Analizador de oxígeno para mejorar la eficiencia de la combustión en calderas

Por qué el uso de un analizador de oxígeno ayuda a mejorar la eficiencia de la combustión en calderas

Muchas industrias dependen de calderas y hornos para llevar a cabo el proceso fundamental de utilizar llamas con fines de calefacción. Para que este tipo de equipos funcionen con eficacia, es necesario un equilibrio preciso de oxígeno y combustible que permita una combustión completa.

En este blog exploramos el papel que desempeñan los analizadores de oxígeno como parte de un sistema de ajuste de O2 que ayuda a mantener este equilibrio de oxígeno y combustible y, por tanto, una combustión eficiente.  

Control de la combustión

Existen varias condiciones que pueden afectar a la relación aire/combustible en un proceso de combustión, incluidos los cambios atmosféricos (por ejemplo, cambios en la presión y la temperatura del aire) y la composición y calidad del combustible. Para reducir los riesgos potenciales en el proceso de combustión, los ingenieros suelen diseñar sus calderas de forma que utilicen un exceso de aire en el proceso de combustión. Esto reduce los riesgos de seguridad en condiciones de funcionamiento variables. Sin embargo, a pesar de crear un margen de seguridad, el uso de un enfoque de "poco combustible" reduce la eficiencia y aumenta la cantidad de combustible utilizado en el proceso de combustión.

Si la mezcla aire/combustible no tiene suficiente oxígeno (rica en combustible), puede producirse una combustión incompleta, lo que da lugar a la formación de monóxido de carbono, hollín e incluso una explosión si el hollín acumulado y otros componentes no quemados obtienen de repente suficiente oxígeno para arder rápidamente. Si hay demasiado O2/aire en la mezcla (poco combustible), se reduce el rendimiento debido a la energía extra desperdiciada calentando el volumen innecesario de aire.

Hay 3 consideraciones principales para lograr el control de la combustión:

1. Seguridad del personal y de los equipos.

2. Reducción de los costes de combustible (eficiencia)

3. Normativa de control de emisiones

Cómo mantener una caldera funcionando de la forma más eficiente posible?

Utilice un sistema de ajuste de oxígeno. Un sistema de ajuste de O2 está diseñado para medir continuamente el oxígeno en los gases de combustión, enviando la lectura de oxígeno a un controlador que mantiene una relación aire/combustible óptima en la zona de combustión de la caldera.

Un analizador de oxígeno (como parte de un sistema de ajuste de O2):

Mejora la seguridad - la medición de O2 en aplicaciones de combustión reduce el riesgo de explosión, que puede provocar la pérdida de vidas humanas o daños importantes en los equipos. Aunque es difícil medir con precisión los costes financieros, los daños materiales debidos a explosiones de calderas ascienden a millones de dólares cada año. Y la pérdida de vidas humanas nunca es aceptable.

Mejora la eficiencia de la combustión (ahorro de combustible y retorno de la inversión) - la eficiencia de la caldera se ve afectada por la concentración de exceso de aire en los gases de combustión. Por ejemplo, con un 5% más de exceso de aire (1% más de O2) en el proceso de combustión de lo necesario, la eficiencia cae aproximadamente un 0,5%. Si no se ajusta, el gas de combustión de la caldera puede variar al menos un 2% de oxígeno al día (aumentando o disminuyendo en función de los cambios de temperatura, densidad del aire y calidad del combustible a lo largo del día). Esta variación del 2% de O2 corresponde a una pérdida de eficiencia de la caldera del 1%. Ahorrar sólo un 1% de eficiencia a lo largo de un año puede suponer un enorme ahorro en costes de combustible, especialmente con la subida de los precios del gas natural en todo el mundo. Si una factura de combustible normal es de 10.000.000 $ al año, un ahorro del 1% en combustible equivaldría a 100.000 $. Añadir un analizador de O2 y un sistema de trimado costaría una fracción de esa cantidad y proporcionaría un retorno de la inversión casi inmediato.

Reduce los costes de mantenimiento - el uso de un sistema de ajuste de O2 en tiempo real mantendrá una mezcla adecuada de aire/combustible en el proceso de combustión reduciendo la cantidad de hollín acumulado dentro de la cámara de calentamiento. Un ajuste de O2 adecuado también reduce la obstrucción de los orificios de admisión/escape, el ensuciamiento de los quemadores y los riesgos de explosión debidos a combustibles no quemados o a la acumulación de CO.

Reduce las emisiones - Cuando los equipos de caldera alcanzan un determinado tamaño, se imponen restricciones de emisiones y cumplimiento de la normativa en cada aplicación. Un sistema adecuado de recorte de O2 en estos dispositivos de combustión reduce la cantidad de subproductos de gases de escape que producen (normalmente CO2, CO, NOx, Sox) y los mantiene dentro de unos niveles aceptables. El incumplimiento de los niveles obligatorios de emisiones puede dar lugar a multas, decretos de consentimiento e incluso cierres de producción.

Analizadores de oxígeno para el control de la combustión

Existen varios tipos de analizadores de oxígeno utilizados en el control de la combustión, desde los TDL (láser de diodo sintonizable) hasta los de óxido de circonio y metal. Muchos factores pueden influir en el tipo de analizador de O2/sistema de ajuste que adquiere un cliente. Entre ellos se incluyen:

1. Tamaño de la caldera y eficiencia del combustible. Las grandes calderas industriales y comerciales consumen grandes cantidades de combustible (por ejemplo, gas natural, petróleo, carbón, biogás) y siempre querrán que su sistema de combustión esté ajustado para obtener la máxima eficiencia y ahorro de combustible.

2. Temperatura. Las calderas paquete suelen funcionar a temperaturas inferiores a 400degC (752degF). Los calentadores/hornos pueden funcionar a temperaturas de hasta 1400degC (2552degF).

3. Clasificación de área. Las calderas que funcionan en entornos clasificados como áreas peligrosas requieren un analizador de combustión con clasificación de área.

4. Coste. Siempre es un factor a tener en cuenta, incluso una gran empresa de calderas buscará el valor de un analizador de O2/sistema de ajuste.

5. Lugar de Instalación. La instalación de una sonda larga en el conducto de humos o de un pequeño sensor OEM en el controlador del quemador permite una instalación flexible en múltiples tipos de sistemas.

Los tipos de caldera y el coste influyen en la tecnología que adquirirán los clientes para un sistema de medición/control de O2. Además de la seguridad, el ahorro de combustible/ROI suele ser la principal justificación de compra.

Resumen

Un analizador de oxígeno es una herramienta fundamental para mejorar la eficiencia de la combustión en calderas, ya que proporciona a los operadores la capacidad de controlar la cantidad de oxígeno en el proceso de combustión, con datos en tiempo real para ajustar y optimizar las condiciones de combustión.

Un analizador de oxígeno mide la cantidad de oxígeno en los gases de combustión producidos por el proceso de combustión y la compara con la cantidad teórica de oxígeno necesaria para una combustión completa.

Con datos precisos, los operarios de la planta pueden realizar ajustes en la relación aire/combustible para lograr un rendimiento óptimo de la combustión. Un exceso de oxígeno en el proceso de combustión puede provocar una combustión incompleta y un aumento de las emisiones, mientras que la falta de oxígeno puede causar emisiones de monóxido de carbono (CO) y otros riesgos para la seguridad. Mediante la supervisión continua de los niveles de oxígeno y el ajuste de la relación aire/combustible según sea necesario, los operadores de la planta pueden mantener un proceso de combustión seguro y eficiente.

Los operadores de la planta pueden mantener un proceso de combustión seguro y eficiente.