ज्वाला तापमान
औद्योगिक गैस मिश्रणों के सैद्धांतिक (एडियाबेटिक) और व्यावहारिक ज्वाला तापमान का इंटरैक्टिव कैलकुलेटर, रीहीटिंग फ़र्नेस के एनिमेशन के साथ।
TFT, PFT और गुणांक K1, K2, K3
गैसीय ईंधन जलने पर निकली ऊर्जा दहन उत्पादों को गर्म करती है। बिना किसी हानि के पूर्ण दहन में ये उत्पाद जिस तापमान तक पहुँचते, उसे सैद्धांतिक (एडियाबेटिक) ज्वाला तापमान कहते हैं। व्यवहार में विकिरण हानि, अधूरा मिश्रण और स्थान की ज्यामिति इसे घटाकर व्यावहारिक ज्वाला तापमान तक ले आते हैं।
TFT — सैद्धांतिक तापमान
इसे एडियाबेटिक ज्वाला तापमान भी कहते हैं। यह वह तापमान है जिस तक फ़्लू गैसें पहुँचतीं, यदि ईंधन की पूरी ऊर्जा (LHV) और ईंधन व हवा की संवेदी ऊष्मा बिना किसी हानि के उत्पादों को गर्म करने में लगती।
ऊर्जा संतुलन से ज्ञात: निकली ऊर्जा = CO₂, H₂O, N₂ और अतिरिक्त O₂ को TFT तक गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा।
PFT — व्यावहारिक तापमान
ज्वाला में वास्तव में देखा गया तापमान। यह हमेशा TFT से कम होता है, क्योंकि ऊष्मा का कुछ भाग दीवारों और चार्ज की ओर विकिरण से तथा टर्बुलेंस और हवा के साथ अधूरे मिश्रण से नष्ट होता है।
PFT = TFT × K1 × K2 × K3 से गणना होती है, जहाँ हर गुणांक पाइरोमेट्रिक दक्षता की एक प्रकार की हानि दर्शाता है।
K1, K2, K3
K1 गैस के LHV पर निर्भर है: गैस जितनी दुबली, K1 उतना अधिक (LHV < 1,000 पर 0.78; LHV > 2,250 kcal/Nm³ पर 0.75, बीच में रैखिक)।
K2 उस स्थान पर निर्भर है जहाँ ज्वाला बनती है (खुला, अर्ध-बंद, बंद)। K3 बर्नर के टर्बुलेंस पर निर्भर है।
प्रत्येक गैस का संदर्भ संघटन और LHV संपादन योग्य तालिका: किसी भी गैस का संघटन बदलें, नीचे कैलकुलेटर में ज्वाला तापमान फिर से गणना हो जाएगा
प्रत्येक संदर्भ गैस का आयतनात्मक संघटन (%)। संघटन के सभी सेल संपादन योग्य हैं: नए गैस विश्लेषण का अनुकरण करने के लिए कोई मान बदलें। LHV, घनत्व, विशिष्ट ऊष्मा, मिश्रण कॉलम और TFT/PFT हर अंक टाइप करते ही अपडेट होते हैं।
गणना कैसे होती है
गणना इंजन सरल औसत के बजाय हर घटक के लिए दहन का ऊर्जा संतुलन करता है।
- 1. मिश्रण संघटन: 10 घटकों (CH₄, CO, H₂, CO₂, N₂, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, O₂, C₃H₈) में से हर एक, 6 इनपुट गैसों का मिश्रण में उनके हिस्से के अनुसार भारित औसत है।
- 2. प्रत्येक गैस का LHV: शुद्ध घटकों के मानक LHV से (CH₄ ≈ 8,555; CO ≈ 3,018; H₂ = 2,575; C₂H₆ ≈ 15,280 kcal/Nm³ आदि) और प्रति गैस एक छोटा स्थिर सुधार। मिश्रण का घनत्व और विशिष्ट ऊष्मा इनपुट गैसों के भारित औसत हैं।
- 3. स्टॉइकियोमेट्रिक हवा: हर घटक के लिए (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O; CO + ½ O₂ → CO₂; H₂ + ½ O₂ → H₂O आदि), ऑक्सीडेंट में O₂ की मात्रा (हवा के लिए 21%, ऑक्सीजन संवर्धन में अधिक) और अतिरिक्त हवा को ध्यान में रखकर।
- 4. दहन उत्पाद: हर घटक की स्टॉइकियोमेट्री से CO₂, H₂O, N₂ और अतिरिक्त O₂।
- 5. ऊर्जा संतुलन: इनपुट ऊर्जा (LHV + प्रीहीटेड ईंधन और हवा की संवेदी ऊष्मा, संदर्भ 25 °C) को तापमान के साथ बदलने वाली औसत विशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करते हुए उत्पादों को TFT तक गर्म करने की ऊर्जा के बराबर रखा जाता है। TFT संख्यात्मक पुनरावृत्ति से निकाला जाता है।
- 6. PFT = TFT × K1 × K2 × K3, चुने गए गुणांकों के साथ।
ज्वाला तापमान कैलकुलेटर गैस मिश्रण और दहन की परिस्थितियाँ बदलें; भट्टी की ज्वाला तुरंत प्रतिक्रिया देती है
मिश्रण में प्रत्येक गैस का हिस्सा 100%
दहन की परिस्थितियाँ
पाइरोमेट्रिक दक्षता
एनिमेटेड ज्वाला वाली रीहीटिंग भट्टी
- PFT = TFT × K1 × K2 × K3
- K1 गैस के LHV पर निर्भर है: LHV < 1,000 kcal/Nm³ → K1 = 0.78; LHV > 2,250 kcal/Nm³ → K1 = 0.75; बीच में रैखिक (स्वतः सुझाया जाता है, पर बदला जा सकता है)।
- K2 ज्वाला के स्थान पर निर्भर है: खुला (रीहीटिंग भट्टी) K2 = 1; अर्ध-बंद (दहन कक्ष) K2 = 1.04; बंद (रेडिएंट ट्यूब) K2 = 1.09।
- K3 बर्नर पर निर्भर है: बिना अधिक टर्बुलेंस वाली स्थिर ज्वाला, K3 = 1; तेज़ गैस पुनःपरिसंचरण वाली बहुत टर्बुलेंट ज्वाला, K3 = 0.95 से 1।
सारांश
- सैद्धांतिक ज्वाला तापमान (TFT) ऊर्जा संतुलन से आता है: गैस का LHV + प्रीहीटेड ईंधन और हवा की संवेदी ऊष्मा = दहन उत्पादों को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा।
- व्यावहारिक ज्वाला तापमान (PFT) हमेशा TFT से कम होता है, क्योंकि यह वास्तविक हानियों को शामिल करता है: PFT = TFT × K1 × K2 × K3।
- दहन हवा को प्रीहीट करने (रिक्यूपरेटर और रीजनरेटर) से TFT और PFT दोनों बढ़ते हैं। अधिक अतिरिक्त हवा उत्पादों को पतला करके ज्वाला तापमान घटाती है।
- ऑक्सीडेंट को ऑक्सीजन से समृद्ध करना (21% से ऊपर) गर्म किए जाने वाले निष्क्रिय N₂ को घटाता है और उसी ईंधन के लिए ज्वाला तापमान बढ़ाता है।
- दुबली गैसें (कम LHV, जैसे BFG) समृद्ध गैसों (NG, H₂) की तुलना में कम ज्वाला तापमान देती हैं, जब तक हवा को अधिक प्रीहीट न किया जाए। इसलिए ब्लास्ट फ़र्नेस गैस जलाने वाली भट्टियों में प्रीहीटिंग ज़रूरी है।
- नए प्रयोगशाला विश्लेषणों का अनुकरण करने के लिए खंड 2 की तालिका में प्रत्येक गैस का संघटन बदला जा सकता है, और सभी परिणाम अपडेट हो जाते हैं।