Arderea si Eficienta energetica a echipamentelor si instalatiilor de incalzire

Arderea

Arderea reprezinta procesul chimic de oxidare rapida a substantelor combustibile, proces ce are loc cu degajare de caldura (reactie exoterma) si lumina (flacara). In marea majoritate a cazurilor oxidantul este oxigenul din aerul atmosferic, putem deci considera ca arderea se desfasoara numai in prezenta unei cantitati de aer si, bineinteles in anumite conditii de temperatura (aprinderea sau amorsarea flacarii). Substantele care au proprietatea de a elibera o cantitate mare de caldura in timpul arderii se numesc  substante combustibile, pe scurt combustibili. Elementele chimice de baza care intra in alcatuirea combustibililor sunt carbonul ( C ) si hidrogenul ( H ). Pe langa acestea mai pot intra in compozitie si elemente cum ar fi: sulful ( S ), azotul ( N ), oxigenul ( O ). Dintre acestea doar C,  H  si  S produc in principiu caldura in cadrul reactiei de ardere, azotul oxideaza dar in conditii speciale de temperatura iar oxigenul din combustibil se adauga, de regula, celui din aer si devine mediu oxidant. Reactiile chimice de ardere a acestor elemente sunt descrise de urmatoarele formule:

  • C + O2  =  CO2,
  • H  + ¼ O2  =  H2O,
  • S + O2  =  SO2,
  • N  +  O2  =  NOx (NO + NO2)  (la temperaturi peste 1500 0C)

Principalele substante combustibile utilizate in aplicatii uzuale de producere a caldurii pot fi impartite in trei categorii in functie de starea de agregare la temperaturi si presiuni normale (T = 20 0C ,  p = 1 bar):
- combustibili gazosi:  au in componenta atomi de carbon ( C ) si hidrogen ( H ), in diverse asocieri, exprimate prin formulele chimice:   ex. CH4 – gaz metan,  C3 H8  -  propan,   C4 H10   -  butan  etc.

Promotii Centrale termice

In aplicatiile uzuale de incalzire se folosesc gazul metan (simbolizat G20) si un amestec de propan si butan GPL (G30), acesta din urma fiind stocat in rezervoare speciale sub presiune, in forma lichida.
Starea gazoasa permite un amestec facil cu oxigenul, aprinderea se face destul de usor, permit un control bun al parametrilor de ardere, se realizeaza randamente marite in producerea caldurii si nu se emit noxe in cantitati foarte mari.
- combustibili lichizi: pentru echipamente de incalzire in sectorul domestic / comercial se folosesc aproape exclusiv motorina si CLU (combustibil lichid usor). Performante ridicate ale arderii se obtin doar daca se respecta valorile normale de vascozitate si grad de pulverizare (pentru marirea suprafetei de contact cu oxigenul). Contin atomi de carbon ( C ), hidrogen (H) si sulf (S) (in proportie de 0,5....7%). Se pot obtine randamente ridicate de ardere si emisii de noxe reduse daca arzatoarele sunt dimensionate si reglate corespunzator.
- combustibili solizi: se folosesc lemnul si  carbunele in diverse forme. Contin C, H si S plus alte substante (impuritati) de regula, necombustibile. Arderea combustibililor solizi se face in 4 etape:
- incalzirea si uscarea masei combustibile,
- descompunerea prin piroliza (gazeificarea) a masei solide,
- arderea compusilor gazosi (volatili) rezultati,
- arderea partilor carbonizate (cocsificate) la finalul gazeificarii.
Prin implementarea unei metode de control a debitului de aer (oxigen) de combustie introdus in focar – metoda injectiei sau exhaustarii fortate – poate fi controlata faza a doua (si implicit a treia) astfel incat arderea completa sa fie intarziata sau accelerata in functie de necesarul de caldura (principiul cazanelor pe lemne cu gazeificare).