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Emisiones en quemadores de gas

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Los quemadores de gas Riello, tienen diversos niveles de emisiones que se indican en el modelo. Las emisiones de contaminantes son un factor importante a la hora de elegir un quemador industrial. Todos los quemadores Riello son de bajas emisiones de contaminantes, debido a su alta eficiencia. Pero algunos alcanzan niveles de excelencia muy altos, con respecto a su eficiencia y a las emisiones de contaminantes. 

En el código del quemador, existe una nomenclatura que determina el nivel de excelencia en cuanto a emisiones y se define de la siguiente manera:

  • Cuando no tiene ninguna nomenclatura, las emisiones son de Clase 1 de acuerdo con las normas EN 267 y EN 676.
  • Cuando tiene la nomenclatura MZ, las emisiones del quemador son de Clase 2 de acuerdo con las normas EN 267 y EN 676.
  • Cuando tiene la nomenclatura MX, las emisiones del quemador son de Clase 2 de acuerdo con la norma EN 267 y de Clase 3 de acuerdo con la norma EN 676.
  • Cuando tiene la nomenclatura BLU, las emisiones del quemador son de Clase 2 de acuerdo con las normas EN 267 y EN 676.

Para conocer más sobre las normas de quemadores de gas industriales en Europa, consulta a Thermal Combustion.

Proceso de encendido para control de flama

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El control de flama es el cerebro en la operación de todos los quemadores industriales Riello. Su función es la de realizar el ciclo de encendido del quemador, cuidando que todas las condiciones mínimas de seguridad sean satisfechas. Además monitorea la flama durante todo el funcionamiento del quemador. Esto permite que el quemador trabaje de manera eficiente y confiable. Los controles realizan un ciclo de funcionamiento diferente para cada modelo. Sin embargo, el proceso básico es el mismo para todos. Y se describe a continuación:

 

  1. Antes de iniciar el ciclo, los permisivos de seguridad, deben permitir el paso de corriente eléctrica a través del circuito del control.
  2. Además el presostato de gas de baja presión también debe tener el contacto cerrado para proceder con el ciclo de encendido.
  3. Posteriormente el control contra falla de flama, le envía voltaje al motor, para realizar la pre ventilación. El tiempo de pre ventilación varía, de acuerdo con el modelo del control de flama.
  4. Durante la pre ventilación el interruptor de aire de baja presión, se activa y le indica al control que existe presión de aire, debido al funcionamiento correcto del ventilador.
  5. Luego de la pre ventilación, el control contra falla de flama envía las señales de activación a la válvula, y al transformador de encendido. El tiempo que dura el transformador encendido depende del modelo del quemador
  6. Durante este tiempo el electrodo de ignición hace la chispa y junto con la mezcla de aire combustible, genera la combustión y la flama
  7. En este tiempo de seguridad de tres segundos, el control debe detectar la señal de regreso captada por el sensor de flama, y de esta manera, indicar el trabajo correcto del quemador.

 

Este proceso es general para muchos controles de flama, en quemadores sin piloto, y con combustible líquido o gaseoso.

Ventajas y desventajas de una combustión no estequiométrica: Quemadores industriales con exceso de aire.

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Un quemador industrial tiene exceso de aire cuando la cantidad de aire que reacciona es mayor que la cantidad de aire estequiométrico o aire teórico. En este caso la combustión realizada es combustión completa, por eso no se encuentran residuos de hollín o de combustibles en los gases de escape. A pesar de las desventajas, este tipo de combustión es confiable y permite que el quemador trabaje sin muchos problemas.

El problema principal del exceso de aire es que el aire extra, que no reacciona con el combustible para generar calor, se lleva el calor de la combustión y lo saca del sistema. Esto, no permite que se pueda aprovechar al máximo el calor generado, disminuyendo la eficiencia del proceso. Además como existe más oxígeno del que debería haber, y queda oxígeno disponible en los gases de combustión, reaccionan con el nitrógeno, formando compuestos NOx, los cuales son altamente contaminantes.

El dióxido de carbono disminuye con el exceso de aire, sin embargo, esto no solo ocurre por la reacción química, si no debido al efecto de dilución, por el aumento del aire de combustión, el cual prácticamente no trae dióxido de carbono. 

Como el contenido de oxígeno en los gases de combustión es mayor, este oxígeno enfría la combustión, y la eficiencia energética del sistema cae. Por esta razón tampoco es bueno que un quemador industrial tenga exceso de aire en la combustión. Y se recomienda que las condiciones de combustión se encuentren en la mitad de la insuficiencia y el exceso de aire.

Ventajas y desventajas de una combustión no estequiométrica: Quemadores industriales con aire insuficiente.

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Cuando un quemador tiene aire insuficiente, quiere decir que la cantidad de aire mezclado con el combustible es menor a la cantidad de aire estequiométrica. Cuando esto para el oxígeno disponible en el aire, reacciona por completo con el carbono e hidrógeno del combustible. Por esto, no queda oxígeno disponible al final de la combustión para que reaccione con el nitrógeno del aire. Esta es la única ventaja de la insuficiencia de aire. Que la combustión no genera NOx, que se forman en los gases de combustión después del proceso.

 

Debido a que la combustión es incompleta, no se usa toda la energía química del combustible. Por esta misma razón, en los gases de escape se encontrarán, mucho monóxido de carbono, hollín y combustible sin reaccionar. Otra desventaja es que la operación del quemador industrial no es confiable, aumentando la probabilidad de que la flama se extinga.

 

Por la falta de oxígeno para la combustión completa, muchos átomos de carbono reaccionan sólo con un átomo de oxígeno, generando grandes cantidades de monóxido de carbono, que es altamente contaminante. Entre más se acerque la cantidad de aire al teórico, el monóxido de carbono disminuye, y el dióxido aumenta, alcanzando un máximo cuando el aire es igual al estequiométrico. Como se usa todo el oxígeno, no se puede encontrar en los gases de escape del proceso, moléculas del mismo.

 

Por estas razones los quemadores no deben quedar calibrados con insuficiencia de aire, y deben tener las condiciones óptimas de trabajo.

Ventajas y desventajas de una combustión no estequiométrica: Relación de aire combustible en quemadores industriales

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Los quemadores industriales producen calor a partir de la reacción entre un combustible y el aire. La cantidad de aire necesaria para una combustión completa está definida por el aire teórico o cantidad estequiométrica de aire. La relación aire combustible debe ser también exacta para que se produzca la combustión completa. Sin embargo, una alta eficiencia de combustión no necesariamente implica una combustión completa. En la mayoría de quemadores Riello, la combustión debe ser realizada con un porcentaje de exceso de aire para que genere una mayor eficiencia de combustión. Debido a que el aire ambiente tiene otros elementos que influyen de manera directa e indirecta al proceso. A continuación se presenta la composición del aire puro y seco en la superficie de la tierra:

 

  • Nitrógeno: 78.07%
  • Oxígeno: 20.95%
  • Argón: 0.93%
  • Dióxido de carbono: 0.03%
  • Hidrógeno: 0.01%
  • Neón: 0.0018

 

Lo anterior es la composición del 99.9918% del aire, el resto son componentes inertes y en proporciones despreciables. Cuando el flujo adecuado de aire ingresa al quemador, con una cantidad determinada de exceso de aire se consigue un trabajo óptimo del quemador. Con esto el quemador industrial opera con una flama estable, alta eficiencia y las menores cantidades de emisiones contaminantes al ambiente. El desafío para los ingenieros de combustión, es encontrar la relación de aire óptima y la configuración del sistema más adecuada para el sistema.