Hoeveelheid lucht voor verbranding van aardgas: formules en rekenvoorbeelden

De efficiëntie van allerlei gasapparatuur hangt af van de kwaliteit van het verbrandingsproces. Waar de hoeveelheid lucht voor de verbranding van aardgas direct invloed op heeft, is niet moeilijk te berekenen. Waarom zou u niet zorgen voor een efficiënt brandstofverbruik en een hoger rendement van de apparatuur door de benodigde berekeningen zelf uit te voeren, nietwaar?

Maar hoe doet u dat correct en waar haalt u de gegevens voor de berekeningen? Om dit onderwerp te begrijpen, bekijken we in dit artikel de theorie van luchtverbruik bij gasverbranding, maken we kennis met de eenvoudigste formules voor het berekenen van het benodigde luchtvolume. En we bespreken ook het praktische nut van deze berekeningen.

Theorie van luchtverbruik bij gasverbranding

De procedure voor het verkrijgen van thermische energie heeft direct invloed op de gebruiksduur en de frequentie van werkzaamheden voor het onderhoud van gasverbruikende apparatuur. U dient te begrijpen dat het optimale gas-luchtmengsel de basis is voor veiligheid. Laten we in detail praten over het luchtverbruik bij het verbranden van gas.

Voor de verbranding van één methaanmolecule, die de belangrijkste component van aardgas is, zijn exact 2 zuurstofmoleculen nodig. In begrijpelijke volumes vertaald: om één kubieke meter van de genoemde brandstof te oxideren, moet u twee keer zoveel zuurstof gebruiken.

Maar in de praktijk is het ingewikkelder. Omdat als oxidatiemiddel voor het chemisch-fysische verbrandingsproces lucht wordt gebruikt, waarvan de zuurstof die nodig is voor het in stand houden van de verbranding slechts een vijfde deel uitmaakt. Om precies te zijn: 20,93% - dit percentage wordt gebruikt voor allerlei technische berekeningen. Er is dus 9,52 keer zoveel lucht nodig.

Bij elke technische berekening van de hoeveelheid gas wordt uitgegaan van 100% van deze brandstof. Hoewel het hoofdbestanddeel - methaan (CH4) - niet meer dan 75% van de samenstelling mag uitmaken.

Het genoemde getal kunt u vinden door 2 stappen uit te voeren:

1. Delen 100/21. Deze bewerking maakt het mogelijk om vast te stellen dat lucht in elk volume 4,76 keer zoveel is als zuurstof.
2. Vermenigvuldiging van 4,76 met 2, wat overeenkomt met 9,52 — precies hoeveel keer meer lucht er nodig is voor de verbranding van elk volume aardgas.

Maar er is een belangrijke kanttekening: de berekende hoeveelheid lucht die nodig is voor een efficiënte verbranding van gas, is het theoretische verbruik. In de praktijk zal er meer nodig zijn. De reden is dat de berekening is uitgevoerd voor ideale omstandigheden, terwijl er in werkelijkheid bijna altijd een aantal factoren zijn die aanzienlijke correcties aanbrengen.

Daartoe behoren:

• samenstelling en kwaliteit van de reactanten (lucht, gas);
• type apparatuur dat wordt gebruikt voor de toevoer van de energiedrager;
• staat van de apparatuur;
• methode van toevoer van gas, lucht, en een aantal andere aspecten.

Als er bijzondere nauwkeurigheid nodig is, kunnen de bovengenoemde kenmerken soms worden meegenomen. Bijvoorbeeld, de exacte samenstelling van het gas kan worden achterhaald bij de dichtstbijzijnde vertegenwoordiging van de gasdienst. Maar wanneer geen bijzondere nauwkeurigheid nodig is, wordt de verkregen waarde 9,52 eenvoudig vermenigvuldigd met de zogenaamde luchtoverschotcoëfficiënt. Waarvan de waarde doorgaans tussen 1,1 en 1,4 ligt.

Zuurstof is de oxidator van gas. Dat wil zeggen, het brandt zelf niet, maar ondersteunt actief dit proces met deelname van de genoemde brandstof. Maar aangezien het zuurstofgehalte in lucht niet meer dan 20,93% bedraagt, wordt aangenomen dat voor het verbrandingsproces van gas bijna 5 keer meer nodig is.

Wanneer de berekening zo nauwkeurig mogelijk moet zijn, dient men de werkelijk gebruikte hoeveelheid lucht te delen door het theoretische verbruik. Maar in de meeste gevallen is het eenvoudiger om een gemiddelde waarde van de luchtoverschotcoëfficiënt te gebruiken. De waarde daarvan moet worden vermenigvuldigd met 9,52 en als resultaat krijgt men de exacte hoeveelheid verbruikte lucht die nodig is om het verbrandingsproces van gas te verzekeren.

Dus als deze gelijk is aan:

• 1,1 — er zal 10,472 keer meer luchtmassa nodig zijn;
• 1,4 — er zal 13,328 keer meer lucht moeten worden gebruikt.

Dat wil zeggen, voor de verbranding van elke kubieke meter energiedrager is tot 13,328 m³ lucht nodig.

Formules en rekenvoorbeelden

De benodigde waarde in elk specifiek geval kan worden verkregen door gebruik te maken van een speciale formule of gemiddelde indicatoren. Over deze methoden zullen we in meer detail bespreken.

Methode #1 — berekening met behulp van een formule

Die stelt dat het uurlijkse luchtvolume (V_ch ), nodig voor verbranding, gelijk zal zijn aan:

V_ch = 1,1 x K_izb.v V_tV_g/ch(273 + t)/273,

Waarbij:

• K_izb.v — luchtoverschotcoëfficiënt;
• V_t — theoretisch benodigde hoeveelheid lucht;
• V_g/ch — uurlijks gasverbruik van het apparaat;
• t — waarde van de temperatuur in de ruimte waar het gasapparaat is geplaatst.

Het voor de berekeningen benodigde uurlijkse gasverbruik staat vermeld in de technische documentatie van elk gasapparaat.

Dat wil zeggen, als deze waarde gelijk is aan 10, en:

• de temperatuur in de ruimte, bijvoorbeeld 18 °C;
• de luchtoverschotcoëfficiënt – 1,1.

Vervolgens worden de bovenstaande wiskundige handelingen uitgevoerd, namelijk:

1,1 x 1,1 x 9,52 x 10 x (273 + 18) / 273 = 122,1

Hieruit blijkt dat in dit specifieke geval voor de verbranding van gas elk uur 122,1 m³ lucht nodig zal zijn.

De berekening van de benodigde lucht is noodzakelijk voor een efficiënte en veilige werking van alle gasapparatuur, waaronder fornuizen, geisers en cv-ketels die in huis worden gebruikt.

Methode #2 — berekening met gemiddelde gegevens

Indien men geen zin heeft om een dergelijke berekening van de lucht voor de verbranding van de benodigde hoeveelheid gas uit te voeren, kan men luisteren naar de aanbevelingen van veel fabrikanten en deskundigen.

Die stellen dat het proces efficiënt zal zijn als er per kilowatt vermogen elk uur niet minder dan 1,6 m³ lucht wordt toegevoerd.

Indien de berekeningsmethode met de formule ingewikkeld lijkt, kan men gebruik maken van een minder nauwkeurige, maar eenvoudige gemiddelde methode die daarom toegankelijk is. Het enige wat men hoeft te doen is het vermogen van het gasapparaat vermenigvuldigen met 1,6, wat een benaderend volume lucht oplevert dat elk uur moet worden toegevoerd voor volledige verbranding van het gas.

Dat wil zeggen, de berekening kan in slechts één bewerking worden uitgevoerd. Het uit het gegevensblad genomen vermogen van het gasapparaat moet worden vermenigvuldigd met de genoemde 1,6. Het resultaat is de benodigde hoeveelheid lucht voor een efficiënte verbranding.

Bijvoorbeeld, als het vermogen van de cv-ketel 40 kW bedraagt, dan moet deze waarde worden vermenigvuldigd met 1,6:

40 x 1,6 = 64

Dat geeft 64 m³ lucht die elk uur aan het gasapparaat moet worden toegevoerd.

Praktische betekenis van de berekening van luchtverbruik

Vaardigheden in het uitvoeren van dergelijke berekeningen kunnen nodig zijn voor het verhogen van het rendement van gasapparatuur, en ook voor het wegnemen van de oorzaken van de onjuiste werking ervan.

Preventie van storingen en verlaging van het rendement van apparatuur

Bijvoorbeeld, kennis van de optimale hoeveelheid oxidator is nodig wanneer de oppervlakken van rookkanalen (binnenkant), constructie-elementen van apparatuur (warmtewisselaars, branders, andere) snel worden bedekt met roetlagen en andere verbrandingsproducten.

Indien het verwijderen van vervuilingen geen effect heeft, net als andere maatregelen (afstelling, vervanging van onderdelen, eenheden). Dit wijst op de aanwezigheid van zogenaamde onvolledige verbranding van de brandstof, die optreedt door onvoldoende lucht.

De procedure van gasverbranding wordt beschouwd als een complexe reactie. Als gevolg daarvan, als er niet voldoende oxidatiemiddel, dat wil zeggen lucht, aanwezig is, zal dit de toestand, de prestaties en de goede werking van alle gasapparatuur beïnvloeden. En in sommige gevallen kunnen storingen alleen worden verholpen nadat de hoeveelheid lucht die aan de reactie deelneemt, is geïdentificeerd en aangepast.

Ook zal kennis van het benodigde luchtdebiet in de volgende situaties nodig zijn:

• Er is een overmatig gasverbruik vastgesteld dat niet kan worden verholpen door middel van afstellingen of andere manipulaties. De oorzaak kan namelijk een mechanische onvolledige verbranding zijn. Dat wil zeggen een proces waarbij te veel lucht wordt toegevoerd, wat ook leidt tot onvolledige verbranding van het gas.
• Er wordt een frequente kleurverandering van de 'blauwe' brandstof tijdens de verbranding waargenomen — bijvoorbeeld naar oranje, wit, rood, geel. Dit zijn complexere gevallen dan de voorgaande, omdat de oorzaak zowel een teveel aan lucht als een onvoldoende hoeveelheid lucht kan zijn.
• Een instabiel verbrandingsproces van het gas. Bijvoorbeeld als niet alle werkgaten van de brander, de gasboilerbrander, enz. worden gebruikt. En het reinigen van de genoemde constructie-elementen heeft niet tot verbetering geleid, omdat in dergelijke situaties zeker aanzienlijk meer lucht moet worden toegevoerd.

Ondanks het bestaan van verschillende oorzaken wordt de berekening op dezelfde manier uitgevoerd, volgens de hierboven beschreven methode.

Nut van berekeningen bij het inrichten van een ketelruim

Berekeningen van de hoeveelheid lucht die nodig is voor een effectieve oxidatie van gas zijn nodig in gevallen van het inrichten van een stookruimte, installatie, vervanging van gasapparatuur en andere soortgelijke situaties.

Men moet altijd bedenken dat theoretische berekeningen alleen goed zijn wanneer hun juistheid door de praktijk wordt bevestigd. En wat de hoeveelheid lucht betreft, door vertegenwoordigers van gasbedrijven met gasanalysatoren.

En de berekeningen worden uitgevoerd, maar de situatie wordt in elk aangegeven geval gecompliceerd doordat er nog een reeks berekeningen moet worden uitgevoerd om alle benodigde gegevens te verkrijgen.

Waartoe de volgende berekeningen behoren:

• totale luchtstroom — in een ruimte met gasapparatuur moet lucht worden aangevoerd, niet alleen voor het verbrandingsproces, maar ook voor de ventilatie ervan (in SNiP II-35-76 staat duidelijk vermeld dat in ruimtes die als stookruimte worden gebruikt, elk uur 3 maal het luchtvolume vervangen moet worden);
• de doorsnede van het afvoerkanaal;
• de doorsnede(s) van de opening(en) van de inlaatkanalen;
• de natuurlijke trek in het voorziene afvoerkanaal;
• werkelijke snelheid van luchtmassa's in de doorsneden van toekomstige luchtkanalen;
• de drukverliezen over allerlei locale weerstanden;
• de afmeting van het venster dat vereist is in de ruimte met gasapparatuur.

Naast de juiste inrichting van de ventilatie van de stookruimte, kan het nodig zijn om nog een reeks procedures uit te voeren, bijvoorbeeld het uitvoeren van een aerodynamische berekening.

Bij het uitvoeren van de berekening moet u eraan denken dat elke handeling met gas een aanzienlijk gevaar oplevert. Daarom kunt u het beter overlaten aan specialisten.

Daarna moet alle verkregen informatie de basis vormen van het project voor vervanging, installatie van apparatuur, herindeling, dat ter goedkeuring wordt ingediend bij de lokale gasdienst. Waar bij het ontdekken van fouten het document naar de opsteller kan worden teruggestuurd.

Dat wil zeggen dat het geheel van procedures voor het berekenen van alle noodzakelijke waarden vrij complex is. Daarom zullen bij installatie, vervanging, verplaatsing van apparatuur slechts weinigen de taak aankunnen. De meeste eigenaren van ruimtes kunnen beter hulp zoeken bij specialisten. Die niet alleen de benodigde wiskundige handelingen uitvoeren, maar ook de berekeningen aanpassen aan de wettelijke eisen voor de inrichting van stookruimtes, ventilatiesystemen, rookafvoer, en al het andere. Deze zijn vastgelegd in SNiP II-35-76, en ook in SNiP 2.04.08-87 en een aantal andere minder gebruikte gespecialiseerde documenten.

Als in een specifiek geval geen project hoeft te worden opgesteld, dan zullen de berekeningen die door een specialist zijn uitgevoerd, de levens- en gezondheidsbedreiging voor de eigenaar van de gasapparatuur, zijn naasten en omwonenden wegnemen.

Bovendien maken ze het mogelijk om handelingen te vermijden die door de wet worden geïnterpreteerd als eigenmachtige aansluiting op gasleidingen. Waarvoor art. 7.19 KoAP RF sancties in de vorm van een boete voorschrijft, waarvan het bedrag 100-150 € bedraagt. Bijvoorbeeld, dit kan gebeuren als de eigenaar van de ruimte na het uitvoeren van berekeningen wijzigingen aanbrengt in de constructie van het verwarmingssysteem.

U moet niet vergeten dat een mislukte berekening van de hoeveelheid lucht of een andere berekening u tot een overtreder kan maken. Daarvoor zult u moeten boeten, tenminste financieel. Als uw actie of nalaten bijvoorbeeld leidt tot overtreding van de regels die bedoeld zijn om veilig gebruik van gasapparatuur te waarborgen, dan moet u als boete afstand doen van een geldbedrag van 10-300 €. Dit is vermeld in art. 9.23 van het Administratief Wetboek.

Na de berekeningen moet u geen ondoordacht besluit nemen over het vervangen van gasapparatuur, vooral niet met een ander vermogen. Als dit toch gebeurt, dan moet u de vertegenwoordigers van de gasdienst op de hoogte stellen van de uitgevoerde handelingen. Dit helpt boetes te voorkomen.

Ook moet u de theoretische berekeningen niet ten uitvoer brengen ten koste van overtreding van de regels en normen die zijn vastgelegd in SNiP II-35-76, die de inrichting regelt van ruimtes die bestemd zijn voor het gebruik van gasapparatuur. Want volgens art. 9.23 van het Administratief Wetboek moet u zelfs voor de geringste overtredingen 10-20 € betalen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Het onderstaande videomateriaal stelt u in staat om luchtgebrek bij de gasverbranding te detecteren zonder enige berekening, dus visueel.

U kunt in enkele minuten de hoeveelheid lucht berekenen die nodig is voor een efficiënte verbranding van elk gasvolume. En eigenaren van onroerend goed dat is uitgerust met gasapparatuur moeten dit in gedachten houden. Want op een kritiek moment, wanneer de ketel of een ander apparaat niet goed werkt, kan het vermogen om de benodigde lucht voor efficiënte verbranding te berekenen helpen om de storing op te sporen en te verhelpen. Dit verhoogt bovendien de veiligheid.

Wilt u het bovenstaande materiaal aanvullen met nuttige informatie en aanbevelingen? Of heeft u nog vragen over de berekening? Stel ze in het commentaarvak, schrijf uw opmerkingen en neem deel aan de discussie.