L’ossigeno è un elemento essenziale nella combustione, ma un suo eccesso (che va quindi oltre il rapporto stechiometrico ottimale) rischia di causare una inutile dispersione di calore che non solo diminuisce la temperatura della fiamma, ma può anche comportare uno stress termico sui componenti della caldaia, accelerandone l'usura e aumentando i costi di manutenzione. Inoltre, l'ossigeno in eccesso può contribuire ad una maggiore formazione di ossidi di azoto (NOx), in quanto a parità di energia richiesta dall’impianto, sarà necessario bruciare una maggiore quantità di combustibile, rendendo il bruciatore oltre che poco efficiente anche molto inquinante. Come risolvere questo problema? Con un controllo continuo e preciso dell'ossigeno.
INDICE DEI CONTENUTI:
- La miscela "combustibile + ossigeno" deve avere proporzioni perfette
- Cosa significa lavorare in eccesso di ossigeno
- Come assicurarsi una combustione efficiente?
La miscela "combustibile + ossigeno" deve avere proporzioni perfette
Durante la combustione, i componenti principali del combustibile reagiscono con l'ossigeno contenuto nell'aria generando calore, che in ambito industriale può servire sia per il riscaldamento degli ambienti che per le fasi di processo. Per bruciare, il combustibile ha bisogno di una quantità di ossigeno (O2) ben definita, per creare una miscela dalle proporzioni cosiddette "stechiometriche", che permettono una completa ossidazione senza residui di O2.
Nel caso di gas e gasolio si tratta principalmente di idrocarburi che, ossidando, producono anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O), quando viene fornita aria sufficiente. Il concetto di “sufficiente”, però, è molto flessibile: esso descrive la quantità di aria necessaria anche per controbilanciare gli influssi esterni.
Con un eccesso di combustibile o un'insufficienza di ossigeno si rischia di avere una combustione incompleta, parziale. Con un eccesso di ossigeno, si ha invece una combustione ossidante che comporta maggiori perdite di fumi e un conseguente aumento di consumo di combustibile.
Se la tua azienda opera nel settore alimentare o è un'industria che si occupa di lavorazioni termiche (come la galvanica o la zincatura), sai benissimo quanto sia importante controllare questo aspetto, visto che per i forni industriali i consumi energetici possono arrivare a rappresentare il 10% dell'intero costo di processo.
Cosa significa lavorare in eccesso di ossigeno
Il compito di un bruciatore è quello di miscelare l’aria e il combustibile nel rapporto corretto in modo più omogeneo possibile, così che possa essere bruciato in maniera ottimale. Un fattore importante per assicurarsi una combustione efficiente è la qualità della camera di miscelazione, ovvero quanto ci si avvicina, senza di fatto produrre CO, alla combustione stechiometrica.
Questo punto è anche noto come soglia di combustione e determina con quale indice stechiometrico dell’aria debba essere tarato il bruciatore per poter controbilanciare le influenze esterne (le oscillazioni del potere calorifico, l'umidità, lo sporco ecc.).
Questo eccesso di aria va a diminuire la temperatura dei fumi in camera di combustione, ad aumentarne il volume e quindi aumenta anche la velocità di flusso.
Ne consegue una minore trasmissione del calore e un aumento della temperatura dei fumi al camino, che riduce il rendimento del sistema.
Come evitare che ciò avvenga? Con una corretta misurazione della combustione e regolazione del bruciatore.
Come assicurarsi una combustione efficiente?
Tramite la misurazione continua del volume di ossigeno presente nei fumi è possibile ridurre l’eccesso di aria al minimo. Il volume dei fumi diminuisce, la velocità del flusso si riduce, diminuisce la temperatura dei fumi al camino e, conseguentemente, migliora la trasmissione del calore e aumenta il rendimento.
Ecco come avviene questa misurazione.
- Una sonda Lambda misura la quantità di ossigeno residuo presente nei fumi che non partecipa alla combustione;
- Il sistema di regolazione confronta il valore misurato con il valore di setpoint in funzione della posizione di carico;
- In caso di eccesso di ossigeno, il sistema provvede a correggere la portata di aria tramite i relativi attuatori.
I moderni bruciatori industriali sono equipaggiati di serie con un sistema di regolazione O2 (anche in combinazione con la regolazione CO) che, grazie a una continua sorveglianza dei gas di scarico, assicura il miglior grado di rendimento possibile e quindi un ridotto consumo di combustibile e una maggiore sicurezza. Inoltre la regolazione del tenore di O2 residuo permette di ottimizzare i valori di NOx su tutto il campo di funzionamento, assicurando così un impianto che rispetta i limiti legati alle emissioni di ossido di azoto.
In alcuni casi, se il bruciatore non è troppo vecchio, è possibile modificare la configurazione esistente grazie a un intervento di manutenzione straordinaria, come ad esempio il revamping.
Oltre alla regolazione dell'ossigeno, ci sono altri interventi fondamentali per ottimizzare il funzionamento del bruciatore, come la regolazione dei giri, il ricircolo dei fumi e il recupero del calore. Grazie a un manager digitale evoluto è possibile controllare e regolare tutte queste cose insieme, anche da remoto.
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