Secţiunea 2 - Anexa B - Analiza gazelor de ardere şi randamentul de combustie - Ghid din 2013 privind inspecţia energetică a cazanelor şi a sistemelor de încălzire din clădiri, indicativ GEx010 - 2013

M.Of. 373 bis

În vigoare
Versiune de la: 25 Iulie 2013
SECŢIUNEA 2:Anexa B - Analiza gazelor de ardere şi randamentul de combustie
1.Procedura de măsurare
1.1.Procedura generală
Probele de gaze de ardere se vor preleva din mijlocul curentului, în apropierea evacuării cazanului la o distanţă de maxim 3 diametre ale coşului de fum (sau ale canalului de gaze de ardere) de secţiunea de racord a acestuia.
Sunt acceptate de asemenea probele prelevate din punctul cu temperatura cea mai înaltă sau punctul în care concentraţia de oxigen este cea mai scăzută. Orificiul de colectare a probelor trebuie să fie etanş. Pentru cazanele cu rupere de presiune la nivelul colectorului de gaze de ardere se va face prelevarea de gaze de ardere din zona camerei de colectare a gazelor de ardere amonte ruperii de presiune. Temperatura aerului de combustie trebuie măsurată pe admisia arzătorului.
Se recomandă măsurarea simultană a temperaturii gazelor de ardere şi a aerului de combustie. În cazul în care există un preîncălzitor al aerului de combustie, temperaturile gazelor de ardere şi a aerului de combustie vor fi măsurate astfel încât preîncălzitorul de aer să fie cuprins în conturul de bilanţ. Măsurarea se va face între cazan şi recuperatorul de căldură numai dacă treapta de recuperare de căldură nu face parte integrantă din cazan sau din furnitura standard a acestuia şi cu precizarea existenţei şi parametrilor de proiect ale treptei de recuperare de căldură.
Sonda de prelevare a gazelor de ardere trebuie completată cu un termocuplu de măsurare a temperaturii gazelor de ardere şi cu sistem de măsurare a presiunii (de obicei cuprins în analizorul de gaze de ardere.
Următoarele proprietăţi ale gazelor de ardere vor fi măsurate în acelaşi punct, de preferinţă cu un aparat multifuncţional acceptat de standardele în vigoare (EN 50379):
- ga - temperatura gazelor de ardere;
- Xo2,ga.usc - conţinutul de oxigen al gazelor de ardere uscate;
- XCO2,ga.usc - conţinutul de monoxid de carbon al gazelor de ardere uscate;
- aer - temperatura aerului de combustie (măsurată la admisia arzătorului la sistemele fără preîncălzitor de aer sau la aspiraţia preîncălzitorului de aer);
Orificiile de măsurare adecvate vor fi asigurate de către instalator sau de către producătorul cazanului. Înainte de citirea şi înregistrarea valorilor, operatorul va aştepta timpul de stabilizare al aparatului de măsurare.
Temperatura agentului termic poate fi citită pe afişajul cazanului dacă aparatura are gradul de precizie necesar sau pe termometrul de pe conductă (variantă recomandată).
1.2.Eficienţa arderii
Pierderile de căldura prin entalpia gazelor de ardere la coş, cos se vor calcula cu ajutorul proprietăţile măsurate în conformitate cu B.1.1. Ecuaţie de calcul:
C1,C2 - constante oferite în tabelul următor B.0.

COMBUSTIBIL

c1

C2

CO2max

C.L.U.

0.68

0.007

15.4

Motorina

0.68

0.007

15.3

Gaz Metan

0.65

0.009

11.8

G.P.L.

0.63

0.008

13.9

Eficienţa de combustie cmb se determină astfel:
cmb = 100 - cos (B.2)
Notă: cmb se va corecta şi cu un coeficient de pierderi de căldură prin ardere incompletă, ch pentru valori ale CO în gazele de ardere uscate cu 0% oxigen ce depăşesc 1000 ppm.
Unde CO este concentraţia de oxid de carbon, exprimată în procente [%], în gazele de ardere uscate iar Vga,usc este volumul specific de gaze de ardere uscate.
cmb = 100 - cos -ch (B.2)"
1.3.Recuperarea căldurii latente de condensare
1.3.1.Generalităţi
Pentru gazele de ardere a căror temperatură este scăzută (la cazanele cu condensaţie, în urma transferului de căldură pe suprafeţe utile de transfer cu capacitate de drenare a condensului), trebuie aplicată o corecţie, luând în considerare recuperarea căldurii latente de condensare.
cmb, cor =cmb +cond (B.3)
Factorul de corecţie pentru condensare cond poate fi calculat în conformitate cu metodologia oferită în B.1.3.2.
1.3.2.Calculul recuperării căldurii latente de condensare
Valorile de referinţă pentru calculul recuperării de căldură latentă de condensare, specifice combustibilului utilizat, sunt oferite în tabelul B.1.
Tabelul B.1 - Valori de referinţă utilizate pentru calculul recuperării de căldură latentă de condensare (conform SR EN 437:2004 - Gaze de încercare, situaţie naţională)

Proprietatea

Simbolul

Unitatea de măsură

Combustibilul utilizat

Metan

Gaz natural

Propan

Butan

Lichid tip M

Unitatea de măsură

  

1Nm3

1Nm3

1Nm3

1Nm3

1kg

Puterea calorică superioară

Hs

[J/kg]

sau [J/Nm3]

39,854 x 106 [J/Nm3]

39,043 x 106 [J/Nm3]

100,901 x 106 [J/Nm3]

132,717 x 106 [J/Nm3]

45,33 x 106 [J/kg]

Puterea calorică inferioară

Hi

[J/kg]

sau [J/Nm3]

35,887 x 106 [J/Nm3]

35,162 x 106 [J/Nm3]

92,831 x 106 [J/Nm3]

122,463 x 106 [J/Nm3]

45,27 x 106 [J/kg]

Volumul de aer necesar arderii stoichiometrice

Vaer,st,usc

[Nm3/kg]

sau [Nm3/Nm3]

9,52 [Nm3/Nm3]

9,41 [Nm3/Nm3]

23,8 [Nm3/Nm3]

30,94 [Nm3/Nm3]

11,23 [Nm3/Nm3]

Volumul gazelor de ardere necesar arderii stoichiometrice

Vga,st,usc

[Nm3/kg]

sau [Nm3/Nm3]

8,52 [Nm3/Nm3]

8,43 [Nm3/Nm3]

21,8 [Nm3/Nm3]

28,44 [Nm3/Nm3]

10,49 [Nm3/Nm3]

Următoarele proprietăţi ale gazelor de ardere trebuiesc măsurate sau estimate:
- ga - temperatura gazelor de ardere;
- Xo2,ga,usc - conţinutul de oxigen al gazelor de ardere uscate;
- aer - temperatura aerului de combustie (în cazul în care nu este măsurată se poate adopta temperatura exterioară corespunzătoare zonei climatice);
- Xaer - umiditatea relativă a aerului de combustie (în cazul în care nu este măsurată se poate considera 50%);
- Xga - umiditatea relativă a gazelor de ardere la coş (în cazul în care nu este măsurată se poate considera 100%);
Dacă în gazele de ardere se va măsura conţinutul de CO2, conţinutul de oxigen se determina astfel:
Xco2 st - reprezintă conţinutul de CO2 al gazelor de ardere ale amestecului stoechiometric;
Vga,st - reprezintă volumul gazelor de ardere pentru arderea stoichiometrică;
Vaer,usc = Vaer,st,usc + Vga,usc - Vga,st,usc
Vga,usc - Vga,st,usc reprezintă excesul de aer; (B.6)
Umiditatea de saturaţie a aerului î H2O,aer,sat şi cea a gazelor de ardere
î H2O,ga,sat trebuie calculată în funcţie de aer şi respectiv ga.
Valorile sunt date în tabelul B.2
.....................................................
Tabelul B.2 - Umiditatea de saturaţie a gazelor de ardere în funcţie de temperatură (valori medii aproximative).

Temperatura

(aer sau ga)

[°C]

0

10

20

30

40

50

60

70

Umiditatea de saturaţie

(îH2O,aer,sat sau îH2O,ga,sat)

[kg/Nm3]

0,00493

0,00986

0,01912

0,03521

0,06331

0,1112

0,1975

0,3596

Notă: Umiditatea de saturaţie este exprimată în Kg de vapori de apa pe Nm3 de gaz uscat (aer sau gaze de ardere)

Umiditatea totala a aerului de combustie mH2O,aer se determină astfel:
Umiditatea totală a gazelor de ardere mH2O,ga se determină astfel:
Cantitatea de apa condensată mH2O,cond se determină astfel:
Dacă mH2O,cond este negativă înseamnă că nu există condensaţie, mH2O,cond = 0 şi cond = 0 sau este un caz special conform paragraf B.1.3.1 şi tabel B.2.
Căldura specifică latentă de condesare hcond,ga se determină cu relaţiile următoare în funcţie de unităţile de măsură alese pentru energie şi timp:
hcond,ga =2 500 600 [J/kg] - ga* 2 435 [J/kg-°C] (B.10)
hcond,ga = 694,61 [Wh/kg] - ga* 0,6764 [Wh/kg-°C] (B.11)
Căldura de condensare Qcond se determină astfel:
Qcond = mH2O,cond* hcond,ga (B.12)
În cazul în care calculul este bazat pe valori calorice inferioare, căldura latentă de condensaţie recuperată cond se determină astfel:
cond = 100 * Qcond/Hi (B.13)
În cazul în care calculul este bazat pe valori calorice superioare, căldura latentă de condensaţie recuperată cond se determină astfel:
cond = 100 * Qcond/Hs (B.14)
Pentru gaz natural şi ulei EL, factorul de corecţie al eficienţei de combustie ce ia în considerare recuperarea căldurii latente de condensare cond este oferit în tabelul B.3 în funcţie de conţinutul de oxigen uscat al gazelor de ardere şi temperatură.
Se consideră: aer=12 [°C]; Xaer=80 [%]; Xga=100 [%];
Tabelul B.3 - Factorul de corecţie ce ia în considerare recuperarea căldurii latente de condensare cond pentru gaz natural şi comb lichid tip M

Temperatura gazului de ardere

[°C]

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

58

60

62

64

Gaz natural

cond cu Xo2,ga,usc =0%

[%]

11,1

10,8

10,4

10,0

9,5

8,8

8,0

6,9

5,6

4,1

3,0

2,2

0,2

0,1

cond cu Xo2,ga,usc=3%

[%1

11,1

10,7

10,3

9,8

9,2

8,4

7,5

6,3

4,8

3,0

1,7

0,8

  

cond cu Xo2,ga,usc= 6%

[%]

11,0

10,7

10,2

9,6

8,9

7,9

6,8

5,3

3,6

1,4

    

cond cu Xo2,ga,usc= 9%

[%]

11,1

10,5

10,0

9,2

8,3

7,2

5,8

4,0

1,8

     

comb lichid tip M

cond cu Xo2,ga,usc= 0%

[%]

6,0

5,7

5,3

4,9

4,4

3,7

2,9

1,8

0,5

     

cond cu Xo2,ga,usc= 3%

[%]

6,0

5,6

5,2

4,7

4,1

3,3

2,4

1,2

      

cond cu Xo2,ga,usc= 6%

[%]

5,9

5,6

5,1

4,5

3,8

2,8

1,7

0,2

      
2._
-
3.Valori de referinţă pentru analiza gazelor de ardere
Valorile de referinţă pentru gazele de ardere vor ţine cont de:
- instrucţiuni şi specificaţii furnizate de producătorul aparatului sau proiectantul sistemului;
- valori furnizate de tabele şi standarde naţionale.
Dacă astfel de valori nu sunt disponibile se vor considera cele din tabelul B.4 ca valori reprezentative (valori de bună practică).
Tabelul B.4 - Valori de referinţă (de bună practică) pentru proprietăţile gazelor de ardere

Tipul combustibilului

XO2,ga,usc [%]

ga

[°C]

XCO,ga,usc

[ppm]

cmb [%]

Gaz natural fără condensaţie

3...8*)

120... 160

< 100

> 92

Gaz natural în condensaţie

2...4

a,i + 5... 20**)

< 100

< 50

eficienţa termică raportată la puterea calorică inferioară:

EffHi > 100 **)





Combustibil M fără condensaţie

3... 5

140... 180

< 50

> 90

Combustibil M în condensaţie

2... 5

a,i + 5... 20**)

< 50

**)

*) Înainte de diluţia cu aer terţiar la ruperea de presiune la coş

**) Depind de temperatura de retur a apei, a,i şi de puterea termică momentană (procent din puterea nominală).

4.Recomandări referitoare la reglajele de bază ale cazanului:
Recomandarea generală este de a respectată parametrii indicaţi în capitolul B.3 dar cu următoarele precizări:
- conţinutul minim de oxigen trebuie să fie suficient pentru a garanta că nu se va ajunge în situaţia de ardere substoichiometrică, situaţie care ar duce la poluări majore, la scăderea randamentului arderii şi la risc de explozie;
- se va accepta funcţionarea cu un conţinut de oxigen mai mare cu până la 1% faţă de valorile maxime din tabel dacă măsurările se fac pe perioada de iarnă.
5.Exemplu de calcul al eficienţei de combustie: