Seminario de Conversion a Gas Por SAACKE (PAE)

1- SAACKE - 1

Seminario de combustin de gas natural y quemadores usados en

calderas :

Tema: Combustin

Expositor: Ing. Pablo A. Erbino

- SAACKE - 2

Diferencias entre combustibles utilizados y el gas natural

ESTADO DE LA MATERIA

PODER CALORFICO

- SAACKE - 3

B.T.U./ lbkcal / kg (KJ / kg)

B.T.U./ ft3kcal / m3 (KJ / m3 )

UnidadesSistema Internacional Sistema Ingls

- SAACKE - 4

a) La humedad,

- Humedad libre, - Humedad intrnseca,

b) Las cenizas,

c) Las materias voltiles,

d) El carbono fijo,

e) La viscosidad.

e) Temperatura de inflamacin.-.

f) Temperatura de ignicin.-

PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LOS COMBUSTIBLES.-

2- SAACKE - 5

Poder CalorficoSuperiorNombreOrigen

COMBUSTIBLES

Aglomerados (briquetas)

kcal / kg6500Carbn de leaArtificiales

kcal / kg7500Coque

kcal / kg3500Lea

kcal / kg5000Turba

kcal / kg6000Lignito

kcal / kg8000HullaNaturales

kcal / kg8500Antracita

SLIDOS

- SAACKE - 6


COMBUSTIBLES

kcal / kg9000Alcohol

kcal / kg10400Fuel oil

kcal / kg10700Diesel oil

kcal / kg10900Gas oil

kcal / kg11100KeroseneArtificiales

kcal / kg11200Naftas

kcal / kg10500PetrleoNatural

LQUIDOS

- SAACKE - 7


COMBUSTIBLES

kcal / Nm313000Acetileno

kcal / Nm3900Gas de alto horno

kcal / Nm31500Gas mixtoArtificiales

kcal / Nm31000Gas de aire

kcal / Nm32500Gas de agua

kcal / Nm322400Gas de Licuado de Petrleo

kcal / Nm39300Gas naturalNatural

GASEOSOS

- SAACKE - 8

Diesel oil Aceite de Colza Grasa Animal

Grasa alimenticia Combustible

(referencia) procesada procesada

Poder Calor. Inferior MJ/kg 42,7 35,0 36-42 36-40

Poder Calor. Inferior kcal/kg 10.198 8.359 8.598 / 10.031 8.598 / 9.553

Viscosidad Cin. @40C mm/s 4 38 28 40

Densidad kg/m 840 930 916 930 Carbn Conradson % (peso) 0,1 0,40 0,10 0,66 Cenizas % (peso) 0,01 0,01 0,01-0,03 0,01 Agua % (peso) 0,4 0,075 0,1-1,0 1,0 Carbn % (peso) 86 78 76 76 Hidrgeno % (peso) 13 12 12 12 Oxgeno % (peso) 0,4 10 11 11 Nitrgeno % (peso) 0,02 0,01 0,05 0,02 Azufre % (peso) 0,20 0,01 0,02 0,01 Cloro % (peso) 0,018 0,001 5*10-7 Fsforo % (peso) 0,0015 0,012

Tabla comparativa entre diferentes combustibles lquidos no convencionales

3- SAACKE - 9

GAS Natural Argentina Propano Butano GLP

masa de Metano [%] 92,80 masa de Propano [%] 1,20 95,00 5,00 40,00 masa de Butano [%] 0,40 5,00 95,00 60,00

Pcs [Mj/kg] 51,24 50,30 49,54 49,84 Pci [Mj/kg] 46,56 46,32 45,75 45,97 Pcs [kcal/Nm3] 9.300,00 24.575,82 31.622,00 28.909,45 Pci [kcal/Nm3] 8.450,00 22.631,25 29.202,79 26.664,68 Pcs [kcal/kg] 12.237,00 12.011,64 11.830,15 11.901,79 Pci [kcal/kg] 11.118,00 11.061,22 10.925,10 10.977,64

Densidad 0,62 1,58 2,07 1,88 r [kg/Nm3] 0,76 2,05 2,67 2,43

- SAACKE - 10

GAS Natural Argentina Propano Butano GLP

Aire total [ Nm3/ Nm3 ] 9,7 24,695 31,835 29,148

Humos total [ Nm3/ Nm3 ] 9,7 + 0,997 24,695+2,046 31,835+2,59 29,148+2,393 Humos secos [ Nm3/ Nm3 ] 9,7 0,965 24,6952,087 31,8352,57 29,1482,393

CO2 [ Nm3/ Nm3 ] 1,06 3,11 4,12 3,72 N2 [ Nm3/ Nm3 ] 6,26 19,50 25,15 23,03

H2O [ Nm3/ Nm3 ] 1,96 4,13 5,16 4,79 Aire exceso [ Nm3/ Nm3 ] 9,7 (1) 24,695(1) 31,835 (1) 29,148 (1)

Otros datos de gases: Un m3 (1000 litros) de gas Propano en estado lquido pesa 535 kg Un m3 (1000 litros) de gas Butano en estado lquido pesa 560 kg

Caractersticas prcticas de los gases combustibles comercialmente ms frecuentes :

- SAACKE - 11

Familia Denominacin Valor de W

Gases manufacturados 23,8 31,4

Grupo A Gas de ciudad 23,8 28,1

Grupo B Gas de coquera 25,9 31,4 Primera

Grupo C Hidrocarburos aire 23,8 27,2

Gases Naturales 41,2 58,0

Grupo H Alto ndice de Wobbe 48,1 58,0 Segunda

Grupo L Bajo ndice de Wobbe 41,2 47,3

Tercera Gases Licuados del petrleo

- SAACKE - 12

INDICE DE WOBBE

Pcs Ws =

Z aire Z m

Pcs m = Pcs j * xj

dm = dj * xj

4- SAACKE - 13

INTERCAMBIABILIDAD DE LOS COMBUSTIBLES GASEOSOS

Hm = * H1

dm = * d1 + ( 1- ). 1 = 1 + (d1 1 )

Tenemos un gas de W0 , con H1 y d1. Si se mezcla con aire en la proporcin.

Mezclado con aire ser:

- SAACKE - 14

( )2

m

1211 W

H*4d-1d1

2

++

=

( )1d*1H * W

1

1m +=

Y despejando:

El ndice de Wobbe de la mezcla ser:

- SAACKE - 15

H1 = 0,9 * 99,264 + 0,1 * 128,269 = 102,2 Mj/m3

d1 = 0,9 * 1,5224 + 0,1 * 2,0067 = 1,57

Se desea preparar con un propano comercial (GLP) formado por 90 % de propano y 10 % de butano, un aire propanado intercambiable con gas natural ( W0 = 55,46 ). Determinar la proporcin de propano y gas.

Ejemplo:

- SAACKE - 16

Solucin:

El aire propano deber formarse por una mezcla de 63,3 % de GLP y el resto de aire, con lo que su poder calorfico superior ser de: 0,633 * 102,2 64,7 MJ/m3.

( )0,633

55,46102,2*40,571,571

2 2

2

=

++=

Respuesta:

5- SAACKE - 17

o API 10 15 20 25 30

SG 1,000 0,966 0,934 0,904 0,876 % S % 1,80 1,35 1,00 0,70 0,40

% Inertes % 0,95 0,85 0,75 0,70 0,65 c/h 8,06 7,69 7,65 7,17 6,79 Pcs [Mj/kg] 42,54 43,22 43,89 44,52 45,08 Pci [Mj/kg] 40,26 40,82 41,36 41,89 42,36 Pcs [kcal/kg] 10.159 10.321 10.481 10.631 10.765 Pci [kcal/kg] 9.614 9.748 9.877 10.003 10.116

Aire total [Nm3] 10,61 10,73 10,76 10,91 11,04

Humos total [Nm3] 10,61 +0,6 10,73 +0,63 10,76 +0,64 10,91 +0,67 11,04 +0,71 Humos secos [Nm3] 10,61 0,6 10,73 0,63 10,76 0,64 10,91 0,67 11,04 0,71

CO2 [Nm3] 1,615 1,615 1,622 1,615 1,610 CO2 Max [%] 16,13 15,99 16,03 15,77 15,59

N2 [Nm3] 8,380 8,477 8,502 8,617 8,722 SO2 [Nm3] 0,013 0,009 0,007 0,005 0,003 H2O [Nm3] 1,193 1,251 1,200 1,342 1,413

Aire exceso [Nm3] 10,61 (1) 10,73 (1) 10,76 (1) 10,91 (1) 11,04 (1)

131,5 -SG141 API =

API131,5141,5SG +=

SG: Densidad relativa (lquidos) con respecto al agua a 50oF (15oc)

Caractersticas prcticas de los fuel oil comercialmente ms frecuentes :

- SAACKE - 18

COMBUSTIN

Combustible Comburente

Fuente de ignicin

- SAACKE - 19

555C6H6

210n C8H18

260n C5H12

450C3H8

515C2H6

537CH4

605CO

400H2

Temperatura o CCombustible

Temperatura de auto inflamacin de algunos gases y vapores. Normas DIN 51794.

- SAACKE - 20

Combustin perfecta del carbono:

C + O2 = CO2 + 97 kcal/mol Combustin imperfecta del carbono :

C + 1/2 O2 = CO + 29 kcal/mol El monxido de carbono obtenido en esta ltima ecuacin puede quemarse tambin de acuerdo a la siguiente frmula:

CO + 1/2 O2 = CO2 + 68 kcal/mol Se observa que la suma de estos dos ltimos calores de combustin es igual al calor de la combustin perfecta del carbono.

6- SAACKE - 21

BALANCES DE MATERIA EN LAS COMBUSTIONES COMPLETAS.-CLCULO DEL PODER COMBURIVORO.

Se consideramos 1 kg de combustible que tiene C kg de carbono, H kg de hidrgeno y S kg de azufre,la cantidad de oxgeno requerido para la combustin completa del carbono responde a la reaccin,

C + O2 CO2 => 12 kg C + 22,4 m3 O2 22,4 m3 CO2 es decir,

C kg de Carbono necesitan 23 O de m 12

C 22,4

La cantidad de oxgeno necesaria para la combustin completa del H2 implica,

2 H2 + O2 2 H2O => 4 kg H2 + 22,4 m3 O2 2 x 22,4 m3 H2O

H kg de Hidrgeno necesitan 23 O de m 4

H 22,4

La cantidad de oxgeno necesaria para la combustin completa del S supone,

S + O2 SO2 => 32 kg S + 22,4 m3 O2 22,4 m3 SO2

S kg de Azufre necesitan 23 O de m 32

S 22,4

- SAACKE - 22

Por lo tanto, el volumen de oxgeno necesario para quemar 1 kg de combustible es,

=

++

=

++=kgm

8OH

41

32S

12C22,4

kgm

32O

32S

4H

12C 22,4V

33

O2

en la que 32O

es el oxgeno contenido en el combustible.

Como en 100 partes en volumen de aire, 21 son de oxgeno, el volumen de aire mnimo necesario

para quemar 1 kg de combustible es,

=

++

=

++=kgm

8OH

41

32S

12C22,4

21100

kgm

32O

32S

4H

12C 22,4

21100V

33

mnimo Aire

La expresin

8OH se denomina hidrgeno disponible y representa la parte de hidrgeno que

queda en el combustible despus de quemar el propio hidrgeno del combustible en el oxgeno existente, yaque se necesitan 8 gramos de oxgeno para consumir 1 gramo de hidrgeno.

- SAACKE - 23

3

6622424 mnimo aire m O) -HC 7,5 HC 2,5 HC 3 CH 22COH( 4,77 V +++++=

Si la cantidad de hidrocarburos pesados (eteno, acetileno y benceno) no se conoce en detalle, pero s

el valor de su suma CH m3, se puede aplicar con aproximacin suficiente la expresin:

34 mnimo aire m O) - CH 3 CH 22

COH( 4,77 V +++=

Para gases combustibles:

- SAACKE - 24

CLCULO DEL PODER FUMGENO.-

El volumen de los humos secos es,

2SOV

2COV

2HV secos humosV ++=

kg

3m32

O-8H2179

32S

12C

2110022,4 secos humosV

+

+=

El peso de los humos secos es,

2SOP

2COP

2HP secos humosP ++= siendo,

( )ecombustibl

humos

kg kg

S 2H 9C 3,66O - S H 8C 2,67 3,352SO

P 2CO

P 2H

P secos humosP +++++=++=

Para 1 kg de combustible, el peso de los humos secos es,

( )ecombustibl

humos

kg kg

ZO - S H 8C 2,67 34,41cenizasP mnimo aireP ecombustiblP secos humosP +++=+=

7- SAACKE - 25

Reacciones de combustin para hidrocarburos de frmula Cx HyConstantes de Combustin

Cx Hy x y x CO2 y H2O

+ (

+ 4

) O2 =

+ 2

masa volmica 12 x + y kg

= 22,4 Nm3

Re (O2) 8 (4 x + y) kg de O2 por cada kg de combustible

= 12 x + y

M CO2 44 x kg de CO2 por cada kg de combustible

= 12 x + y

M H2O 9 y kg de H2O por cada kg de combustible

= 12 x + y

- SAACKE - 26

Frmulas de Rosin

- SAACKE - 27

La relacin entre el aire real y el aire mnimo se denomina coeficiente de exceso de aire de la

forma,

==

=

1,1 a 1,05 gaseosos, escombustibl Para 1,2 a 1,1 lquidos, escombustibl Para2,0 a 1,5 slidos, escombustibl Para

que, laen

El exceso de aire e se define en la forma,

e = Aaire real - Aaire mnimo = ( - 1) Aaire mnimo que se suele expresar en %, pudiendo ser positivo (exceso), o negativo (defecto).

Si Vt es el volumen de aire terico o mnimo, el volumen prctico Vp ser,

ttp V 100eVV +=

AA

mnimo aire

real aire ==

EXCESO DE AIRE.

- SAACKE - 28

Comportamiento de la combustin en funcin de

8- SAACKE - 29

DIAGRAMA DE OSTWALD.

- SAACKE - 30

Componentes del combustible, C=78,28; H=4,98; O=4,78; S=1,20

- SAACKE - 31

PRECALENTAMIENTO DEL AIRE Y DEL COMBUSTIBLE.

Aire, en calderas de vapor, hasta: 400 o C Aire, en hornos industriales, hasta: 1.500 o C Combustibles segn su clase:

Carbn en polvo , hasta: 200 o C Gases pobres , hasta: 1.000 o C Fuel Oil pesado, hasta: 150 o C

- SAACKE - 32

LLAMAS

Definicin

Clasificacin

Propiedades

9- SAACKE - 33

335Gas de coquera

6416Gas de gasgeno

17,73C2H4

82,02,3C2H2

7,91,3C6H6

7,81,4C5H12

7,62C4H10

9,52,1C3H8

12,43C2H6

155CH4

74,512,5CO

754H2

SuperiorInferior

Lmite %Gas combustible

- SAACKE - 34

0,951,19Gas de agua

0,750,8Gas de ciudad

0,430,45C4H10

0,460,47C3H8

0,420,43CH4

0,180,2CO (seco)

2,373,46H2

Valor en mezcla estequeomtricaVelocidad mximaGas

Valores de velocidad de propagacin de la llama en rgimen laminar. Estn expresados en m/s y dependen de la cantidad de aire de la mezcla.

- SAACKE - 35

DIFERENCIAS ENTRE LA COMBUSTIN DE UN FUEL OIL Y

EL GAS NATURAL

- SAACKE - 36

Que sucede con los gases de escape?

Suponemos la misma cantidad de calor entregada con Gas Natural o con Fuel Oil 1.000.000 kcal/h = 3.968.253,97 BTU/h

(aproximadamente podra corresponder a una caldera de 100 BHP)

Tenemos una medicin de gases de escapede 3 % de O2 (base seca)

10

- SAACKE - 37

Porcentaje de gases escape en Gas Natural

8,4416,62

72,44

2,50

CO2 H2O N2 O2 SO2

Caudal de gas nat. (PCI= 8.526,27 kcal/Nm3): 117,26 Nm3/h

Volumen de aire de combustin: 1.276,34 Nm3/h; = 1,15

Volumen de gases humedos totales: 1.393,60 Nm3/h

Volumen de gases secos totales: 1.162,96 Nm3/h

Porcentaje de gases escape en Fuel Oil

12,53

9,32

75,38

2,720,05

CO2 H2O N2 O2 SO2

Caudal de Fuel oil(PCI= 9.783,77 kcal/kg): 102,21 kg/h

Volumen de aire de combustin: 1.263,51 Nm3/h ; = 1,16

Volumen de gases humedos totales: 1.324,59 Nm3/h

Volumen de gases secos totales: 1.201,19 Nm3/h - SAACKE - 38

Qu ocurre con la temperatura de llama?

- SAACKE - 39

Entonces.Cmo se comporta la caldera?

ConduccinConveccinRadiacin

Recordemos los principios de transferencia de calor:

- SAACKE - 40

Importante diferencia LLAMA DE GAS NATURAL

Transferencia de calor:

Ms convectivaMenos radiante

LLAMA DE FUEL OIL

Transferencia de calor:

Ms radiante Menos convectiva

11

- SAACKE - 41

Resumen de elementos a chequear previo a las conversiones a gas

Dimensiones de llama

Medios de ajuste de la combustin

Caracterstica de los equipos (Hornos/ Calderas)

- SAACKE - 42

Ventajas del uso del gas natural vscombustibles lquidos

Generalmente es ms econmico Combustin ms limpia (menor mantenimiento

por limpieza)

Disminucin gasto de logstica No necesita bombas, ni sistemas de

calefaccin (ahorro en mantenimiento) Permite trabajar con menores excesos de

aire (ahorro de combustible) Permite la implementacin de sistemas de

recupero de calor (logrando ahorros de combustible superiores al 5%).

- SAACKE - 43

Quemadores

- SAACKE - 44

Mezcla de dos lquidos

12

- SAACKE - 45

Mezcla de dos gases o aerosoles

- SAACKE - 46

Conclusin

Funciones del quemador

La correcta dosificacin

Exacto control de los caudales

Velocidades de impulsin

Atomizacin (en el caso de lquidos)

Una buena turbulencia

- SAACKE - 47

Dimensiones de la llama

Evitar emisiones contaminantes

Evitar ruidos

Adems se deber considerar:

- SAACKE - 48

Calor a aportar

Contra presin a vencer

Altura sobre nivel del mar

Temperatura del aire de combustin

Tipo de caldera donde ser instalado.

Caractersticas del hogar de combustin

Grado de modulacin.

Cantidad de quemadores

Ruido. Niveles de emisin acstica

Lmite de emisiones contaminantes a cumplir

Criterios de seleccin de quemadores:

13

- SAACKE - 49

Criterios de seleccin de quemadores:

Adems

Eficiencia de combustin

Eficiencia operativa

Criterios de mantenimiento o Post venta

- SAACKE - 50

Quemadores de premezcla a presin:

- SAACKE - 51

Quemadores atmosfricos:

Quemadores Jet: (alta velocidad)

- SAACKE - 52

0,963,4C 3 H 8

0,933,3CH 4

0,562CO0,281H 2

Dimetro de seguridad mm

Dimetro lmite mmCombustible

Valores del dimetro lmite y de la distancia de seguridad para algunos gases combustibles.

14

- SAACKE - 53

Quemadores radiantes:

- SAACKE - 54

Quemadores de llama de difusin

- SAACKE - 55Quemador de gas, modelo Pressure Jet

tobera

transformador de encendido

servomotordamper

tablero elctrico

motor elctrico del ventilador

detector de llama (UV)

visor

presostato de aire

Lnea de gas

- SAACKE - 56

Quemador de gas, modelo Pressure Jet

Corte de un conjunto garganta-tobera-cabezal de gas

Detalle del piloto

Pico de gas

Aire de combustin

Pantalla difusora

cabezal

ToberagargantaVarilla para

ajuste

Gas al piloto

Entrada de gas principal

15

- SAACKE - 57

Cabezal de combustin del quemador dual (gas/diesel), modelo Pressure Jet

A -

Corte A-A

Combustible lquido

- A

Vista cabezal dual

Aire primario

Gas

Aire de combustin

Aire de combustinGas

Gas al piloto

Combustible lquido

Detalle del piloto

- SAACKE - 58

Corte de un pico gas atomizador por presin de combustile (lquido)

Cabezal atomizador de dos etapas, por presin de combustile (lquido)

- SAACKE - 59

Diferentes perfiles de conos de atomizacin segn los tipos de picos atomizadores

- SAACKE - 60

Cabezal de combustin del quemador dual (gas/diesel), modelo Pressure Jet

A -

Corte A-A

Combustible lquido

- A

Vista cabezal dual

Aire primario

Gas

Aire de combustin

Aire de combustinGas

Gas al piloto

Combustible lquido

Detalle del piloto

16

- SAACKE - 61

12

13 14 15

16

- SAACKE - 62

Circuito de combustible lquido

Quemadores tipo Pressure jet

- SAACKE - 63


Quemadores tipo Pressure jet

- SAACKE - 64

Quemador dualSKVG con atomizador de copa rotativa

Anillo de gas

Ventilador de aire primarioAtomizador rotativoDifusor de aire

Anillo externo con unidad de gas incluida

Damper de aire secundario

Guia de aire primario

Registro de aire

Atomizador de copa rotativa

Caja de aire

Anillo de labes directrices de aire

Damper de aire primario

17

- SAACKE - 65

Aire primario

Aire secundario

Aire terciario

Quemador dual SKVG conatomizador de copa rotativa

Aire- SAACKE - 66

- SAACKE - 67


Quemadores tipo Copa rotativa

- SAACKE - 68


Quemadores tipo Copa rotativa

18

- SAACKE - 69

Quemador dual, duobloque, asistido a vapor (para el lquido), modelo DDZG

- SAACKE - 70

V

a

p

o

r

C

o

m

b

u

s

t

i

b

l

e

l

q

u

i

d

o

G

a

s

Aire central

Aire principal

Fuel Oil y Vapor

Quemador dual, duobloque, asistido a vapor (para el lquido), modelo DDZG

Gas

- SAACKE - 71

Combustible lquido

Combustible lquido

Vapor

Sistema de atomizacin (pastillas)Quemadores de atomizacin asistida por vapor o aire

PASTILLA DE ATOMIZACIN ASISTIDA A VAPOR, TIPO L

- SAACKE - 72

Sistema de atomizacin (pastillas)Quemadores de atomizacin asistida por vapor o aire

PASTILLA DE ATOMIZACIN ASISTIDA A VAPOR, TIPO Y

19

- SAACKE - 73

Sistema de atomizacin (pastillas)Quemadores de atomizacin asistida por aire

PASTILLA DE ATOMIZACIN TIPO REMOLINO, ASISTIDA por AIRE

- SAACKE - 74

Sistema de atomizacin Quemadores de atomizacin asistida por aire

Quemador tipo film

- SAACKE - 75

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % de carga

6

14

12

10

8

4

2

0

La temperatura del vapor debe ser 50 oCmayor que la de saturacin

Sistema de atomizacin, manteniendo la presin de vapor constante, independientemente de la presin de combustible.

Control de atomizacinQuemadores de atomizacin asistida por vapor o aire

- SAACKE - 76

Control de atomizacinQuemadores de atomizacin asistida por vapor o aire

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % de carga

6

14

12

10

8

4

2

0

Presin[bar]

La temperatura del vapor debe ser 50 oCmayor que la de saturacin

Sistema de atomizacin, manteniendo un valor diferencial de presin entre el vapor y el combustible.

20

- SAACKE - 77

Circuito de combustible lquidoQuemadores de atomizacin asistida por vapor o aire

- SAACKE - 78

Quemadores de diametro de llama variable

- SAACKE - 79

Quemadores de combustin suplementaria

- SAACKE - 80


21

- SAACKE - 81


- SAACKE - 82


- SAACKE - 83


- SAACKE - 84

Quemadores piloto

1 3 5 6 7 9 10

13

entrada de gas2 4 8 11 12

entrada de aire

llama

Piloto combustible lquido

Piloto combustible gaseoso

22

- SAACKE - 85

Quemadores de vena de aire

- SAACKE - 86

Normas usadas para instalaciones de gas, segn los pases

NB 1397BRASIL

NAG 200 (Argentina)URUGUAY

AG 501 (Australia)CHILE

NAG 200ARGENTINA

EN 298, EN 676EUROPA

NFPA 8501/2USA

- SAACKE - 87 - SAACKE - 88

Trenes de vlvulas de gas

23



24


- SAACKE - 95

7

3 21 25 4 5 10

82 24 11 13

26

18 19 1 20 22 23 6 9 12

30

29

17 14 16 16

27 28

P C P CT IP I P I P S L P S H

Gas Nat

al piloto

al quemador

P I

G.L.P.

P I

Tren de vlvulas para capacidades mayores a 1.5000.000 kcal/h

(con vlvula de venteo entre vlvulas de bloqueo principales)

- SAACKE - 96


(con sistema de verificacin de estanqueidad de vlvulas de bloqueo principales)

7

3 21 25 4 5 10

82 24 11 13

26

18 19 1 20 22 23 6 9 12

30

29

17 14 16 16

27 28


Gas Nat

al piloto

al quemador

P I

G.L.P.

P I

25

- SAACKE - 97


(con vlvula de bloqueo y control integradas)

24 2322

25

2126

3 5 7 8 9 10 11 12 14 16 2719 18

20 301 2 13 15 17 28 29

46

34 35 36

3733

31 32


s w

s wP

I

Gas

Aire Control

P I

al piloto

al quemador

- SAACKE - 98


(con vlvula de bloqueo y control separadas)

24 23

25

3 5 7 8 9 10 11 12 14 16 21 2719 22

201 2 29

4 13 15 176 18 30 28

34 35 36

3733

31 32


s w

s w

Gas

Aire Control

P I

al piloto

al quemador

Pot.

M

- SAACKE - 99

ESTACIN REDUCTORA COMN

Trenes de vlvulas de multiples (para equipos con varios quemadores)

Entrada de gas

Vlvula de bloqueo manual

Venteo mecnico

Al colector general de quemadores

Hacia otras calderas

Hacia los trenes piloto

manmetro

Vlvula reguladora de presin de gas

Presostato de alta

Filtro

Presostato de baja Caudalmetr

o

- SAACKE - 100

Tren de vlvulas de varios pilotos

(para equipos con mltiples quemadores)

Entrada de gas


manmetro

Presostato de alta

Vlvula de venteo

Al piloto

A otros pilotos

Presostato de baja

Toma para test de estanqueidad

Vlvula de bloqueo general

Vlvula reguladora de presin

Vlvula de venteo

Vlvulas de bloqueo automtico

26

- SAACKE - 101

Trenes de vlvulas de mltiples (para equipos con varios quemadores)

OPCIN I : vlvula de control comn

Al quemador

A otros quemadores

Entrada de gas


manmetro

Presostato de alta

Presostato de baja

Toma para test de estanqueidad

Filtro


Vlvula reguladora de fuego mnimo

Vlvula de venteo


Vlvula de venteo del colector

manmetro

Vlvula de carga restringida

(Opcional)

- SAACKE - 102

Trenes de vlvulas de mltiples (para equipos con varios quemadores)

OPCIN II : vlvulas de control individuales

A otros quemadores

Entrada de gas


Venteo

Presostato de alta

Al quemador

Presostato de baja

Alternativa hacia los trenes piloto


Toma para verificar estanqueidad

Caudalme-tro

Vlvula de venteo


manmetro

Vlvula de carga restringida

(Opcional)

manmetroValv. Control

- SAACKE - 103

ELEMENTOS QUE COMPONEN LOS TRENES DE GAS

- SAACKE - 104

Regulador de presin tipo 99, con bloqueo de seguridad por sobrepresin

27

- SAACKE - 105

Vlvula de seguridad por alivio

106

Electro vlvulas de bloqueo automtico

Apertura rpida / cierre rpido

Apertura lenta / cierre rpido

- SAACKE - 107

Clculo de Dp en vlvulas de bloqueo

- SAACKE - 108

Vlvulas de control de flujo de gas (accionamiento elctrico)

Vlvulas mariposa con accionamiento elctrico

Vlvulas globo con accionamiento elctrico

28

- SAACKE - 109

Vlvulas de control de flujo de gas (neumticas)

- SAACKE - 110

Vlvulas de control de flujo de gas neumticas tipo mariposa

- SAACKE - 111

Filtros de gas

Deben ser menores de 50 micrones.

Deben tener una prdida de carga inferior a 10% de la presin de trabajo

- SAACKE - 112

Filtros de gas

29

- SAACKE - 113

Filtros de gas tipo y

- SAACKE - 114

Amortiguador de dilataciones

- SAACKE - 115

Presostatos de gas / aire

Normales, o

De conexin diferencial

IP54, IP 65, etc

2 Contacto normal abierto

1 Contacto normal cerrado

Contacto comn

3

Conexin elctrica

- SAACKE - 116

Caudalmetros tipo Turbina

O ring

Tornillo de fijacin

Camisa del sensor

O ring

sensor

Cabezal de lectura

encausador de flujo

turbinarodamiento

Imn permanente

A la computadorade caudal

Sensor deproximidad

Turbina

FLUJO

30

- SAACKE - 117

Caudalmetros tipo placa orificio

Vlvulas de incomunicacin

Vlvulas de bloqueoPlaca orificio y portaplaca

Tubos de impulso

transmisor

Graficador

Indicador

P1 P2

P = P1 - P2- SAACKE - 118

Caudalmetros tipo Gilfo

Toma de alta presin

Toma de baja presin

- SAACKE - 119

Caudalmetros tipo Vortex

- SAACKE - 120

Generador de vrtices

FLUJO

Salida de sealElemento

piezoelctrico

Generadorde vrtices

31

- SAACKE - 121

Fenmeno de la generacin de vrtices

Direccindel

flujo Vrtices

Placa generadorade vrtices

- SAACKE - 122

CAUDALMETROSRangoabilidades tpicas de diferentes tipos de medidores de caudal.

Placa de orificio: Tubo pitot: Turbina: Vrtice: Derivacin de caudal: Gilflo: Trmico: Coriolis:

4:14:116:110:17:1100:110:110:1

- SAACKE - 123

Vlvulas de bloqueo manual - Manmetros

- SAACKE - 124

32

- SAACKE - 125

En hogares con varios quemadores, se sugiere utilizar detectores de llama

ajustables

Distancia desde el quemador

150

200

100

0

Ajuste inferior del filtro100Hz

B1

B2 50

f=160 Hz1

f=50 Hz2

Centelleo de la llama Frecuencia de

f [Hz]

- SAACKE - 126

quemador

quemador

quemador

Detector de llama

quemador

6

Detector de llama

Detector de llama

Detector de llama

- SAACKE - 127

Mejora de eficiencia y disminucin de la polucin en

Calderas

- SAACKE - 128

EXCESO DE AIRE EN LA COMBUSTIN.

Su incidencia:Incorpora una masa inerte.

Enfra la llama.

Genera CO y/o combustible inquemado durante la combustin.

Mayor polucin en forma de CO2 y CO.

33

- SAACKE - 129

Resumiendo :

Prdida de dinero

Aumento de la contaminacin

- SAACKE - 130

Factores que influyen en conseguir el exceso de aire mnimo

Condiciones de diseo

Ajuste de los quemadores

Correcto mantenimiento

- SAACKE - 131

valores razonables de

Para combustibles slidos < 1, 25 %

Para combustibles lquidos < 1, 15 %

Para combustibles gaseosos < 1, 10 %

- SAACKE - 132

Otras variables que afectan:

En el aire: La temperatura, la presin, la humedad.

En el combustible: La composicin, la temperatura,la viscosidad, la densidad, las fluctuaciones de presin del

combustible.

Por contaminacin: Suciedad en la caldera, Suciedad en el quemador

En los sistemas mecnicos: La histresis mecnica (juegos muertos)

34

- SAACKE - 133

Comportamiento de la combustin en funcin de

- SAACKE - 134

Variaciones producidas por diversos factores de

perturbacin

Referencias:

1 Aire a 0 C2 Presin atmosf.+25 mbar.3 Normal (20C y 1.013 mbar)4 Presin atm. (-25) mbar

(lmite para la formacin de holln).5 Aire a 40 C

- SAACKE - 135

Ponderacin de las prdidas.

para el Gas Natural 0,60 %para el Diesel Oil 0,70 %para el Fuel Oil 0,75 %

21 - O2[%]+ B

A2(tA-tL).=qA

F = 100 - qA

qA = prdida

Segn la frmula de Siegert

- SAACKE - 136

Mejoras en la eficiencia de la combustin

Efectos Gas Natural Diesel

Oil Fuel Oil

1. Fluctuaciones del poder calorfico. 1,5 - 0,3 2. Cambios en la carga del quemador

debidas a variaciones en la presin de combustible, la viscosidad, y cambios de temperatura.

0,5 0,4 1,7

3. Cambios de temperatura del aire 0,4 0,4 0,4 4. Cambios de presin del aire 0,3 0,3 0,3 Total 2,7 1,1 2,7 Debido a que se usaron los valores

extremos de estas alteraciones, slo la media debe asumirse durante un ao entero, es decir:

1,35 0,55 1,2 S asumimos que con un sistema de

control automtico de O2 el quemador puede compensar las perturbaciones y trabajar dentro de una banda de. 1 % vol. de O2 respecto al valor ptimo, esto da lugar a una mejora adicional de: 0,6 0,7 0,75

Anualmente significar: 1,95 1,25 1,95

35


AHORRO A TRAVS DEL USO DE VELOCIDAD VARIABLE en

VENTILADORESBsicamente se debe a:

Sobredimensionamiendo del ventilador

Caractersticas del sistema

- SAACKE - 139

Disminucin de la potencia al utilizar un sistema de velocidad variable

- SAACKE - 140

Curva caracterstica del sistema

36

- SAACKE - 141

Ejemplo de ahorro de energaUna planta trabaja anualmente un tiempo de 6.000 horas.El precio de la energa es $ 0,06 por Kw y la planta opera:

A plena carga 1.000 horas

Al 70% 1000 horas

Al 50% de la carga 3000 horas

A baja carga 1000 horas

- SAACKE - 142

Diagrama del ejemplo del ventilador de 50 kw

- SAACKE - 143

Los nmeros del ejemplo1. Con damper de control

1000 hs x 50 kw x 0,06 $/kw = 3.000 1000 hs x 42 kw x 0,06 $/kw = 2.520 3000 hs x 37 kw x 0,06 $/kw = 6.660 1000 hs x 25 kw x 0,06 $/kw = 1.500 Total $ 13.680

2. Con velocidad variable

1000 hs x 50 kw x 0,06 $/kw = 3.000 1000 hs x 18 kw x 0,06 $/kw = 1.080 3000 hs x 7 kw x 0,06 $/kw = 1.260 1000 hs x 5 kw x 0,06 $/kw = 300 Total $ 5.640

3. Por lo tanto, el ahorro anual ser:

$ 13.680 - $ 5.640 = $ 8.040- SAACKE - 144

37

- SAACKE - 145

Ejemplo de instalacin

- SAACKE - 146

Emisiones

- SAACKE - 147

CLCULO DE LAS PRDIDAS POR EXCESO DE AIRE, USANDO FUEL OIL:

Caudal de aire ideal para la combustin:

Ga = Re * Gg

En la prctica :

Ga = Re * Gg * 1,10

- SAACKE - 148

Gap = Re * Gg * (Ear - 1,10)

Qp = Gap * Ce * (tas - ta)

Ggp = Qp/Pcg

CLCULO DE LAS PRDIDAS POR EXCESO DE AIRE, USANDO FUEL OIL:(continuacin)

38

- SAACKE - 149

Datos tcnicos de la caldera: Presin Manomtrica = 12 kg / cm2 Temperatura de Vapor = vapor saturado Temp.de Agua de alimentacin = 105 C Produccin de vapor = 20.000 kg v / h Rendimiento = 91 % Cant. de Quemadores = 2 Unidades Combustible : Tipo = Gas Natural Poder calorfico Inferior = 8.420 kcal/Nm3

Densidad del Gas = 0,8 Kg/Nm3 Precio = 0,08 $/Nm3

Ejemplo del clculo de prdidas debidas al CO (caso real)

- SAACKE - 150

Datos usados para el clculo : P(ata)= 13 atm i(s) = 665,4 kcal / kg i(e) = 105 kcal / kg Clculo de consumo terico : Potencia de cada Quemador = 6.158.242 Kcal/h Potencia de cada Quemador = 7,14 Mw Caudal (Ggas) = 1.462,77 Nm3/h Caudal (Ggas) = 1.170,21 Kg/h

Valores medidos, necesarios para el clculo : CO = 8.153,00 [ppm] [litros/106 litros] O2 = 1,8 %

- SAACKE - 151

Datos y frmulas : 1 Pesos y otros datos de la molcula de "CO" y sus componentes: C (carbono) = 12 g (peso molecular, expresado en gramos) O (oxgeno) = 15,999 g (peso molecular, expresado en gramos) Peso de un mol de "CO" = 27,999 g

Volumen de un mol de "CO" = 22,4 l

Masa volmica = 1,24995536 kg/m3 = g/l Volumen especfico = 0,80002857 m3/kg = l/g % (en peso) de carbono por mol 0,42858674 * 100 = 42,86 % % (en peso) de oxgeno por mol 0,57141326 * 100 = 57,14 % 2 Para pasar de "ppm" [litros/106 litros] a [g/106 litros] : ppm * 1,24995536 g/l = [g/106 litros] 3 Para pasar de [g/10^6 litros] a [mg/m3]: g/106 litros 1.000 litros mg = [mg/m3]

* 1.000 m3 g

- SAACKE - 152

4 Resumiendo, (para convertir de "ppm" a "mg/m3") : ppm * 1,24995536 = 10.190,88 [mg/m3]

5 El volumen de gases secos generados (en forma ideal) por un (1) kg de Gas Natural es: Vo = 11,19 Nm3/kg (Volumen de gas de escape-seco, ideal) 6 El volumen de aire necesario para quemar estequeomtricamente un (1) kg de Gas Natural es: Ao = 12,36 m3 / Kg (Volumen de aire estequeomtrico)

7 El volumen de gases secos generados (en forma real) por un (1) kg de Gas Natural es:

V = Vo + ( -1) Ao = (Volumen de gas de escape-seco, real)

V = 11,19 + ( -1) 12,36 = 12,24 [Nm3/kg]

39

- SAACKE - 153

8 El exceso de aire () est dado por: 1 + ( O2 ) Vo

= (21 - O2) Ao

=

1 + ( O2 ) 12,36

= (21 - O2) 11,19

=

1,08 1,08487561

=

=

9 Volumen horario de CO V (Nm3/kg) * CO (mg/m3)* Ggas (kg/h) = 145.956.889,14 [mg/h]

10 Expresndolo en kilogramos, ser: V (Nm3/kg) * CO (mg/m3) * Ggas (kg/h) 145,96 [kg/h] 1.000.000 ( mg/kg)

=

- SAACKE - 154

Resultado

11

A su vez, sabemos que un volumen dado (en condiciones normales) de "CO" tiene 0,429 % de C (carbono). Por lo tanto, el peso de carbono utilizado para generar el "CO" que se est emitiendo es:

Peso de carbono = Peso de CO * 0,429 % = 62,62 [kg/h]

- SAACKE - 155

CLCULO DE EMISIN DE PARTICULADOS:Ejemplo quemando Fuel Oil, y slo ponderando las cenizas

Consideremos un combustible con un contenido de 0,054 % de cenizas. Esto implica 540 mg por cada Kg de petrleo N 6. V aire = 10,8 m3 / Kg

V gas escape-seco = 10,17 m3 / Kg

Puesto que el contenido de slidos en el escape est referido a 3% de 02, se establece un exceso de aire de: O2 Vg escape 3 10,17 3% 02 = 1 + ( ) * = 1 + ( ) * 21 - O2 V aire 21-3 10,8 3% 02 = 1 + 0,157 1,16 Vg escape3% 02 = V gas escape-seco + ( - 1) *V aire = 10,17 + (1,16 - 1) *10,8 Vg escape3% 02 = 11,9 m3 (n) de gas de escape por cada Kg de petrleo N 6

- SAACKE - 156

Luego para 1 m3 (n) de gas de escape con 3% de O2, se genera una emisin de slidos debida solamente a las cenizas de : 540 mg/Kg = 45,4 mg / m3 (n) 11,9 m3/Kg Para 0,04% 400 = 33,6 mg/m3 (n) 11,9 Para 0,02% 200 = 16,8 mg/m3 (n) 11,9

40

- SAACKE - 157

Medidas primarias para la reduccin del NO trmico y NO del combustible para

aplicaciones de combustin a nivel industrial

- SAACKE - 158

Tecnologa de control de emisin de NOx

Introduccin

Contaminantes

- SAACKE - 159

MECANISMOS DE LA FORMACIN DE NOx

NO trmico NO instantneo NO del combustible

(Fuel oil. Diesel y en cantidades insignificantes en el gas)

- SAACKE - 160

41

- SAACKE - 161

NO Y NO2 se expresan como NOx (xidos de nitrgeno).

Estos son los responsables de la lluvia cida (el cido ntrico se forma a partir del NO2), y del smog.

- SAACKE - 162

NO trmico El NO trmico se genera por la reaccin del

nitrgeno molecular atmosfrico con el xido atmico y de la resultante reaccin la cual produce nitrgeno atmico con xido molecular.

El NO trmico se genera muy rpidamente a partir de temperaturas superiores a los 1500 K.

En zonas con temperaturas superiores a los 1800 K se generan grandes concentraciones de NO an para tiempos cortos de permanencia en ellas.

- SAACKE - 163

NO trmico

- SAACKE - 164

NO del combustible

La produccin de NO del combustible depende principalmente de la concentracin de oxgeno local en las diferentes secciones de la llama.

La temperatura tiene menor importancia. Por medio de la introduccin del escalonamiento de aire y combustible y de zonas con un lambda

42

- SAACKE - 165

Homogeneizacin de temperaturas de llama

- SAACKE - 166

Quemador Torsional

- SAACKE - 167

Influencia de distintos parmetros en la reduccin de la formacin trmica de

NOx en la combustin de Diesel Oil y Gas Natural

- SAACKE - 168

Reduccin de la presin parcial del oxgeno (Fuel oil pesado)

Recirculacin de gases de escape. Inyeccin de agua y vapor en la zona de

la combustin. Escalonamiento del aire. Escalonamiento del combustible.

43

- SAACKE - 169

Reduccin de la temperatura de la combustin (Diesel/Gas)

Recirculacin de gases de escape. Inyeccin de agua y vapor en la zona de la

combustin. Reduccin del calentamiento del aire de

combustin. Optimizacin del aporte de aire para la

combustin del combustible Optimizacin de la carga trmica en el recinto

de combustin.- SAACKE - 170

Reduccin del tiempo de permanencia en la zona de altas temperaturas

(Diesel/Gas)

Adaptaciones constructivas del quemador.

Optimizacin de las dimensiones del hogar

- SAACKE - 171

Recirculacin de gases de escape.

- SAACKE - 172


44

- SAACKE - 173


- SAACKE - 174


- SAACKE - 175


- SAACKE - 176

Quemador Multi-etapas de combustible (slo gas)Modelo TEMINOX G

45

- SAACKE - 177

Quemador Multi-etapas de combustible,Multi-etapas de aire y Recirculacin interna, con cmara de reaccin

- SAACKE - 178

Quemador Multi-etapas de combustible, Multi-etapas de aire y Recirculacin interna.

- SAACKE - 179

Sistema de cmara torsional

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Seminario de Conversion a Gas Por SAACKE (PAE)

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