Un cazan care funcționează nu înseamnă un cazan care funcționează bine. Diferența dintre o ardere reglată corect și una lăsată în starea în care a rămas după ultima intervenție se măsoară în procente din consumul de combustibil, iar pe un cazan care lucrează câteva mii de ore pe an, câteva procente înseamnă sume considerabile.
Instrumentul care arată această diferență este analizorul de gaze de ardere. Măsurătoarea durează câteva minute, iar cifrele obținute spun aproape tot despre starea arzătorului, despre etanșeitatea circuitului de gaze și despre siguranța instalației.
De ce nu se arde cu exact atât aer cât e nevoie
Teoretic, pentru fiecare kilogram de combustibil există o cantitate exactă de aer necesară arderii complete. Această cantitate se numește aer stoechiometric, iar arderea cu exact atâta aer ar fi ideală din punct de vedere termic.
În practică, amestecul nu este niciodată perfect omogen. Există zone în flacără unde combustibilul nu găsește oxigen suficient. Rezultatul este arderea incompletă, cu formare de monoxid de carbon și de particule nearse. Pierderea de energie este directă, pentru că monoxidul de carbon evacuat pe coș conține energie chimică nefolosită, iar riscul de acumulare a unui amestec nears în camera de ardere este o problemă serioasă de siguranță.
Pentru a evita această situație se lucrează cu exces de aer. Se introduce mai mult aer decât strictul necesar, astfel încât fiecare moleculă de combustibil să găsească oxigen. Excesul se exprimă fie ca procent de oxigen rămas în gazele de ardere, fie printr-un coeficient care arată de câte ori este mai mult aer decât teoretic.
Problema este că aerul în exces nu participă la ardere, dar este încălzit de la temperatura ambiantă până la temperatura gazelor evacuate, iar apoi este trimis pe coș. Fiecare procent de exces de aer inutil este energie plătită și aruncată. Reglajul corect înseamnă găsirea punctului minim de exces la care arderea rămâne completă și sigură, cu o marjă de siguranță rezonabilă.
Ce măsoară analizorul și ce înseamnă fiecare valoare
Un analizor uzual afișează un set de mărimi, unele măsurate direct, altele calculate.
- Oxigenul din gazele de ardere, exprimat procentual. Este indicatorul principal al excesului de aer. O valoare mare arată aer în exces sau infiltrații de aer fals în circuit. O valoare foarte mică, aproape de zero, arată risc de ardere incompletă.
- Monoxidul de carbon, exprimat de obicei în părți per milion. Este indicatorul calității arderii. Creșterea lui semnalează amestec insuficient, aer prea puțin, flacără care atinge suprafețele reci sau arzător murdar. O valoare ridicată este în același timp o problemă de randament și una de siguranță.
- Dioxidul de carbon, calculat de obicei din oxigen. Are valoare maximă la arderea stoechiometrică și scade pe măsură ce crește excesul de aer.
- Temperatura gazelor de ardere la coș și temperatura aerului de combustie. Diferența dintre ele intră direct în calculul pierderii pe coș.
- Randamentul de ardere, calculat pe baza celorlalte mărimi. Este util pentru comparație în timp, dar nu trebuie confundat cu randamentul global al cazanului, care include și pierderile prin pereți, prin purjare și prin opriri.
- Tirajul, adică depresiunea din circuitul de gaze, care influențează direct stabilitatea flăcării.
Interpretarea se face întotdeauna pe perechea oxigen și monoxid de carbon, niciodată pe una singură. Oxigen mult și monoxid mic înseamnă ardere sigură, dar risipitoare. Oxigen puțin și monoxid mare înseamnă ardere incompletă, periculoasă. Oxigen moderat și monoxid mic este zona căutată.
Cum se face corect o măsurătoare
Rezultatele fără metodă sunt inutile. Câteva reguli practice fac diferența.
- Cazanul trebuie să fie stabilizat termic. Se lasă în funcțiune până când temperaturile nu mai variază, de regulă cel puțin un sfert de oră după atingerea regimului.
- Priza de măsurare se face în locul corect, în general la ieșirea din cazan, înainte de orice loc pe unde ar putea intra aer fals. O măsurătoare făcută prea departe pe coș arată oxigen mare, dar din infiltrații, nu din reglaj.
- Se măsoară pe mai multe trepte de sarcină. Un arzător modulant poate fi reglat corect la sarcină maximă și complet dereglat la sarcină minimă, unde de fapt lucrează cea mai mare parte din timp. Se verifică minimum la sarcină mică, medie și mare.
- Se notează condițiile: temperatura ambiantă, presiunea combustibilului, sarcina, data. Fără context, cifrele nu pot fi comparate peste șase luni.
- Se repetă măsurătoarea după orice intervenție și se păstrează raportul. Seria istorică arată tendințe pe care o singură măsurătoare nu le poate arăta.
Analizorul are nevoie de calibrare periodică și de senzori în stare bună. Un senzor de monoxid îmbătrânit dă valori mai mici decât realitatea, ceea ce este exact tipul de eroare care nu se observă până nu apare o problemă.
Ce faci cu rezultatele: cauzele probabile ale valorilor anormale
Oxigen mare, cu monoxid mic, la toate sarcinile, indică de obicei un reglaj conservator al clapetei de aer sau infiltrații pe circuitul de gaze. Se verifică ușile de vizitare, garniturile, îmbinările tubulaturii și starea izolației.
Monoxid mare la sarcină mare arată aer insuficient, filtru de aer înfundat, ventilator uzat sau presiune de combustibil incorectă. Monoxid mare doar la sarcină mică arată o problemă de reglaj al modulației sau o flacără instabilă la debit redus.
Temperatura gazelor de ardere mai mare decât valoarea de referință, la aceeași sarcină, arată depuneri pe suprafețele de schimb de căldură, fie funingine pe partea de gaze, fie piatră pe partea de apă. Aceasta este una dintre cele mai des întâlnite cauze de scădere lentă a randamentului și se rezolvă prin curățare și prin tratarea corectă a apei de alimentare.
Valorile fluctuante, fără cauză aparentă, indică adesea probleme de tiraj, influențate de vânt sau de o instalație de ventilație din hală care creează depresiune. Este un caz clasic în care problema nu este la cazan.
Unde se duce restul energiei, dincolo de ardere
Reglajul arderii rezolvă doar o parte din bilanț. Un cazan poate arde perfect și, totuși, să livreze puțină energie utilă.
Pierderile din rețeaua de distribuție sunt frecvent mai mari decât cele de la ardere. Traseele neizolate, oalele de condens defecte și scurgerile de abur consumă continuu, indiferent de cât de bine este reglat arzătorul. Este util să tratezi separat aceste două capitole, iar analiza detaliată a locurilor prin care se pierde căldura într-o rețea de abur și condens arată de obicei economii mai mari decât reglajul arzătorului.
Gazele evacuate la coș rămân o resursă. Un economizor care preîncălzește apa de alimentare sau un preîncălzitor de aer recuperează o parte din energia care altfel se pierde. Aceasta este o aplicație directă a principiului prin care căldura reziduală devine o resursă utilizabilă, cu condiția ca temperatura gazelor să nu coboare sub punctul de rouă acid, ceea ce ar produce coroziune.
Purjarea cazanului evacuează apă fierbinte pentru controlul conținutului de săruri. O purjare excesivă, făcută manual și necontrolată, poate consuma singură câteva procente din combustibil. Recuperarea căldurii din purjă este o măsură simplă și rentabilă.
Ciclurile de pornire și oprire aduc pierderi proprii, prin ventilarea camerei de ardere înainte și după fiecare pornire. Un cazan supradimensionat, care pornește și se oprește frecvent, pierde mai mult decât unul corect dimensionat, chiar dacă arderea este reglată identic. Pe termen mai lung, când se pune problema înlocuirii sursei de căldură, merită analizate și alternativele la arderea combustibilului, inclusiv situațiile în care pompele de căldură industriale pot prelua procese alimentate azi cu gaz, în funcție de nivelul de temperatură cerut de proces.
Reglajul arderii și intervențiile asupra instalațiilor de gaze naturale se execută exclusiv de personal autorizat, iar verificările periodice și reviziile au periodicități stabilite prin reglementările în vigoare și prin cartea tehnică a echipamentului. Pentru situația concretă a unei instalații, valorile de referință și limitele admise se iau din documentația producătorului și se confirmă de un instalator autorizat sau de un auditor energetic.
