Post on 07-Feb-2016
description
1
Conduzione dei
generatori di vaporeLezione 2
Corso Avanzatoa cura di Abaco Group s.r.l.
Abaco Group
2
La Combustione
Abaco Group
3
Generalità
La combustione è una reazione esotermica che
comporta l'ossidazione di un combustibile ad
opera di un comburente.
Gli elementi indispensabili sono:
- combustibile;
- comburente;
- fonte d’innesco.
Abaco Group
4
Triangolo della
combustione
COMBUSTIBILE
Abaco Group
5
Combustibile
Sostanza costituita essenzialmente da carbonio
C, idrogeno H e, in quantità minori, da zolfo S ed
altri componenti, che ha spiccata tendenza a
combinarsi con l’ossigeno generando una
reazione esotermica.
Abaco Group
6
ComburenteSostanza che agisce come agente ossidante in
una reazione di combustione. Il comburente più
comune è l'ossigeno, contenuto nell'aria in
rapporto di 1/5 circa.
Ossigeno 20,9%
Azoto 78,0%
altri gas 1,1%
Aria
Abaco Group
7
Fonte d’innesco
Perché la combustione avvenga occorre che la
reazione venga innescata, ossia che una parte
del combustibile venga portato alla “temperatura
d’accensione”.
Abaco Group
8
Aria teorica
L’aria teorica è la quantità d’aria contenente la
l’ossigeno strettamente necessario alla
combustione. Essa dipende dalla composizione
chimica del combustibile ed è tanto maggiore,
quanto più elevato è il potere calorifico.
Abaco Group
9
Aria teorica
Abaco Group
Valori teorici o stechiometrici di combustione
10
Eccesso d’ariaNelle pratica l’aria teorica non è sufficiente. La
differenza tra la quantità d’aria effettivamente
utilizzata e quella necessaria (stechiometrica) e
definito come “ Eccesso d’aria E ”.
Vae = Aria effettiva
Vat = Aria teorica
Eccesso d’aria E = Vae -Vat
Abaco Group
11
Coefficiente di
Eccesso d’aria
Il rapporto tra Aria effettiva e Aria teorica è detto
“Coefficiente di eccesso d’aria e“.
Coefficiente di eccesso d’aria e =
Abaco Group
Vae
Vat
12
Coefficiente di
Eccesso d’aria
Coefficienti di eccesso d’aria di combustione in funzione della % di CO2
presente nei fumi, per alcuni combustibili e per combustione completa.Abaco Group
13
Combustione
teorica completa
Per combustione teorica completasi si intende la
combustione degli elementi utilizzando
unicamente l’aria teorica, considerando cioè che
ogni singola particella di combustibile abbia
ricevuto la necessaria quantità di ossigeno.
Abaco Group
14
Combustione
teorica incompleta
Quando l’aria non è in quantità sufficiente per
bruciare tutto il combustibile, l’idrogeno, che
brucia meglio del carbonio, assorbe tutta l’aria
necessaria non lasciandone a sufficienza per il
carbonio.
Abaco Group
15
Combustione
teorica incompleta
La reazione del carbonio con l’ossigeno in difetto
produce ossido di carbonio, con sviluppo di
calore molto inferiore a quello ottenuto nel caso
della combustione completa.
Abaco Group
16
Combustione
teorica incompleta
Le particelle di carbonio
incombuste provocano il
così detto “fumo nero.”
Abaco Group
17
Combustibili solidi
La combustione del carbone si svolge in 3 fasi:
- liberazione di sostanze volatili;
- combustione delle sostanze volatili in fase
gassosa;
- combustione del materiale carbonioso residuo.
Abaco Group
18
Combustibili solidi
Coefficiente di eccesso d’aria in funzione del contenuto % in volume
di CO2 nei fumi per alcuni combustibili solidiAbaco Group
19
Combustibili liquidiI metodi attualmente impiegati per bruciare i
combustibili liquidi si basano sulla loro
polverizzazione.
Le particelle evaporano parzialmente, bruciando
allo stato gassoso; le parti restanti hanno come
conseguenza la formazione di particelle di
carbonio libero che, quando non bruciano
diventano fuliggine.
Ciò accade per mancanza d’aria o se le particelle
si trovano in una zona relativamente fredda.
Abaco Group
20
Combustibili liquidi
Per evitare che questo accada:
NON si deve aumentare l’eccesso d’aria per
accorciare la fiamma, perché si avrebbe aumento
delle perdite e gli incombusti non diminuirebbero
ma risulterebbero diluiti.
Abaco Group
21
Combustibili liquidiPer evitare che questo accada:
si deve adattare la geometria della fiamma a
quella del focolare agendo:
- sulla pressione di spinta della pompa;
- sulla dimensione degli ugelli;
- sulla turbolenza dell’aria comburente;
- sulla forma del cono di refrattario.
Abaco Group
22
Combustibili liquidi
Se, agendo su questi parametri, non fosse
possibile ottenere un adeguamento della fiamma
alla geometria del focolare, allora il bruciatore
non è accoppiato bene al tipo di caldaia.
Abaco Group
23
Combustibili liquidi
Coefficiente di eccesso d’aria per il gasolio
Abaco Group
24
Combustibili liquidi
Coefficiente di eccesso d’aria per olio combustibile fluido
Abaco Group
25
Combustibili liquidi
Coefficiente di eccesso d’aria per olio combustibile denso
Abaco Group
26
Combustibili liquidi
Al crescere dell’eccesso dell’aria l’ossigeno dei
fumi aumenta, mentre l’anidride carbonica resta
costante in valore assoluto ma, essendo diluita in
maggior volume, risulta diminuita in percentuale.
Bassi valori di CO2 corrispondono ad elevati
eccessi d’aria.
Abaco Group
27
Combustibili liquidi
I prodotti della combustione sono costituiti da
anidride carbonica, vapore d’acqua, ossidi di
zolfo, tracce di ossidi di azoto e di carbonio,
fuliggine; vi si trova poi l’ossigeno inviato in
eccesso, che non ha preso parte alla
combustione, e l’azoto che non partecipa alla
combustione.
Abaco Group
28
Combustibili liquidi
Abaco Group
O2
CO2 in %
Diagrammi di
Ostwald
29
Combustibili liquidi
Per gli oli combustibili la fiamma si presenta di
color:
- giallo bianco abbagliante, per valori corretti di
eccesso d’aria;
- giallo rossastro per eccessi d’aria bassi.
Abaco Group
30
Combustibili liquidi
Per i distillati leggeri la fiamma ha luminosità
notevolmente inferiore, con sfumature azzurre
che si accentuano al crescere dell’eccesso
d’aria. Se l’aria comburente è insufficiente, la
temperatura della fiamma si abbassa e la fiamma
assume colorazione rossastra.
Abaco Group
31
Combustibili gassosi
I metodi di combustione possono essere
classificati in base alle modalità di miscelazione
del gas con l’aria comburente:
- combustione per diffusione;
- combustione per premiscelazione.
Abaco Group
32
Combustibili gassosi
La combustione per diffusione avviene quando
l’aria comburente è tratta dall’atmosfera
circostante. L’aria lambisce il getto di gas e in tal
modo inizialmente la combustione avviene in
mancanza d’aria.
Abaco Group
33
Combustibili gassosi
La combustione per premiscelazione avviene
quando l’aria comburente è totalmente miscelata
al gas prima dell’accensione.
Abaco Group
34
Combustibili gassosi
Coefficiente di eccesso d’aria per il metano
Abaco Group
35
Combustibili gassosi
La fiamma dei combustibili gassosi è poco
luminosa.
Se è corretta è:
- azzurra trasparente nel caso di premiscelazione;
- bianca con sfumature rossastre nel caso di
diffusione.
Abaco Group
36
Combustibili gassosi
La presenza di frange nella fiamma è legata a
difetto d’aria e ad inadeguata turbolenza.
Nei combustibili gassosi è possibile che vi sia
mancanza d’aria senza effetti visibili come per
gli altri combustibili (fumo nero).
Abaco Group
37
Eccesso d’aria e
incombusti solidi
Quando le particelle di combustibile non hanno
modo di completare la loro combustione, si ha
formazione di incombusti solidi (fuliggine).
La fuliggine si forma in genere perché la
fiamma è troppo lunga o larga o inclinata
rispetto all’asse e va ad urtare contro le pareti
del focolare, oppure per insufficienza d’aria o
se la fiamma incontra una corrente fredda.
Abaco Group
38
Eccesso d’aria e
incombusti solidiAumentando l’eccesso d’aria:
- si riduce la dimensione della fiamma, che non
urta più contro le pareti;
- si diluiscono i fumi attenuando l’aspetto
visibile del fenomeno;
- si riduce però la temperatura della fiamma,
facendo si che le particelle di maggiori
dimensioni non brucino.
Abaco Group
39
Eccesso d’aria e
incombusti solidi
A parità di eccesso d’aria, la formazione di
incombusti può essere ridotta agendo sul grado
di polverizzazione del combustibile.
Più piccole sono le dimensioni delle particelle e
più facilmente bruciano.
Abaco Group
40
Eccesso d’aria e
incombusti solidiNella fiamma possono essere modificate:
- le dimensioni tramite l’ugello e il diffusore del
bruciatore;
- la forma agendo sulla turbolenza d’aria;
- le dimensioni riducendo le infiltrazioni e
regolando al minimo la depressione della
camera, ottenendo un innalzamento della
temperatura.
Abaco Group
41
Difetto d’aria e
incombusti
Il difetto d’aria provoca sempre un
allungamento della fiamma che uscendo dalla
camera di combustione, provoca la formazione
di incombusti solidi.
Un leggero difetto d’aria dovrebbe determinare
solo la formazione di incombusti gassosi.
Abaco Group
42
Temperatura della
fiamma
Il calore introdotto in camera di combustione
con 1 kg di combustibile è esprimibile con la
relazione:
Abaco Group
Q=Hi+cc(tc-to)+Vaca(ta-to)
43
Temperatura della
fiamma
Abaco Group
In cui:
44
Diagramma di Rosin
Abaco Group Temperatura teorica di combustione [°C]
Co
nte
nu
to te
rmic
o d
ei g
as in
co
mb
ustio
ne
[kca
l/N
mc]
45
Perdita di calore
al camino
Abaco Group
In qualsiasi processo di combustione, i prodotti
gassosi della combustione stessa vengono
inviati al camino e dispersi nell’atmosfera ad
una temperatura molto superiore a quella
ambiente.
La perdita al camino e’ la quantità di calore
persa dal combustibile a causa della
dispersione in atmosfera dei suoi fumi di
combustione.
46
Perdita di calore
al camino
Abaco Group
Si ottiene con la formula:
47
Perdita di calore
al camino
Abaco Group
In cui:
Cs Calore sensibile = quantità di calore
necessaria per riscaldare, a pressione
costante, un Nmc di gas dalla T di 0°C a quella
indicata.
Qi Potere calorifico inferiore = quando l’acqua
si trova allo stato vapore.
48
Analisi dei prodotti
della combustione
Abaco Group
La composizione percentuale dei prodotti della
combustione può essere determinata con:
- Metodi chimici
- Metodi fisici
49
Analisi dei prodotti
della combustione
Abaco Group
Un componente sempre presente è il vapor
d’acqua che si forma per combustione
dell’idrogeno.
Nel prelievo del campione si condensa quasi
completamente; convenzionalmente l’analisi si
dice relativa a “fumi anidri”.
50
Analisi con
metodo chimico
Abaco Group
Trascurando le impurezze i fumi sono composti
da:
-Anidride carbonica
-Anidride solforosa
-Azoto
-Ossigeno
-Ossido di carbonio
51
Analisi con
metodo chimico
Abaco Group
Col metodo chimico viene determinato il
contenuto percentuale in volume della miscela
CO2+SO2 e dell’O2.
Ove presente, è possibile determinare il CO,
mentre l’azoto si desume per differenza.
52
Analisi con
metodo chimico
Abaco Group
Uno strumento
comunemente utilizzato
è l’apparecchio di Orsat.
53
Analisi con
metodo chimico
Abaco Group
L’apparecchio di Orsat è costituito da un
sistema di prelievo e di misura e da tre
laboratori di assorbimento, che assorbono il
composto specifico dal campione, sfruttando un
sistema di vasi comunicanti.
54
Analisi con
metodo chimico
Abaco Group
Molto diffusi sono gli analizzatori portatili ad
assorbimento.
55
Analisi con
metodo fisico
Abaco Group
Il metodo fisico sfrutta la diversa conduttività
termica dei vari componenti dei fumi.
Se il gas lambisce un filo metallico riscaldato
elettricamente, il filo viene raffreddato più o
meno efficacemente in funzione del calore
specifico dei componenti dei fumi.
56
Analisi con
metodo fisico
Abaco Group
La variazione di temperatura
del filo fa variare la sua
resistenza elettrica.
Analizzatore fisico
57
Indagine fisico-chimica
Abaco Group
L’indagine chimico-fisica consiste:
1) nell’analisi dei prodotti della combustione
(ricerca della percentuale di CO2, O2 e CO;
2) nella determinazione della temperatura dei
prodotti della combustione ala fine del
circuito;
58
Indagine fisico-chimica
Abaco Group
3) nella constatazione delle condizioni di
tiraggio e nella determinazione del tiraggio
differenziale tra punti diversi del ciclo;
4) nell’esame e nello studio delle registrazioni
e dei dati segnalati dagli apparecchi di
controllo esistenti.
59
Prova di rendimento
Abaco Group
La prova di rendimento e di consumo consiste
nel rilievo di tutti gli elementi costitutivi del
bilancio termico.
Utilizzando il metodo diretto occorre conoscere
esattamente il calore fornito e quello utilizzato.
60
Prova di rendimento
Abaco Group
Occorre quindi rilevare:
- esatta misurazione dell’acqua introdotta o del
vapore prodotto, in genere mediante inserzione
di flange tarate e impiego di manometri
differenziali;
- esatta misura del combustibile;
- analisi chimica del combustibile per la
determinazione del potere calorifico.