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SistemasdeCombustin paraCalderas
DiseodesistemasdecombustinEl quemador es el principal componente para la combustin del petrleo y del gas natural. En los generadores industriales de vapor, el quemador hace ingresar combustible y aire a la cmara de combustin de una manera que asegure una combustin segura y eficiente mientras la caldera se encuentra en plena capacidad. El diseo del quemador determina las caractersticas de la mezcla del combustible y del aire, tamao de las partculas del combustible y su distribucin, tamao y forma de la envoltura de la llama. Los medios de transporte, medicin y regulacin del combustible y del aire hacia la cmara de combustin, junto con los quemadores, sistemas de ignicin y equipos de seguridad de flama comprenden el sistema general de combustin.Elaborado por Jaime Zea 2
ConsideracionesdeDiseoLatasadealimentacindecombustibleyaireparacumplirconlademandade cargadelacalderasobreunrangooperativopredeterminado. Lostiposdecombustiblesaserquemadosincluyendocomposicinelementaly L i d b ibl d i l d i i l l propiedadescaractersticasdecadacombustible. Laeficienciadelprocesodecombustinparareduciralmnimolos combustiblesnoquemadosylosrequerimientosdeexcesodeaire. combustiblesnoquemadosylosrequerimientosdeexcesodeaire Limitacionesimpuestassobrelasemisiones. Tamaofsicoycomplejidaddelacmaradecombustinydelosquemadores paraestablecereldiseomseficienteyeconmico. paraestablecereldiseomseficienteyeconmico Diseodehardwareypropiedadesdematerialesdelequipodecombustin paragarantizarunservicioconfiableeininterrumpidoparalargosperiodosde quemado. Estndaresyprocedimientosdeseguridadparaelcontroldequemadoresy calderas,incluyendoarranques,paradas,cambiosdecarga,yvariacionesenel combustible.Elaborado por Jaime Zea 3
ElementosdeunSistemade l d d CombustinElquemadorpropiamentedicho. Ventiladordeairedecombustin. Bombadecombustible. Precalentadordecombustible. Sistemadeencendido. Electrovlvulas. El t l l Sistemasdecontrol,dispositivosderegulacin. Sistemadevigilanciadellama,etc.
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QuemadoresparaCalderas Q d C ld
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ElQuemadordeunaCaldera QEl propsito de un quemador es combinar conjuntamente un combustible y un oxidante (tpicamente aire) y proporcionar la suficiente energa de ignicin para iniciar y sostener el proceso de combustin. Siendo este el caso, las principales funciones que un quemador debe garantizar, pueden ser separadas dentro de tres categoras: Inyeccin del combustible, introduccin del aire, estabilidad d l ll bilid d de la llama. Los quemadores especficamente diseados para usarse en calderas industriales, son los ms comunes los de diseo de registro circular, el rango en capacidad de salida de calor es de 20 a 400 millones de BTU por hora, operando con ventiladores de tiro forzado que suministran el aire de combustin, y quemando gas o hidrocarburos lquidos. Estos quemadores son generalmente clasificados por la cantidad de emisiones de xidos de nitrgeno (NOx) que ellos producen: quemadores convencionales, quemadores de bajo NOx, y los de ultra b j NO l bajo NOx.Elaborado por Jaime Zea 6
RendimientodeunQuemador QEl rendimiento ser el que porcentualmente resulte de restar a las caloras totales aportadas por el combustible, las no desarrolladas, que p p q representan los inquemados producidos. Este valor siempre muy alto, prximo a 100, y normalmente no se usa. Para determinar la influencia de los quemadores sobre el rendimiento de un proceso conviene ser muy exacto para evitar que una imprecisin en las medidas, como una entrada de aire falso, disfrace sus verdaderas caractersticas.
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FactoresdeSeleccinProcesoycmaradecombustin. Combustible. Excesodeaire. Margenderegulacin. Estabilidaddefuncionamiento. Formaydimensionesdelallama. Consumodeenergaauxiliar. C d ili
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Componentesdelsistemade combustin b Combust. Combust de encendido Elem. d encendido El de did PILOTO Elemento Acondic. de Combustible - Atomizador - Quem. de gas COMBUSTION Aire de Combustin Elem. de Seguridad Elem. de Control Elemento El t Acondic. de Aire Caja de Aire Registro Sist. Sist de Proteccin por Falla de Llama NFPA Sist. Sist Automtico de Control de CombustinElaborado por Jaime Zea
Combustible Principal
Elem. de Seguridad
Elem. de Control
CALOR
EMISIONES
QuemadordeOilyGas
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Q QuemadordeOilyGas y
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QuemadoresdeOilEl combustible lquido habitualmente se quema a tra s de una suspensin de gotas travs generadas como consecuencia de su atomizacin. Las gotas provienen del atomizador y se dirigen hacia la zona de combustin, y en el pasaje se calientan como consecuencia de la radiacin de la llama y de la transferencia de calor convectiva desde los gases calientes g que la rodean. Ello produce la vaporizacin de los componentes ms livianos del combustible, que se mezclan con el aire que rodea la gota y luego combustionan.
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Caractersticasdelacombustin Caractersticas de la combustin delOilNecesidad de precalentamiento para petrleos pesados, para reducir su viscosidad durante el bombeo y facilitar su atomizacin. Necesidad de atomizacin antes de la combustin. Es necesario obtener una nube de gotas pequeas. Generalmente las gotas tienen un dimetro entre 10 y 200 , a pesar de que es posible tener gotas con un dimetro mayor. La suposicin usual para una atomizacin satisfactoria es un dimetro por debajo de 50 para el 85% de las gotas gotas.Elaborado por Jaime Zea 13
AtomizacinLosquemadoresdeoilpuedenserclasificadosde acuerdoaltipodeatomizacinen:1.
Atomizacinmecnica(conflujodirectooconflujo ( j j deretorno) Atomizacinconfluidoauxiliar(aireovapor)
1.
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Atomizacin
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Atomizacinmecnicaconflujo Atomizacin mecnica con flujo directoEl petrleo es bombeado por completo dentro de la cmara de combustin. El ajuste del caudal se realiza en la descarga de la bomba a travs de una vlvula de accionamiento manual, o por medio de una vlvula de control automtica automtica. ElflujovolumtricoQdependedelapresin() Unniveldeaceptacindeatomizacinrequierequelapresinseapor p q q p p lomenosde5a6bar Rangodeajustedelcaudallimitado. Nosonidealesparatrabajarconunavariacinsensibledecarga. N id l t b j i i ibl d
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Importanciadepresincorrectade I t i d i t d Atomizacin to ac
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Importanciadepresincorrectade I t i d i t d Atomizacin to ac
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Atomizacinmecnicaconretorno Atomizacin mecnica con retorno j deflujoEl caudal de la bomba es bsicamente constante. El petrleo es dirigido a travs de las ranuras tpicas dentro de una cmara de turbulencia, donde una fraccin del flujo entra en la cmara de combustin y otra parte regresa a la succin de la bomba. El ajuste se h j t hace en el fl j d retorno a t d una vlvula d control l flujo de t travs de l l de t l de caudal.
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DiagramadeInstalacin g
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CurvaCaracterstica
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AtomizacinconfluidoauxiliarEn quemadores con atomizacin por vapor, el nivel de energa requerido para atomizar es principalmente entregado por el vapor expandindose rpidamente a medida que sale del quemador. En estos quemadores el vapor es inyectado dentro de la tobera g p consiguiendo emulsionarse con el petrleo. La presin de petrleo es claramente inferior que la requerida por el q quemador anterior (que no suele superar los 7 bar). (q p ) la presin de vapor excede a la presin de petrleo de 1.5 a 3 bar. El inconveniente de este tipo de quemador es el consumo de vapor, que no debe exceder de 0.1 Kg por cada kilogramo de petrleo a mxima carga, si este est bien diseadoElaborado por Jaime Zea 22
Curvadeconsumoespecifico
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AtomizadoryLanzadePetrleo y
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QuemadoresdeGas
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QuemadoresdeGas Q d d GLos combustibles gaseosos son los ms fciles de quemar y afinar. No hay atomizacin como con el petrleo, y no existen problemas de trituracin y pulverizacin como con el carbn. El gas natural no produce incrustaciones ni obstrucciones, incluso ni corrosin debido la d bid a l ausencia d azufre. i de f Los quemadores industriales generalmente tienen una llama de difusin, el aire y el gas no son premezclados al entrar a la cmara y la mezcla se produce a travs de difusin turbulenta turbulenta. La configuracin ms simple y frecuentemente adoptada para pequeos flujos de gas consiste de un toroide donde el gas es dejado en el equipo mediante una serie de agujeros por los cuales los flujos de gas entran en la cmara. g j p j g En los casos de quemadores con altos flujos de gas, spuds equipados con cabezales de acero inoxidable y con muchos agujeros a travs de los cuales sale el gas, son generalmente usados. Los spuds son dispuestos en crculos alrededor de un disco estabilizador de flama central (impelente) de forma cnica y con grietas tangenciales. Los spuds adems pueden ser desconectados por separado de las tuberas conductoras de gas.
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ToberasdeGas
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SpudsdeGas
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RecirculacindeGasesde Recirculacin de Gases de Combustin
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EfectodelaRecirculacindeGases Efecto de la Recirculacin de Gases p deescape
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ControldeCombustin
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SecuenciadeArranque Secuencia de Arranque
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TrendeGasNatural
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TrendeGasNatural
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AnalizadoresdeGases
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AnlisisdeGasesenCaldera
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JaimeZeaArizaga DepartamentodeIngenierayProyectosTECNOLOGS.A DiseoyFabricacindeCalderasPirotubularesyAcuotubulares IngenieraenGeneracindeVaporyCombustin. I i G i d V C b i [email protected] /[email protected]
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