α) Θεωρητική ή Στοιχειομετρική Καύση
Τα περισσσότερα καύσιμα περιέχουν άνθρακα (C) και υδρογόνο (Η2). Στην τέλεια ή στοιχειομετρική καύση το οξυγόνο (Ο2) του αέρα που εισέρχεται στο θάλαμο καύσης με τον άνθρακα (C) του καυσίμου σχηματίζουν το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) ενώ με το υδρογόνο σχηματίζουν νερό (H2O).
Eτσι δεν περισσεύει καθόλου οξυγόνο το οποίο δεν εμφανίζεται στην έξοδο καυσαερίων και όλη η θερμότητα που παράγεται με την αντίδραση παραμένει στον λέβητα.
Τα περισσσότερα καύσιμα περιέχουν άνθρακα (C) και υδρογόνο (Η2). Στην τέλεια ή στοιχειομετρική καύση το οξυγόνο (Ο2) του αέρα που εισέρχεται στο θάλαμο καύσης με τον άνθρακα (C) του καυσίμου σχηματίζουν το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) ενώ με το υδρογόνο σχηματίζουν νερό (H2O).
Eτσι δεν περισσεύει καθόλου οξυγόνο το οποίο δεν εμφανίζεται στην έξοδο καυσαερίων και όλη η θερμότητα που παράγεται με την αντίδραση παραμένει στον λέβητα.
β) Η καύση στην πράξη
Η σχεδίαση του θάλαμου καύσης (λέβητα) δεν επιτρέπει την τέλεια καύση. Ετσι πρακτικά η σωστή ολική καύση επιτυγχάνεται έχοντας περισσότερο αέρα (οξυγόνο) από αυτόν που θεωρητικά χρειάζεται. Ο έλεγχος λοιπόν της "περίσσειας" του άερα είναι το κλειδί για την μεγιστοποίηση του βαθμού απόδοσης.
Με την σωστή περίσσεια αέρα έχουμε τον μεγιστο βαθμό απόδοσης για κάποιο συγκεκριμένο σύστημα καυστήρα - λέβητα που λειτουργεί με κάποιο συγκεκριμένο καύσιμο.
Αν η περίσσεια αυτή μειωθεί τότε έχουμε σχηματισμό μονοξειδίου του άνθρακα (CO) από ατελή καύση ειδικά άν το καύσιμο έιναι το φυσικό αέριο. Με βαρύτερα καύσιμα η ατελής καύση οδηγεί σε καπνό-αιθάλη (άκαυστο καύσιμο). Το αποτέλεσμα αυτής της σπατάλης του καυσίμου έιναι η μείωση του βαθμού απόδοσης και η μόλυνση του περιβάλλοντος.
Από τη άλλη μεριά άν η περίσσεια αυτή αυξηθεί τότε ο θάλαμος καύσης θα χάνει θερμότητα που θα παρασύρεται μαζί της στα καυσαέρια με αποτέλεσμα πάλι την μείωση του βαθμού απόδοσης. Αν δε αυξηθεί πολύ τοτε ανάλογα και με το σύστημα μπορεί πάλι να έχουμε ατελή καύση με τα ανάλογα αποτελέσματα.
Για παράδειγμα η στοιχειομετρική καύση του φυσικού αερίου δίνει 11.8% CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) και 0% Ο2 στα καυσαέρια. Πρακτικά 10% CΟ2 είναι μία καλή προσέγγιση ή οποία δίνει 3.2% Ο2 που αναλογεί σε 17% περίσσεια αέρα. Ετσι μετρώντας το Οξυγόνο στα καυσαέρια μπορούμε να υπολογίσουμε το διοξείδιο του άνθρακα CO2 και μεταβάλλοντας την παροχή αέρα μπορούμε να ρυθμίσουμε σωστά οποιοδήποτε σύστημα.
Η σχεδίαση του θάλαμου καύσης (λέβητα) δεν επιτρέπει την τέλεια καύση. Ετσι πρακτικά η σωστή ολική καύση επιτυγχάνεται έχοντας περισσότερο αέρα (οξυγόνο) από αυτόν που θεωρητικά χρειάζεται. Ο έλεγχος λοιπόν της "περίσσειας" του άερα είναι το κλειδί για την μεγιστοποίηση του βαθμού απόδοσης.
Με την σωστή περίσσεια αέρα έχουμε τον μεγιστο βαθμό απόδοσης για κάποιο συγκεκριμένο σύστημα καυστήρα - λέβητα που λειτουργεί με κάποιο συγκεκριμένο καύσιμο.
Αν η περίσσεια αυτή μειωθεί τότε έχουμε σχηματισμό μονοξειδίου του άνθρακα (CO) από ατελή καύση ειδικά άν το καύσιμο έιναι το φυσικό αέριο. Με βαρύτερα καύσιμα η ατελής καύση οδηγεί σε καπνό-αιθάλη (άκαυστο καύσιμο). Το αποτέλεσμα αυτής της σπατάλης του καυσίμου έιναι η μείωση του βαθμού απόδοσης και η μόλυνση του περιβάλλοντος.
Από τη άλλη μεριά άν η περίσσεια αυτή αυξηθεί τότε ο θάλαμος καύσης θα χάνει θερμότητα που θα παρασύρεται μαζί της στα καυσαέρια με αποτέλεσμα πάλι την μείωση του βαθμού απόδοσης. Αν δε αυξηθεί πολύ τοτε ανάλογα και με το σύστημα μπορεί πάλι να έχουμε ατελή καύση με τα ανάλογα αποτελέσματα.
Για παράδειγμα η στοιχειομετρική καύση του φυσικού αερίου δίνει 11.8% CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) και 0% Ο2 στα καυσαέρια. Πρακτικά 10% CΟ2 είναι μία καλή προσέγγιση ή οποία δίνει 3.2% Ο2 που αναλογεί σε 17% περίσσεια αέρα. Ετσι μετρώντας το Οξυγόνο στα καυσαέρια μπορούμε να υπολογίσουμε το διοξείδιο του άνθρακα CO2 και μεταβάλλοντας την παροχή αέρα μπορούμε να ρυθμίσουμε σωστά οποιοδήποτε σύστημα.
γ) Πέρα από τα παραπάνω στην πράξη υπάρχουν και άλλες παράμετροι που επηρεάζουν την απόδοση ενός συστήματος όπως η υγρασία στο καύσιμο, η θερμοκρασία καυσαερίων (πάνω ή κάτω από τους 1000C και σχηματισμό ή οχι υδρατμών) απώλειες λόγω ακτινοβολίας θερμότητας, απώλειες λόγω κακής μόνωσης κ.α.
Επιπλέον ο ελκυσμός της καπνοδόχου έιναι σημαντικός για την σωστή λειτουργία και την καλή απόδοση ενός συστήματος
.
Σύμφωνα με τα παραπάνω για την σωστή ρύθμιση ενος συστήματος καυστήρα - λέβητα θα πρέπει ο μηχανικός να γνωρίζει τα παρακάτω:
1) Θερμοκρασία μειγματος καυσίμου - αέρα κατα την είσοδο του στο θάλαμο καύσης
2) Θερμοκρασία καυσαερίων
3) Στοιχεία σχετικά με την καυσιμη ύλη (σύσταση καύσιμης ύλης - θερμοδυναμική απόδοση κ.α.)
4) Οξυγόνο στα καυσαέρια - Περίσσεια αέρα
5) Διοξείδιο του άνθρακα στα καυσαέρια
6) Μονοξείδιο του άνθρακα στα καυσαέρια (ατελής καύση)
7) Ελκυσμός καπνοδόχου
Επιπλέον ο ελκυσμός της καπνοδόχου έιναι σημαντικός για την σωστή λειτουργία και την καλή απόδοση ενός συστήματος
.
Σύμφωνα με τα παραπάνω για την σωστή ρύθμιση ενος συστήματος καυστήρα - λέβητα θα πρέπει ο μηχανικός να γνωρίζει τα παρακάτω:
1) Θερμοκρασία μειγματος καυσίμου - αέρα κατα την είσοδο του στο θάλαμο καύσης
2) Θερμοκρασία καυσαερίων
3) Στοιχεία σχετικά με την καυσιμη ύλη (σύσταση καύσιμης ύλης - θερμοδυναμική απόδοση κ.α.)
4) Οξυγόνο στα καυσαέρια - Περίσσεια αέρα
5) Διοξείδιο του άνθρακα στα καυσαέρια
6) Μονοξείδιο του άνθρακα στα καυσαέρια (ατελής καύση)
7) Ελκυσμός καπνοδόχου