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ÍNDICE QUEMADORES..................................................................................................... 3 1.

DEFINICIÓN................................................................................................... 3

2.

CLASIFICACIÓN............................................................................................. 3 2.1.

2.1.1.

Quemadores atmosféricos.................................................................3

2.1.2.

Quemadores atmosféricos de pre mezcla...........................................3

2.1.3.

Quemadores mecánicos....................................................................3

2.2.

3.

Clasificación por el tipo de combustible....................................................3

2.2.1.

De combustible sólido.......................................................................3

2.2.2.

De combustible líquido......................................................................4

2.2.3.

De combustible gaseoso....................................................................4

2.2.4.

Poli combustible................................................................................ 4

HOGAR DE CALDERA PARA QUEMAR CARBÓN.............................................4 3.1.

Preparación y alimentación del carbón.....................................................5

3.1.1.

Trituración del carbón........................................................................5

3.1.2.

Molienda fina de carbón.....................................................................5

3.2.

Alimentación del carbón...........................................................................6

3.3.

Sistema de combustión de carbón............................................................9

3.3.1.

Combustión de lecho fijo o móvil.......................................................9

3.3.2.

Combustiones de lecho pulverizado.................................................11

3.3.3.

Combustión de lecho fluidizado.......................................................12

3.4.

Sistemas de evacuación de las cenizas...................................................13

3.4.1.

Evacuación hidráulica......................................................................13

3.4.2.

Evacuación por deshollinador o motorimpulsor................................13

3.4.3.

Evacuación neumática.....................................................................13

3.4.4.

Evacuación por válvula rotativa........................................................13

3.5. 4.

Clasificación por la aportación del aire de combustión..............................3

Cálculo de las pérdidas por inquemados. (e)...........................................14

HOGAR DE CALDERA PARA QUEMAR BAGAZO DE CAÑA............................15 4.1.

Características generales del bagazo en la caña de la azúcar...................15

4.2.

Composición Química Elemental del Bagazo de Caña de Azúcar..............15

4.3.

Poder Calorífico del Bagazo...................................................................15

4.4.

Descripción del proceso en el quemador y molienda...............................17 MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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HOGAR DE CALDERA PARA QUEMAR PETRÓLEO........................................24 5.1.

Quemadores para líquidos.....................................................................24

5.2.

Tipos de quemadores............................................................................. 24

5.2.1.

QUEMADORES DE VAPORIZACIÓN O GASIFICACIÓN.......................24

5.2.2.

QUEMADORES DE EMULSIÓN.........................................................25

5.2.3.

QUEMADORES DE PULVERIZACIÓN POR FLUIDO AUXILIAR.............26

5.2.4. QUEMADOR DE PULVERIZACIÓN MECÁNICA CENTRÍFUGO O DE COPA ROTATIVA.......................................................................................... 27 5.2.5. QUEMADORES DE PULVERIZACIÓN MECÁNICA POR PRESIÓN DIRECTA...................................................................................................... 29 5.3.

PARTES ESCENCIALES DE UN QUEMADOR...........................................30

6.

CONCLUSIONES.......................................................................................... 38

7.

BIBLIOGRAFÍA............................................................................................. 39

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QUEMADORES 1. DEFINICIÓN Los quemadores son los equipos donde se realiza la combustión, por tanto deben contener los tres vértices del triángulo de combustión, es decir, tiene que lograr la mezcla intima del combustible con el aire y además proporcionar la energía de activación.

2. CLASIFICACIÓN 2.1. Clasificación por la aportación del aire de combustión Por la forma de como el aire de combustión se distinguen dos tipos de quemadores

2.1.1.Quemadores atmosféricos Únicamente se emplea para combustibles gaseosos; una parte del aire para la combustión (aire primario) se induce en el propio quemador por el chorro de gas salido del inyector (efecto Venturi); el aire restante (aire secundario) se obtiene por difusión del aire ambiente alrededor de la llama. En general, en este tipo de quemadores se tiene combustiones con altos índices de exceso de aire.

2.1.2.Quemadores atmosféricos de pre mezcla Esencialmente pueden considerarse como atmosféricos, si bien incorporan un ventilador previo al quemador que aporta el aire de combustión, solo o mezcla más homogénea del combustible y el comburente, consiguiente un mejor control de los parámetros de combustión, además de una mayor potencia.

2.1.3.Quemadores mecánicos Se denominan como quemadores de sobrepresión; el aire de combustión es introducido mediante un ventilador, existiendo diversos sistemas para lograr la mezcla de aire con el combustible. Estos quemadores se fabrican desde pequeñas hasta muy altas potencias. La combustión puede ajustarse actuando sobre el gasto de combustible, sobre la cantidad de aire a impulsar los elementos que producen la mezcla; por lo que es posible obtener un control más ajustad de la combustión.

2.2. Clasificación por el tipo de combustible 2.2.1.De combustible sólido Calderas de electos de hierro fundido con hogar en depresión. A veces también se utilizan con introducción del aire de combustión mediante ventilador e incluso con sistemas de carga automática de combustible

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2.2.2.De combustible líquido Los combustibles líquidos requieren quemadores mecánicos, por lo que se utilizan calderas de sobrepresión; las más habituales son de chapa de acero, piro tubulares, aunque también existen numerosos modelos de elementos de hierro fundido

2.2.3.De combustible gaseoso Dependen del tipo de quemadores asociados a ellas; cuando se emplean quemadores mecánicos las calderas son similares a las indicadas para combustibles líquidos. La mayor parte de los modelos del mercado están diseñados para quemar indistintamente ambos combustibles, debiendo adaptarse los quemadores cada caso.

2.2.4.Poli combustible.

3. HOGAR DE CALDERA PARA QUEMAR CARBÓN En las calderas que utilizan carbón, este se puede quemar sobre parrilla con alimentación manual o automática y en forma pulverizada. En el caso de los quemadores sobre parrilla alimentados manualmente, la eficiencia de este tipo de quemador depende, en gran parte, de la experiencia de la persona encargada de su funcionamiento. Para esto, el operador debe alimentar un carbón de tamaño adecuado evitando los finos, alimentado el carbón regularmente, manipular los dampers o compuertas para evitar la entrada de grandes excesos de aire y mantener el lecho a una altura adecuad y uniforme con llamas abundantes sobre toda el área. El diseño de las parrillas y la tasa de combustión dependen de la cantidad y calidad del combustible que se va a quemar, puesto que mientras más difícil de quemar sea los combustibles más baja será la tasa de combustión. El tamaño de las partículas, la cantidad y composición de las partículas también influyen en la combustión. Para carbones antraciticos y lignitos, la tasa de combustión es del orden de

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kg kg 190 2 2 y m h m h

En cuanto al volumen del hogar, sus dimensiones se calculan con base en la tasa de liberación de calor que puede variar desde 25000 hasta 50000 Btu/hr ft 3 (258.7 hasta 512.4 kw/m3) Las dimensiones de la parrilla se calculan con base en la tasa de liberación de calor, la cual puede variar desde 200000 Btu/hr ft 2 630.9 kw/m2) para quemadores pequeños de retorna simple hasta 1000000 Btu/hr ft 2 (3154.4kw/m2) para quemadores grandes de alimentación de carga superior (spreader stoker) en las cuales parte del carbón se quema en suspensión. MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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3.1. Preparación y alimentación del carbón Antes de la alimentación del carbón a los quemadores, este debe pasar a través de un proceso de preparación en el cual se busca principalmente obtener una granulometría adecuada para el proceso de combustion.Esta granulometría depende de la calidad del carbón y del tipo de quemador.

3.1.1.Trituración del carbón Este procedimiento se efectúa principalmente cuando el carbón va a ser almacenado por largos periodos de tiempo. Esto con el fin de aumentar la compactación y evitar la autoignicion del combustible. En el caso de la combustión sobre parrilla también se puede emplear maquinas trituradoras para reducir el tamaño del carbón a la granulometría adecuada para la combustión y por lo tanto reducir la cantidad de inquemados. Cuando el carbón se reduce a una granulometría fina se debe triturar antes de pasar el proceso de molienda en el cual se obtiene el tamaño deseado. Existen diferentes tipos de trituradores, siendo los más utilizados el de martillo y el de rodillos. El triturado de martillo consiste en una carcaza con rotor en el cual está dispuesta una serie de martillos. El carbón se alimenta por la parte superior de la carcaza, y el impacto directo de los martillos reduce su tamaño. Un enrejado cilíndrico se coloca debajo del rotor para descargar el producto. El grado de reducción depende del tipo de martillo, de la velocidad del rotor y el tamaño del enrejado. El triturador de rodillos puede ser liso o dentado. El carbón es triturado por la compresión entre los rodillos o entre el rodillo y la placa. El tamaño de las partículas del producto depende del espacio entre los rodillos y la capacidad del equipo. Otros tipos de trituradores son los rodillos y la capacidad del equipo. Otros tipos de trituradores son de mandíbula, de disco y de cono.

3.1.2.Molienda fina de carbón Este procedimiento se emplea para obtener un carbón con una granulometría fina, malla 100 o 200. Adicionalmente ayuda a decir el contenido de humedad para facilitar el trasporte y la dosificación. El grado de secado que se puede obtener depende de las humedades de entrada y salida de carbón. La temperatura en el molino no debe ser superior a 80°C para evitar la ignición. La humedad del carbón tiene gran influencia sobre la producción del molino, ya que con incrementos del 1% al 3% de humedad la producción desciende aproximadamente un 40%, aumentado el consumo de energía un 10% para la misma granulometría.

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Fig. 1.Dependencia de la producción del molino y el consumo especifico de energía, en función de la humedad del carbón

3.2. Alimentación del carbón La alimentación del carbón a las parrillas se puede realizar en forma manual o en forma automática. En la alimentación manual, la eficiencia depende principalmente de la experiencia del operador, quien debe alimentar el tamaño de carbón apropiado evitando partículas muy gruesas o muy finas parea reducir los inquemados. Los sistemas de alimentación automática son más eficientes que los sistemas manuales puesto que se puede ejercer un mayor control sobre el flujo de carbón. Uno de los mecanismos más utilizados es el tornillo sin fin, en el cual el carbón se mueve a lo largo de una tubería o canal mediante un impulsor rotatorio en forma de hélice para alimentarlo por debajo de la parrilla a la cámara de combustión. Para la selección del tamaño del tornillo es importante conocer l granulometría del carbón; la velocidad depende de la cantidad de carbón que se desee alimentar. El tornillo sin fin también se puede utilizar para carbón pulverizado. En este caso, el carbón cae al tornillo desde una caja, equipada con un agitador, para ser luego alimentado a un compartimiento donde se mezcla con el aire primario. Posteriormente el aire primario transporta el carbón al quemador. El sistema de alimentación con tornillo sin fin también se utiliza para combustores de lecho fluidizado.

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Fig. 2. Otros tipos de alimentadores que se usan para carbón fino y grueso so el de mesa, el de banda o correa y el alimentador por impulsor. El alimentador de mesa consiste en una mesa o disco rotatorio sobre el cual se alimenta el carbón. La rotación del disco lleva el carbón hasta una hoja raspadora que lo retira hacia una zona de combustión. La tasa de alimentación está determinada por la velocidad de la mesa. En este tipo de alimentador se requiere un control sobre el tamaño y la humedad del carbón para garantizar un funcionamiento continuo. El alimentador de correa utiliza una banda que rueda sobre rodillos. Esta banda recibe por un extremo el carbón y por el otro extremo lo descarga. El control de la taza de alimentación se realiza variado la velocidad de los rodillos. Este sistema se puede utilizar en aplicaciones volumétricas y gravimétricas, siendo este último el más usado en los casos en los cuales se requiere una medición precisa de la cantidad de carbón que llega a los quemadores.

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Fig. 3.

En la combustión de carbón sobre parrilla es importante una alimentación uniforme sobre la amplitud de la parrilla. Esta tiene gran influencia sobre la homogeneidad de la capa y por consiguiente sobre la combustión. Para garantizar una granulometría homogénea sobre toda la parrilla, se utilizan distribuidores con clasificación como tipo Taylor y clasificador móvil que consiste en un ducto, a través del cual se alimenta el carbón que se balancea uniformemente sobre la parrilla ver figura 4

Fig. 4. Sistema MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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3.3. Sistema de combustión de carbón Los procesos de combustión se clasifican de acuerdo con el tipo de lecho en combustores de lecho fijo o móvil (parrilla), de lecho fluidizado y de lecho suspendido.

3.3.1.Combustión de lecho fijo o móvil Las parrillas son los equipos más utilizados para la combustión de carbón. Puede ser de alimentación manual o automática. En este último caso se clasifican de acuerdo con el tipo de alimentador en quemadores de alimentación de carga por debajo, transversal y superior. En el primer tipo están los de retorta simple, los cuales trabajan mejor con carbones bituminosos y antracitas, y los de retortas múltiples, que funcionan mejor con carbones con un contenido de materia volátil entre 20 y 30%, de cenizas entre 6 y 8% y una temperatura alta de ablandamiento de las cenizas en la figura 5 se representa el esquema de estos quemadores.

Fig. 5.Quema El alimentador de carga transversal, como los de parrilla de cadena figuran 6, parrilla de barra o parrilla de desplazamiento inclinado, utiliza lechos hasta de 20cm. Esta profundidad es regulad por una compuerta bajo la cual pasa el carbón antes de entrar al hogar; la parrilla se va moviendo a través del hogar y el aire de combustión pasa a través de la parrilla. Las cenizas residuales se descargan continuamente a medida que la parrilla rota. Los quemadores de parrilla viajera pueden quemar cualquier tipo de carbón, excepto los bituminosos coquizables.

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Fig.6. quemad El alimentador de carga superior, dentro del cual están los del tipo spreader stoker, combina los principios de combustión en suspensión y en lecho. El mecanismo alimentador proyecta continuamente el combustible hacia el hogar sobre un lecho de combustible encendido. Las partículas más finas se queman en suspensión, mientras que las más gruesas caen y se queman sobre la parrilla (figura 7). Este tipo de sistemas proporcionan una respuesta rápida a los cambios en la demanda de vapor. Algunas veces cuando hay abundancia de finos, es necesario reinyectar las cenizas con alto porcentaje de inquemados sobre el lecho incandescente para procurar combustión completa

Fig. 7.

En estos sistemas, las parrillas pueden ser del tipo volcable, descarga de las cenizas por tandas, en las cuales el espesor del lecho varía desde cero, cuando se ha limpiado la parrilla, hasta 10 cm o más, justo antes de la limpieza de la parrilla. La parrilla se divide por secciones, de tal forma que cada sección puede ser limpiada, al volcar la parrilla, independientemente de la otra. El spreader stoker también puede ser de parrilla viajera con descarga continua del carbón. MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO En la siguiente tabla se presenta el tipo de carbón, la granulometría y la capacidad de generación para los diferentes tipos de quemadores de lecho fijo y móvil. En los quemadores de carga superior, para que exista una tasa de quema y un espesor de lecho uniforme se debe tener un buen balance entre la cantidad de partículas finas y gruesas Tabla1. Carbón, granulometría y capacidad de generación de parrillas fijas y móviles Quemador

tipo de carbón

granulometrí a (pulgadas)

1−1

Bituminosos y antracitas

retorta simple retorta múltiple no aglomerante parrilla de carga todo tipo excepto aglomerante transversal bituminoso parrilla de carga todo tipo de carbón superior

1 2

generación de vapor (lb/hr) 5000-50000

2

40000-300000

1

10000-300000

1 1 −1 4 2

10000-300000

3.3.2.Combustiones de lecho pulverizado Las calderas de carbón pulverizado se utilizan principalmente en centrales de generación eléctrica con calderas con una capacidad superior a 45000 kg/h (100000 lb/hr). El carbón se reduce a partículas muy finas (polvo), las cuales se transportan por una corriente de aire primario hacia el interior del hogar. El carbón se enciende a medida que la mezcla carbón-aire entra al hogar, donde se une al aire de combustión secundario, el cual se calienta hasta temperaturas entre 260 y 425 °C. En la figura 8 se presentan los diferentes tipos de quemadores de carbón pulverizado. La velocidad de inyección del carbón es el factor limitante en el uso de estos quemadores. Si la velocidad es demasiado alta, el carbón se puede inyectar demasiado lejos en el interior del hogar antes de que ocurra la ignición. Si, por el contrario, la velocidad es muy baja, existe la posibilidad que la llama retroceda al quemador o que el carbón se deposite en este y en los ductos de suministro.

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Fig.8. Quemad

3.3.3.Combustión de lecho fluidizado En los combustores de lecho fluidizado (figura 9), el combustible se quema en un lecho de partículas incombustibles suspendidas por un gas fluidizante .este gas es generalmente el aire de combustión y los productos gaseosos de combustión. En aplicaciones en las cuales se requiere la captura de azufre, se usa carbonato de calcio como absorbente y forma parte del lecho. La temperatura del lecho se mantiene alrededor de los 840°C debido a que es la temperatura apropiada para el proceso de captura del azufre y control de emisiones de NOx. La zona de radiación directa es mayor que en calderas convencionales. Existen dos tipos básicos de sistemas de combustión en lecho fluidizado: lecho burbujeante y lecho circulante. El equipo de lecho burbujeante funciona a bajas velocidades y con partículas gruesas (1000 mm). El lecho es denso, con una concentración uniforme de sólidos. Se llama lecho burbujeante porque el aire en exceso que se requiere para fluidizar el lecho pasa a través de este en forma de burbujas Los sistemas de lecho circulante trabajan a altas velocidades y con partículas finas (100-300 mm). El lecho es difuso y no presenta una superficie definida como el lecho burbujeante. Se denomina lecho circulante debido a que es necesario mantener material circulando desde el combustor hacia el sistema de reciclo de partículas y de este hacia el combustor.

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Fig.9.Co

3.4. Sistemas de evacuación de las cenizas Las cenizas producidas durante la combustión se pueden evacuar hidráulica o mecánicamente.

3.4.1.Evacuación hidráulica En la evacuación hidráulica, las cenizas caen en un canal y son arrastradas por un aspersor de agua a alta presión hasta una piscina de decantación.

3.4.2.Evacuación por deshollinador o motorimpulsor En la evacuación por deshollinador o motor impulsor, las cenizas caen en un cangilón y un botón impulsor las comprime. Ellas caen luego por desbordamiento sobre el transportador. La impermeabilidad es obtenida mediante un sello de agua.

3.4.3.Evacuación neumática Se hace a partir de un equipo que produce una succión alta que arrastra las cenizas a un depósito para luego ser descargadas a camiones que las llevan al lugar de disposición final.

3.4.4.Evacuación por válvula rotativa El sistema de evacuación por válvula rotativa sirve para fragmentar las cenizas y obtener impermeabilidad entre el hogar y la evacuación. Además de los sistemas anteriores, existen los equipos de control ambiental, tales como ciclones y precipitadores, que retiene cenizas finas o volantes. MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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3.5. Cálculo de las pérdidas por inquemados. (e) La presencia de inquemados en los productos de la combustión representa una porción de combustible no quemado, por lo tanto es energía que no transfirió al proceso.

Fig.10.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 4.

HOGAR DE CALDERA PARA QUEMAR BAGAZO DE CAÑA Características generales del bagazo en la caña de la azúcar El bagazo es el residuo lignocelulósico fibroso remanente de los tallos de caña, obtenido a la salida del último molino del tándem azucarero, constituyendo un conjunto heterogéneo de partículas de diferentes tamaños que oscilan entre 1 y 25 mm, presentando una fracción promedio de aproximadamente 20 mm. Desde el punto de vista físico, el bagazo integral se compone de 45% de fibra, 2-3% de sólidos insolubles, 2-3% de sólidos solubles y 50% de humedad, mientras que desde el punto de vista químico, se compone de 46,6% de celulosa, 25,2% de hemicelulosas (pentosanos) y 20,7% de lignina. Las hemicelulosas abarcan un conjunto de polisacáridos diferentes, cuya composición tiene como características comunes: solubilidad en solventes, reactividad frente a los ácidos y descomposición en azúcares y furfural. Estas propiedades las diferencian, analíticamente, del resto de los componentes químicos del bagazo. La lignina, tercer componente en importancia cuantitativa del bagazo, entre 20 y 22%, representa un conjunto de polímeros amorfos, reticulares, de altos pesos moleculares y naturaleza eminentemente fenólica Composición Química Elemental del Bagazo de Caña de Azúcar

Poder Calorífico del Bagazo.

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El bagazo, al salir de la estación de molida, tiene una alta humedad equivalente (6,59%kg/MJ), por lo que se hace necesario utilizar un esquema de secado abierto para su preparación.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Descripción

del

proceso

en

el

quemador

y

molienda

En 1993 se logró poner en marcha el primer sistema demostrativo con quemadores rotatorios y esquema de secado abierto, en una caldera «combustión» con capacidad de 45 t/h de vapor (Fig. 11). Los quemadores y el secador fueron diseñados aplicando un nuevo método aerodinámico de estabilización basado en un novedoso principio, al cual se le ha denominado «Principio de las secciones de paso en rotación».

La instalación cuenta con un secador dinámico de 12 t/h de residuos industriales y cuatro quemadores rotatorios de primera generación, que disponen de una potencia térmica de 5 MW cada uno. El secador dinámico (Fig. 12) para partículas inferiores a 10 mm es un equipo compacto cuyas características de diseño y funcionamiento lo diferencian de los modelos de secadores utilizados tradicionalmente para el bagazo.

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El equipo consta de tres cuerpos acoplados entre sí, con una longitud total aproximada de 5 m. En el primer cuerpo está ubicado el sistema motriz (impelente estabilizador), la entrada de gases y el conducto de alimentación de combustible. En el segundo cuerpo transcurre la primera etapa de secado y en el tercero tiene lugar el resto del proceso. Al girar el impelente estabilizador a alta velocidad y con la ayuda del vacío creado por el tiro inducido del sistema, el gas caliente y el combustible dosificado son succionados y lanzados al interior de la primera cámara de secado, en la cual se desarrolla un proceso turbulento caracterizado por una alta componente tangencial de la velocidad, con un valor mínimo. A medida que la mezcla gas-sólido se aproxima a la salida de la primera etapa tiene lugar un debilitamiento creciente de las corrientes circulares de los gases, cuando aún éstos disponen de la energía suficiente para continuar el proceso de secado. Para utilizar el potencial energético disponible en los gases, en ese punto, fue montada otra etapa de secado, en la cual se instaló un estabilizador estático para lograr una segunda zona de retención. El proceso de secado termina en el ciclón (ver Fig. 11), donde además se separa el combustible de la corriente de gases. Los quemadores instalados en el sistema son de tipo torbellino con dispositivos de estabilización rotatorios, especialmente diseñados para quemar residuos biomásicos (Fig. 13).

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La estabilidad del proceso de combustión de estos quemadores se logra a partir de un dispositivo giratorio (principio de las secciones de paso en rotación), detrás del cual se forma una estructura aerodinámica que depende de la acción de dos mecanismos: el efecto provocado por el contorneo de la corriente de aire al pasar por el diámetro mayor del cono, y los chorros giratorios que aparecen cuando se ponen a girar las secciones de paso del dispositivo estabilizador. Los resultados de las investigaciones realizadas han demostrado que en estos sistemas el tamaño de la zona de recirculación y su índice de turbulencia están en función de la velocidad de rotación, de la forma del estabilizador y de la velocidad de la corriente de aire. En la figura 14 se presenta el comportamiento del largo y el diámetro relativo de la zona de recirculación que se forma en la huella turbulenta, detrás del estabilizador rotatorio. Como se puede observar, para velocidades de la corriente de aire superior a 20 m/s, la velocidad de rotación del quemador tiende a incrementar el diámetro de la zona de recirculación y, por consiguiente, a reducir el largo relativo de la llama.

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Las áreas de paso por donde sale el aire a la cámara de combustión de un quemador convencional por lo regular son fijas y están determinadas por las velocidades necesarias para que las corrientes de aire puedan lograr el campo aerodinámico seleccionado. De esta forma, los flujos de aire podrán variar sólo dentro de los límites donde la eficiencia del quemador no sea afectada. El principio de funcionamiento del dispositivo de estabilización rotatorio permite un campo de regulación alto debido a que la aerodinámica del sistema mantiene un comportamiento estable para un amplio rango de variación de la cantidad de aire que participa. Para la preparación de los RAC se diseñó una planta piloto demostrativa (Fig. 15), que fue montada en un centro de preparación y limpieza de caña, previo a la fábrica de azúcar, donde se producen diariamente entre 15 y 20 t de residuos. El secado natural utilizado necesitó un área relativamente pequeña en la que los RAC, con un tiempo de exposición nunca superior a los cuatro días, alcanzaron niveles de humedad entre 10 y 15%.

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El sistema tiene una capacidad de 4 t/h y consta de una picadora, un molino de martillos y un sistema de alimentación de los RAC. La picadora tiene como objetivo densificar el residuo antes de que éste pase al molino de martillos. Las características granulométricas del producto final que se obtiene se presentan en la tabla. El polvo obtenido logra una densidad promedio entre 80 y 100 kg/m3, lo cual demuestra la necesidad de una compactación adicional para buscar eficiencia en el almacenaje y en la transportación.

El consumo específico de energía está en el orden de 40 kWh por tonelada de residuo molido. El análisis conjunto, molida-transportación, suponiendo un destino a una distancia de 20 km del lugar de molida y sin compactación, arrojó que por cada tonelada de combustible equivalente consumido se pueden producir 22 toneladas de este último. Como se explicó anteriormente, son conocidos los factores que se deben tener en cuenta para lograr la combustión eficiente de un combustible sólido; sin embargo, en los hornos actuales utilizados para quemar el bagazo no se logra que todas las partículas que lo integran puedan quemarse completamente de manera estable. Las mayores MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO pérdidas que se producen en los hornos de bagazo de la industria azucarera están relacionadas con los arrastres de partículas pequeñas. En los últimos años ha existido la tendencia en las fábricas de azúcar a elevar los niveles de preparación de la caña, con el objetivo de lograr mayores rendimientos en la producción de azúcar, lo que trae consigo una disminución en el tamaño de la partícula de bagazo. Desde el punto de vista teórico, la disminución en la granulometría del combustible es favorable y debe contribuir al mejoramiento del proceso de combustión; sin embargo, en los hornos actuales destinados a la quema del bagazo sucede todo lo contrario debido a que su aerodinámica no asegura el tiempo de permanencia mínimo requerido para que las partículas finas de bagazo se quemen completamente. La contradicción antes expuesta queda resuelta con la aplicación del esquema de secadores y quemadores, que puede ser implementado tanto en los nuevos diseños. La instalación demostrativa de la figura 11 fue evaluada quemando 12 t/h de médula de bagazo con un contenido de humedad promedio de 55% a la entrada del secador. La humedad en el combustible a la entrada de los quemadores osciló entre 15 y 20%. Para completar la energía necesaria para producir las 45 t/h de vapor se utilizó bagazo integral como combustible en el sistema de combustión original de la caldera. La eficiencia térmica alcanzada se elevó en siete unidades debido a la nueva organización lograda a partir de la quema en llama de la médula de bagazo. El sistema permite quemar bagazo fino. En la actualidad el Centro de Tecnologías de Combustión, del Ministerio de la Industria Básica, ha logrado desarrollar, a partir de este nuevo principio aerodinámico, novedosos modelos de quemadores de gran utilidad en la quema de residuos biomásicos. Un ejemplo de ello son los quemadores combinados o mixtos que tienen la posibilidad de quemar de forma independiente combustible líquido o sólido, así como diferentes combinaciones entre ellos. En la figura 16 se puede observar un quemador rotatorio de 1 MW tipo monobloque, con ventilador incorporado y atomización mecánica, para hornos de pequeña capacidad; en la figura 17 se muestra un quemador combinado de 17 MW térmicos para calderas de vapor de la industria azucarera, el cual atomiza el combustible con fluido auxiliar y puede trabajar con aire caliente para la combustión.

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5.

HOGAR DE CALDERA PARA QUEMAR PETRÓLEO

5.1.

Quemadores para líquidos La primera tarea que debe cumplir un quemador para líquidos es la de poner el combustible en fase gaseosa o pulverizarlo en gotas de diámetro menor que una micra para que se mezcle íntimamente con el aire. La forma de conseguirlo sirve para clasificar básicamente los quemadores para líquidos:

5.2. 5.2.1.



Quemadores de vaporización o gasificación (viscosidad inferior a 1,5ºE a 10 ºC)



Quemadores de emulsión (viscosidad hasta 45ºE a 50 ºC)



Quemadores de pulverización



Por fluido auxiliar. (Viscosidad entre 3,5ºE y 5ºE a 50 ºC)*



Mecánica centrífuga. (Viscosidad entre 5ºE y 10ºE a 50 ºC)



Mecánica por presión directa. (Viscosidad entre 1,5ºE y 3ºE a 50 ºC)



Pulverización neumática

Tipos de quemadores QUEMADORES DE VAPORIZACIÓN O GASIFICACIÓN El elemento principal de todos los quemadores por vaporización es una cazoleta o cubeta formada por: o Taza o crisol o Difusor de aire Se distinguen entre quemadores de vaporización con: o Tiro natural o Ventilador Campo de aplicación: o Combustibles con una viscosidad inferior a 1,5º E a 10ºC o Sólo alcanza hasta potencias de 35 kW

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO o Bajo rendimiento o Elevada opacidad

a)

b)

Quemador de vaporización con ventilador y llama a) vertical b) horizontal

5.2.2.

QUEMADORES DE EMULSIÓN 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 no quemados sólidos.



El principal inconveniente es el consumo suplementario de calor.

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Quemador de emulsión a baja presión

1. Alimentación de combustible. 2. Filtro de combustible. 3. Bomba de combustible. 4. Retorno de combustible. 5. Válvula de regulación de presión 6. Bomba dosificadora. 7. Filtro de aire. 8. Compresor de aire primario donde se realiza la premezcla aire-combustible. 9. Ventilador de aire secundario. 10. Transformador de encendido. 11. Conducto de alimentación de la pre-mezcla incorporada a la bomba. aire-combustible. 12. Electrodos de encendido. 13. Boquilla pulverizadora.

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5.2.3.QUEMADORES DE PULVERIZACIÓN POR FLUIDO AUXILIAR La energía que se precisa para atomizar el combustible la aporta el fluido auxiliar: 

Aire o neumática (Viscosidad del combustible 3 - 5º E a 50 ºC)



Baja presión (0,1 a 0,5 atm)



Media presión (0,1 a 1,5 atm)



Alta presión (0,5 a 7 atm)



Vapor de agua (Viscosidad del combustible 5 - 8º E a 50ºC)

Quemador de pulverización neumática a baja presión de mezcla 1. Alimentación de combustible. 2. Filtro de combustible. 3. Bomba de combustible. 4. Bypass de retorno de combustible 5. Válvula de regulación de presión, Primario. Incorporada a la bomba de combustible. 6. Bomba dosificadora de combustible 7. Filtro de aire. 8. Compresor de aire primario. 9. Ventilador de aire secundario. 10. Transformador de encendido. 11. Conducto de inyección de aire 12. Caña de combustible. 13. Electrodos de encendido. 14. Boquilla pulverizadora.

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5.2.4.

QUEMADOR DE PULVERIZACIÓN MECÁNICA CENTRÍFUGO O DE COPA ROTATIVA

El combustible se impulsa a través de un eje hueco a una pieza troncocónica, llamada copa. Que gira a gran velocidad (3.000 a 4.000 r.p.m., normalmente), al alcanzar el extremo de la copa, tiende a disgregarse en diminutas partículas.

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5.2.5.

QUEMADORES DE PULVERIZACIÓN MECÁNICA POR PRESIÓN DIRECTA

Son los quemadores que casi en exclusiva se emplean hoy en las instalaciones de climatización. Elementos que constituyen los quemadores de pulverización mecánica por presión

o Bomba y circuito de combustible 1 Alimentación de combustible 2 Filtro 3 Bomba 4 Retorno 5 Regulador de presión 11 Boquilla de pulverización oVentilador y circuito de aire 6 Ventilador 9 Distribución de aire o Cabeza de combustión 10 Cabeza de combustión o Circuito de encendido 7 Transformador 8 Electrodos de encendido o Elementos de seguridad, control y mando

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5.3.

PARTES ESCENCIALES DE UN QUEMADOR Bomba y circuito de combustible La función de la bomba y el circuito de combustible es poner en la boquilla de pulverización el combustible en la cantidad y en el estado (presión y temperatura) requeridos por el quemador en cada instante.

Esquema de la bomba y circuito de combustible de un quemador de fuelóleo modulante con una sola boquilla de pulverización

Filtro Retener cualquier tipo de impureza en estado sólido Ser lo suficientemente robusto para resistir sin deformarse ni roturas las presiones de trabajo Las pérdidas de carga del fluido al atravesar el filtro deben ser bajas Ser fácilmente limpiable.

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Bomba La bomba comprime el combustible a la presión necesaria para producir su atomización a la salida de la boquilla. (7 a 14 kg/cm2 para el gasóleo C y 17 a 25 kg/cm2 para fuelóleos, siendo lo usual 12 kg/cm2 para el gasóleo y 22 kg/cm2 para el fuelóleo) Son bombas volumétricas rotativas, normalmente de engranajes Dan pequeños caudales y elevadas presiones, son de caudal constante

1. Cámara de aspiración; 2. Conexión de aspiración; 3. Conjunto engranajes; 4. Conexión retorno; 5.Conductos en presión; 6. Envío a boquilla; 7. Muelle regulación presión; 8. Racor de retorno; 9. Conducto de retenes; 10. Cámara de retenes; 11. Tapón de retorno; 12. Tapa de engranajes; 13. Toma para manómetro; 14. Pistón regulación presión; 15. Prisionero regulación presión; 16. Conducto lubrificación eje.

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Boquilla de pulverización El combustible sometido a una gran presión, es obligado a salir por un orifico pequeño después de haber recibido un movimiento de rotación. El movimiento de rotación se origina, al obligar al combustible a pasar por una hélice antes de llegar al orificio de salida. La fuerte caída de presión que experimenta el combustible al salir se transforma en un aumento de velocidad, que origina la atomización del combustible. Parámetros a considerar en la selección:

o Forma del hogar o Potencia térmica de la caldera o Tipo de combustible

Marcado de las boquillas estándar Detalla el caudal de la boquilla en USgal/hr, la forma y el ángulo de pulverización a 700 kPa (x 10-2 bar) con combustible de prueba de 3.4 mm2/s y 820 Kg/m3

kg/h. Capacidad del combustible en kilogramos por hora con una viscosidad de 4,4 cSt, un peso específico de 0,83 y una presión de atomización de 7 bar.Usgal/h. Capacidad del combustible líquido en galones US por hora con una viscosidad de 3,4 cSt, un peso específico de 0,82 y una presión de 7 barl/h. Capacidad del combustible líquido en litros por hora con una viscosidad de 3,4 cSt, un peso específico de 0,82 y una presión de atomización de 7 bar. 60º. Angulo de rociado S, H, B. Cono de salida Angulo de pulverización Existen seis ángulos de pulverización estandarizados

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Cono de llama - Hueco, Semihueco y Lleno

Tipos de boquillas de pulverización

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o Presión directa. o Con retorno. o Presión directa con ranura regulable. o Pistón. o Doble circuito

Ventilador y circuito de aire Forman el circuito de aire de combustión Suministran la cantidad de aire necesaria para la combustión. Aseguran una cierta calidad de este aire, imprimiendo una velocidad y una turbulencia MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO que favorezca la mezcla homogénea Debe vencer la contrapresión del hogar

Distribución del aire El cabezal de distribución de aire está formado, en general, por un estabilizador o deflector y por el cañón de llama, con ciertas posibilidades de movimiento relativo entre ellos.

Cabeza de combustión Es el lugar donde el circuito de aire y de combustible aporta el aire y el combustible respectivamente y tiene lugar la llama. Es importante: 

Los caudales que aportan



El centrado del deflector de aire y la boquilla de pulverización MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 

La distancia entre la salida de la boquilla y el deflector.

Circuito de encendido Se utiliza el encendido eléctrico por arco de chispa que salta entre dos electrodos. Los elementos del circuito son: Transformador eléctrico Electrodos Porta electrodos

Transformador El transformador se alimenta en baja como el resto del quemador y produce en el secundario entre 10.000 y 12.000 voltios con una intensidad del arco de 25 a 50 miliamperios.

Electrodos de encendido Son varillas de níquel o acero inoxidable 18/8 de unos 2 mm de diámetro que se alojan en una envoltura de cerámica aislada de 12 a 14 mm de diámetro. Cada constructor da para sus quemadores unas distancias concretas que oscilan: A entre 3 y 5 mm. B entre 8 y 12 mm, según el ángulo de pulverización C entre 1 y 5 mm D que se da a veces entre 4 a 6 mm. MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Elementos de seguridad y control El funcionamiento del quemador y el gobierno automático del mismo y de cada uno de sus órganos se realiza a través del programador Las funciones de gobierno del quemador son:



Alimentación del transformador de encendido que produce la chispa



Alimentación del motor eléctrico del quemador que acciona bomba y turbina.



Corte de alimentación de los electrodos si el encendido ha sido correcto



Detección de la marcha del quemador por orden del termostato de caldera, presostato o del termostato ambiente.



Vigilancia permanente del quemador cuando está funcionando



Tentativa de re-encendido en caso de detección por un mal funcionamiento



Bloqueo en posición de seguridad



Puesta en marcha de alarma

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6. CONCLUSIONES 

Existen varios tipos de triturado del carbón entre ellos tenemos como los más conocidos el de chancado mediante un mecanismo de golpeteo a la roca, y el de MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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



triturado mediante un tornillo sin fin el cual es el más eficiente y el más usado en la industria. Con respecto a los quemadores en base a carbón y bagazo, estas no son muy eficiente comparados con el de petróleo, ya que los combustibles sólidos no se quema totalmente, y producen escoria, por lo contrario como si es el caso de un combustible líquido que su combustión es casi completa. El funcionamiento de un quemador de carbón y bagazo es muy artesanal ya que se necesita de operarios, para controlar la entrada de combustible, esas operaciones hacen que la caldera disminuya en su eficiencia añadiendo además otros factores ya mencionados.

7. BIBLIOGRAFÍA MARTIN ZAVALETA BRYAN WILSON

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO      

http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/Guia-basica-calderas-industrialeseficientes-fenercom-2013.pdf http://www.simco.gov.co/portals/0/publicaciones/Documentos/Calderas.pdf http://www.lippel.com.br/lippel/uploads/downloads/16-07-2014-1541caracterizacion-del-bagazo-de-cana-de-azucar.pdf http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/825/1/66288G215ep.pdf http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Ecosolar/Ecosolar18/HTML/articulo05.htm file:///C:/Users/pc/Downloads/Sun-G-6-R.pdf

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