Hvad er kedelforbrænding?
Kedelforbrænding er studiet af, hvordan brændstoffer forbrændes i kedler, der opvarmer vand til damp. Der er mange anvendelsesmuligheder for dampkedler, herunder kemisk procesopvarmning, dampvarme til bygninger og varmt vand og damp til at drive elektriske turbinegeneratorer. Forbrænding er reaktionen fra brændstoffer med ilt i luften for at skabe varme, der bruges til dampproduktion.
En række brændstoffer kan bruges til forbrænding af kedlen, herunder naturgas, brændselsolie og biobrændstoffer produceret fra planter eller animalsk affald. Når brændstof sprøjtes eller forstøves i en kedel med luft, kan en tændspole eller lille pilotflamme antænde blandingen. Forbrænding frigiver meget varme, hvoraf nogle opvarmer vand til damp, og nogle går tabt på grund af stråling og røggast. Stråling er infrarødt varmetab, der opstår fra en varm kedel ind i et køligere rum. Røgtab er opvarmede gasser, der ventileres fra kedlen gennem dens røggas eller udluftning.
Ejere og operatører er interesseret i at maksimere effektiviteten af kedelforbrændingen. De vigtigste problemer at overveje er forbrændingseffektivitet, eller hvor godt brændstof- og luftblandinger brænder, og hvordan man minimerer varmetab. Strålevarmetab kan minimeres ved korrekt isolering af kedel- og damprørledninger. Kedeldesign og -kontroller kan bruges til at maksimere forbrændingseffektiviteten.
Forbrændingsområdet for en kedel har normalt rør, der indeholder vand og damp, der passerer gennem en åben kasse, der kan indeholde brændere og kontroller. Rørdesign kan forbedre effektiviteten ved hjælp af multi-pass systemer. Vandrør, der kommer ind i kedlen, kan først passere gennem røggaszonen, der tager noget spildvarme og forvarmer vandet. Rør kan derefter passere gennem forbrændingszonen mere end én gang for fuldt ud at udnytte forbrændingsvarmen, hvilket også forbedrer effektiviteten.
Kedelforbrændingseffektivitet for luft- og brændstofblandinger er kritisk for korrekt kedeldrift. Et molekyle brændstof kræver en teoretisk mængde ilt for at forbrænde fuldstændigt, men i virkeligheden er der brug for overskydende ilt på grund af forskellige tab i forbrændingszonen. Luften er ca. 21 procent ilt, så uforbrændt nitrogen i luft skal også opvarmes i kedlen og udluftes af røggas. Dette påvirker yderligere kedeleffektiviteten og producerer nitrogenforbindelser, der har været forbundet med sur regn og smogdannelse.
For meget ilt reducerer kedelens forbrændingstemperatur, kan skabe nogle uønskede forurenende stoffer og kræver brændstof til opvarmning af ilt og nitrogen, der ikke bruges. Mangel på ilt kan reducere kedeleffektiviteten og skabe sot og andre biprodukter, der kan skade kedlen over tid. Forskning har fundet, at overvågning af ilt- og forbrændingsgasskoncentrationer i røggassen og opretholdelse af en korrekt røggastemperatur kan optimere kedelens ydeevne.
Mindre kedler kan indstilles manuelt ved hjælp af røggasfølere og røggastermometre, men mange kedler kan drage fordel af automatiske betjeninger. Kedler kører muligvis ikke på et enkelt driftssted, men vil have forskellige dampkrav eller driftsbetingelser, hvilket gør manuelle effektivitetsindstillinger upraktiske. Ældre kedler kan eftermonteres med elektroniske kontroller, der giver feedback til luft- og brændstofindgangspumper for at give det bedste forhold til forbrænding.