Turbinas

8 al 10 de Setiembre, 2010 San José, Costa Rica

La combustión óptima y eficiente desde el punto de vista técnico, ambiental y su relación con la economía operativa. Dr. Ing. Marcelo Castelli

MCT-ESCO: mcastelli@mct-esco.com

Índice 
• Combus'ón  • Eficiencia de la combus'ón  •  Exceso de aire  •  Combus'ble gaseoso    •  Combus'ble líquido  •  Combus'ble sólido  • Efecto en la temperatura de hogar  • Tecnologías de combus'ón para cogeneración  • Sistemas de control para mejora de la eficiencia  • Ejemplos de sistemas de control de combus'ón  • Cálculo de ahorros energé'cos por mejora de la combus'ón 

Combus.ón 
Reacción de combus'ón completa (no hay combus'ble en los  productos) y estequiométrica  C/12 + H/2 + O/32 +N/28+ S/32 + α O2 + 3.78 α N2  →  β CO2 + γ H2O + δ SO2 + μ N2 

Balances 
Balance de carbono: c/12 = β  Balance de hidrógeno: h/2 = γ  Balance de azufre: s/32 = δ  Balance de nitrógeno: 3.78 α + n/28 = μ  Balance de oxígeno: o/32 + α = β + γ/2 + δ  Se Henen 5 ecuaciones y 5 incógnitas por lo que la  situación está resuelta y pueden determinarse  los  Kmoles de oxígeno consumido por Kg de combusHble  quemado (αq) 

Combus.ón 
Reacción de combus'ón completa con exceso de aire C /12+ H/2+ O2 /32+ N2 /28+ S/32 + α O2 + 3.78 α N2  →  β CO2 + γ H2O + δ SO2 + μ N2+ ν O2 

Balances 
Balance de carbono: c/12 = β  Balance de hidrógeno: h/2 = γ  Balance de azufre: s/32 = δ  Balance de nitrógeno: 3.78 α + n/28 = μ  Balance de oxígeno: o/32 + α = β + γ/2 + δ + ν  Se Henen 5 ecuaciones y 6 incógnitas de manera que  el sistema está indeterminado. Para resolver el sistema es necesario analizar los gases de la  combusHón en la chimenea. 

Combus.ón 
Definciones   Exceso: E = (Ga – Gaq) / Gaq  Siendo Ga el caudal de aire   realmente usado y Gaq es el aire químico.                  El exceso de aire a uHlizar depende del diseño de     la caldera y del Hpo de combusHble, valores    buscados:     1) Fuel Oil: 10 – 20 %     2) CombusHbles gaseosos: 5 – 10 %    3) Leña: 15 – 40 %

  

Eficiencia de la combus.ón 

Relación entre  exceso de aire y  pérdidas 

Exceso de aire 
Exceso en la combus'ón del Gas Natural 
Gas Natural
O2 (%) 2 4 6 8 10 12 14 Exceso (%) 9,3 21,1 36 56 83 122 185

Exceso de aire 
Exceso en la combus'ón del Fuel Oil 
Fuel
O2 (%) 2 4 6 8 10 12 14 Exceso (%) 9,6 22,1 38 59 87 129 195

Exceso de aire Exceso en la combus'ón de Biomasa 
Leña O2 (%) Exceso (%) 2 4 6 8 10 12 14 4,3 16,5 32 52 80 121 185

Exceso de aire 
Exceso en la combus'ón de Biomasa 
Leña O2 (%) Exceso (%) 2 4 6 8 10 12 14 4,3 16,5 32 52 80 121 185

Exceso de aire 
Combus'ón de biomasa 
Ruta de combustión de la biomasa

Secado Destila volátiles (Pirólisis) Gasifica carbono fijo (CO) 500°C

Exceso de aire 
Combus'ón de biomasa 
Secado:La humedad del combustible se evapora a bajas temperaturas (50-100 °C). El secado utiliza la energía liberada del proceso de combustión, por lo que disminuye la temperatura en la cámara de combustión, lo que ralentiza el proceso de combustión. La madera húmeda requiere energía para evaporar la humedad contenida, y posteriormente para calentar el vapor de agua, por lo que se reducen lastemperaturas del recinto donde se hace la combustión por debajo de la temperatura mínima necesaria para mantener combustión. Conclusión: el contenido de humedad es una variable muy importante.

Eficiencia de la combus.ón 
Definciones 
La eficiencia de la combustión mide la efectividad con el que el contenido del calor del combustible se convierte en calor utilizable. Rendimiento combustión =1-(Pérdidas / Calor entregado) Las pérdidas corresponden, al calor perdido en los gases de escape, el cual es proporcional a la temperatura y al volumen de los humos, a su vez éstos dependen del exceso de aire. Es decir, la eficiencia decrece al aumentar la temperatura de los gases de escape y al aumentar el exceso de aire.

Eficiencia de la combus.ón ...