Soluzioni per la sicurezza e l'efficienza di bruciatori industriali

Le valvole di intercettazione di sicurezza del combustibile accendono e spengono il bruciatore e impediscono il flusso di combustibile (gas o olio) nella camera di combustione in caso di spegnimento della fornace, del forno, della caldaia, dell'ossidatore termico o di altre apparecchiature di riscaldamento. Le valvole di intercettazione di sicurezza per il combustibile possono essere azionate elettricamente (motorizzate o a solenoide) o pneumaticamente e sono richieste dai codici e dagli standard nazionali.

Altre caratteristiche della valvola:

•Normalmente chiusa.

•Soggetta a importanti test di durata.

•Devono soddisfare requisiti rigorosi in materia di tenuta e di perdite.

•Progettata per spegnersi in meno di 1 secondo in caso di perdita di energia.

•Nella maggior parte dei casi sono necessarie due valvole tra il bruciatore e l'alimentazione del combustibile. 

Una valvola di intercettazione è una valvola che può essere chiusa per interrompere il flusso di un fluido ("spegnerlo").

•Può essere manuale o automatica; se la valvola è automatica, l'azionamento può essere elettrico, pneumatico (aria compressa + elettrico), idraulico (olio pressurizzato + elettrico).  

•Una valvola di intercettazione automatica è una valvola normalmente chiusa, il che significa che l'attuatore è a prova di guasto in posizione chiusa (nella maggior parte dei casi utilizzando un ritorno a molla), quindi la valvola si chiude automaticamente quando viene diseccitata.   

Un componente di sicurezza fondamentale per i bruciatori a combustione è la cosiddetta "valvola di intercettazione automatica di sicurezza", vale a dire una valvola di intercettazione che si diseccita quando viene rilevata una condizione pericolosa, garantendo che il flusso di combustibile verso il bruciatore sia interrotto e sicuro.  

•Queste valvole sono progettate specificamente per applicazioni con bruciatori, con un tasso di perdita molto basso, un'elevata velocità di chiusura e una buona affidabilità.  

•Uno standard nel settore dei bruciatori è quello di installarne due in linea, in modo da garantire che, in caso di guasto o perdita di uno dei due, l'altro si occupi di mettere il bruciatore in posizione di arresto.

1. Quando è eccitato, l'asta dell'attuatore motorizzato spinge l'asta della valvola verso il basso, aprendo la valvola.

2.In caso di perdita di potenza, l'attuatore rilascia la sua forza, una molla nell'attuatore riporta indietro lo stelo dell'attuatore e una molla nella valvola porta in alto l'otturatore, chiudendo la valvola.

3.Quando è eccitata, la bobina attrae il dado che solleva il disco della valvola, aprendo la valvola.

4.Quando la bobina è diseccitata non tira più il disco verso l'alto e la molla può quindi spingere verso il basso il disco per interrompere il flusso.

Il treno del combustibile è l'insieme dei componenti di controllo del fluido che portano dall'alimentazione del combustibile fino al bruciatore. L'obiettivo del sistema è controllare in modo sicuro il flusso di combustibile nel bruciatore e garantire uno spegnimento sicuro quando necessario. I gruppi di treni di combustibili sono costituiti da molti componenti regolati da vari standard. Per esempio:

•NFPA 85: Caldaie e sistemi di combustione - Codice dei rischi.

•NFPA 86: Standard per forni e fornaci.

•NFPA 87: Standard per riscaldatori di fluidi.

•EN 676: Bruciatori a tiraggio forzato per combustibili gassosi.

•EN 746-2: Apparecchiature di termotrattamento industriale.

I grandi bruciatori sono controllati da una combinazione di sistema di gestione del bruciatore (BMS) e sistema di controllo della combustione (CCS).

Il BMS garantisce l'avvio, il funzionamento e lo spegnimento sicuri dei bruciatori. 

•A volte indicato come Flame Safeguard Systems, il BMS avvia il bruciatore nella sequenza corretta eliminando prima il gas dalla camera di combustione, accendendo la pilota (se è presente una fiamma pilota) e quindi aprendo il tubo principale del carburante. 

•Durante il funzionamento, il BMS monitora la fiamma del bruciatore principale e interrompe l'alimentazione alle valvole di intercettazione di sicurezza quando la fiamma non viene rilevata o se viene rilevata una condizione di non sicurezza. Inoltre, il BMS verifica la presenza di condizioni operative sicure all'avvio; se le condizioni non sono soddisfatte, il BMS interrompe la sequenza di avvio e avvisa l'operatore.

Il CCS è costituito da un'apparecchiatura che controlla il rapporto carburante/aria e la velocità di combustione. Questi componenti meccanici ed elettronici possono includere attuatori, valvole di controllo del flusso, controllori logici programmabili (PLC), azionamenti a frequenza variabile (VFD) e sensori di flusso. In alcune condizioni, il BMS e il CCS possono essere integrati nella stessa apparecchiatura di controllo.

Il rapporto di turndown di un'apparecchiatura di riscaldamento è il rapporto tra la potenza termica massima e minima dell'apparecchiatura. Varia a seconda della tecnologia utilizzata dal bruciatore. Un bruciatore con un rapporto di turndown di 10:1 significa che può funzionare con una potenza termica pari al 10% di quella massima. Il rapporto di turndown è importante per il mercato delle apparecchiature di riscaldamento; infatti, avere un rapporto di turndown elevato significa avere una finestra più ampia per la modulazione. In effetti, un rapporto di 10:1 significa che il bruciatore può funzionare tra il 10% e il 100% della sua capacità, aprendo la possibilità di farlo funzionare al 20%, al 30%, al 40%, ecc. quando varia il fabbisogno di calore. Ciò consente di ridurre in modo significativo il consumo di carburante e le emissioni, poiché aumenta le possibilità di utilizzare solo ciò che è necessario.

I tipi di combustibile per bruciatori e caldaie includono:

•gas naturale

•olio combustibile(diesel)

•biodiesel

•gas di cokeria

•biogas

•idrogeno

•GPL (principalmente butano e propano)

Alcuni sistemi di combustione utilizzano combustibili solidi (come biomassa solida o carbone); questi sistemi sono progettati in modo diverso e presentano regole e sfide differenti che Emerson può aiutare a risolvere.

La NFPA stabilisce requisiti di chiusura dimostrata per le valvole di intercettazione di sicurezza del combustibile che possono essere soddisfatti in due modi.

Il primo consiste nell'implementare un interruttore di prova della chiusura.

Il secondo modo per soddisfare i requisiti di chiusura comprovata è l'impiego di un sistema di collaudo delle valvole.  

Richiesti da molti standard, tra cui FM, NFPA e UL, gli indicatori visivi mostrano se una valvola di intercettazione di sicurezza per il combustibile è aperta o chiusa. Ciò consente agli operatori di agire con piena fiducia nelle situazioni in cui la valvola deve essere chiusa per motivi di sicurezza.

Gli indicatori sono tipicamente di natura meccanica. Alcuni standard stabiliscono che se si utilizza invece una luce o un LED, l'assenza di luce non può indicare una posizione. Questo requisito rende più complicata l'indicazione luminosa della posizione di chiusura, poiché l'alimentazione della valvola si interrompe quando il componente è chiuso.