Az égés és a hőveszteség alapjai
ÉGÉSI FOLYAMATOK, civilizációnk fő energiatermelői a múltban, ma is így vannak, és mindig a közeljövőben lesznek. Mivel a fosszilis tüzelőanyagokat folyamatosan növekszik, elengedhetetlen e folyamatok megfelelő irányítása a környezet megőrzése és civilizációnk életképességének biztosítása érdekében.
Ugyanazok az égési elvek érvényesek a kazánokra, fűtőberendezésekre és más ipari égési formákra, például kandallókra és égéstérekre. Ebben az összefüggésben, az ebben a dokumentumban idézett "kazán" kifejezés felcserélhető a "fűtés" kifejezéssel (hacsak másképp nincs feltüntetve).
A hagyományos üzemanyagok alapvetően két elemből állnak: szénből és hidrogénből. Az égés során az oxigénnel kombinálva hőt termelnek, és a fűtőérték a szén- és hidrogén-tartalomból származik. A nem fosszilis tüzelőanyagok, mint például a biomassza és az alkohol, molekuláris szerkezetében oxigént is tartalmaznak.
Ideális esetben az égés lebontja az üzemanyag molekulaszerkezetét: a szén szén-dioxiddá (CO2) és a hidrogén vízgőzzé (H2O) oxidálódik. A hiányos folyamat azonban nem kívánt és veszélyes termékeket hoz létre. A teljes égés biztosítása érdekében még a sok felszereltségű modern berendezésnek is felesleges levegővel kell működnie. Más szavakkal, a teljes égés eléréséhez több (körülbelül 21 térfogatszázalék oxigént tartalmazó) levegőt kell átengedni az égőn, mint amennyire vegyileg szükséges. Ez a felesleges levegő felgyorsítja a levegő-üzemanyag keveréket.
Egyrészt ebben a folyamatban biztos, hogy az üzemanyag szinte minden része megkapja az elégetni szükséges oxigént, mielőtt a felületekkel való érintkezés következtében az égés alatti hőmérsékletre hűlne. Ez megakadályozza az égési maradványok robbanását a kazán belsejében.
Másrészt a felesleges levegő pazarolja az energiát azáltal, hogy a hőt továbbítja a kéményen. Finom különbség van az energiahatékonyság és a biztonság között, amikor a lehető legkevesebb levegőt juttatjuk az égőhöz. Így a kazántulajdonosok és üzemeltetők tudni akarják, hogy nyereséges-e a működésük. A kazánok energiahatékonyságának javítása érdekében célszerű lenne megvizsgálni a kazán működése során bekövetkező hőveszteségek okait.
HŐVESZTESÉG Az Amerikai Gépészmérnökök Társasága (ASME) jól ismerteti egy kazán gyártását szigorú PTC4.1 (1973) teljesítményvizsgálati kódjával. Ez a kód a felhasznált üzemanyagok bármely kategóriájára vonatkozik, de Kanadában a legtöbb fűtési rendszer földgázzal vagy olajjal működik, és a kódexben felsorolt sok veszteség nem érvényes. Más rendszerek elég kicsiek ahhoz, hogy veszteségeik egy „el nem számolt” kategóriába essenek, amelyhez csak értéket lehet felvenni. Egy egyszerűsített módszert alkalmazunk a kazán hatékonyságának számszerűsítésére ezen egyenlet szerint:
% hatékonyság (E) = (output ÷ input) X 100, ahol: output = input - veszteségek
% hatékonyság (E) = 100 - veszteségek, ahol a veszteségeket az ASME teljesítményteszt kódja alapján lehet kiszámítani
Mivel ez a kód birodalmi méréseket használ, a hőmérsékleteket Fahrenheit fokra (ºF) és a termikus egységeket kell fontra váltani. Ez az átalakítás a következő átalakítási képlet segítségével hajtható végre:
ºF = (1,8 3 ºC) + 32
Btu/lb = 0,4299 3 kJ/kg