Termodinamiko

La varmo estas senĉesa movado de la partikloj en la materio.

La varmo – pli precize: termoenergio – prezentas sin per du bazaj fenomenoj:

1. Ŝanĝiĝas la temperaturo de la koncerna materio

2. Ŝanĝiĝas la agregostato de la koncerna materio
Temperaturo

La temperaturo estas tia eco de materio, kiun oni povas percepti rekte per sensoj. Por ĝin precize mezuri, termometro estas bezonata.

La temperaturo karakterizas la termikan staton de la materio. La baza skalo por difini temperaturon estas skalo Kelvina. Ĝia mezurunuo estas: grado Kelvina (­K). Estas uzata ankaŭ la skalo Celsiusa. Mezurunuo: grado Celsiusa (­C).

La simbolo de temperaturo difinita laŭ la skalo Kelvina estas: T; laŭ la skalo Celsiusa estas t.

Temperatura diferenco 1 ­C = temperatura diferenco 1 ­K

T = t + 273

Termika dilato

Dum la temperaturaj ŝanĝiĝoj de la materio samtempe povas okazi ankaŭ ceteraj ŝanĝiĝoj, ekzemple tiuj de la volumeno, premo, koloro, lumintenso, elektra konduktivo ktp. Inter la menciitaj ŝanĝiĝoj la plej grava estas volumena ŝanĝiĝo. Se la materio estas varmigata, ĝia volumeno ordinare kreskas. Tiun volumenan ŝanĝiĝon oni nomas termika dilato. Okaze de samgrada temperatura ŝanĝiĝo, diversaj substancoj dilatiĝas diversgrade. La solidaj substancoj malpli dilatiĝas ol fluidaj. Laŭ la plej granda mezuro dilatiĝas la gasoj. Koncerne la solidojn, fluidojn kaj gasojn, la kreskon de la volumeno oni povas mezuri, kaj tiun kreskon oni nomas kuba termika dilato. Ekzemple, se la temperaturo de 1000 litroj da akvo altiĝas de 10 ­C ĝis 100 ­C, la volumeno kreskas je 43 litroj. Koncerne la kaldronegojn, dum la starthejtado oni povas konstati la termikan dilaton de la akvo laŭ la nivelindikilo. La nivelo ja altiĝas.

Estas interesa propreco de la diversaj gasoj, ke – okaze de samgrada temperatura ŝanĝiĝo – ilia termika dilato estas preskaŭ sammezura.

Koncerne la termikan dilaton de solidoj, oni ordinare mezuras ne la ŝanĝiĝon de volumeno, sed nur la longiĝon de unu dimensio. Tian kreskon oni nomas linia termika dilato. Ekzemple unu metron longa ŝtaltubo, varmigita de 20 ĝis 100 ­C, plilongiĝas ĉirkaŭ 1 milimetron. La termika dilato de argila briko estas proksimume la duono de la ŝtala dilato, do la kaldronego dum starthejtado dilatas en pli granda mezuro ol ĝia masonaĵo. Oni devas observi tiujn diversajn termikajn dilatojn ĉe la konstruado de kaldronego.

Termometroj

Sur la termika dilato de fluidoj baziĝas la principo de likvoŝargitaj termometroj. Likvoŝargita termometro ordinare estas malgranda globforma aŭ cilindra ujo, el kiu elstaras maldika vitrotubeto. La ujo estas plena de ia bone videbla fluido, super ĝi, en la supra parto de la tubeto, estas vakuo. La fluido plej ofte estas hidrargo aŭ alkoholo. Se la temperaturo altiĝas, la nivelo en la vitrotubeto videble leviĝas. La nivelŝanĝiĝo indikas la ŝanĝiĝon de la temperaturo. La grado estas konstatebla laŭ skalo. La plej konata skalo estas la Celsiusa. Ĝia baza punkto estas la degelpunkto de glacio, la centa grado estas la bolpunkto de akvo.

La agregostato de la materioj

Ekzistas tri agregostatoj: solida, fluida kaj gasa. La glacio ĉe varmigo fariĝas akvo, post plua varmigo la akvo fariĝas vaporo. Por degeligi la glacion estas bezonata komuniki ĝuste tiom da termoenergio, kiom oni necesas eltiri por glaciigi samkvantan akvon. Analoge: Por vaporigi la akvon estas bezonata komuniki ĝuste tiom da termoenergio, kiom oni necesas eltiri por kondensi samkvantan vaporon.

Mezuri la kvanton de termoenergio

La temperaturon – tio estas: la termikan staton de la materio – oni povas mezuri per termometro. La ŝanĝiĝon de la temperaturo kaŭzas la termoenergio, do laŭ la grado de la temperatura ŝanĝiĝo oni povas konkludi pri la grado de la termoenergio.

La simbolo de termoenergio estas: Q; ĝia mezurunuo estas: Joule (J).

Samkvanta maso da diversaj materioj ne samgrade varmiĝas pro samkvanta termoenergio. Fero varmiĝas pli facile ol akvo. La mezuro de la termoenergio, kiu estas bezonata por altigi la temperaturon de 1 kg da koncerna materio je unu grado ­K, estas la specifa termokapacito.

La specifa termokapacito de kelkaj materioj:

akvo

fero

kupro

aluminio

argila briko

ligno

Ŝtono

Ŝamoto

vitro

karbo

cindro

koakso

kaldronkrusto
Gajni termoenergion

Termoenergio estas speco de energio, ĝin gajni oni povas nur per transformado de alispeca energio. Ekzemple oni povas gajni termoenergion el elektra energio, mekanika energio, kemia energio, nuklea energio ktp. La termoenergion, bezonatan por funkciigi kaldronegojn, oni gajnas el la kemia energio de hejtmaterialoj.

Hejtmaterialoj

Hejtmaterialojn oni povas aranĝi en tri grupojn: solidaj, fluidaj kaj gasaj.

solidaj: diversaj karbospecoj, lignito, torfo, ligno

fluidaj: ŝtonoleo kaj ĝiaj derivaĵoj

gasaj: tergaso, generatorgaso, biogaso ktp.

Koncerne la kaldronegojn plej gravaj estas karbospecoj ŝtonoleaj derivaĵoj kaj tergaso.

La konsisto de hejtmaterialoj

La bruliva komponero de la hejtmaterialoj esence estas karbo sendepende de ilia agregostato. Hidrogeno troviĝas en ili nur kiel karbokombinaĵo. Kelkaj hejtmaterialoj enhavas ankaŭ iom da sulfuro. Ankaŭ brulo de sulfuro donas termoenergion, sed nur malmultan (9 MJ/kg). La rezultata sulfur-dioksido damaĝas la kaldronegon kaj la medion. Solidaj hejtmaterialoj ĉiam enhavas ankaŭ cindrorezultajn komponerojn kaj akvon. Cindrorezultaj substancoj estas silikatoj, karbonatoj, fosfatoj, oksidoj ktp. Cindro esence konsistas el oksidoj de silicio, aluminio, kalcio, magnezio, kaj fero. La fandiĝemo de la cindro grave efikas la brulprocezon de la hejtmaterialo, ja ne estas egale, ĉu la brulmaterialo kunfandiĝas, ĉu la skorio estas fandebla.

Solidaj brulmaterialoj certe enhavas ankaŭ akvon. Ju pli longe ili estas deponitaj, ordinare ili enhavas des pli malmulte da akvo. Akvo reduktas la brulemon kaj termoprodukton de la hejtmaterialo. La akvoenhavon oni povas redukti per sekigo, kaj tiel plibonigi la kvaliton de la hejtmaterialo. Male, la kvanton de la cindrorezultaj komponeroj oni ne povas redukti, do ilia abundeco estas pli malfavora, ol tiu de la akvo, el la vidpunkto de hejtotekniko.

La konsisto kaj hejtvaloro de hejtmaterialoj

Hejmaterialo

Karbo

%

Hidrogeno

%

Oksigeno kaj nitrogeno %

Sulfuro

%

Akvo

%

Cindro

%

Hejtvaloro

MJ/kg

Nigra karbo

75-80

4-5

10-13

1-3

2-20

8-20

27-34

Bruna karbo

50-75

5-7

10-15

1-2

17-35

3-20

19-20

Lignito

25-35

5-6

10-15

1-2

45-60

8-20

8-11

Koakso

80-90

0-1

2-3

1-2

5-10

5-10

27-30

Ligno

30-40

4-5

25-35

0

20-40

1-2

8-10



La hejtmaterialoj varmigite ĝis brulpunkto – se ĉeestas aero – forbrulas, dum produktiĝas termoenergio, tio estas: la kemia energio transformiĝas en termoenergion. Brulado estas kombiniĝo de hejtmaterialo kun la oksigeno de aero. Ĉe tiu kemia reakcio produktiĝas tiom da termoenergio, ke la hejtmaterialo kaj brulproduktaĵoj ekardas. Karbo – se ĝi enhavas sulfuron – ankaŭ en ordinara temperaturo povas kombiniĝi kun oksigeno, sed la reakcio estas ekstreme malrapida, kaj la produktita termoenergio disiĝas en la ĉirkaŭa medio. En pli alta temperaturo la reakcio plirapidiĝas, do pli intense produktiĝas termoenergio. Se pro la alta temperaturo la termoenergio produktiĝas pli rapide ol ĝi povus disiĝi en la ĉirkaŭa medio, la reakcio fariĝas memreprodukta, kaj ĝi daŭras plu sen ekstera termoprovizo. La temperaturon, en kiu ekfunkcias la memreprodukta procezo, oni nomas brulpunkto. La brulpunkto de diversaj hejtmaterialoj diferencas. Ligno pli facile ekbrulas ol karbo, la karbo pli facile ol koakso.

Brulpunkto de solidaj hejtmaterialoj

Nigra karbo 325-500 ­C

Bruna karbo 250-450 ­C

Ligno 250-300 ­C

En la praktiko la ekbrulon de la solida hejtmaterialo grave influas la akvoenhavo kaj la grajnomezuro . Ju pli seka estas la hejtmaterialo, kaj ju pli malgrandaj estas ĝiaj grajnoj, (tio estas: ju pli granda estas ĝia surfaco) des pli facile ĝi atingas la brulpunkton, do ĝi des pli facile ekbrulas. En la sama fajrosekcio pli facile ekbrulas pulvora nigra karbo, ol humida juglandpeca bruna karbo, malgraŭ ke la brulpunkto de nigra karbo estas multe pli alta ol tiu de la bruna karbo.

La brulado

El industria vidpunkto brulado estas la plej grava termoprodukta procezo. Brulado estas ĉiu el la kemiaj reakcioj, en kiuj substancoj kombiniĝas kun oksigeno produktante termoenergion. Brulado kaŭzas ankaŭ lumefekton, kiu indikas altan temperaturon.

La kondiĉoj de brulado estas la sekvaj:

1. Bruliva materio

2. Almenaŭ brulpunkta temperaturo

3. Ĉeesto de oksigeno

La brulivajn materiojn enhavas la hejtmaterialo, la oksigeno troviĝas en la alkondukita aero (nutroaero), brulpunktan temperaturon ĉe la ekbruligo oni estigas per facile bruligebla substanco, poste la procezo mem reproduktas la necesan temperaturon.

Brulpunkto estas tiu temperaturo, en kiu la koncerna substanco ekbrulas kaj daŭre brulas plu. La brulpunkto de diversaj substancoj estas malsama. Se la brulantan substancon oni remalvarmigas ĝis sub la brulpunkto, la brulado ĉesas. Tiun fenomenon oni povas utiligi por fajroestingado.

Brulanta korpo aŭ nur ardas, aŭ brulas flamante. Ardante brulas tiuj substancoj, kiuj ne produktas brulivajn gasojn aŭ vaporojn dum la brulado. Flamante brulas tiuj substancoj, kiuj dum la brulado produktas brulivajn gasojn aŭ vaporojn, do flamo estas nenio alia ol brulanta gaso aŭ vaporo. La lumon de la flamo plejparte kaŭzas ardantaj partikloj ŝvebantaj en ĝi.

Se la brulado okazas tiel abrupte, ke la brulproduktitaj gasoj propagiĝas dum ono de sekundo je multobla volumeno, tion oni nomas eksplodeca brulado, vulgare: eksplodo. La detruan sekvon kaŭzas la ekspansio de la produktitaj varmaj gasoj.

Miksaĵo el aero kaj el gaso aŭ pulvoro povas esti eksploda frakcio. Pro tio estas danĝeraj: metano, propan-butano, tergaso, vaporo de oleo kaj aliaj brulivaj, organikaj fluidoj ktp. Same tiel povas esti danĝeraj delikataj pulvoroj, kiuj facile ŝvebas en la aero, ekzemple karbopulvoro, sukerpulvoro, faruno ktp.

En la hejtotekniko ĉe la kaldronegoj, hejtataj per karbopulvoro, gaso aŭ oleo, oni devas esti singarda pro la danĝero de eksplodo.

La praktiko pruvas, ke la menciitaj substancoj miksitaj al la aero ne kaŭzas nepre eksplodon. Miksaĵo de aero kaj brulgaso de tre malgranda kvanto ne estas bruligebla. La miksaĵo eksplodas nur tiuokaze, se la proporcio de la gaso atingas kritan valoron. Tiun valoron oni nomas minimuma eksploda limeso. Se la proporcio de la gaso superas certan valoron, ankaŭ ne okazas eksplodo. Tiu valoro estas maksimuma eksploda limeso. Koni la eksplodajn limesojn estas baza postulato koncerne la sekuran funkciigon de kaldronegoj.
Perfekta aŭ malperfekta brulado

La brulado estas perfekta, se la brulivaj komponeroj de la hejtmaterialo tutkvante kombiniĝas kun oksigeno, kaj brulivaj komponeroj en la fumgasoj absolute ne troviĝas.

Se la brulado ne estas perfekta, karbo-monoksido aŭ fulgo produktiĝas, eventuale (ĉe solidaj hejtmaterialoj) neforbrulintaj frakcioj restas en la skorio. Malperfektan bruladon povas kaŭzi tio, se la aero ne sufiĉas, aŭ nekontentige miksiĝas kun la hejtmaterialo, cetere ankaŭ tio, se loka termoredukto okazas ie en la fajrosekcio.

La parametrojn de la brulprocezo oni povas konstati helpe de fumgas-analizado. La plej gravaj indikoj:

1. CO enhavo

Karbo-monoksida enhavo indikas nesufiĉan nutroaeron, eventuale ne sufiĉe intensan miksadon de aero kaj hejtmaterialo.

2. fulgo-enhavo

Ĝi same indikas nesufiĉan nutroaeron aŭ ne sufiĉe intensan aer-miksadon, sed oni kontrolu ankaŭ tion: ĉu ne okazas loka termoredukto en la fajrosekcio. Fulgo esence estas neforbrulinta karbo. Se flamo trafas surfacon, kiu reduktas ĝian temperaturon ĝis sub la brulpunkto, produktiĝas fulgo, ĉar la brulantaj karbo-partikloj en la flamo estingiĝas.

3. enhavata oksigeno

Ĝi indikas tro abundan kromaeron.

4. proporcio de karbo-dioksido

Se la proporcio de karbo-dioksido estas tro malgranda, tio indikas tro abundan kromaeron, aŭ falsan aertiron.
Flamospecoj el kemia vidpunkto

El kemia vidpunkto oni distingas oksidigan, reduktan kaj neŭtralan flamon. Se la kromaero estas tro abunda, la superflua frakcio en la alta temperaturo povas oksidi la surfacojn de la aparato. Se la kromaero ne estas sufiĉa, produktiĝas karbo-monoksido, kaj ĝi en alta temperaturo estas redukta. Se la kromaera faktoro estas ideala, en la fumgasoj troviĝas nek oksigeno nek karbo-monoksido, la flamo estas neŭtrala.
La brulado de elementa karbo

Karbo estas la plej grava komponero de preskaŭ ĉiu hejtmaterialo. Kelkaj ŝtonkarboj enhavas pli ol 90 %-ojn da elementa karbo. Elementa karbo estas solida substanco, ĝi troviĝas en la naturo en tri formoj, ili estas: ŝtonkarbo (antracito), grafito kaj diamanto.

Se oni forbruligas elementan karbon, ĝi kombiniĝas kun oksigeno, la brulproduktaĵo estas karbo-dioksido aŭ karbo-monoksido depende de tio, ĉu la elementan karbon atingis sufiĉe da oksigeno – aŭ ne. Elementa karbo, forbruligita kun sufiĉe da oksigeno, rezultas sole karbo-dioksidon, dum abunde produktiĝas termoenergio. Se la kvanto de oksigeno ne estas sufiĉa, produktiĝas ankaŭ karbo-monoksido, sed tiu ĉi lasta reakcio donas nur trionon de la termoenergio produktita dum perfekta forbrulo. Tial en la hejtoteknika praktiko oni klopodas forbruligi la karbon en karbo-dioksidon. Por atingi tiun celon oni devas alkonduki sufiĉe da aero. Kun nesufiĉa aero, la karbo forbrulas en karbo-monoksidon, kaj tio rezultas termoenergian perdon.

La proprecoj de karbo-dioksido kaj karbo-monoksido

Ambaŭ substancoj estas senkoloraj, senodoraj gasoj. Karbo-dioksido havas iom acidetan guston, ĝi ne estas venena kaj bruliva. Karbo-monoksido estas sengusta, bruliva kaj venena. La fumgasoj – pro la enhavata karbo-monoksido – estas venenaj, kaj tiu propreco rezultis jam multajn viktimojn.

La brulado de hidrogeno

Hidrogeno forbrulas nur unumaniere, la brulproduktaĵo povas esti nur akvo. La specifa brulenergio de hidrogeno estas 142 MJ/kg. Specifa brulenergio estas la kvanto de tiu energio, kiu produktiĝas, se oni perfekte forbruligas unu kg-on da koncerna substanco. La specifa brulenergio de hidrogeno estas la plej granda el ĉiuj brulivaj materioj. Pro la alta temperaturo de la brulado, la produktita akvo kompreneble forvaporiĝas, kaj tiu vaporiĝo konsumas energion de 23 MJ/kg. Tiel oni povas utiligi nur energion de 119 MJ/kg.

Tiu ĉi lasta termoenergio estas la specifa hejtvaloro de la hidrogeno. Ĉe la forbrulo de elementa karbo ne produktiĝas akvo, do ĝia specifa brulenergio egalas kun ĝia specifa hejtvaloro, nome ĉ. 34 MJ/kg. La plejparto de hejtmaterialoj enhavas almenaŭ iom da hidrogeno kaj akvo, do ĉe ilia forbrulo ĉiam produktiĝas ankaŭ akvovaporo. Ilian specifan hejtvaloron oni devas kalkuli tiel, ke oni reduktas ilian specifan brulenergion per la mezuro de la koncerna vaporiĝvarmo.

Brultemperaturo

Ĉe la forbrulo de difinita hejtmaterialo produktiĝas samkvanta termoenergio, ĉu en pura oksigeno, ĉu en aero ĝi forbrulas. La aero esence konsistas el 21% oksigeno kaj 79% nitrogeno (la kvanto de aliaj gasoj estas bagatela). Se la brulado okazas en aero, la produktita termoenergio varmigas la hejtmaterialon kaj ankaŭ la fumgasojn, kiuj kunhavas la nitrogenon de la aero. Tiel parto de la produktita termoenergio konsumiĝas por varmigi la nitrogenon, kaj tio malaltigas la brultemperaturon. Se la brulo okazas en pura oksigeno, ne okazas superflua varmigo de nitrogeno, do la brultemperaturo estas pli alta. Por hejti kaldronegon oni uzas tamen aeron, ĉar ĝi estas senpage akirebla, kaj ĉie troviĝas.

Brulpropagiĝa koeficiento (brulrapideco)

La diversaj substancoj ne brulas same rapide. Longa lignostangeto ekbruligita ĉe unu fino, malrapide brulas ĝis la alia fino. Samlonga benzintavolo dum momento ekflamas laŭ sia tuta longeco. La propagiĝan rapidecon de la brulado en la koncerna substanco oni nomas brulrpropagiĝa koeficiento, vulgare: brulrapideco. Brulrapideco estas grava faktoro el la vidpunkto de la kaldronegoj hejtataj per gaso aŭ oleo. Se la rapideco de enblovita gasa kaj area miksaĵo superas la brulrapidecon, la flamo forŝvebas kaj estingiĝas. Se la elflua rapideco restas sub la brulrapideco la miksaĵo retrobrulas en la flambeko.

Brulproduktaĵoj

La materioj ne nuliĝas dum la brulado, sed ilia formo ŝanĝiĝas. Ekzemple solida karbo forbrulas en gasan karbo-dioksidon. Se elementa karbo forbrulas en pura oksigeno, la brulproduktaĵo estas pura karbo-dioksido. Hidrogeno – dum brulado en pura oksigeno – rezultas puran akvovaporon. La plejparto de hejtmaterialoj enhavas hidrogenon kaj akvon, do ankaŭ ilia brulproduktaĵo enhavas akvovaporon. La eventuala sulfur-enhavo forbrulas en sulfur-dioksidon (SO2). La brulado okazas ne en pura oksigeno, sed en aero, do en la brulproduktaĵoj troviĝas ankaŭ nitrogeno. La solidajn restaĵojn (la cindron kaj skorion) ordinare oni ne nomas brulproduktaĵo, kvankam ankaŭ ili estas la rezultoj de la brulado.

La supre skizita situacio koncernas nur la teorian, perfektan forbrulon, se ĉiu komponero de la hejtmaterialo forbrulas, kaj oni uzas nur tiom da aero, kiom principe estas bezonata.

Kromaero

Por perfekta forbruligo estas bezonata sufiĉe da aero. La plena miksiĝo de la teorie bezonata aerkvanto kaj hejtmaterialo praktike ne estas realigebla, do estas necese alkonduki pli da aero, ol la kvanto kalkulita per kemiaj ekvacioj. La proporcio inter la teorie kaj efektive necesaj aerkvantoj estas nombro, kiu nomiĝas kromaera faktoro. Ĝi estas kalkulebla laŭ la sekva operacio: efektive bezonata aerkvanto (m3) dividite per teorie bezonata aerkvanto (m3).

Ju pli intense miksiĝas la nutroaero kun la hejtmaterialo des pli malgranda estas la kromaera faktoro. La plej favoran situacion oni trovas ĉe gasaj hejtmaterialoj. Ĉe solidaj hejtmaterialoj ju pli malgranda estas la grajnomezuro, des pli malgranda estas la kromaera faktoro.

La karakterizaj kromaeraj faktoroj:

gashejtado: 1,05 – 1,2

olea hejtado: 1,2 – 1,4

karbohejtado: 1,4 – 2

Kromaero super la neceso estas damaĝa, ĉar multe da aero malaltigas la temperaturon de la fajrosekcio, pro tio reduktiĝas la povumo de la kaldronego, kaj kreskas la fumgasa termoenergia perdo. (La brulado varmigas pli grandan kvanton da aero ol estus necesa, tiu superflue varmigita aero forlasas la kaldronegon tra la fumtubo kune kun sia termoenergia enhavo.)
La kvanto de la fumgasoj kaj tiu de la aero, necesa por la forbrulo

Se la konsisto de la hejtmaterialo estas konata, la necesan aerkvanton kaj la kvanton de la fumgasoj oni povas kalkuli per la kemiaj ekvacioj, kiuj koncernas forbrulon de karbo kaj hidrogeno. Aliflanke oni same povas difini tiujn kvantojn laŭ la hejtvaloro de la hejtmaterialo.

La supra ĉapitro estas daŭrigenda!!!

Mem-ekbrulo

Kiel menciite, la karbo (pro sulfurenhavo) ankaŭ en ordinara temperaturo povas kombiniĝi kun oksigeno, kaj la reakcio produktas termoenergion. Se la produktita varmo ne disiĝas en la ĉirkaŭa medio, la temperaturo de la karbo altiĝas. (Tio povas okazi, se la stako estas tre granda.) En pli alta temperaturo la reakcio plirapidiĝas, kio plu altigas la temperaturon, do iom post iom la temperaturo de la materialo atingas la brulpunkton, kaj la stako ekbrulas. Tiun fenomenon oni nomas mem-ekbrulo. Por eviti mem-ekbrulon, oni ne estigu stakon pli altan ol 1,5 metroj. Desupre oni enpiku ŝtaltubojn. Ilin palpante (aŭ per termometro) oni povas konstati se la temperaturo de la interno altiĝas, ĉar ŝtalo bone konduktas la varmon. Se minacas mem-ekbrulo, oni disigu, batkompaktigu aŭ inundigu la stakon.
La konkretaj hejtmaterialoj

Tergaso

La plej grava komponero de la tergaso estas metano. La proporcio de metano ofte atingas 90-95 %-ojn. La tergaso estas senkolora, senodora, sed oni odorigas ĝin per etil-merkaptano aŭ alia substanco, tiel, se okazas likado, ĝi estas tuj perceptebla.

La hejtvaloro de tergaso dependas de la metana proporcio, ĉ. 34-36 MJ/Nm3. Pro la metana enhavo la flamo de tergaso lumas. Ĝia brulpunkto estas 650 ­C.

La avantaĝoj de tergaso

– ĝi havas konstantan kvaliton kaj estas pura

– ĝia hejtvaloro estas granda kompare al ĝia volumeno

– ĝi havas altan brultemperaturon

– ĝi forbrulas sen postlasi restaĵojn

– ĝi ne enhavas sulfuron

– ĝia brulprocezo estas bone regulebla

– la hejtaparato povas havi simplan strukturon
Propan-butana gaso

Krom tergaso propan-butana gaso havas gravan rolon. Oni nomas ĝin ankaŭ fluida gaso, ĉar, sub premo, en ordinara temperaturo, ĝi estas fluido. En tiu ĝia propreco kaŝiĝas unu el ĝiaj avantaĝoj, ĉar ne estas bezonata vasta ujo por liveri hejtmaterialon de konsiderinde granda hejtenergio. Post la ĉesigo de la premo la substanco denove ekhavas gasan agregostaton.

La premo de fluida propan-butana gaso dependas de la proporcio inter propano kaj butano, kaj dependas de la temperaturo. En 30 ­C la premo de pura, fluida propano estas 14 bar, tiu de la butano 3 bar. Ankaŭ propan-butanan gason oni odorigas per etil-merkaptano.

Ŝtonkarboj

Ŝtonkarboj povas esti gasriĉaj kaj gasmankaj. Gasriĉa karbo enhavas multe da hidrokarbono. Varmiĝinte ĝi abunde ellasas gasojn. Ĝi estas facile ekbuligebla, kaj ĝia flamo estas longa. Gasriĉaj karboj havas grasecan brilon kaj ilia rompsurfaco estas konkoforma. Gasmankaj karboj estas senbrilaj, ili estas malfacile ekbruligeblaj, kaj havas mallongan flamon. Por ekbruligo estas konsilinde uzi gasriĉan karbon.

Ŝtonkarboj – koncerne la brulprocrzon – povas esti pulvoriĝemaj, algluiĝemaj kaj ŝrumpemaj. Pulvoriĝema karbo dum brulado disiĝas en malgrandajn erojn, kiuj facile defalas tra la fajrokrado, do tio kaŭzas hejtmaterialan perdon. Algluiĝema karbo dum brulado kunfandiĝas, gluiĝas al la fajrokrado kaj ŝtopas ĝin. Ŝrumpema karbo dum brulado konstante perdadas sian volumenon, la fajrokradon ne ŝtopas.

Ĝenerale estas malavantaĝo, se la karbo estas humida, ĉar forvaporigi la akvoenhavon kaŭzas energioperdon. Tamen, algluiĝeman karbon estas konsilinde humidigi antaŭ la forbruligo, ĉar la produktata vaporo dispecigas la kunfandiĝantan skorion, kaj preventas la ŝtopiĝon de la fajrokrado.

Koncerne la grajnomezuron ŝtonkarbo povas esti grandpeca, juglandpeca kaj malgrandpeca. La grajnomezuro de la unua estas 70-80 mm, tiu de la dua estas 20-40 mm, la lasta havas grajnojn de 5-20 mm. Fine mi mencias pulvorecan karbon, kiu havas erojn malpli grandajn ol 5 mm.

Por hejti kaldronegon la plej valora karbo estas ne tre gasriĉa, juglandpeca, ŝrumpema nigra karbo.

Se oni disponas karbospecojn de diversaj kvalitoj, miksado povas esti utila, ĉar tio kompensas la malavantaĝojn de la unuopaj specoj. Estas konsilinde miksi algluiĝeman karbon kun pulvoriĝema, gasmankan kun gasriĉa ktp.

Nigra karbo

Ĝi enhavas malmulte da akvo kaj cindrorezultaj komponeroj. Ĝia karboenhavo estas 75-85 %, ĝia denseco 1400 kg/m3, sulfurenhavo ĉ. 3 %. La volatilaj komponeroj malrapide forlasas ĝin. Tio estas avantaĝo, ĉar tiel, en alta temperaturo, tiuj frakcioj tute forbrulas, dum bruna karbo facile ellasas ilin, kaj en malpli alta temperaturo la pli abunda volatila frakcio ofte ne tute forbrulas.

Brunaj karboj

La karboenhavo de brunaj karboj estas 50-75 %, denseco 1200-1400 kg/m3.
Lignitoj

La akvoenhavo de lignitoj ofte atingas 60 %-ojn. Ili estas bruligeblaj ofte nur post sekigo.
Karbobriketoj

Ili estas pregitaj el karbopulvoro, kaj havas formon de briko aŭ ovo. Iliaj proprecoj estas la samaj, kiel tiuj de la origina karbospeco.

Koakso

Koakso estas artefarita hejtmaterialo, ĝi estas solida restaĵo post ekstrakta distilado de ŝtonkarbo. Koakso estas dura, metalbrila, poroza hejtmaterialo, ĝia hejtvaloro estas alta, ĉ. 31 MJ/kg. La brulpunkto atingas 700 ­C-on. Koakson oni malofte uzas por hejti kaldronegon, ĉar ĝi estas multekosta. Ĝia grava avantaĝo estas, ke ĝi produktas malmultan fumon, do ne tre damaĝas la medion.

Hejt-oleoj

La hejtcelajn oleojn oni distingas laŭ denseco. Oleojn, kiuj estas pumpeblaj kaj karbureblaj en ordinara temperaturo oni nomas maldensaj hejt-oleoj, tiuj oleoj, kiujn oni necesas varmigi antaŭ ol pumpi kaj karburi, nomiĝas densaj hejt-oleoj. La densaj oleoj havas grandan viskozecon.

Viskozeco estas interna froto inter la partikloj de fluido. Ĝia absoluta mezurunuo estas stokes (m2/s), sed en la hejtoteknika praktiko oni uzas relativan mezurunuon Engler (­E). ­E = elflua tempodaŭro de koncerna fluido dividite per elflua tempodaŭro de distilita akvo. Viskozeco ŝanĝiĝas pro temperatura ŝanĝiĝo. Se la temperaturo altiĝas, la viskozeco reduktiĝas.

La maksimuma viskozeco por pumpado estas 20 ­E. Koncerne la karburadon la maksimuma viskozeco dependas ankaŭ de la speco de fajrobeko. La maksimuma viskozeco estas: por oleoprema karburilo 4 ­E, por aerprema kaj vaporprema karburilo 5 ­E, por rotacia karburilo 8 ­E.

La diversaj specoj de hejt-oleoj ĝenerale havas indikan numeron, kies unu elemento estas la minimuma temperaturo de pumpeblo, alia elemento la minimuma temperaturo de karbureblo. (Ekz. en Hungario hejt-oleo F 60/130 indikas maldensan hejt-oleon, kiun oni povas pumpadi en 60 ­C, kaj karburi en 130 ­C.)

La uzeblecon de hejt-oleoj influas la enhavataj fremdaj frakcioj, ekz. sablo, akvo, polvo, sulfuro, metaleroj ktp. Akvon oni povas forigi per sedimentigo, erojn de polvo, sablo kaj metalo per filtrado. Sulfuron oni povus forigi nur per kemiaj rimedoj, sed tio jam ne povas okazi ĉe la loko de konsumado. Sulfuran enhavon oni devas observi dum la funkciado, kaj la parametrojn de la brulprocezo reguli tiel, ke la sulfuro ne kaŭzu gravajn damaĝojn.

Specoj de varmotransporto

Varmo povas transportiĝi per tri manieroj:

1. varmoradiado

2. varmokondukto

3. konvekto

Varmoradiado

Tra vakua spaco kaj en kelkaj travideblaj substancoj la varmo transportiĝas per rektaj radioj, same kiel lumo. Tiu transporta maniero de la varmo estas tre grava en la praktiko de la hejtotekniko, ĉar – precipe ĉe modernaj kaldronegoj – estas dezirinde, ke la plejparto de la varmo per radiado transportiĝu al la hejtsurfacoj. La kvanto de la elradiita termoenergio progresive kreskas pro la altiĝo de la temperaturo. Ekzemple, se la temperaturo de ŝtono altiĝas de 200 ĝis 300 ­C, la teroenergio, transmisiita per radiado, proksimume duobliĝas. La intenson de la radiado influas ankaŭ la surfaco de radianta objekto. Nigra, malglata surfaco pli intense radias, ol blanka kaj glata. Kie oni volas eviti energioperdon, kaŭzitan de radiado, tie oni aplikas helajn kaj glatajn surfacon, kie oni volas intensigi la transporton de varmo, tie oni aplikas malhelajn, malglatajn surfacojn.

Varmokondukto

Alia maniero de varmo-transporto estas varmokondukto, kiam la partikloj de la materio transportas la varmon de unu al alia. Estas konata fenomeno, ke ferstango varmigata ĉe unu ĝia fino, baldaŭ varmiĝas ankaŭ ĉe la alia fino. La varmokondukta povo de la substanco nomiĝas varmokonduktanco. Kelkaj substancoj bone konduktas la varmon, aliaj malpli. La varmokonduktanco de malsamaj substancoj diferencas. Metaloj ekzemple estas bonaj varmokonduktantoj, ŝtono, vitro, argilo malpli. Gasoj kaj fluidoj estas karakterize malbonaj varmokonduktantoj.

En vakua spaco, varmokonduktado ne povas okazi, ĉar mankas partikloj reciproke atingantaj unu la alian. Substancoj, kiuj tre malbone konduktas la varmon, nomiĝas varmizolaj substancoj.

Konvekto

La tria varianto de varmotransporto estas konvekto. Ĉe konvekto la varma materio mem ŝanĝas sian lokon. En gasoj kaj fluidoj la pli varma frakcio dilatiĝas, ĝi ekhavas pli malgrandan specifan pezon, ol la tuta maso, do – laŭ la principo de Arkimedo – ĝi leviĝas supren, kaj liberigas spacon por pli malvarma frakcio. La varmo transportiĝas per tiu movado multe pli rapide, ol per varmokondukto. Se oni volas rapide transporti la varmon en gaso aŭ fluido, oni rapidigu la fluon per pumpilo, turbino, vetilatoro ktp. Male: se oni ne volas, ke la varmo transportiĝu, oni malhelpu la fluon per diversaj baroj, izolaj ĉeloj ktp.

Varmotransporto en la kaldronegoj

En la kaldronegoj, ĉe la transporto de brulenergio – disde la brulanta hejtmaterialo ĝis la akvo – ĉiu el la tri specoj de varmotransportado havas sian rolon. El la fajro ĝis la kaldronmantelo, la varmo transportiĝas per radiado kaj per konvekto en la fumgasoj. La fluado de fumgasoj ĉesas rekte ĉe la kaldronmantelo. Mikrotavolo da fumgaso adheras al la kaldronmantelo. En tiu senmova tavolo la varmo ne povas per konvekto transportiĝi, nur per konduktado. Senmovaj gasoj tre malbone konduktas varmon, do tiu adhera mikrotavolo grave rezistas al la varmotransporto, malgraŭ sia maldikeco. Por venki tiun reziston, oni bezonas grandan temperaturan diferencon inter la fajrosekcio kaj kaldronmantelo .

La varmo tra la kaldronmantelo transportiĝas per kondukto. Ŝtalo bone konduktas la varmon, do la varmo facile transportiĝas, eĉ se la kaldronmantelo estas 10-40 mm-ojn dika. La transan surfacon de tiu sama kaldronmantelo kovras senmova, adhera mikrotavolo da akvo. Tra la senmova akvotavolo la varmo povas transportiĝi denove nur per kondukto, sed akvo pli bone konduktas la varmon ol gasoj, do la rezisto ĉe la akva flanko estas multe pli malgranda, ol ĉe la fajra flanko. Pro tiu pli malgranda rezisto de la akva flanko, la temperaturo de la kaldronmantelo estas nur iom pli alta ol la temperaturo de la akvo, malgraŭ ke la temperaturo de la fajro estas multege pli alta. En la ŝargakvo la varmo transportiĝas denove per konvekto.

Se la kaldronmantelo ĉe la fajra flanko estas kovrita per fulgo, ĉe la akva flanko per kaldronkrusto, la varmo transportiĝas ankaŭ tra tiuj tavoloj. Fulgo kaj kaldronkrusto malbone kondukas la varmon, do malpura kaldronmantelo damaĝas la varmotransporton. Fulgotavolo kaj kaldronkrusto reduktas la povumon de la kaldronego kaj la profitdonon de la funkciado. La kaldronkrusto eĉ damaĝas la sekurecon de la kaldronego. Se la kaldronkrusto estas dika, la ŝargakvo ne povas sufiĉe malvarmigi la kaldronmantelon, la kaldronmantelo povas ekardi, tiel perdi sian fortikecon. Tio povas rezulti reliefiĝon, eĉ fendiĝon de la kaldronmantelo.

Varmizolaj substancoj

Iuj substancoj malbone konduktas la varmon. Tiu propreco povas esti valora, se oni volas elimini (malebligi) varmoperdon. La kaldronegojn kaj vaporkonduktilojn oni kovras per substancoj, kiuj malbone konduktas la varmon, kaj oni nomas tiujn substancojn varmizolaj substancoj. Tiuj substancoj estas porozaj. En iliaj poroj estas aero, kaj aero fermita en poroj ne povas flui. Senmova aero tre malbone transportas la varmon, do la porozaj substancoj estas varmizolaj.
La efikeca faktoro de hejtprocezo

La tuta kemia energio de hejtmaterialoj ne estas ekspluatebla, ĉar dum la funkciado aperas diversaj perdoj.

Fumtuba perdo

La fumgasoj devas havi konsiderinde pli altan temperaturon ol la media aero, sen tio ne ekzistus aertiro, cetere acidoj kondensiĝus el la fumo, kiuj havas damaĝe korodan proprecon. La termoenergio de varmaj fumgasoj disiĝas en la medio. Fumtuban perdon oni povas redukti nur ĝis difinita grado.

Radiada perdo

Falveszteség

Hejtmateriala kaj fumgasa perdo

Se en la skorio aŭ fumgasoj troviĝas neforbrulintaj frakcioj.

Flamsuperfluada perdo

Se la flamo etendiĝas trans la fajrosekcion. Ĝi povas okazi pro la tro intensa hejtado, aŭ pro la tro alta relativa premo de la fajrosekcio.

La efikeca faktoro de la hejtado estas nombro, kiu indikas, kiom da procentoj de la hejtvaloro estas utiligita.

Premo

Se oni boligas akvon en fermita vazo, la premo en la vazo kreskas. La premo efikas sur la tuta interna surfaco de la vazo. La gradon de la premo oni konstatas rilate al difinita areo, nome al unu m2. Premforto 1 N sur surfaco 1 m2 estas premo 1 Pa. La aera atmosfero havas premon de ĉ. 100 000 Pa. Por eviti grandajn nombrojn, koncerne kaldronegojn en la praktiko oni aplikas la mezurunuon bar. 100 000 Pa estas 1 bar. La premon oni mezuras per manometroj.

Absoluta premo

En vakuo la premo estas nulo. Kompare al tiu nulvalora premo, la premo de la aera atmosfero havas premon de ĉ. 1 bar. Se la premon oni rilatigas al nulvalora premo, temas pri absoluta premo.
Superpremo

Se la premo superas la premon de aera atmosfero, la diferencon inter la du premoj oni nomas superpremo. Koncerne la kaldronegojn en la praktiko oni ĉiam mezuras kaj kalkulas superpremon, do la vorton: “premo”. oni komprenu: “superpremo”. Ekzemple, se la manometro de la kaldronego indikas premon 10 bar, fakte temas pri absoluta premo 11 bar.
Manometroj

Premon oni mezuras per manometroj. La plej gravaj specoj de manometroj estas:

Sifona manometro

Deklivtuba manometro

Membrana manometro

Tubrisorta manometro (manometro Bourdona)

Por mezuri malgrandajn premojn, oni uzas sifonan manometron. Ĝi estas U-forma vitrotubo ambaŭfine malfermita. Por tre malgrandaj premoj ĝi enhavas akvon, por iom pli grandaj premoj hidrargon. Unu fino de la tubo komunikiĝas kun la ekstera armosfero, la alia kun la spaco de mezurenda premo. Pro la premdiferenco la niveloj en la du branĉoj diferencas. La diferenco inter la niveloj rekte proporcias al la premo. Se la ŝargo estas akvo, unu milimetra diferenco signifas premon de 10 Pa.

Por mezuri treege malgrandajn premojn, oni uzas deklivtuban manometron. La principo de la deklivtuba manometro estas la sama, kiel tiu de la sifona, sed unu el la tubobranĉoj estas dekliva anstataŭ vertikala, tiel la sama nivel-leviĝo kaŭzas pli longan moviĝon laŭ dekliva direkto, kaj la indiko estas pli preciza.

Membrana manometro enhavas diskoforman, ondumitan membranon. La premo atingas ĝin ĉe unu flanko, pro tio ĝi reliefiĝas ĉe la alia flanko. La moviĝon de la membrano mekanismo transmisias al la nadlo. Tiu manometro estas oportuna nur por ne tre altaj premoj, ordinare ĝis 2,5 bar.

Tubrisorta manometro enhavas ronde kurbigitan, elastan kupran tubon. Unu el la finoj de la tubo estas fermita, la alia komunikiĝas kun la spaco de la mezurenda premo. La transversa sekco de la tubo estas ne ronda sed ovala. Pro la premo la ovala sekco fariĝas pli ronda, pro tio la kurbeco de la tubo iom rektiĝas. La moviĝon de la ne fiksita tubofino – kiu moviĝo estas proporcia al la premo – mekanismo transmisias al la nadlo. Tiu manometro estas tre oportuna por altaj premoj.
La proprecoj de akvo kaj akvovaporo

Se oni varmigas akvon en nefermita vazo, ĝia temperaturo kreskas. Se la temperaturo atingas 100 C-ojn, la akvo ekbolas. Tio signifas, ke vaporbobeloj aperas en la interno de la akvo, kaj ili leviĝas al la surfaco. La temperaturo de la produktita vaporo egalas kun tiu de la akvo. Por daŭra bolado oni devas daŭrigi la varmigon. Dum la plua varmigo la temperaturo de la akvo ne altiĝas, la transportitan termoenergion konsumas la vaporiĝo. Dum la vaporiĝo la kvanto de la akvo en la vazo daŭre malkreskas, kaj post sufiĉe da tempo la tuta kvanto fariĝas vaporo.

Se la forvaporigita akvo kemie estis pura, nenio postrestas en la vazo. Efektive ne troviĝas kemie pura akvo, ĝi ĉiam enhavas diversajn solvitajn substancojn, kaj la solvitaj substancoj post la forvaporigo restas en la akvosekcio de la kaldronego. Tian restaĵon oni nomas kaldronkrusto kaj kaldronfeĉo. Kaldronkrusto kovras la kaldronmantelon kaj ordinare ĝi firme adheras, kaldronfeĉo sedimentiĝas ĉe la fundo de la akvosekcio.

Párolgáshő és számítása
Párolgáshő zárt térben

Saturita vaporo

En la kaldronego la produktita vaporo super la akvonivelo havas la saman temperaturon kiel la akvo. Tian vaporon oni nomas saturita vaporo. Saturita vaporo estas travidebla kiel aero.

Supersaturita vaporo

Se la temperaturo de saturita vaporo iom malaltiĝas, ĝi komencas kondensiĝi. Malgrandetaj akvogutoj – aerosolo – aperas en ĝi, kiel en nebulo, kaj ĝi fariĝas ne travidebla. Tian vaporon oni nomas supersaturita vaporo, vulgare: humida vaporo. El tia vaporo konsistas ekzemple la nuboj. Supersaturita vaporo – koncerne kaldronegojn – ne estas dezirinda, ĉar ĝi enhavas malmulte da termoenergio, kaj ne estas konduktebla, ja ĝi baldaŭ tute kondensiĝos en formo de fluida akvo. Tian akvon oni nomas kondensakvo.

Kiel mezuri akvovaporon?

Kvankam vaporon oni ne povas pesi per pesilo, ĝian kvanton oni tamen kalkulas laŭ ĝia maso (en kilogramoj kaj tunoj), ĉar la maso de la origina akvo estas mezurebla. Aliflanke rekta mezuro tamen okazas laŭ volumeno. La mezurinstrumentojn vidu en la koncerna ĉapitro.

Supervarmigita vaporo

Kio okazas, se oni plu varmigas saturitan vaporon? Ĝia temperaturo altiĝas, kaj ankaŭ ĝia volumeno kreskas. Do la supervarmigita vaporo havas pli altan temperaturon, ol saturita vaporo de la sama premo. La diferencon inter la temperaturoj de supervarmigita kaj saturita vaporo oni nomas supervarmigiteco, kaj ĝi estas mezurata laŭ ­C. Supervarmigita vaporo estas saturita vaporo, plu varmigita, do ĝia produkto bezonas pli da termoenergio. Por propulsi turbinon supervarmigita vaporo estas multe pli favora ol saturita. Dum la funkciado de turbino la temperaturo de vaporo malaltiĝas, do en saturita vaporo aperas akvogutetoj, kiuj tre damaĝas la padelojn de la turbino. Supervarmigita vaporo enhavas pli da energio, ol samkvanta saturita vaporo, tio estas, ke ĝi povas plenumi pli grandan laboron. Pro tio moderna