10-Combustion conceptos.pdf

COMBUSTION
 Es la reacción exotérmica de oxidación rápida de un
producto químico oxidable (combustible) liberando
calor y luz.
 El oxidante (comburente) es oxigeno molecular,
generalmente suministrado como aire ambiental.
 La reacción se confina en una zona denominada
llama.

COMBUSTION
C + O2 = CO2 + 14700 BTU/lb
2H2 + O2 = 2H2O + 62000 BTU/lb
S + O2 = SO2 + 4050 BTU/lb

COMBUSTIBLE:
 Líquidos: D-2, R-6, PI-500
 Gaseosos: GLP, GN
 Sólidos: Carbón Mineral, Bagazo, etc.
 Poder Calorífico o Calor de Combustión: Cantidad de
Calor generado por la combustión completa de una
unidad de masa del combustible. Unidades: KJ/Kg. ;
BTU/lb.; Kcal/Kg. También se usa KJ/Gln.
COMBUSTION

 Poder Calorífico Superior (PCS) : al calor de reacción
de los componentes (C, H, S) se agrega el calor que se
logra en la condensación del vapor de agua producido.
Utilizado en USA.
 Poder Calorífico Inferior (PCI) : calor desprendido
considerando que todos los productos permanecen en
estado gaseoso.
PARA CALCULOS COMBUSTION TOMAR EL PCI
COMBUSTION

PCI de algunos combustibles:
 D – 2 : 10 200 Kcal/Kg
 R – 6 : 9 600 Kcal/Kg
 PI – 500: 9 600 Kcal/Kg
Valor referencial (comb. Fosiles liquidos): 10000 Kcal/Kg
 GN : 9 400 Kcal/m3
 GLP: 11 000 Kcal/m3
COMBUSTION

COMBUSTION
Poderes Caloríficos de Sustancias Combustibles

Poder Calorífico del Bagazo según su Humedad
COMBUSTION

COMBUSTION
AIRE ESTEQUIOMETRICO (Volumen Teórico de Aire):
Volumen de aire que provee la cantidad exacta de
oxigeno para quemar una unidad de masa de
combustible.
 R-6: 42.3 m3/Gln.
 D-2: 39.3 m3/Gln.
(Densidad aire atmosferico a nivel del mar: 1.21 Kg/m3)
 Volumen de aire varia con la altura a la que opera el
caldero.

COMBUSTION
Por estequiometria sabemos que:
C + O2 = CO2
12 + 32 = 44
“Por cada libra de Carbono que se queman se necesitan
2,67 libras de Oxigeno.”
Oxigeno se encuentra en el aire en una proporción del
20,91% en volumen y de 23,15% en peso,
“Para quemar 1 lb de Carbono se necesitan 11,53 lb de aire”

EXCESO DE AIRE: Debido a fluctuaciones en el flujo de
combustible y a mezcla imperfecta, para asegurar una
combustion completa se debe dar mayor cantidad de
aire que el estequimetrico. Depende de tipo de
combustible, hogar y quemador.
Excesos de aire minimos:
GLP / GN : 15 – 20 %
D - 2/R-6/ PI 500: 20 – 25 %
COMBUSTION

EXCESO DE AIRE:
- Combustión Incompleta.
- Combustión Completa:
 Sin exceso de aire.
 Con exceso de aire.
COMBUSTION

Se está alimentando el horno de un caldero con 200 lb/hr de un
tipo de carbón natural cuya composición es la siguiente:
 ¿Cuál es Poder Calorífico del combustible?
 ¿Cuál es el exceso de aire utilizado?
 ¿Cuál es el flujo de aire ideal que combustiona con el combustible?
 ¿Cuál es el exceso de aire necesario para realizar una combustión
completa?
PROBLEMA

 PERDIDAS:
- Humos.
- Inquemados.
- Fijas (2% y 5%).
RENDIMIENTO

PROBLEMA
El análisis de los humos de un horno que quema Gasóleo–C
dio como resultado los siguientes datos:
 % de O2 en humos ......................................... 9
 Tª de salida de los humos ............................... 245 ºC
 Tª ambiente ..................................................... 20 ºC
 ppm de CO ...................................................... 1.900
 % de opacidad ... ............................................. 40
 Ppm Hidrocarburos …………………………………… 1500
Calcular el rendimiento de la instalación (pérdidas fijas 3%)

PROBLEMA
Se decidió mejorar el rendimiento instalando un control de
la combustión multivariable y un economizador. Los datos
esperados en los humos, después de las mejoras, son:
 % de O2 en humos ......................................... 1.5
 Tª de salida de los humos ............................... 158 ºC
 Tª ambiente ..................................................... 20 ºC
 ppm de CO ...................................................... 150
 ppm de hidrocarburos....................................... 100
 % de opacidad ... ............................................. 5
¿Cuál seria el nuevo rendimiento?
Si la instalación consume en la actualidad 600 ton. Al año
de Gasóleo, ¿Cuál será el ahorro por año, si su precio es de
40 ptas/kg?

REQUISITOS PARA UNA BUENA COMBUSTION:
 Cantidad suficiente de oxigeno (aire).
 Turbulencia: mezclado intimo de los componentes.
Combustibles Gaseosos : Agitación violenta.
Comb. Líquidos: Atomización del liquido y agitación.
Comb. Sólidos: material triturado y tamizado.
 Temperatura: facilitar la ignición.
 Espacio : para la combustión total
COMBUSTION

PRODUCTOS DE COMBUSTION:
 % CO2: varia con el contenido de Carbono del combustible
GN 11,7 %
GLP 13,9 %
D2/R6 15,7 %
Calderas de gasoil: 12,5 % - 14 %
Calderas de gas: 8 % - 11 %
 CO (ppm): indicador de combustion incompleta por falta
de aire, mala mezcla u otra causa
Calderas de gasoil: 80 ppm - 150 ppm
Calderas de gas: 80 ppm - 100 ppm
COMBUSTION

PRODUCTOS DE COMBUSTION:
 % O2: debido al exceso de aire.
Calderas de gasoil: 2% - 5%
Calderas de gas: 2% - 6%
 % N2: debido al aire suministrado.
Calderas gasoil/gas: 78 % - 80 %
 % NOx: NO y NO2 a altas temperaturas, reaccion del
N2 y el O2.
Calderas de gasoil/gas: 50 ppm - 100 ppm
 % SOx: debido al azufre en el combustible.
COMBUSTION

PRODUCTOS DE LA COMBUSTION:
Rangos para combustibles de origen fosil.
 CO2: 7 – 15 %
 O2: 2 – 8 %
 N2: 70 – 80 %
 CO (ppm) 50 – 150 ppm
 SOx: < 200 ppm
 NOx : < 100 ppm
 H2O(vapor)
COMBUSTION

 Quemador : Equipo donde se produce la mezcla del
combustible con el aire preparándolos para la
combustión.
 Hogar (cámara de combustión) : Lugar donde se produce
la combustión. Esta conformada por paredes refractarias
que permiten retener el calor. La llama se forma y fluye a
través del hogar.
 Ignición : Encendido de la mezcla aire combustible.
 Chimenea: Eliminar los gases de la combustión.
COMBUSTION

EFICIENCIA DE COMBUSTION:
% Eff = 100 – Qs
Qs: Perdidas de energia en gases de combustion en %
Qs= K *(Tg – Ta) / CO2
 K : Constante depende del combustible
 Tg: Temperatura de los gases
 Ta: Temperatura del aire suministrado
 CO2: % de CO2
COMBUSTION

CONTROL DE LA COMBUSTION
Consiste en quemar en el caldero solamente la
cantidad de combustible necesaria que el proceso
demande teniendo en cuenta dos parámetros:
 Mantener constante la presión (tasa de
evaporación igual a la tasa de condensación)
 Maximizar la eficiencia de la combustión (para
cualquier caudal másico de combustible solo se
debe añadir la cantidad correcta de aire)

 Control todo - nada
 Control de doble llama
- llama baja
- llama alta

Control Modulante:

Sistema de encendido de un caldero
SEÑAL DE INICIO PRESIÓN
ENCENDIDO DE VENTILADOR
PRE BARRIDO
5 SEG.
POST BARRIDO
APERTURA DE LA VÁLVULA DE
COMBUSTIBLE AUXILIAR
FORMACIÓN DE LA LLAMA PILOTO
A
FORMA
CIÓN
DE
CHISPA
SI
N
O

APERTURA DE LA VÁLVULA
PRINCIPAL DE
COMBUSTIBLE
CIERRE DE VÁLVULA DE
COMBUSTIBLE
AUXILIAR
CONTRO
L DE LA
LLAMA
PILOTO
FORMACIÓN DE LA LLAMA
PRINCIPAL
APAGADO DE CHISPA
5 SEG.
3 SEG. DE
CONTROL
NO
SI
POST – BARRIDO
A
B

CONTROL
LLAMA
PRINCIPA
L
CIERRE DE VÁLVULA
COMBUSTIBLE AUXILIAR
CIERRE DE VÁLVULA
COMBUSTIBLE PRINCIPAL
POST / BARRIDO
CONTROL
DE
LLAMA
CONTROL
DE
PRESIÓN
PARADA DE
ENCENDIDO
TRABAJO DE
QUEMADOR
NO
NO
SI
NO SI
SI
B

Quemadores Industriales:
•Quemador de D – 2
•Atomización por
presión
•De doble llama.
•Encendido por chispa
eléctrica

Quemador Industrial:
Transformador
de Ignición
Contactor
Motor
Caja de Aire
Filtro
Motor
Modutrol

Interior del Quemador
Tapa abierta
Cables de alta tensión
conectados
Tuberías de
petróleo
Ventilador

Sistema de inyección y Encendido
Electrodos
Toberas
Cables de Alta
Tensión
Difusor de Aire
Tuberías de
petróleo

Quemador modulante:
Válvula
moduladora
Solenoides
Modutrol
- De D - 2
- Atomización por
aire
- Modulante

Quemador Industrial:
•Residual 6
•Encendido piloto:
GLP
•Ignición Chispa
Eléctrica.
•Con Modulación.

PROBLEMA
Cálculo de costo de operación de una caldera que opera con
Diesel 2 y con carbón antracita. Comparación de costos de
operación. Datos:
 Pirotubular de 3 pases.
 Nt = 80 % (eficiencia)
 100 BHP de caldera
 Consumo de Diesel 2= 30 gal / h (dato de diseño de la caldera)
 Costo Diesel 2 = S/. 11,5 / Galón
 Costo carbón antracita = S/. 1,0 / kg
 Poder calorífico carbón antracita = 8300 Kcal / Kg
 Rendimiento de caldera = 80%

10-Combustion conceptos.pdf

Más contenido relacionado

La actualidad más candente (20)

Similar a 10-Combustion conceptos.pdf (20)

Último (20)

10-Combustion conceptos.pdf