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QUEMADORES Integrantes: Matías Armentano Nicolás Oriolani Federico Pérez Carlos Caffarena Profesores: Ing. Dreifuss Ing. Rojas

Tipos de combustibles • SÓLIDOS: madera, turba, lignito, carbón • LÍQUIDOS: querosenes, fuel oil , gas oil • GASEOSOS: GLP, gas natural, butano, gas de coque.

Propiedades de combustibles • • • • • • • •

Composición Poder calorífico (inferior y superior) Viscosidad Densidad Limite de inflamabilidad Temperatura de ignición Temperatura de combustión Contenido de azufre

CONCEPTOS BASICOS -Punto de inflamación o temperatura de ignición -Poder calorifico superior (PCS) -Poder calorifico inferior (PCI) - Temperatura adiabática de llama

Combustión •

La combustión es una reacción química en la que un elemento (combustible) se combina con otro (comburente, generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción exotérmica que produce: 1. Calor al quemar 2. Luz al arder. •

Es la combinación rápida de un material con el oxigeno, acompañada de un gran desprendimiento de energía térmica y energía luminosa.

Reacciones principales en la combustión C + O2

CO2 + Ø

H2 + ½O2

H 2O + Ø

S + O2

SO2 + Ø

• Deflagración • Detonación

Reacciónes de combustion(ideal) Combustibles sólidos C H S O Cenizas

+

X ( O2 + 3.76 N2)

a H2O + b CO2 + c N2 + d O2 + e SO2 + cenizas Los combustibles sólidos, al igual que los líquidos, son normalmente analizados sobre una base másica

Reacciónes de Combustion (ideal) Combustibles gaseoso Compuestos formados por:

C H O

+

X ( O2 + 3.76 N2)

a H2O + b CO2 + c N2 + d O2 Los combustibles gaseosos son normalmente analizados sobre una base volumétrica

Reacciónes de Combustion (ideal) Hidrocarburos GAS (CnHm)

+

X ( O2 + 3.76 N2)

a H2O + b CO2 + c N2 + d O2

TIPOS DE COMBUSTION • Combustión completa • Combustión incompleta • Combustión teórica • Combustión con exceso de aire • Combustión con defecto de aire

Exceso de aire • A diferencia de la combustión teórica, para que la combustión sea completa es necesario un exceso de aire.

FACTOR DE UTILIZACIÓN DEL CALOR El calor de la combustión es tanto mayor cuanto mas fríos salen los gases quemados. Poder calorífico

Q disponible

Q productos

Fu % 100 %

10

5

3

2

1,5

α=1

Tp Factor de utilización de un gas en función de la temperatura de productos y del coeficiente de exceso α.

LLAMA Región en la que tiene lugar la reacción de combustión entre combustible y comburente.

Regiones de la llama

LLAMA IDEAL No existe una llama ideal. Existe una llama más adecuada para cada tipo de aplicación.

TIPOS DE LLAMAS • Llama de premezcla • Llama de difusión

TIPOS DE LLAMAS Llama de premezcla GAS

AIRE

VENTURI

PREMEZCLA

COMBUSTION

LONGITUD DE LLAMA

L = ALTURA DEL CONO r = RADI0 DEL CONO u = VELOCIDAD MEDIA DE LA MEZCLA uL= VELOCIDAD DE LA LLAMA Si la Velocidad de la mezcla es menor a la velocidad de la llama, se produce un retroceso

TIPOS DE LLAMAS Llama de difusión AIRE

GAS

INYECTOR

COMBUSTION

Tipos de llamas de difusion

Quemadores Son dispositivos cuya función es dirigir el combustible y el comburente a la cámara de combustión para realizar la misma de manera controlada y regulable.

Clasificación • • • •

Según su operación Según la presión Según el modelo (potencia) Según el combustible

Según su operación • Una sola etapa: ON-OFF • Dos etapas: Alto y Bajo con servomotor • Modulante: Llama variable en función de la demanda

Según la presión • Atmosféricos • Gas y aire a baja presion • Gas a presión y aire a baja presion

Según el combustible CLASIFICACION

QUEMADORES

COMB. GASEOSO

COMB. LIQUIDO

COMB. SÓLIDO

De carbón pulverizado

De premezcla

De gasificación

Mezcla en boca de salida

De pulverización por aire a baja presión

Cámaras de combustión Tipo ciclón

De pulverización por aire o vapor a presión

Lechos fluidizados

Especiales

Para altas temperaturas

Parrillas De pulverización mecánica

De copa rotativa (pulverización centrifuga)

De pulverización mixta (mixta y de fluido de arrastre)

Especiales

APLICACIONES • • • • • • •

Calderas Generadores de vapor Secadores de cereales Hornos Cerámicas y porcelanas Cubas de tratamientos químicos Industria textil, etc.

QUEMADORES DE GAS • De premezcla. • De mezcla en boca de salida con aire a baja presión. • De mezcla en boca de salida con aire a presión. • Especiales.

QUEMADORES DE PREMEZCLA • Quemadores de premezcla a presión. • Quemadores atmosféricos. • Quemadores oxi-gas.

Quemadores de PREMEZCLA A PRESION Fenómenos a tener en cuenta • Calado o Retorno de llama. • Desprendimiento de llama.

Quemadores de PREMEZCLA A PRESION • Para gas y aire a baja presión • Aplicaciones: donde se necesite llama corta, dura y de alto poder calorífico. • Crisoles, fundición de metales, vidrio • hornos de temple, forjado o cementación; etc.

Quemadores de mezcla en boca de salida con aire a presión • El aire a presión induce al gas hacia el quemador. • Mezcla proporcionada en distintos regímenes de funcionamiento.

Quemadores ATMOSFERICOS El Gas induce al aire atmosférico en el tubo de mezcla, en cuyo extremo se forma la llama.

Quemadores ATMOSFERICOS • Aplicaciones: bateas y calentamientos de líquidos, freidoras, intercambiadores de calor, crisoles de fundición de metales de bajo punto de fusión, calderas, cocinas, anafes industriales, hogares, estufas de secado ,etc.

Quemadores de mezcla en boca de salida con aire a baja presión • Se designan como tales cuando el aire tiene una presión de el orden de 0,1 mbar y velocidades del orden de los 10 a 15 m/s, siendo el combustible el que aporta la energía de mezcla. • En ellos se forma llamas de difusión axiales

Flujos convergentes

Gas central y chorros concéntricos

Gas central y chorros concéntricos

Gas central y chorros concéntricos • Quemadores desarrollados exclusivamente para sistemas de calentamiento de aire. • Son del tipo de mezcla en tobera, lineales y compactos. • Se usan primordialmente en sistemas de calentamiento de aire, secadoras de cereales y hornos de secado en general. • Su amplio rango de operabilidad les da gran flexibilidad, adaptándose a múltiples aplicaciones.

Gas central y chorros concéntricos • De acuerdo al proceso donde se aplicará, puede disponer de diferentes opciones de superficie de llama (standard o ampliada). • Esto se logra agregando módulos que aumentan la sección de generación de llama, con lo cual ésta se acorta y se distribuye en forma más homogénea.

Quemadores de vena de aire Se emplean para calentar grandes caudales de aire para utilización en procesos de secado. Los gases resultantes de la combustión se mezclan con el aire que se desea calentar y así se obtiene un rendimiento del 100%. Estos quemadores solo pueden funcionar en el interior de una corriente de aire de cierta velocidad.

Quemadores de vena de aire

Quemadores de vena de aire Aplicaciones: • Cabinas de pintura para curado de esta. • Secaderos agrícolas verticales de cereales, trigo, arroz, etc. • Procesos de secado industriales donde se requiera un calentamiento de aire.

Rotación de flujo mediante aletas

Gas central y salida de aire en coronas concéntricas

TIPOS DE QUEMADORES EN BOCA DE SALIDA CON AIRE A PRESION • Llamas axiales. • Derrama concurrente. • Derrame giratorio del gas.

QUEMADORES OXI-GAS Se obtienen temperaturas elevadas o flujos puntuales de elevado calor (son los denominados industrialmente sopletes).

QUEMADORES OXI-GAS

Quemadores Especiales • • • •

Quemadores radiantes Quemadores jet Quemadores para alta temperatura Quemadores compactos JBM

Quemadores radiantes Una parte importante de la transferencia de calor se realiza por radiación por medio de una superficie de refractario •

Quemadores lineales radiantes con emisión reducida de NOx Están diseñados para proporcionar energía radiante de alta intensidad de manera uniforme, con el objetivo de eliminar la humedad en hornos textiles y de papel, secar pintura y aplicar revestimientos en polvo, además de llevar a cabo diversas operaciones de precalentamiento, moldeado de plástico. Con sus baldosas de espuma metálica o cerámica, los quemadores de gas natural emiten niveles bajos de NOx y CO y pueden utilizarse para muchas aplicaciones industriales de combustión de gas.

Quemadores jet Lanzan a gran velocidad (>100 m/s) los productos de una combustión completa o casi. El chorro se lanza sobre el producto a calentar o sobre la atmósfera provocando su recirculación. Constan de un dispositivo de mezcla, una cámara de combustión y un orificio o tobera de salida.

Quemadores Borghi -Jet Generalidades de Uso • Son aptos para su aplicación en calderas que deban trabajar con hogar presurizado, generadores de calor o de aire caliente, hornos rotativos para fabricación de pan, tubos radiantes, tubos de inmersión para calentamiento de equipos, etc.

Quemadores para alta temperatura • Se extiende por encima de los 3000 ºK hasta la región de las temperaturas de las reacciones nucleares ~108 ºK. • La temperatura puede elevarse: - por enriquecimiento de O2. - precalentando el aire. - mediante el uso de electricidad para producir iotización o generar plasma.

Quemadores para alta temperatura

Quemadores compactos JBM • TODO TIPO DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS Y GASEOSOS • BAJAS EMISIONES CONTAMINANTES • BAJO NIVEL SONORO • REGULACIÓN ELECTRÓNICA DE LA COMBUSTIÓN

Quemadores para combustibles liquidos • La primera tarea que debe cumplir un quemador para líquidos es la de poner el combustible en fase gaseosa para que se mezcle íntimamente con el aire. • La atomizacion es el proceso de rotura de la fase liquida continua del combustible, que lo transforma en gotas discretas.

Atomizacion

Clasificacion de pulverizadores para combustibles liquidos • Por rotacion (a presión)

Clasificacion de pulverizadores para combustibles liquidos • Por presion

Clasificacion de pulverizadores para combustibles liquidos • Por inyeccion de fluido auxiliar

Clasificacion de los quemadores para combustibles liquidos

• Quemadores de gasificacion o vaporizacion • Quemadores de pulverización • Quemadores de emulsion

Quemador de gasificación • El elemento principal de todos lo quemadores por vaporización es una cazoleta o cubeta formada por: • Taza o crisol • Difusor de aire • Se distinguen entre quemadores de vaporización con: • Tiro natural • Ventilador

Quemador de gasificación

Quemador de gasificacion • Campo de aplicación: • Combustibles con una viscosidad inferior a 1,5º E a 10ºC • Sólo alcanza hasta potencias de 35 kW • Bajo rendimiento • Elevada opacidad

Quemadores de emulsion • Se emplean para reducir los efectos contaminantes de los combustibles pesados • Consisten en producir una emulsión del combustible líquido con el agua, al comenzar la combustión una gota de emulsión, se produce la rápida evaporación de la fracción de agua contenida en ella, provocando el fraccionamiento de la gota en infinidad de partículas. • El interés de este tipo de quemador es: • Trabaja con exceso de aire reducido. • Reduce las emisiones de óxidos de nitrógeno • Reducción del SO3 en SO2 • Reduce los inquemados sólidos • El principal inconveniente es el consumo suplementario de calor

Quemadores de emulsión

Quemadores de pulverización por fluido auxiliar • La energía que se precisa para atomizar el combustible la aporta el fluido auxiliar: • Aire ( Viscosidad del combustible 3- 5º E) • Baja presión (0,1 a 0,5 atm) • Alta presión (0,5 a 7 atm)

Quemadores de pulverización por fluido auxiliar baja presión de mezcla

Quemador por pulverización mecánica centrifuga o de copa • El combustible se impulsa a través de un eje hueco a una pieza troncocónica, llamada copa. Que gira a gran velocidad 3.000rpm a 4.000 rpm, normalmente, al alcanzar el extremo de la copa, tiende a disgregarse en diminutas partículas.

Quemador por pulverización mecánica centrifuga o de copa

Quemador de pulverización mixta • Combinación ambos sistemas • Presiones de combustibles 1 a 20 bar

Forma de la llama • Llama mas larga y estrecha al aumentar la presión. • La llama se acorta si aumenta la aireación primaria. • Un buen mezclado y la turbulencia, acorta y concentra la llama.

Quemadores de combustibles mixtos • Los quemadores mixtos son aquellos que pueden quemar de forma simultánea o alternativa dos combustibles, sólido/líquido, sólido/gas y líquido/gas. • Normalmente este tipo de quemadores se emplea en industrias o instalaciones de climatización de gran potencia. • La finalidad de usar dos combustibles pueden ser técnicas o/y económica: a) Utilizar un combustible para quemar otro combustible que presente algún problema para su combustión b) Alternar el consumo en función del precio de mercado Los quemadores mixtos deben permitir: • Regular la forma y la longitud de la llama • Regular la potencia de combustión • Limitar la utilización de aire primario • Efectuar reparaciones en un circuito de alimentación funcionando con otro combustible

Quemadores para combustibles sólidos El carbón contiene materias volátiles pero su mayor parte de su materia combustible es sólida y tiene que llegar oxígeno para que tenga lugar la reacción de combustión. Aumentando contacto sólido-aire para que se produzca la reacción. Los sistemas utilizados para realizar el contacto aire-carbón: • Quemadores de carbón pulverizado • Cámaras de combustión tipo ciclón • Parrillas • Cámaras de combustión de lecho fluido

Quemadores de carbón pulverizado •Particulas de 0,1 mm. •Del 20 al 40 % del aire de combustión proviene transporte neumáticamente. •Temperatura en la entrada entre 55 ºC a 70 ºC.

Cámaras de combustión tipo ciclón

Parrillas Según la forma de alimentación del combustible pueden ser: • Parrillas fijas con alimentación desde arriba. • Parrillas móvil,con transporte horizontal del combustible hacia la cámara de combustión. • Parrillas fija con alimentación desde abajo.

Parrillas ALIMENTACIÓN SUPERIOR: El carbón en bruto se proyecta por medio de aire o vapor o paletas rotativas en suspensión o proyección por encima del lecho de combustión, potencias hasta 1.220.000 kcal / m2h.

Cargador diseminador con parrilla de cinta

ALIMENTACIÓN SUPERIOR (PARRILLA)

Parrilla fija

Parrilla de vuelco

Parrilla mecánica

Parrilla vibratoria inclinada

Parrilla con movimiento recíproco Tolva ( 1 ), Garganta (2). Varios empujadores (3), Cilindros hidráulicos (6), Las parrillas tienen partes fijas y partes móviles (4) Caídas (7) El aire comburente (9) Crear turbulencias (8).

ALIMENTACIÓN INFERIOR

Alimentación inferior con quemador tipo taza

Cargador por la parte inferior, con retorta sencilla, alimentación horizontal y descarga lateral de cenizas.

LECHO FLUIDIFICADO • Este tipo de combustión presenta la ventaja del control de las emisiones de NOx y SO2 a la atmósfera • Se introduce con el combustible un material inerte como arena, sílice y alúmina, así como absorbente como caliza en un lecho agitado. • El lecho se mantiene en suspensión por medio de la acción del aire primario de combustión que se introduce por debajo.

Selección de un quemador • Temperatura a alcanzar. Lo que implicara principalmente tasas de aireación, reciclado, precalentamiento, oxigenación. • Combustible. Selección del carácter oxidante o reductor de la atmósfera del horno, concentraciones de NOx. • Flexibilidad de funcionamiento, es la relación de potencia máxima y mínima nominal a regulación nominal. • Flexibilidad de regulación. Relación de las tasas de aireación extremas entre las que el quemador funciona correctamente. • Ruido

Selección de un quemador Criterios específicos: • Receptividad térmica del producto, que depende de: -Conductibilidad térmica -Coeficiente de absorción de la radiación -Superficie especifica -Oxidabilidad • Receptividad térmica del horno: -Aislamiento térmico -Inercia térmica -Paredes térmicas: crisoles, mufla, semimuflas, tubos radiantes. -Vestíbulos de precalentamiento de cargas -Recuperadores de precalentamiento de aire.

Selección de un quemador Forma de encontrar la información en los catálogos comerciales, indicando los rangos de utilización para distintos quemadores.

Presión en la cámara de combustión (mbar) vs. consumo de combustible ( Kg/h)

Material de consulta Libros • Ingeniería Termodinámica Autores: J.B. Jones y R.E. Digan • Combustión y Quemadores (662.6 M357) Autor: Manuel Marquez Martinez • Tratado general de Gas (23807) Autor: Llobera

Material de consulta Archivos digitales • Trabajo sobre combustión de la FIUBA Autores Dr. Ing. Brizuela – Dra. Ing. Romano www.elprisma.com
Ing. Quimica
N°49 • El de la Universidad de Valladolid

Material de consulta Fabric. de Quemadores en Internet / Catálogos • Pagina de EQA • Pagina de AUTOQUEM

FIN

Gracias por su atencion!