэффициенты преобразования для твёрдых видов топлива также зависят от формы имеющегося топлива (в виде цельного блока, измельчённого топлива, порошка и т.п.). По этой причине используемые коэффициенты топлива подлежат тщательной проверке.

При использовании единицы измерения мг/Нм³, стандартный объём (стандартные кубические метры = м³ (н.у.) = Нм³) используется в качестве контрольной переменной, а масса загрязняющего газа приводится в миллиграммах (мг). Поскольку данная единица измерения зависит от давления и температуры, то в качестве контрольной единицы используется объём при нормальных условиях. Нормальные условия соответствуют: 

Температура: 0°C 

Давление: 1013 мбар г(Па). 

Тем не менее, только этих сведений недостаточно, поскольку соответствующие объёмы дымовых газов изменяются в соответствии с пропорциональным содержанием в них кислорода (имеется в виду объём окружающего воздуха на единицу объёма дымовых газов). Таким образом, измеряемые значения подлежат преобразованию в определённый объём кислорода – эталонное содержание кислорода (эталонное содержание O₂). Прямому сравнению подлежат только данные с одинаковыми эталонными объёмами кислорода. Измеренное содержание кислорода (O₂) в дымовых газах также является необходимым при преобразовании параметра “ppm” в “мг/м³”.

Жидкое топливо извлекается из нефти. Нефть проходит различные стадии переработки на нефтеперерабатывающих предприятиях, в результате чего получают лёгкое, среднее и тяжёлое жидкое топливо. Лёгкое и тяжёлое топливо используется в основном для систем отопления. Лёгкое топливо широко используется в малых топливосжигающих установках в промышленности; спектр его применения идентичен применению дизельного топлива (окрашенное дизельное топливо). При применении тяжёлого жидкого топлива последнее подвергается нагреванию с целью достижения жидкого состояния. Для лёгкого жидкого топлива нагревания не требуется.

Этот параметр определяет теплоту, высвобождаемую газом. Он определяется из соотношения между высшей теплотворной способностью и квадратным корнем относительной плотности газа. Индекс Воббе очень полезен для оценки взаимозаменяемости газообразного топлива двух различных видов. Если некоторый газ имеет отличные теплотехнические характеристики по сравнению с основным газом, но имеет такой же Индекс Воббе, его можно использовать в системах, которые изначально были спроектированы для работы на основном газе.

Кинематическая вязкость – отношение значения абсолютной вязкости жидкости к её плотности.

Остаточный кислород, не использованный в процессе сгорания ввиду избыточного воздуха, “отходит” в виде газообразных дымовых газов и используется для полноты (эффективности) сгорания. Он также используется для определения потерь тепла дымовыми газами и содержания углекислого газа.

Типичное содержание в дымовых газах:

Дизельные горелки: 2% - 5%

Газовые горелки: 2% - 6%

В конденсационных системах используется второй теплообменник для обеспечения сочетания теплоты конденсации с теплотой сгорания. Значения температуры дымового газа в конденсационных приборах – значительно ниже обычных температурных значений в традиционных системах. Конденсационные системы работают при температурах ниже стандартных температурных значений дымовых газов отопительных систем. Дополнительная (скрытая) теплота выделяется за счёт конденсации пара воды в дымовых газах. Температура, ниже которой содержание влаги в дымовых газах превращается в конденсат, называется температурой конденсации или точкой росы. У разных видов топлива точки росы различны и составляют примерно +58 °C для природного газа и примерно +48 °C – для дизельного топлива. Точка росы для природного газа достигается быстрее при охлаждении дымовых газов. Это означает более быстрое выделение теплоты конденсации. Таким образом, энергия, полученная при использовании газа – гораздо выше, нежели чем при использовании дизельного топлива. В конденсационной технологии преимущественно используется газ, поскольку при горении дизельного топлива выделяется двуокись серы (SO₂), преобразуемый частично в конденсат сернистой кислоты. Принимая во внимание образующийся конденсат, система дымовых газов должна отличаться устойчивостью к воздействию влаги и кислоты.

Необходимый для процесса сгорания кислород подаётся в установку системы из воздуха окружающей среды. Для обеспечения полного сгорания требуется гораздо большее количество кислорода, нежели предусмотрено теоретически. Соотношение избыточного воздуха, идущего на горение, и теоретически необходимого его количества называется коэффициентом избытка воздуха λ (Лямбда).

КПД традиционных котлов обычно находится в диапазоне 90% - 94%. На остальные 6 -10% приходятся потери через облицовку котла (они обычно менее 1%) и потери тепла с уходящими дымовыми газами (температура дымовых газов 140 °C - 150 °C).

В конденсационных котлах происходит дополнительная утилизация тепла за счёт снижения температуры дымовых газов (до 70 °C - 80 °C), что добавляет КПД 3% - 4%. Еще 8% - 10% получаются за чет дополнительного тепла получаемого при конденсации паров воды из дымовых газов. Таким образом, КПД конденсационного котла может достигать 107% - 108%. При расчёте КПД традиционных котлов тепло получаемое при конденсации паров воды не учитывается (т.к. конденсация не происходит). Поэтому, рассчитывая КПД конденсационного котла по правилам традиционного, мы получаем его выше 100%.

Однако нужно отметить, что столь высокий КПД можно получить только при температурном графике в системе отопления 50 °C - 30 °C. Для передачи тепла в помещение при таком температурном графике потребуется значительно увеличивать площадь отопительных приборов или использовать напольное отопление.

При традиционном графике системы отопления 80 °C - 60 °C КПД конденсационного котла будет составлять только 97% - 98%.

Монооксид азота (NO) – это бесцветный газ без запаха, нерастворимый в воде. Он составляет более 90% от всех оксидов азота, образуемых при высокотемпературном горении. Он не является сильно токсичным, если его концентрация находится в пределах от 10 до 50 ppm. и не является раздражающим веществом. Монооксид азота NO, который присутствует в городском воздухе, может самостоятельно перейти в диоксид азота NO₂ при фотохимическом окислении.

Несгораемые углеводороды (HC) формируются в результате неполного сгорания и способствуют образованию парникового эффекта. В данную группу входят метан (CH₄), бутан (C₄H₁₀) и бензол (C₆H₆).

Типичное содержание в дымовых газах для дизельных горелок: < 50 ppm

Низшая теплотворная способность, учитывает количество тепла, полученного при полном сгорании единицы массы или объема топлива без учета теплоты, полученной при конденсации водяных паров образовавшихся при горении.

Общий КПД – это КПД, рассчитанный на основе анализа только удельной теплоты дымовых газов при отсутствии в последнем паров воды. Таким образом, в расчёт принимается только низшая теплотворная способность топлива.

Измерение содержания оксидов азота – это способ проверки мер по обеспечению эффективности сгорания, направленных на сокращение выбросов оксидов азота горелками. Термин “оксиды азота” (NO_X) означает общее количество моноксида азота (NO) и диоксида азота (NO₂). В малых горелках (в отличие от конденсационных котлов) соотношение NO и NO₂ всегда остаётся постоянным (97 % NO и 3 % NO₂). Таким образом, содержание оксидов азота (NO_X ) обычно рассчитывается по показаниям измерений содержания моноксида азота (NO). При необходимости получения точных результатов измерений содержания NO_X проводятся замеры содержания моноксида азота (NO) и диоксида азота (NO₂), а полученные показания складываются.

Относительная плотность газа - это соотношение массы одного и того же объема сухого воздуха и газа, измеренного при одинаковой температуре и давлении.

Потери тепла с дымовыми газами (qA) Потери тепла с дымовыми газами – это разница между уровнем теплоты дымовых газов и уровнем теплоты воздуха окружающей среды относительно низшей теплотворной способности топлива. Таким образом, это измерение уровня теплоты дымовых газов, проходящих по дымоходу. Чем выше уровень потерь тепла с газами, тем ниже КПД и, соответственно, степень использования энергии, что в результате приводит к повышенному уровню выбросов нагревательной установки. По этой причине необходимо сокращать потери тепла с дымовыми газами в горелках. Определив содержание кислорода и разницу температур дымовых газов и воздуха окружающей среды, можно рассчитать коэффициенты потерь тепла с дымовыми газами для определённых видов топлива.

В целях проведения расчётов вместо содержания кислорода можно использовать концентрацию углекислого газа (CO₂). Замеры температуры дымовых газов и содержания кислорода или углекислого газа (CO₂) следует производить одновременно в одной и той же точке. Оптимальная настройка системы отопления на основе расчётов потерь тепла с дымовыми газами является гарантией положительных результатов.

Поверка средств измерений — Совокупность операций, выполняемых органами Государственной метрологической службы (другими уполномоченными на то органами, организациями) в целях подтверждения соответствия средства измерения установленным метрологическим требованиям.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) — норматив — количество вредного вещества в компонентах окружающей среды (воде, воздухе, почве), при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у его потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и т.п.).

Предельно допустимый выброс (проект ПДВ) - это норматив выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов выбросов и фонового загрязнения атмосферного воздуха, при условии не превышения данным источником гигиенических и экологических нормативов качества атмосферного воздуха, предельно допустимых (критических) нагрузок на экологические системы и других экологических нормативов.

Сажа – это (практически) чистый углерод (C), образующийся в результате неполного сгорания.

Типичное содержание в дымовых газах для дизельных горелок: cажевое число 0 или 1

Сажевое число определяется с помощью сажевого ручного насоса, схожего с велосипедным или электронным прибором testo 308. Определённое количество дымовых газов прокачивается через бумажный фильтр определённое количество раз. Степень черноты полученной точки на бумажном фильтре сравнивается с различными значениями шкалы серых тонов или выводится автоматически на дисплей testo 308 с точностью до 0.1. Полученное сажевое число (по Бахараху) может быть от 0 до 9. Для газовых горелок сажевое число не определяется.

Состав чистого и сухого воздуха:

Компонент

Азот - 78,07%

Кислород - 20,95%

Оксид углерода - 0,03%

Водород - 0,01%

Аргон - 0,93%

Неон - 0,0018%

Основные компоненты топлива – это углерод (C) и водород (H₂),  так же присутствуют водород, сера, кислород, азот, зола и вода. В результате сгорания этих веществ расходуется кислород (O₂).

Суммарный КПД – это КПД, рассчитанный при анализе дымовых газов вместе со скрытой теплотой конденсации в дымовых газах. Таким образом, для расчета используется значение высшей теплотворной способности топлива.

В системах с естественной тягой выталкивающая сила или тяга дымовых газов является основным фактором, обуславливающим прохождение дымовых газов через дымоход. Поскольку плотность горячих отработавших газов ниже плотности холодного внешнего воздуха, в дымовой трубе создаётся частичный вакуум. Это называется тягой. В результате тяги происходит всасывание окружающего воздуха и преодоление сопротивлений системы и дымовой трубы. В системах под давлением соотношением давлений в дымовой трубе можно пренебречь, поскольку в данном случае горелка с принудительной тягой самостоятельно создаёт давление, необходимое для отвода дымовых газов. В установках данного типа можно использовать дымовую трубу меньшего диаметра.

В случае с твёрдотопливными котлами следует различать системы, где в качестве топлива используется древесина, уголь, кокс или прессованный уголь. В твёрдотопливных котлах 80% воздуха, идущего на горение, требуется непосредственно для самого процесса сгорания. 20% идущего на горение воздуха (вторичного воздуха) подается в отработавшие газы, получаемые в процессе сгорания, что обеспечивает оптимальный процесс горения. Вторичный воздух требует предварительного подогрева во избежание охлаждения дымовых газов (неполное сгорание).

Это наименьшая температура, при которой смесь воздуха и паров, образовавшихся из жидкого топлива, при наличии соответствующего инициирующего заряда (искра), воспламеняется. Она измеряется в градусах Цельсия °С.

Температура дымовых газов измеряется в горячей точке дымовых газов. В этой точке имеет место наиболее высокая температура и концентрация углекислого газа (CO₂) и самый низкий уровень содержания кислорода (O₂).

Температура окружающего воздуха измеряется на входе горелки. При использовании независимых от окружающего воздуха горелок температура измеряется в определённой  точке подающей трубы.

Это наименьшая температура, при которой смесь топлива и вещества, поддерживающего горение, самопроизвольно воспламеняется при отсутствии инициирующего заряда (искры). Она измеряется в градусах Цельсия °С.

Температура точки росы газа – это температура, при которой пары воды, содержащиеся в газе, переходят в жидкое состояние. Такой переход называется конденсацией, а образующаяся жидкость – конденсатом. При температуре ниже температуры точки росы влага находится в жидком состоянии, а при температуре выше точки росы – в газообразном.

Теплотворная способность топлива – это количество тепла, произведенного при полном сгорании единицы массы или объема топлива. Теплотворная способность измеряется в кДж/Нм3 (1) для газа и в кДж/кг для жидкого и твердого топлива.

Оксид углерода – это содержащийся в воздухе ядовитый газ без цвета и запаха, являющийся продуктом неполного сгорания. При высоких концентрациях угарный газ препятствует поступлению в кровь кислорода. Так, например, при содержании в воздухе помещения 700 ppm CO вдыхание такого воздуха на протяжении 3 часов приводит к летальному исходу. Предельное пороговое значение составляет 50 ppm.

Типичное содержание в дымовых газах:

Дизельные горелки: 80 – 150 ppm

Газовые горелки: 80 – 100 ppm

Углекислый газ – это газ без цвета и запаха с кисловатым привкусом. Уровень концентрации углекислого газа в дымовых газах указывает на эффективность работы горелки. Наивысшее содержание CO₂ с небольшим количеством избыточного воздуха (полное сгорание) говорит о минимальных потерях тепла с дымовыми газами. Для каждого вида топлива существует максимально возможный уровень содержания CO₂ в дымовых газах (CO₂ макс.), определяемый по химическому составу топлива, который нельзя получить на практике.

Значения CO_2макс. для различных видов топлива:

- Лёгкое диз. топливо 15,4 об.% CO₂

- Природный газ 11,8 об.% CO₂

- Уголь 18,5 об.% CO₂

Значения CO макс. и уровень содержания кислорода в дымовых газах могут быть использованы для расчёта концентрации CO₂ в дымовых газах.