Una corretta regolazione dell'ossigeno è fondamentale, per tutti i bruciatori ma ancor più rilevante nei bruciatori industriali, per ottimizzare la combustione e migliorarne l'efficienza, ridurre le emissioni e garantire la sicurezza operativa di tutto l'impianto. Si tratta però di un processo complesso che richiede una profonda comprensione della chimica della combustione, competenze ingegneristiche avanzate e l'uso di tecnologie di monitoraggio e controllo all'avanguardia. Ecco come viene fatta, nei bruciatori Weishaupt.
INDICE DEI CONTENUTI:
- Il ruolo dell'ossigeno per una corretta combustione
- Quanta aria serve per assicurarsi una combustione efficiente? Dipende.
- Regolazione O2 in tempo reale
- Come funzionano le sonde Lamdba?
- Vantaggi della regolazione O2
Il ruolo dell'ossigeno per una corretta combustione
La combustione è una reazione chimica esotermica tra il combustibile (gas, gasolio, olio) e l'ossigeno.
Essa avviene all'interno di un bruciatore, il cui compito è miscelare l’aria e il combustibile nel rapporto corretto in modo più omogeneo possibile, così che possa essere bruciato in modo ottimale. Un fattore importante per la qualità di combustione è la qualità della camera di miscelazione, ovvero quanto ci si avvicina, senza di fatto produrre CO, alla combustione stechiometrica.
Il rapporto stechiometrico ideale tra ossigeno e combustibile garantisce una combustione completa senza eccesso di ossigeno o combustibile residuo.
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 ambientali, le oscillazioni del potere calorifico del combustibile, lo sporco ecc.
Un eventuale eccesso di aria e conseguentemente di ossigeno, rischia di aumentare il volume dei fumi e, a ruota, aumenta anche la velocità di flusso. Ne consegue una minore trasmissione del calore che riduce il rendimento del sistema.
Quanta aria serve per assicurarsi una combustione efficiente? Dipende.
Durante la combustione i componenti principali del combustibile reagiscono con l’ossigeno dell’aria.
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” può essere però molto flessibile, poiché descrive la quantità di aria necessaria anche per controbilanciare gli influssi esterni. Questo eccesso di aria ha tuttavia lo svantaggio di causare maggiori perdite ai fumi e, conseguentemente, aumentare il consumo di combustibile.
Si rivela quindi necessario adottare tecniche di misurazione e regolazione per adattare la quantità di aria corretta alle condizioni specifiche istantanee.
In questo la sonda O2 gioca un ruolo fondamentale, perché misura la quantità di ossigeno residuo presente nei fumi al camino che non partecipa alla combustione e confronta il valore misurato con il valore di setpoint in funzione della posizione di carico, correggendo la portata di aria tramite i relativi attuatori che chiudono o aprono le serrande aria.
Misurazione dell'O2 in tempo reale
Una regolazione O2 non migliora di per sé le performance della camera di miscelazione, ma può influenzare l’eccesso d’aria.
Tramite la misurazione continua del volume di ossigeno presente nei fumi è possibile ridurre l’eccesso di aria al minimo. Inoltre il volume dei fumi diminuisce, la velocità del flusso si riduce e di conseguenza migliora la trasmissione del calore e aumenta il rendimento.
Per una misurazione corretta, rapida e continua dell’ossigeno vengono impiegate le cosiddette sonde Lambda, che assicurano una misurazione precisa, continua e senza cicli di calibrazione.
Come funzionano le sonde Lamdba?
Le sonde di misurazione si attivano e funzionano a una temperatura di esercizio di 700 °C ± 15 Kelvin e confrontano il volume di ossigeno nei fumi con il volume di ossigeno presente nell’aria intorno alla testa della sonda (praticamente dell'ambiente).
Se sussiste una concentrazione di O2 diversa, la cellula di misurazione produce una tensione che corrisponde alla differenza. La tensione stessa si trova nel campo dei mV e ha un andamento logaritmico. Per un’ulteriore elaborazione, l’andamento delle tensione viene linearizzato e rafforzato.
NOTA: Le sonde Lambda presenti a corredo dei bruciatori di ultima generazione, assicurano una misurazione diretta nei fumi umidi in tempi molto rapidi e, diversamente dagli analizzatori fumi tradizionali, non necessitano di una disidratazione e della pulizia del gas di misurazione.
Vantaggi della regolazione O2
- Efficienza energetica: una corretta regolazione della quantità di ossigeno durante la combustione riduce il consumo di combustibile mantenendo un'alta resa energetica.
- Riduzione delle emissioni: la regolazione del tenore di O2 residuo permette di ottimizzare i valori di NOx su tutto il campo di funzionamento, assicurando un impianto perfettamente a norma, che rispetta i limiti legati alle emissioni di ossido di azoto.
- Sicurezza operativa: grazie alle sonde lambda e alla regolazione O2 è possibile prevenire condizioni pericolose come la formazione di gas esplosivi o situazioni di combustione incompleta.
Grazie a una continua sorveglianza dei fumi, la regolazione O2 assicura il miglior grado di rendimento possibile, con un ridotto consumo di combustibile e una maggiore sicurezza.
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