seminario de conversion a gas por saacke (pae)
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-
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
Poder CalorficoSuperiorNombreOrigen
COMBUSTIBLES
kcal / kg9000Alcohol
kcal / kg10400Fuel oil
kcal / kg10700Diesel oil
kcal / kg10900Gas oil
kcal / kg11100KeroseneArtificiales
kcal / kg11200Naftas
kcal / kg10500PetrleoNatural
LQUIDOS
- SAACKE - 7
Poder CalorficoSuperiorNombreOrigen
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
Circuito de combustible lquido
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
Circuito de combustible lquido
Quemadores tipo Copa rotativa
- SAACKE - 68
Circuito de combustible lquido
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
Quemadores de combustin suplementaria
-
21
- SAACKE - 81
Quemadores de combustin suplementaria
- SAACKE - 82
Quemadores de combustin suplementaria
- SAACKE - 83
Quemadores de combustin suplementaria
- 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
- SAACKE - 89 - SAACKE - 90
- SAACKE - 91 - SAACKE - 92
-
24
- SAACKE - 93 - SAACKE - 94
- 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
Tren de vlvulas para capacidades mayores a 1.5000.000 kcal/h
(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
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
-
25
- SAACKE - 97
Tren de vlvulas para capacidades mayores a 1.5000.000 kcal/h
(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
P C P CT IP I P I P S L P S H
s w
s wP
I
Gas
Aire Control
P I
al piloto
al quemador
- SAACKE - 98
Tren de vlvulas para capacidades mayores a 1.5000.000 kcal/h
(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
P C P CT IP I P I P S L P S H
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
Vlvula de bloqueo manual
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
Vlvula de bloqueo manual
manmetro
Presostato de alta
Presostato de baja
Toma para test de estanqueidad
Filtro
Vlvula de bloqueo general
Vlvula reguladora de fuego mnimo
Vlvula de venteo
Vlvulas de bloqueo automtico
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
Vlvula de bloqueo manual
Venteo
Presostato de alta
Al quemador
Presostato de baja
Alternativa hacia los trenes piloto
Vlvula de bloqueo general
Toma para verificar estanqueidad
Caudalme-tro
Vlvula de venteo
Vlvulas de bloqueo automtico
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
- SAACKE - 137 - SAACKE - 138
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
Recirculacin de gases de escape.
-
44
- SAACKE - 173
Recirculacin de gases de escape.
- SAACKE - 174
Recirculacin de gases de escape.
- SAACKE - 175
Recirculacin de gases de escape.
- 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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