Centrale termice in condensatie!

Actualizat la 16 April, 2015 at 07:24 am

Centralele termice in condensatie – microcentrale murale si cazane – pot acoperi necesarul de caldura al oricaror instalatii termice cu un randament superior ceea ce inseamna si un consum mai mic de combustibil. Vom vedea mai jos care este principiul de functionare al centralelor in condensatie si cum se explica aceast randament sporit al lor.

ARDEREA
Se stie ca, in cea mai mare parte, combustibilii utilizati in mod curent in centralele termice, sunt compusi a doua elemente chimice de baza: carbon (simbol C) si hidrogen (simbol H). Exemple: C H4 – gaz metan si C2 H6 – propan
In compozitia combustibilior mai pot fi intalniti, ca impuritati si in cantitati destul de mici, atomi de sulf (S) s.a. In amestec cu aerul din atmosfera (de fapt cu oxigenul din aer, in proportie medie de 21 %) gazul devine infl amabil si intr-o camera de
ardere in care a fost data o scanteie de aprindere, se declanseaza o serie de reactii cu degajare de caldura.


Principalele reactii chimice sunt:
– 2 C + O2 = 2 CO (monoxid de carbon),
Monoxidul de carbon este inca un gaz infl amabil si mai poate intra in reactie cu oxigenul: – 2 CO + O2 = 2 CO2 (bioxid de carbon), – C + O2 = CO2

Pe langa acestea mai au loc si unele reactii secundare intre elementele constituite de impuritati sau de alti compusi ai aerului (ex. Azot (N) – 71 %), rezultand, in general, gaze toxice (noxe): oxizi de azot (NOX), oxizi de sulf (SOX). Reactiile se pot descrie, la modul general, prin formulele de mai jos. Arderea completa are loc atunci cand in amestecul aer/combustibil, prezent in camera de ardere, exista suficient oxigen. Formulele de mai jos descriu reactiile generale care au loc intr-o camera de ardere in conditiile in care exista oxigen (deci aer) sufi cient in amestec – formulele 1 si 2 – si cand nu exista oxigen sufi cient – formulele 3 si 4.
In aceasta incinta, unde reactiile de mai sus au loc la temperaturi mari (aproximativ 1200 °C) se intalnesc si moleculele de hidrogen din combustibil cu cele de oxigen din aer, rezultatul fi ind apa (H2O). In cadrul reactiei 2 se vede ca una din componentele rezultate este apa.

VAPORIZAREA
Evident ca apa rezultata, la temperatura de 1200 °C, nu poate rezulta decat sub forma de vapori. Vaporii respectivi pleaca din camera de ardere odata cu gazele de ardere, pe cos.
Dupa cum iarasi este cunoscut, pentru a aduce apa din stare lichida in stare de vapori (fenomenul de vaporizare) trebuie consumata o cantitate de caldura (vezi principiul motorului cu aburi).
Rezulta, logic, ca vaporii de apa ‘pleaca’ pe cos cu o parte din cantitatea de caldura produsa in camera de ardere (caldura latenta inmagazinata in vaporii de apa). Pentru combustibilul gazos, aceasta cantitate de caldura se poate masura destul de exact si este general acceptat, procentul de 10 – 12 % din totalul caldurii produsa in camera de ardere.In aceste conditii, este normal sa vorbim de doua valori ale cantitatii de caldura produsa in cadrul unui proces de ardere.

1. cantitatea de caldura totala care se produce prin arderea completa a unei cantitati de combustibil si care inglobeaza si caldura pierduta in vaporii de apa din gazele de ardere. In cazul acesta putem vorbi de puterea calorifi ca superioara a combustibilului.

2. cantitatea de caldura efectiva care participa la realizarea transferului de caldura catre agentul termic, fara sa ia in calcul si pierderea de caldura in vaporii de apa din gazele de ardere si, in acest caz putem vorbi de puterea calorifi ca inferioara a combustibilului.

Daca raportam un proces de ardere a unui metru cub de gaz metan, la cele doua puteri calorifi ce, evident ca obtinem doua randamente diferite ale arderii. Aproape inutil sa mai spunem ca toti producatorii de microcentrale, declara randamentul echipamentelor raportandu-se la puterea calorica inferioara a combustibilului.

CONDENSATIA
Daca aducerea apei din stare lichida in stare de vapori (vaporizarea) se face cu aport de energie, fenomenul invers, de trecere din stare de vapori in stare lichida (condensatia), este evident ca are loc cu eliberare de energie (caldura). Deci, prin condensarea totala a vaporilor din gazele de ardere, se cedeaza aceiasi cantitate de caldura cheltuita in procesul de vaporizare, adica 10 – 12 % din caldura produsa prin arderea gazului.
Fenomenul de condensatie a vaporilor de apa are loc atunci cand gazele de ardere evacuate din camera de ardere, intalnesc un mediu avand temperatura mai mica decat temperatura de condensare a apei (temperatura “punctului de roua”). Aceasta temperatura are valoarea de 54…55 °C. Tinand cont ca gazele de ardere la iesirea din microcentrala au temperatura de peste 100 °C (pana la 160 °C, in functie de puterea momentana a arzatorului, de tipul camerei de ardere si de tipul echipamentului), condensarea va avea loc pe peretele cosului, incepand din zona unde acesta are temperatura sub temperatura punctului de roua sau la iesirea gazelor in atmosfera, daca cosul este bine izolat. In aceasta situatie, caldura latenta inmagazinata in vaporii de apa este cedata mediului pe care are loc condensatia, respectiv peretilor cosului sau aerului atmosferic.


Principiul centralelor termice in condensatie se bazeaza pe crearea conditiilor de condensatie a vaporilor din gazele de ardere in zona schimbatorului primar al microcentralei, astfel incat caldura eliberata sa fi e recuperata in agentul primar care circula prin schimbator. Daca in aceasta zona are loc condensarea totala a vaporilor putem fi siguri ca am recuperat din gazele de ardere 10…12 % din caldura produsa in camera de ardere, prin urmare o centrala in condensatie va avea un randament cu cel putin 10 % mai mare decat una clasica.
Diferentele in ceea ce priveste randamentul unei centrale termice clasice fata de una in condensatie sunt date schematic in figurile de mai jos.

Centrale Clasice
Centrale Clasice

Centrale Condensatie
Centrale Condensatie


Puterea termica totala poate fi asimilata de fapt cu cantitatea de caldura produsa in camera de ardere a microcentralei prin arderea unui volum standard de combustibil, in conditii ideale (ardere completa si recuperare totala a caldurii). Din aceasta cantitate de caldura, utilizatorul centralei foloseste, pentru incalzire, numai cantitatea de caldura preluata efectiv de agentul primar care trece prin schimbator si cedata apoi, aerului din spatiul care trebuie incalzit.
Diferenta dintre cele doua valori o reprezinta pierderile de caldura iar raportul dintre puterea termica utila si puterea termica totala reprezinta randamentul microcentralei.


Exista trei categorii de pierderi:
1. Pierderi la cos: cantitatea de caldura pierduta prin eliminarea gazelor de ardere in exterior (gazele rezultate din ardere pleaca din camera de evacuare cu temperatura de peste 100 °C). Aceste pierderi depind de tirajul cosului, excesul de aer in camera de ardere, tipul constructiv de arzator, amestecul aer/gaz etc.


2. Pierderi locale: cantitatea de caldura care trece in incaperea in care este montata microcentrala direct din camera de ardere. Depinde de: constructia (forma, gradul de izolare) camerei de ardere, temperatura mediului in care este montata centrala termica, gradul de ventilatie al incaperii etc.


3. Pierderi datorate caldurii latente in vaporii de apa din gazele de ardere (10..12 %). Aceste pierderi care, in cazul unei centrale clasice trec in atmosfera iar in centralele in condensatie sunt recuperate si devin caldura utila, reprezinta principala diferenta intre aceste categorii de microcentrale. O alta diferenta majora este tipul arzatorului utilizat: arzatoare atmosferice in cazul microcentralelor clasice si arzatoare cu preamestec total de aer si debite reglabile, in mod automat, atat pe aer si gaz (ventilator cu turatie variabila si vana de gaz cu comanda electro / pneumatica).

zp8497586rq