Πέμπτη, 17 Μαρτίου 2011

Αναλογικοί καυστήρες αερίου - Εξοικονόμηση κάτω από τα όρια

Καυστήρες αερίου για εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση των εκπομπών NOx και CO σε βαθμό μεγαλύτερο και απ’ αυτόν που απαιτούν οι αυστηρότεροι ευρωπαϊκοί περιορισμοί.

Του Αντώνη Πατέλη*

Οι νέοι καυστήρες φυσικού αερίου ενσωματώνουν συνεχώς νέες τεχνολογίες που εξασφαλίζουν υψηλή απόδοση και εξοικονόμηση ενέργειας. Η εξέλιξη βάσει ενός εκτεταμένου προγράμματος έρευνας και ανάπτυξης έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία καινοτόμων προϊόντων που χαρακτηρίζονται από τεχνολογική υπεροχή.
Καινοτομία στα συστήματα καύσης αποτελούν οι ηλεκτρονικά αναλογικοί καυστήρες φυσικού αερίου σειράς ΜΕ, καθώς και οι πνευματικά αναλογικοί καυστήρες φυσικού αερίου σειράς ΡΝ και Low NOx. Οι καυστήρες αυτοί έχουν τη δυνατότητα συνδυασμού της τεχνολογίας inverter, προσφέροντας με τον τρόπο αυτό σημαντική εξοικονόμηση στην ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την τροφοδοσία του ανεμιστήρα, εξοικονόμηση που αγγίζει το 70% στην ελάχιστη ισχύ.
Οι πνευματικά αναλογικοί καυστήρες μεσαίας ισχύος με ενσωματωμένο inverter σύντομα θα αντικαταστήσουν τους παραδοσιακούς διβάθμιους. Τα ειδικά χαρακτηριστικά της υπερπίεσης, το μικρό μέγεθός τους σε σχέση με την ισχύ, καθώς και η ελάχιστη δυνατή κατανάλωση συμπληρώνουν το τεχνικό και λειτουργικό πλαίσιο των προϊόντων υψηλής τεχνολογίας. Η ειδικά σχεδιασμένη κεφαλή τους εξασφαλίζει την ποιότητα της καύσης, ο ανεμιστήρας ειδικής σχεδίασης και κατασκευής επιτυγχάνει υψηλές αποδόσεις και αθόρυβη λειτουργία, ενώ η μακριά μπούκα με κυλιόμενη φλάντζα ευνοεί την προσαρμογή σε κάθε τύπο λέβητα. Παράλληλα, η ευκολία πρόσβασης σε κάθε όργανο, καθιστά τους συγκεκριμένους καυστήρες πρακτικούς στον έλεγχο και τη συντήρηση.
Η πνευματική λειτουργία του καυστήρα εξασφαλίζει μέγιστη ασφάλεια στην εγκατάσταση, αφού η ρύθμιση του μείγματος αέρα / αερίου ελέγχεται συνεχώς. Σε οποιαδήποτε απόκλιση λόγω έλλειψης οξυγόνου ή αυξομείωσης της παροχής καυσίμου, ο καυστήρας αυτορυθμίζεται σύμφωνα με τα δεδομένα που ο τεχνικός έχει εισαγάγει, ώστε να μην υπάρχει κανένας κίνδυνος κατά τη λειτουργία του και ταυτόχρονα να παρέχει μέγιστη δυνατή οικονομία αλλά και βέλτιστο βαθμό απόδοσης.
Το σύστημα καύσης αποδεικνύεται πολύ πιο αποδοτικό και η εγκατάσταση και λειτουργία είναι ευκολότερη σε σύγκριση με τα μηχανικά αναλογικά συστήματα που είναι ευρέως διαδεδομένα στους καυστήρες, των οποίων η εγκατάσταση και η πλήρης αξιοποίηση απαιτεί συνήθως πολύχρονη εμπειρία.

Πνευματικά αναλογικές βαλβίδες

Οι νέου τύπου πνευματικά αναλογικές βαλβίδες (συνεχούς ελέγχου και ρύθμισης αέρα / αερίου) και η ειδικά σχεδιασμένη κεφαλή καύσης μερικής ανακύκλωσης αποτελούν καινοτομίες του αναλογικού καυστήρα. Η ρύθμιση τώρα περιορίζεται στην επιλογή της απαιτούμενης αναλογίας αέρα / αερίου (που προσδιορίζει και την περίσσεια οξυγόνου). Καθορίζοντας την αναλογία αυτή στην ελάχιστη και στη μέγιστη ισχύ του καυστήρα, τα υπόλοιπα άπειρα ενδιάμεσα σημεία λειτουργίας αυτορυθμίζονται χάρη στα ειδικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των νέων βαλβίδων πνευματικής αναλογίας.
Δεν χρησιμοποιούνται πλέον τα συστήματα σερβοκινητήρων με τους πολύπλοκους μηχανικούς συνδέσμους ή οι απλές βαλβίδες των κλασικών αναλογικών συστημάτων, καθώς η ποσότητα αερίου που εισάγεται στο θάλαμο κάυσης εξαρτάται μόνο από την ποσότητα αέρα που θα αυξηθεί ή θα μειωθεί. Το σύστημα χαρακτηρίζεται ως δυναμικά αναλογικό, αφού σε κάθε αλλαγή των δεδομένων της καύσης (της ροής και πίεσης αέρα ή αερίου) για οποιονδήποτε λόγο, ο καυστήρας αυτορυθμίζεται, γεγονός που τον καθιστά πιο ασφαλή και αξιόπιστο.

Υπόμνημα:

1. Πίεση φυσικού αερίου στην εισαγωγή
2. pL: Πίεση στην κεφαλή καύσης
3. pF: πίεση στο θάλαμο καύσης
4. Λήψη ένδειξης πίεσης αερίου pBL
5. Διάφραγμα ρύθμισης αέρα.



N: Ρυθμίζει την αναλογία αέρα / αερίου στην ελάχιστη ισχύ.
V: Ρυθμίζει την αναλογία αέρα / αερίου στη μέγιστη ισχύ.

Ενεργώντας στις βίδες ρύθμισης N και V της βαλβίδας αερίου, μπορείτε να τροποποιήσετε την αναλογία αέρα / αερίου σε ένα ευρύ πεδίο, διατηρώντας τη ρύθμιση των παραμέτρων της καύσης σε επιθυμητά επίπεδα.

Πλεονεκτήματα του συστήματος

Υψηλό εύρος αναλογικής ρύθμισης. Το υψηλό εύρος αναλογικής ρύθμισης εξασφαλίζει πολύ μικρές διακυμάνσεις στην ελεγχόμενη παράμετρο (θερμοκρασία νερού ή πίεση ατμού), συμβάλλοντας στην οικονομική λειτουργία και επεκτείνονταςτη διάρκεια ζωής του καυστήρα και του λέβητα.
Δυναμικός έλεγχος αναλογικότητας. Εξασφαλίζει αποδοτική, αξιόπιστη και απόλυτα ασφαλή λειτουργία, ακόμα και αν ξένο αντικείμενο φράξει μέρος ή ακόμα και ολόκληρο το διάφραγμα εισαγωγής αέρα.
Υπόμνημα
Υπόμνημα

Σταθερά επίπεδα Ο2 στα καυσαέρια. Ο συνεχής έλεγχος της αναλογίας αέρα/αερίου βεβαιώνει τη σταθερότητα των χαμηλών τιμών οξυγόνου στα καυσαέρια εξασφαλίζοντας υψηλές αποδόσεις στο λέβητα.
Ευκολία στη χρήση και συντήρηση. Το σύστημα Συνεχούς Ελέγχου και Ρύθμισης Αέρα/Αερίου είναι απλό στην εφαρμογή και τη χρήση αφού πρακτικά χρειάζεται ρύθμιση σε 2 μόνο βίδες με αποτέλεσμα να μειώνεται ο απαιτούμενος χρόνος για τη ρύθμιση κατα 75% σε σύγκριση με κλασσικούς, μηχανικά αναλογικούς καυστήρες.

Έκδοση V με ενσωματωμένο inverter

Η ενέργεια που παράγεται επιβαρύνει αναπόφευκτα το περιβάλλον και απαιτεί την αυξανόμενη επικέντρωση της προσοχής μας στην κατανάλωση. Καθίσταται απαραίτητη η κατασκευή συστημάτων με μέγιστο βαθμό απόδοσης και μειωμένες καταναλώσεις σε όλα τα επίπεδα. Σήμερα, περισσότερο από ποτέ, προτιμούνται μη ενεργοβόρα συστήματα καύσης που ενσωματώνουν καινοτόμες τεχνολογίες για τη μείωση των απωλειών στο ελάχιστο δυνατό. Σε κλασικά συστήματα καύσης ο ανεμιστήρας έχει σχεδόν πάντα την ίδια ηλεκτρική κατανάλωση (με ασήμαντες αυξομειώσεις) ανεξάρτητα από τις μεταβολές στο φορτίο και την ισχύ λειτουργίας του καυστήρα. Η ροή του αέρα ρυθμίζεται μόνο από τα διαφράγματα, τα οποία κλείνουν όσο η ισχύς μειώνεται περιορίζοντας την εισαγωγή. Η απλή αυτή διαδικασία προκαλεί μεγαλύτερες απώλειες φορτίου, καθώς σπαταλά μεγάλο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που προσφέρει ο κινητήρας του ανεμιστήρα. Επιπλέον, ο ανεμιστήρας λειτουργεί πάντα στο μέγιστο της ισχύος με αποτέλεσμα να έχει αυξημένη στάθμη θορύβου σε οποιαδήποτε ισχύ και αν έχει ρυθμιστεί ο καυστήρας. Με την εγκατάσταση ενός μετατροπέα συχνοτήτων (inverter) στον πίνακα ελέγχου του καυστήρα, που θα ελέγχει τις στροφές ανά λεπτό (rpm) του κινητήρα σε συνάρτηση με την ισχύ του καυστήρα περιορίζει την ηλεκτρική κατανάλωση και μειώνει τη στάθμη θορύβου. Ο μετατροπέας συχνοτήτων (inverter) λαμβάνει σήμα για τη ρύθμιση των στροφών απευθείας από τον ελεγκτή του αέρα καύσης, ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη διαχείριση της καύσης, σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις της εγκατάστασης. Οι μηχανισμοί διαφραγμάτων αέρα που παραμένουν στον καυστήρα πραγματοποιούν έλεγχο ροής αέρα και δυναμική ρύθμιση ακριβείας της πίεσης του αέρα στην κεφαλή καύσης σε όλες τις μεταβατικές καταστάσεις κατά τη λειτουργία του καυστήρα. Η χρήση του μετατροπέα συχνοτήτων (inverter) προσφέρει αξιόλογη εξοικονόμηση στην ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την τροφοδοσία του ανεμιστήρα που φτάνει έως και 70% στην ελάχιστη ισχύ του καυστήρα. Έχει υπολογιστεί ότι ο ετήσιος μέσος όρος μείωσης της κατανάλωσης κυμαίνεται στο 30%. Το δεύτερο μεγάλο πλεονέκτημα που προσφέρει η χρήση της τεχνολογίας inverter για τη ρύθμιση της ταχύτητας του ανεμιστήρα με έλεγχο των στροφών είναι τα πολύ υψηλά ποσοστά μείωσης της στάθμης θορύβου που αγγίζουν το 30-40%.
Επιπλέον πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση μετατροπέα συχνοτήτων είναι:

* Συντελεστής ισχύος κοντά στο 1. Η διατήρηση του συντελεστή ισχύος κοντά στο 1, σε οποιαδήποτε ταχύτητα, απαλλάσσει τη χρήση διατάξεων διόρθωσής του.
* Μείωση των ρευμάτων στην έναυση. Με τη χρήση inverter είναι δυνατή η βαθμιαία εκκίνηση και έναρξη της λειτουργίας του καυστήρα χωρίς να απαιτείται ειδική συνδεσμολογία αστέρα / τριγώνου ή χρήση soft starter.
* Μειωμένες μηχανικές καταπονήσεις. Η απουσία απότομων εκκινήσεων ελαχιστοποιεί τις καταπονήσεις του συστήματος επιμηκύνοντας τη διάρκεια ζωής όλων των επιμέρους μηχανικών εξαρτημάτων.



Παράδειγμα: Ένας αναλογικός καυστήρας αερίου BGN 300 LX ισχύος 3,6 MW χρειάζεται ανεμιστήρα που τροφοδοτείται απο μοτέρ ισχύος 7,5 kW. Αν υποθέσουμε πως ο καυστήρας λειτουργεί σε βιομηχανία 4.800 ώρες το χρόνο περίπου στο 60% της ισχύος του (μέση τιμή φόρτισης του καυστήρα), 3.600 kW x 50% = περίπου 2.000 kW. Aπό το πρώτο διάγραμμα παρατηρούμε πως η απορροφούμενη ισχύς του μοτέρ είναι 4,7 kW. 4,7 kW/h x 4.800 h = 22,560 kW. Υποθέτοντας το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας στα 0.15­ μας δίνει σε ετήσια βάση κόστος της τάξης: 22,560 kW x 0,15­/kW = 3,384.00­.
Με την χρήση inverter η ετήσια κατανάλωση είναι: 2.43 kW/h x 4,800 h = 11,664 kW και το ετήσιο κόστος ανέρχεται σε: 11,664 kW x 0.15 Euro/kW = 1,749.60­. Ετήσια αποταμίευση: 3,384.00­ - 1,749.60­ = 1,634.40­.
Aπό το δεύτερο διάγραμμα παρατηρούμε και τη μείωση στη στάθμη θορύβου με χρήση inverter.

*Ο κ. Αντώνης Πατέλης είναι Ηλεκτρολόγος Μηχανικός, Διευθύνων Σύμβουλος στην Άλφα Κλίμα ΑΕ.

ΠΗΓΗ:ΘΕΡΜΟΥΔΡΑΥΛΙΚΟΣ