82.Καυστήρες Πετρελαίο

Οι καυστήρες είναι υπεύθυνοι για την καύση του πετρελαίου

Μετατρέπουν την χημική ενέργεια του καυσίμου σε θερμική και την αποδίδουν στον λέβητα.

Από την απόδοση του καυστήρα επηρεάζεται σημαντικά ο βαθμός απόδοσης όλου του συστήματος θέρμανσης.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι καυστήρων υγρών καυσίμων.

Ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους διακρίνονται:

1. Ατμοσφαιρικούς καυστήρες

Στους ατμοσφαιρικούς καυστήρες η καύση λαμβάνει τόπο σε μια λεκάνη.

Η προθέρμανση του καυσίμου γίνεται επιτόπου από το καύσιμο το οποίο ήδη καίγεται. Για την τροφοδότηση του καυστήρα αυτού με πετρέλαιο υπεύθυνη είναι μια συσκευή το οποίο ελέγχει την ροή του καυσίμου. Τυπικό παράδειγμα αποτελεί η σόμπα πετρελαίου.

2. Πιεστικούς καυστήρες

Στους πιεστικούς καυστήρες μια αντλία ανεβάζει την πίεση του καυσίμου και μέσω ενός εγχυτήρα ( μπέκ) γίνεται η εκνέφωση του.

Διασκορπίζεται σε λεπτότατα σταγονίδια τα οποία αναμειγνύονται με τον αέρα σε ιδανική αναλογία και πραγματοποιείται η καύση.

3. Φυγοκεντρικούς καυστήρες

Λόγω της περιστροφικής ταχύτητας που αποκτά την περιστροφή του τύμπανου, λεπτές σταγόνες που εκσφενδονίζονται και πραγματοποιείται η ανάμιξη με τον αέρα καύσης.

Στους φυγόκεντρους καυστήρες το καύσιμο εισχωρεί σε ένα περιστρεφόμενο τύμπανο το οποίο φέρει κατάλληλη διαμόρφωση και οπές

Στο παρών θα ασχοληθούμε με τους πιεστικούς καυστήρες, καθώς κατέχουν ακόμα το μεγαλύτερο τμήμα των εφαρμογών έναντι των άλλων περιπτώσεων.

Ανάλογα με την ισχύ, οι καυστήρες μπορεί να είναι μονοβάθμιοι ή διβάθμιοι. Στην περίπτωση μονοβάθμιας λειτουργίας ο καυστήρας λειτουργεί μονίμως στην ισχύ για την οποία έχει ρυθμιστεί.

Στην περίπτωση όμως μεγάλων εγκαταστάσεων, η λύση αυτή είναι αντιοικονομική και καταπονεί το σύστημα λέβητα- καυστήρα. Χρησιμοποιώντας διβάθμιο καυστήρα η αύξηση της αποδιδόμενης ισχύος γίνεται ομοιόμορφα και δεν αναπτύσσονται θερμοκρασιακές τάσεις λόγω της απότομης αύξησης της θερμοκρασίας. Στους καυστήρες αυτούς μπορούμε να έχουμε έναν εγχυτήρα (μπέκ) και δύο φλόγες ή δυο εγχυτήρες.

Σε περιπτώσεις δύσκολων περιβαλλοντικών συνθηκών ( χαμηλές εξωτερικές συνθήκες) καλό θα είναι να χρησιμοποιούμε καυστήρα με προθέρμανση καυσίμου. Η λειτουργία αυτή θερμαίνει το καύσιμο από την θερμοκρασία περιβάλλοντος σε κατάλληλο σημείο ώστε να βελτιωθεί η ρευστότητα του και να εξασφαλιστεί ομαλή καύση.

Ένας καλορυθμισμένος καυστήρας επιφέρει σημαντική οικονομία στην κατανάλωση καυσίμου ενώ ταυτόχρονα προστατεύει το περιβάλλον.

Στην αντίθετη περίπτωση προκαλείται σπατάλη ενέργειας και επιβάρυνση της απόδοσης του λέβητα και της καπνοδόχου λόγω των επικαθίσεων κάπνας.

Τα βασικά τμήματα που απαρτίζουν ένα καυστήρα πετρελαίου είναι :

• Αντλία πετρελαίου
• Ανεμιστήρας
• Μπέκ καυσίμου
• Φωτοκύτταρο
• Μετασχηματιστής έναυσης
• Ηλεκτρόδια έναυσης
• Στροβιλιστής
• Τάμπερ αέρα
• Ηλεκρονικό

Αντλία πετρελαίου

Συνήθως είναι γραναζωτού τύπου με σκοπό την ανύψωση της πίεσης σε επίπεδα των 8-16bar με κύρια μέριμνα την αθόρυβη και αξιόπιστη λειτουργία.

Η ανύψωση της πίεσης είναι καθοριστικής σημασίας για την ομαλή και αποδοτική εξέλιξη της καύσης, εξασφαλίζει τον πλήρη διασκορπισμό του καυσίμου και δημιουργία νέφους σταγονιδίων κατά την έξοδο από τον διασκορπιστήρα.

Στην είσοδο της αντλίας υπάρχει φίλτρο το οποίο κατακρατεί σωματίδια και ακαθαρσίες από την είσοδο τους στην αντλία. Το φίλτρο αυτό ανά τακτά χρονικά διαστήματα πρέπει να επιθεωρείται και να καθαρίζεται διότι ένα βουλωμένο φίλτρο έχει ως αποτέλεσμα μειωμένη απόδοση της αντλίας.

Συνήθως η πίεση της αντλίας είναι ρυθμισμένη από τον κατασκευαστή στα 10-12 bar, δεδομένου βέβαια του τύπου διασκορπιστήρα που θα χρησιμοποιηθεί. Η αλλαγή αυτής της ρύθμισης γίνεται με την περιστροφή κατάλληλου κοχλία που βρίσκεται στο σώμα της αντλίας, με την βοήθεια κλειδιού Allen.

Η ρύθμιση της αντλίας στην σωστή πίεση κατάθλιψης είναι καθοριστικής σημασίας καθώς :

1.Χαμηλότερη πίεση προκαλεί: κακό ψεκασμό του πετρελαίου, αδύναμη φλόγα και αδυναμία του συστήματος να ανεβάσει γρήγορα θερμοκρασία στους χώρους.

2. Μεγαλύτερη πίεση προκαλεί : ατελή καύση καθώς εγχύνεται μεγαλύτερη ποσότητα καυσίμου και συνέχιση της καύσης ( μετά το σταμάτημα της αντλίας) λόγω του καυσίμου που έχει σωρευτεί στον πάτο του λέβητα και δεν έχει προλάβει να καεί.

Από κατάλληλο σημείο εισόδου η αντλία αναρροφά το πετρέλαιο το οποίο προέρχεται από την δεξαμενή. Το καύσιμο συμπιέζεται και κατευθύνεται προς τον διασκορπιστήρα ενώ το πλεονάζων καύσιμο επιστρέφει μέσω κατάλληλου σωληνίσκου προς την δεξαμενή ή συνήθως πίσω από το φίλτρο που βρίσκεται τοποθετημένο στην γραμμή τροφοδοσίας πετρελαίου.

Πάνω στην αντλία υπάρχουν κατάλληλες αναμονές σύνδεσης οργάνων – μανόμετρο και κενόμετρο- για τον έλεγχο και ρύθμιση της αντλίας.

Ανεμιστήρας

Συνήθως είναι τύπου τύμπανου αναρροφά αέρα από τον χώρο του λεβητοστασίου και με πίεση τον κατευθύνει προς την φλογοκεφαλή για να γίνει η ανάμιξη με το καύσιμο.

Η ρύθμιση της παροχής του ανεμιστήρα γίνεται μέσω κατάλληλου διαφράγματος (τάμπερ) το οποίο ανοιγοκλείνει. Η πίεση την οποία μπορεί να ανεβάσει ο ανεμιστήρας είναι καθοριστικής σημασίας καθώς θα πρέπει να είναι σε θέση να υπενικήσε4ι την πτώση της πίεσης που παρουσιάζεται κατά την διαδρομή των καυσαερίων μέσα στο λέβητα ( αντίθλιψη).

Ιδιαίτερα κατά την φάση της εκκίνησης αυτό είναι πολύ σημαντικό καθώς η αντίθλιψη που παρουσιάζεται είναι τουλάχιστον διπλάσια από αυτή της συνεχούς λειτουργίας.

Η ροή του αέρα πρέπει να είναι ομαλή και για την επίτευξη του σωστού καυσίμου μίγματος η παροχή πρέπει να είναι επακριβώς ρυθμισμένη

Μπέκ (Διασκορπιστήρας)

Αναλαμβάνει να διασκορπίσει το καύσιμο σε πολύ μικρά σταγονίδια δημιουργώντας νέφος σταγονιδίων. Στην είσοδο του φέρει κατάλληλο φίλτρο για την κατακράτηση ακαθαρσιών. Η οπή που φέρει στο εμπρόσθιο τμήμα έχει κατάλληλη διαμόρφωση ώστε κατά την έξοδο του καυσίμου να διαμορφώνεται κατάλληλος κώνος διασποράς.

Η γωνία ανοίγματος του κώνου είναι τυποποιημένη (15ο , 30ο ,45ο ,60ο και 80ο ) ενώ η κατανομή διακρίνεται σε

Ø Συμπαγής, χαρακτηρισμός s

Ø Ημισυμπαγής, χαρακτηρισμός Β

Ø Κοίλη, χαρακτηρισμός Η

Όλα αυτά τα στοιχεία περιέχονται στους καταλόγους των κατασκευαστών ενώ πάνω σε κάθε διασκορπιστήρα αναγράφεται ο κατασκευαστής, η ικανότητα καύσης του εκφρασμένη σε Us gal/h ή kg/h και η γεωμετρία του κώνου που διαμορφώνεται κατά την καύση. Η καλή κατάσταση του μπέκ είναι καθοριστικής σημασίας για καλή καύση. Με τον καιρό αλλοιώνεται η γεωμετρία της οπής και σε πολλές περιπτώσεις φράζεται από ακαθαρσίες του πετρελαίου.

Τακτικός έλεγχος και περιοδική αντικατάσταση είναι αναγκαία. Η ισχύς καύσης του καυστήρα μπορεί να μεταβληθεί μέσω επιλογής κατάλληλου μπέκ και ρύθμιση της πίεσης κατάθλιψης της αντλίας.

Παράδειγμα

Διαθέτουμε καυστήρα με ισχύ 80KW και θέλουμε να επιλέξουμε το κατάλληλο μπέκ για αυτόν. Ο λέβητας διαθέτει μακρύ θάλαμο καύσης.

Για να υπολογίσουμε το κατάλληλο μπέκ ακολουθούμε την κάτωθι πορεία.

80KW x 860Kcal/h KW═ 68.800Kcal/h

Η θερμότητα η οποία αποδίδεται κατά την καύση του πετρελαίου είναι περίπου 8.000Kcal/kg.( Το καθαρό ποσό θερμότητας αφούαφαιρέθηκαν απώλειες λόγω βαθμού απόδοσης κ.λ.π.).

Έχουμε 68,800Kcal/h / 8.000Kcal/kg═ 8.6 Kg/h. Αυτή πρέπει να είναι και η ικανότητα καύσης του μπέκ.

Η γωνία καύσης του μπέκ επιλέγεται στις 45ο διότι ο φλογοθάλαμος είναι μακρύς. Ανατρέχουμε στους πίνακες των κατασκευαστών για να αναζητήσουμε τον τύπο του μπέκ που ανταποκρίνεται στην ικανότητα αυτή. Ο τύπος 2,5 (Us gal/h) σε πίεση 8bar έχει ικανότητα 8,5Kg/h. Πρέπει να παρατηρήσουμε όμως ότι σε κάθε πίεση 10bar η ικανότητα του αυξάνεται στα 9,5 Kg/h. (1 Us gal/h περίπου 3.5Kg/h).

Περισσότερα στοιχεία δίνονται στα φυλλάδια των κατασκευαστών που συνοδεύουν τον καυστήρα.

Φωτοκύτταρο

Αναλαμβάνει την επιτήρηση της φλόγας. Αντιλαμβάνεται την έλλειψη ή παρουσία της φλόγας και στέλνει σήμα στο ηλεκτρονικό του καυστήρα ρυθμίζοντας ως αποτέλεσμα την λειτουργία της αντλίας.

Σε περίπτωση που επικαθίσει κάπνα στην επιφάνεια του φωτοκύτταρου, η λειτουργία του καθίσταται αναποτελεσματική. Μπορεί να διακόψει την λειτουργία του καυστήρα χωρίς να υπάρχει σβήσιμο της φλόγας ή βλάβη.

Μετασχηματιστής έναυσης

Ο μετασχηματιστής ανεβάζει την τάση του ρεύματος σε υψηλή τιμή ώστε στο διάκενο των ηλεκτροδίων έναυσης να αναπτύσσεται ισχυρός σπινθήρας.Μόλις ο καυστήρας πάρει εντολή να εκκινήσει, ο σπινθήρας που αναπτύσσεται στα ηλεκτρόδια προκαλεί έναυση στο καύσιμο μίγμα.

Οι ακίδες των ηλεκτροδίων έχουν θέση που είναι ρυθμισμένη προς τα εμπρός ή προς τα πίσω καθώς πρέπει να έχουν κατάλληλη απόσταση μεταξύ τους αλλά και από τον διασκορπιστήρα, για την δημιουργία του σωστού τόξου. ( Οι χαρακτηριστικές αυτές αποστάσεις προδιαγράφονται από τον κατασκευαστή του καυστήρα).

Τάμπερ

Τάμπερ αέρα τοποθετούνται για την ρύθμιση του αέρα που εισέρχεται στον ανεμιστήρα. Η λειτουργία του μπορεί να ρυθμίζεται μέσω κατάλληλου μηχανισμού ενώ στην στάση του καυστήρα πρέπει να μπορεί να μπορεί να κλείνει τελείως. Σε αντίθετη περίπτωση ο κρύος αέρας θα εισχωρήσει στον λέβητα και θα ψύξη τα τοιχώματα με αποτέλεσμα την μείωση του βαθμού απόδοσης και σπατάλη ενέργειας.

Στροβιλιστής

Είναι κατάλληλη διαμορφωμένη διάτρητη πλάκα η οποία τοποθετείται μπροστά από τον διασκορπιστήρα και σκοπός της είναι η καλύτερη ανάμειξη του καυσίμου με τον αέρα.

Μπορεί και μετακινείτε προς τα εμπρός ή προς τα πίσω σε σχέση με την φλογοκεφαλή, μεταβάλλοντας έτσι τα χαρακτηριστικά της καύσης. Κατά την ροή του καύσιμου μίγματος μέ4σα από τις διαμορφώσεις του, προσδίδεται μια ιδιαίτερη γεωμετρία στην τροχιά του μίγματος ενώ ταυτόχρονα προκαλείται ισχυρός στροβιλισμός για την καλύτερη ανάμειξη του αέρα καύσης με το νέφος σταγονιδίων του πετρελαίου.

Ηλεκτρονικό

Αποτελεί τον εγκέφαλο λειτουργίας του καυστήρα. Δέχεται τα σήματα από τους αυτοματισμούς και επενεργεί ανάλογα στην λειτουργία του καυστήρα( στον ανεμιστήρα, στην μαγνητική της αντλίας κ.λ.π) θέτοντας το σε λειτουργία ή σταματώντας τον. Επάνω του υπάρχει μπουτόν χειροκίνητης επαναφοράς σε περίπτωση που ο καυστήρας παύσει να λειτουργεί.

Λειτουργία

Ο καυστήρας παίρνει συνήθως εντολή από έναν θερμοστάτη χώρου. Μόλις ο θερμοστάτης δώσει εντολή στον καυστήρα να εκκινήσει, ο ανεμιστήρας εκκινεί πραγματοποιώντας για λόγους ασφάλειας, πρόπλυση στον θάλαμο καύσης. Αυτό είναι απαραίτητο για την απομάκρυνση τυχόν άκαυστου μίγματος το οποίο έχει παραμείνει στον θάλαμο καύσης καθώς και για τον αερισμό του θαλάμου. Στην συνέχεια, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα του πετρελαίου που είναι τοποθετημένη στην δεξαμενή ανοίγει και επιτρέπει την ροή του καυσίμου ενώ παράλληλα η αντλία αναρροφά πετρέλαιο καταθλίβοντας το. Το υψηλής πίεσης πετρέλαιο καθώς εξέρχεται από το μπέκ εξαερώνεται και αναμειγνύεται με τον αέρα καύσης.

Από τον σπινθηρισμό των ηλεκτροδίων προκαλείται ανάφλεξη καθώς ταυτόχρονα το μίγμα διέρχεται από τον στροβιλιστή. Ανάλογα με την διαμόρφωση του στροβιλιστή η φλόγα παίρνει και το ανάλογο σχήμα. Εάν για οποιοδήποτε λόγο η φλόγα σβήσει, το φωτοκύτταρο το αντιλαμβάνεται και διακόπτει την λειτουργία της αντλίας ενώ ταυτόχρονα η ηλεκτρομαγνητική του πετρελαίου κλείνει. Ορισμένοι τύποι καυστήρων μεγάλης ισχύος διαθέτ6ουν διβάθμια λειτουργία. Στην ουσία, ο καυστήρας εκκινεί και δουλεύει στο πρώτο στάδιο σε μερικό φορτίο, ενώ περνώντας στο δεύτερο στάδιο αναπτύσσει την πλήρη ισχύ του.

Σε περιπτώσεις όπου επικρατεί ιδιαίτερο ψύχος στην γεωγραφική περιοχή τοποθέτησης του λεβητοστασίου ή εξαιτίας άλλων παραγόντων υπάρχει η δυνατότητα χρήσης καυστήρα με προθέρμανση. Η προθέρμανση στην ουσία θερμαίνει προς την αρχική λειτουργία του καυστήρα κάνοντας το λεπτόρρευστο.