Gázégők és ezek szabályozása
2005/4. lapszám | VGF&HKL online | 29 671 |
Figylem! Ez a cikk 21 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az égő a tüzeléstechnikai rendszerek fő alkotóeleme. Feladata, hogy a tüzelőanyag és a leve-gő keveredéséről, majd elégetéséről gondoskodjon a lehető legnagyobb biztonsággal, környe-zetkímélő és energiatakarékos üzemet biztosítva. A láng a hőhasznosító tűzterében alakul ki, majd a keletkezett energia egy része átadódik a hőközlő közegnek. A füstgáz távozik az égés-termék-elvezető rendszeren keresztül. A folyamat során felszabaduló energiát a hőhasznosító közvetítőközege továbbítja a felhasználás helyére. Az égő minősége nagyban befolyásolja a tüzeléstechnikai rendszer hatásfokát, a füstgáz károsanyag-tartalmát és az égés biztonságát.
Az égés
A tüzelőanyagok nagy mennyiségben tartalmaznak szénhidrogéneket, melyek elégetése során a szén szén-dioxiddá, a hidrogén pedig vízgőzzé oxidálódik energia felszabadulása mellett. A tökéletes égéshez a szénhidrogén- és az oxigénmolekuláknak találkozniuk kell a megfelelő hőmérsékleten. Az égők fejlesztése során tehát az egyik feladat az optimális keverőfej megal-kotása. A valóságban a tüzelőanyagok különböző mértékben tartalmaznak a szénhidrogének mellett más elemeket is, többek között nitrogént, hidrogént, széndioxidot stb. A levegővel is jut az égéstérbe az oxigén mellett nagy mennyiségű nitrogén és egyéb gáz. Fentiekből látszik, hogy az optimális égésre törekvés igen nagy körültekintést igényel, mert a füstgázban a kör-nyezetet terhelő, mérgező, esetleg robbanásveszélyes anyagok jelenhetnek meg. A gyakorlat-ban egy jó műszaki színvonalú égő helyes beállításával elérhető, hogy az égéstermék ne tar-talmazzon kimutatható mennyiségű szén-monoxidot, elégetlen szénhidrogént (korom), vala-mint nagy mennyiségű nitrogén-oxidot. A magas hatásfok kevesebb tüzelőanyag elégetését teszi szükségessé, tehát adott energiamennyiség hasznosítása mellett kisebb a környezet terhe-lése.
Az égők osztályozása
A tüzelőanyag fajtája szerint az égők legnagyobb része az olaj- vagy a gázégők családjába tartozik. Az olaj viszkozitása szerint tovább csoportosíthatunk nehéz-, közép-, ill. könnyűolaj-égőkre. A gázégők lehetnek földgáz- vagy PB-üzeműek. Fentieken kívül lehetőség van egyéb éghető légnemű anyagok, mint biogáz, kohógáz, oldószergőzök eltüzelésére. Az úgynevezett alternatív tüzelőberendezések különböző tüzelőanyagok fogadására átkapcsolhatók, melyek hozzávezetéséhez külön szerelvénysor illeszkedik az égőhöz. Ezeket olyan felhasználók alkalmazzák, akik alternatív fogyasztói szerződést kötöttek, tehát kedvezményesebb díj mellett vállalják, hogy a szolgáltató szükség esetén korlátozza a gázszolgáltatást. Másik felhasználási terület a kiemelt üzembiztonságot megkövetelő létesítmények hőellátása, mint például az egészségügyi létesítmények. Gyakran kerül üzembe gáz-gáz alternatív égő olyan környezet-ben, ahol a földgáz mellett olyan tüzelőanyagot égetnek el, amelynek a rendelkezésre állása nem folyamatos, pl. biogázt.
A levegőellátás módja szerint megkülönböztethetünk atmoszférikus, ill. túlnyomásos égőket. Az atmoszférikus égők vezérlése csak az igényelt hőmennyiséghez szükséges tüzelőanyag mennyiségét határozza meg. A szükséges oxigént a lángképződés környezetéből vonja el az égés. A nyitott égésterű égők a készülék környezetének levegőjét használják, míg a zárt égés-terűek külső táplevegő-hozzávezetéssel rendelkeznek. Háztartási berendezéseknél elterjedt a cső a csőben elv, amely a füstgázelvezetés mellett juttatja be a levegőt, az előmelegítést is megoldva. Az atmoszférikus égők előnye az alacsony zajkibocsátás, viszont csak néhány száz kW-ig alkalmazhatók, és az elvből következően az égés minőségét kevésbé tudják befolyá-solni, hatásfokuk alacsony.
A túlnyomásos vagy kényszerlevegős égők vezérlése ventilátor és csappantyúk segítségével az aktuális teljesítményt biztosító tüzelőanyag-mennyiség elégetéséhez mindig a megfelelő mennyiségű levegőt biztosítja. A ventilátor lehet az égőfejjel egybeépített (monoblokk) vagy külön álló (duoblokk). Hátrányuk a nagyobb zajjal járó üzem, amit megfelelő hangcsillapítás-sal befolyásolhatunk. Előnyük viszont a magas hatásfok, a biztonságosabb és környezetkímé-lőbb üzem.
A gázégők felépítése
Az égő fő részei a gázszerelvények, az égőház és a keverőfej. A gázszerelvény-sor elemei:
- A gázhálózatot az égőtől golyóscsappal szigetelhetjük el. Ez lehet normál kivitelű vagy hőre záró. Utóbbinál a határhőmérséklet elérésekor egy megfeszített rugó retesze oldódik, majd a rugóerő egy golyóval elzárja az áramlás útját.
- A jól karbantartott szűrő a tapasztalatok szerint nagyban megnövelheti az utána álló szerelvények és az égő élettartamát, azáltal, hogy a gázvezetéken érkező szennyeződé-sek javát felfogja.
- A nyomásszabályozó tartja a beállított szinten az égő bemeneti gáznyomását. A gáz-vezetéken jelentkező ingadozások így nem befolyásolják az üzembe helyezéskor beál-lított tüzelőanyag és levegő arányát.
- Biztonságtechnikai okokból mindig kettős elzáró szerelvényt kell alkalmazni. Ezek leggyakrabban elektromágneses mozgatással rendelkeznek a tüzelőberendezés auto-matikus üzemének biztosítása miatt. Az égőgyártók elterjedten alkalmazzák az egy házba szerelt kettős mágnes-szelepet. A szelepek közé 1200 kW teljesítmény fölött tömörségvizsgálót kell szerelni. Utóbbi az égő indítása előtt vagy szabályozott leállás-nál vizsgálja a lezárt szelepek tömörségét. Biztonsági okokra hivatkozva egyes égő-gyártók ennél jóval kisebb teljesítménynél is alkalmazzák ezt a technikát.
Az égőház kompakt égő esetén az alábbi elemeket tartalmazza:
- motor a ventilátor meghajtására,
- ventilátor,
- szívótáska a szükséges hangcsillapító elemekkel, légterelő idomokkal,
- levegő differenciál nyomáskapcsoló a ventilátor működésének ellenőrzésére,
- levegő- és gázcsappantyú a mennyiség szabályozására,
- automatika, amely a vizsgált feltételek megléte esetén levezényli a biztonságos be-gyújtást, a teljesítményváltásokat, a szabályozott leállást, illetve az újraindítást. Üzem-zavar esetén tájékoztatást nyújt a hiba okáról.
- Korszerű égő esetén kezelő- és kijelző-egység.
A keverőfejben történik a gáz és a levegő keveredése. A szénhidrogének elégésének feltétele a láng stabilizálása. Ehhez szükséges az áramlási- és lángsebesség egyensúlya. Amennyiben az áramlási sebesség túllépi az ellentétes irányú lángsebességet, a láng leszakad és kialszik, ha pedig kisebb, mint a lángsebesség, a láng visszacsap. Az áramlási irányokat és sebességet is befolyásolhatjuk az ún. torlasztó tárcsával, amely furatokat és perdítő elemeket tartalmaz. Az alsó teljesítményhatár közelében a kisebb levegőszükséglet miatt az áramlási sebesség csökken. Ahhoz, hogy a keveredés minősége ne romoljon, korszerű égőknél ún. nyomott oldali levegőszabályzást is alkalmaznak. Utóbbi egy motor által mozgatott hüvely az égőfejben, amely a torlasztó tárcsa körül beáramló levegő mennyiségét korlátozza, ezzel a kisebb teljesítményeken is jó keveredést biztosítva.
A keverőfejben találhatjuk a gyújtó elektródákat, amelyek a gázlángot begyújtják. Nagyobb teljesítményeknél gyújtóégőt is alkalmaznak, itt az ív egy gyújtólángot indít, amely később a főlángot begyújtja. A lángőr olyan funkcionális elem, amely a láng jelenlétét igazolja elektromos jellel az auto-matika felé. Fajtái:
- Az infravörös lángérzékelő az égésre jellemző hullámhosszakat detektálja.
- A fotoellenállás-érzékelő passzív elem, mely fény hatására változtatja ellenállását.
- A lángra jellemző UV-sugárzás jelenlétét félvezetős érzékelővel is kimutathatjuk.
- Az ionizációs lángőr a lángmag ionizált részecskéinek segítségével érzékeli az égés meglétét, ezért elektródája a lángképződés helyén található.
A gázégők szabályozása
A gázégők szabályozását az egyes gyártók eltérő eszközökkel oldják meg, a hagyományos felépítésből azonban jól látszik, hogy az égő teljesítményét három elkülöníthető funkció befolyásolja: a hőtermelő rendszer szabályzója, a tüzelésvezérlő automatika, valamint a teljesítmény- és arányszabályzó. A részletek előtt egy példa: a kazán szabályzója úgy van beállítva, hogy folyamatosan 20 °C-ot biztosítson az épületben . A szobában felszerelt érzékelő jelei alapján a szabályzó úgy dönt, hogy a hőmérsékletesés üteme megkívánja a kazán indítását. Indítójelet küld az égő automatikájának, amely az indítás feltételeinek vizsgálata után beindítja a tűztér előszellőztetését. Közben elvégzi a tömörségvizsgálatot, majd az arányszabályzót gyújtási pozícióba vezérli. A gyújtást követően kiadja a parancsot a nagyláng beállítására. A teljesítmény- és arányszabályzó motorja a meghatározott sebességgel mozgatja az ívpályákat, melyek a gáz- és levegőcsappantyúkat állítják. A nagylángnak megfelelő helyzethez állított végállás-kapcsoló jelzésére az automatika leállítja a teljesítmény-szabályzó motort.
A termelő rendszer szabályzójának bemenetén jelennek meg az érzékelők és határolók je-lei, valamint a kezelő vagy program által megadott parancsolt érték. Ez lehet egy teljes épület-felügyeleti rendszer, egy korszerű kazán szabályzója vagy egy PLC. Vannak fűtéstechnikai szabályozásokra specializált kontrollerek is. Fontos, hogy amennyiben folyamatos szabályzást akarunk megvalósítani, nem elég, ha az égőnk alkalmas rá, a szabályzót is ehhez kell válasz-tani! Gyakran előfordul, hogy egy kisláng-nagyláng beállítására alkalmas kazánszabályzóhoz, vagy technológiához kérnek folyamatosan szabályozható égőt. Ilyenkor egy új szabályzóval kell kiegészíteni a rendszert.
Az automatika egy meghatározott program lépéseit követi. Feladata a biztonságos indulás, teljesítmény-változtatás, leállítás illetve újraindítás levezénylése.
Bemeneti jelei:
- kívánt teljesítmény
- a lángőr jele
- az arányszabályzó végállás-kapcsolói
- gáz minimum- és maximum kapcsolók
- léghiány kapcsoló
- egyéb jelek
Kimeneti jelei:
- motor indítása
- teljesítmény- és arányszabályzó motor vezérlése
- gyújtás
- gáz-mágnesszelepek vezérlése
A program elején elindul a ventilátor, a tűztér szellőztetése alatt pedig lezajlik a szelepek tömörség ellenőrzése. Az arányszabályzó gyújtási pozícióba áll. A gyújtó trafó szikrát ad, majd nyit az első szelep és a gyújtóláng szelepe. Az indulási biztonsági idő alatt stabilizálódik a gyújtóláng. Ezután nyit a fő mágnes-szelep majd stabilizálódik a láng. Amennyiben a program bármely lépése után a biztonsági időn belül nem érkezik nyugtázó jel, az automatika leáll. A leállás helyzetéből, vagy digitális tüzelésvezérlőnél egy speciális hibajel alapján a hibára következtethetünk.
A teljesítmény szabályozás fajtái:
- Be-ki kapcsoló: Hőigény esetén az égő bekapcsol, névleges teljesítményen üzemel, míg a kívánt hőfokot a rendszer el nem éri.
- Két fokozatú (három-pont): A gyújtási teljesítményt követően az égő kislángon vagy nagy-lángon üzemelhet a hőigény nagyságától függően
- Csúszó kétfokozatú (csúszó három-pont): A három fokozat teljesítmény változásai nem ugrásszerűek, hanem meghatározott sebességgel mennek végbe
- Folyamatos szabályozású: A gyújtás után az égő a szélső értékek között bármilyen teljesítményen üzemelhet
A teljesítmény és arányszabályzó hagyományos formája az ívpályákat mozgató állítómotor. Itt a pillanatnyi levegő- illetve gázcsappantyú állásszöget az ívpályákon futó görgőkhöz kapcsolódó emelők közvetítik. Üzembe helyezésnél beállítandó az ívpályák görbülete és a jellemző szög-helyzeteket visszajelző mikrokapcsolók működtetői. Alternatív égők esetében minden tüzelőanyaghoz külön ívpálya tartozik.
A digitális tüzelésvezérlő
A korszerű berendezésekben a fenti funkciókat a digitális tüzelésvezérlő látja el, mivel az egyre jobb égési paraméterek eléréséhez a tüzelőanyag és az égési levegő nagypontosságú adagolása, valamint a lángfejbeli keresztmetszet és áramlási sebesség teljesítményarányos állítása szükséges. Mind magasabbak a követelmények a távvezérlést és a távfelügyeletet illetően is.A koncepció:
Az értékelő és vezérlő funkciókat egy központi egységbe koncentráljuk, a beavatkozó helye-ken szervo motorokat szerelünk fel, melyek nagy pontossággal állnak mindig a beállított szögbe. Ezeket egy buszrendszerre fűzzük fel, amelyre az érzékelőket is csatlakoztatjuk. A kijelzésre és kézi beavatkozásra egy külön egység szolgál, amely a központi egységtől akár 100 méterre is elhelyezhető. Ehhez csatlakozhat egy épületfelügyeleti rendszer vagy távfelügyeletet ellátó számítógép. A kijelző és kezelő egység segítségével minden tüzelőberendezés-funkció közvetlenül kezelhető, működtethető. Semmilyen járulékos kezelőelem (kapcsoló vagy nyomógomb) nem szükséges. A kijelzőjén szöveggel jelenik meg az összes működési folyamat, ill. a diagnózis állapotok is.
A modern tüzelőberendezések fejlesztésének célja tehát az egyre szűkösebb szénhidrogén készletek minél gazdaságosabb, környezetkímélőbb és biztonságosabb felhasználása. E cél érdekében a vezető égőgyártók jelentős kutatás-fejlesztési tevékenységet végeznek, amelynek eredménye az egyre szigorúbb előírásokat is teljesítő, magas hatásfokú tüzelőberendezések megjelenése.
