10. Emisiones y Eficiencia de Combustion - Eduar Ramirez

Combustion Workshop

EMISIONES Y EFICIENCIA DE EMISIONES Y EFICIENCIA DE COMBUSTICOMBUSTINN

Material particulado

xidos de azufre

xidos de nitrgeno

Monxido de carbono

EMISIONES Y EFICIENCIA DE COMBUSTIN

Valores ptimos de Calibracin

Eficiencia

Ejemplos

EMISIONES

EFICIENCIA

Combustion Workshop

1. EMISIONES1. EMISIONES

Combustion Workshop

MATERIAL PARTICULADO VS COMBUSTIBLE

0.1 0.1 0.7 0.67.2

111.3

0

20

40

60

80

100

120

Material Particulado

Gas NaturalG.L.PKeroseneAcpmCrudoCarbnV

alor

es :

x 1

0 g

/GJ

GJ = 947817 BTU


Combustion Workshop

MATERIAL PARTICULADO

FUENTE

Quema de combustibles convencionales

Quema de Biomasa y desechos...... Adems son vehculo contaminante

EFECTOS QUE PRODUCE

Opacidad del aire

Irritacin de vas respiratorias, daos pulmonares

Afecta la fotosntesis al depositarse en las hojas


Combustion Workshop

MATERIAL PARTICULADO

CONTROLCICLN

MULTICICLN

SISTEMA HMEDO

VENTURI DE ALTA EFICIENCIA

PRECIPITADOR ELECTROSTTICO

FILTRO DE MANGAS

0.001 0.01 0. 1 1 10 100 1000

Tamao de Partcula en Micras


Combustion Workshop

MATERIAL PARTICULADO:

Ciclones axiales Eficiencia 80% Soportan alta

temperatura

Combustion Workshop

FILTRO DE MANGAS

Combustion Workshop

0 0.1

34.5 36.3

96.6

50.7

0

20

40

60

80

100

120

Oxidos de Azufre ( SOx )

Gas NaturalG.L.PKeroseneAcpmCrudoCarbn

Val

ore s

: x

10

g/G

JOXIDOS DE AZUFRE VS COMBUSTIBLEOXIDOS DE AZUFRE VS COMBUSTIBLE


Combustion Workshop

OXIDOS DE AZUFRE

FUENTE Quema de aceites

Quema de combustibles que contienen azufre

Industrias de papel y metales

EFECTOS QUE PRODUCE

Smog ( permanecen en la humedad del aire )

Lluvia cida ( al precipitarse )

Destruccin de la vegetacin

Irritacin de las mucosas

EMISIONES Y EFICIENCIA DE COMBUSTINEMISIONES Y EFICIENCIA DE COMBUSTIN

Combustion Workshop

OXIDOS DE AZUFREOXIDOS DE AZUFRECONTROL -SECO

Sistema de limpieza

Cenizas1

2

3

Enfriamiento de gases1

Reactor: Es donde se inyecta el elemento de retencin ( como la Cal )2

Filtros : Para material particulado y captacin del elemento de retencin3


Combustion Workshop

OXIDOS DE AZUFREOXIDOS DE AZUFRECONTROL VA HMEDA

1

2

3

Sistema de limpieza

Enfriamiento de gases1

Filtros : Para material particulado2

Torre lavadora: Se utiliza agua con agentes neutralizantes como lquido absorbente en la limpieza de gases ( Como soda castica o lechada de cal )

3


Combustion Workshop

6.1 5.6 6.8 6.3

16.6 26

0

20

40

60

80

100

120

Oxidos de Nitrgeno ( NOx )


a

l

o

r

e

s

:

x

1

0

g

/

G

J

OXIDOS DE NITROXIDOS DE NITRGENO VS COMBUSTIBLEGENO VS COMBUSTIBLE


Combustion Workshop

OXIDOS DE NITROXIDOS DE NITRGENOGENO

FUENTE

Oxidacin del nitrgeno del aire

Oxidacin de compuestos de nitrgeno del combustible

( Carbn, petrleo, biomasa )

Temperatura de

Combustin


Combustion Workshop


NONOxx vs. vs. TemperaturaTemperatura de llamade llama

Fro CalorTemperatura de llama

NOx Puntual

Alto

Bajo

NOxNO x

Trmic

o


Combustion WorkshopEMISIONES Y EFICIENCIA DE COMBUSTIN

OXIDOS DE NITROXIDOS DE NITRGENOGENONONOXX vs. vs. ExcesoExceso de de AireAire

-20 -10 0 10 20 30 40 60

120

100

80

60

40

20

0

Exceso de Aire ( % )

N

O

x

(

p

p

m

)

Zona Oxidante

Combustion Workshop

OXIDOS DE NITROXIDOS DE NITRGENOGENOEFECTOS QUE PRODUCE

OxidoOxido nntricotrico ( NO ):( NO ):

IncoloroIncoloro e e InofensivoInofensivo NO + Luz Solar NO + Luz Solar NONO22

DiDixidoxido de de nitrnitrgenogeno (NO(NO2 2 ) :) :

LluviaLluvia cidacida NONO22 + Luz Solar + Luz Solar OzonoOzono y Smogy Smog NONO22 + + QcosQcos Luz Solar Luz Solar cidocido NNtricotrico


Combustion Workshop

OXIDOS DE NITROXIDOS DE NITRGENOGENOCONTROL

PremezclaPremezcla y altos y altos excesosexcesos de de aireaire,,eliminaneliminan NOxNOx en calentamiento en calentamiento aireaire

T

Combustion Workshop


RecirculaciRecirculacinn externaexterna del del flujoflujo de de gas gas (FGR)(FGR)

Reduce el Reduce el NONOxx porpor mediomedio de de bajarbajar la la temperaturatemperatura de llamade llama

Reduce el OReduce el O22 en la en la combusticombustinn de de aireaire

AlrededorAlrededor del 20% FGR del 20% FGR eses prprcticoctico FGR FGR eses mmss efectivoefectivo sisi el el flujoflujo de los de los

gases gases estest mmss friofrio ReducciReduccinn ttpicapica del del NONOxx eses 3030--60%60%


Combustion WorkshopEMISIONES Y EFICIENCIA DE COMBUSTIN


CONTROL

1

2

2

2

1 Bajo O2 para evitar formacin

Restante O2 para completar la combustin

Aire Secundario

Aire primario

Gas comb.

Combustion Workshop


CATALIZADORCATALIZADOR

COMBUSTICOMBUSTIN OXIN OXI--FUELFUEL

NOTA: El nitrgeno generado en la combustin es insoluble en agua


Combustion Workshop

15 14 17 1616

93

0

20

40

60

80

100

120

Monxido de Carbono ( CO )


a

l

o

r

e

s

:

x

g

/

G

J

MONMONXIDO DE CARBONO VS COMBUSTIBLEXIDO DE CARBONO VS COMBUSTIBLE


Combustion Workshop

MONMONXIDO DE CARBONOXIDO DE CARBONO

FUENTE Quemas industriales agrcolas

Parque Automotor

Mala Combustin

EFECTOS QUE PRODUCESALUDSALUD

Altos Altos nivelesniveles en el en el aireaire, , hacenhacen queque la la hemoglobinahemoglobina no no distribuyadistribuya bienbien el el oxigenooxigeno en en laslas partespartes del del cuerpocuerpo..


Combustion Workshop

MONMONXIDO DE CARBONOXIDO DE CARBONO FUENTE

El CO se forma El CO se forma entreentre laslas seccionessecciones radiantesradiantes y y convectivasconvectivas de la llama en de la llama en via a via a extinguirseextinguirse..

ConveccinQuemador Radiacin

El CO se forma El CO se forma dondedonde la llama la llama (>1650(>1650F) F) hacehace contactocontacto con con unaunasuperficiesuperficie (

Combustion Workshop

MONMONXIDO DE CARBONOXIDO DE CARBONOCONTROL

(3 T(3 Ts)s)-- TiempoTiempo ((incrementoincremento))-- TemperaturaTemperatura (>1500(>1500 F)F)-- TurbulenciaTurbulencia ((incrementoincremento))


Combustion Workshop


Turbulencia Hogar: f (volumen)

TiempoPiloto

Refractario: * Gua la llama

* Para in quemadosAIRE COMBUSTINInfluye en la temperatura de llama


Combustion Workshop


PremezclaPremezcla y altos y altos excesosexcesos de de aireaire,,eliminaneliminan CO en calentamiento CO en calentamiento aireaire

(3 T(3 Ts)s)-- TiempoTiempo-- TemperaturaTemperatura--TurbulenciaTurbulencia40 60% exceso aireT > 1800of


Combustion Workshop

NORMATIVA NORMATIVA COLOMBIANACOLOMBIANA

Hornos Incineradores ( resolucin 0886 -04)

SO2.................. 200 250 mg / m3

NO2.................. 400 500 mg / m3

CO.................... 100 150 mg / m3

MP.................... 100 150 mg / m3

Fuentes Fijas ( Decreto 02 82 )

Altura chimenea

Contenido azufre del combustible

Promedio horario

Rango Funcin Capacidad


Combustion Workshop

2. EFICIENCIA EN LA 2. EFICIENCIA EN LA COMBUSTICOMBUSTINN

Combustion Workshop

DESARROLLO DE TECNOLOGAS

PARA MEJORAR LA COMBUSTIN

OXGENO PURO

CAMPOS MAGNTICOS

ADITIVOS

QUEMADORES DE ALTA

EFICIENCIA

Combustion Workshop

COMBUSTIBLE POLARIZADO Y CARGADO POSITIVO

N

N

RESIDUOS

S

S

COMBUSTINUSO DE CAMPOS MAGNTICOS

Combustion Workshop

COMBUSTINUSO DE CAMPOS MAGNTICOS

LOS PROVEEDORES GARANTIZAN AHORROS HASTA DEL 10% EN EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE

Combustion Workshop

EFICIENCIA DE COMBUSTIEFICIENCIA DE COMBUSTINN

VALORES VALORES PTIMOS DE CALIBRACIPTIMOS DE CALIBRACINN


Gas NaturalGas Natural

Fuel oil 2Fuel oil 2

Bajo fuegoBajo fuego Alto fuegoAlto fuegoOO2OO2 COCO2COCO2 22 2 2

7.5 a 97.5 a 9

9 a 119 a 11

5 a 8.55 a 8.5

5 a 8.55 a 8.5

9 a 10.59 a 10.5 2.5 a 52.5 a 5

11 a 12.511 a 12.5 3.5 a 63.5 a 6

PROCEDIMIENTO

1. Suministrar solo la cantidad de combustible acorde a diseo Hogar

2. Medir la cantidad de combustible realmente suministrado

3. Calibrar el aire lo mas cercano a los valores dados de O2 ( % )

Combustion Workshop

Al mantener la proporcin correcta de aire-combustible se evita que arrojemos energa por la chimenea o que enfriemos el hogar con aire de exceso


55 %55 % 60 %60 % 65 %65 % 70 %70 % 75 %75 % 80 %80 % 85 %85 % 90 %90 % 95 %95 %

50 %50 % 9.19.1 16.116.1 23.1023.10 29.6029.60 33.333.3 37.537.5 41.241.2 44.444.4 47.447.4

55 %55 % 9.39.3 15.415.4 21.521.5 26.726.7 31.231.2 35.335.3 39.939.9 42.142.1

60 %60 % 7.77.7 14.314.3 2020 2525 29.429.4 33.333.3 37.937.9

65 %65 % 7.17.1 13.313.3 18.818.8 23.523.5 27.927.9 31.631.6

70 %70 % 6.76.7 12.512.5 17.617.6 22.222.2 26.326.3

75 %75 % 6.36.3 11.911.9 16.716.7 21.121.1

80 %80 % 5.95.9 11.111.1 15.915.9

85 %85 % 5.65.6 10.510.5

90%90% 5.35.3Eficiencia de Combustin Inicial

Eficiencia de Combustin Alcanzada

Ahorro por cada $ 100 de costo de Combustible


Combustion Workshop


EJEMPLO QUEMADOR A GAS DE 5.000.000 BTU / HR ( 141 m3 / hr gas )

OPERACIN DEL QUEMADOR / MES: 16hr / da, 24 das / mes ( 384 hr / mes )

COSTO GAS NATURAL : $ 547 / m3

EFICIENCIA INICIAL: 80 % ( con exceso de aire del 20% )

EFICIENCIA DESPUS DE CALIBRAR : 85 % ( con exceso de aire del 10% )

Costo de gas / mes @ 80 % eficiencia

141 m3 /hr x 384 hr / mes x $ 547 / m3 = $ 29.616.768 / mes

Ahorro por calibrar el quemador @ 85 % eficiencia

De 80% eficiencia a 85% eficiencia: $ 5.9 / $ 100 combustible

AHORRO / MES = $ 29.616.768 X 5.9 / 100 = $ 1.747.389 / MES


Combustion Workshop


EJEMPLO SOFTWARE PREMAC

Actual Nuevo

% O% O22 1010 11

Temp. Gases (Temp. Gases (ooff)) 18001800 18001800

Exceso de aire (%)Exceso de aire (%) 85.2585.25 4.364.36

Temp. Aire Temp. Aire combustcombust. (. (ooff)) 7070 7070

Ahorro en combustible (%)Ahorro en combustible (%) BaseBase 58.4558.45

EnergEnerga (Millones BTU/hr)a (Millones BTU/hr) 100100 41.5541.55


Combustion Workshop

UTILIDADESUTILIDADES

ConversiConversinn: :

ppm = mg/mppm = mg/m33 x 24.45 / Mx 24.45 / M

Peso molecular del gasPeso molecular del gas

CO = 28CO = 28NONO22 = 46= 46SOSO22 = 64= 64

EjemploEjemploEn una chimenea se registra 18 ppm de NO2 ,expresar este valor en mg / m3

ppm

mg / m3 = 18 x 46 / 24.45 = 33.86 mg / m3

Peso molecular del NO2


Combustion Workshop

ppmppmvv, , corregidocorregido a X%a X% = = ppmppmvv, test, test xx(20.9 X%)

(20.9 O2, test%)

CorrecciCorreccinn del del oxoxgenogeno: :

EjemploEjemploEn una chimenea se registra 100 ppm de CO y el oxgeno registra 11.4 %

Indicar este valor corrigiendo al 3% oxgeno (EN 11.4, HAY DILUCIN)

ppm al 3% O2 = 100 x (20.9-3)/(20.9-11.4) = 198 ppm al 3% O2


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