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| Sistema de combustión con quemador de vórtice |
Antiguamente las calderas para la generación del vapor estaban diseñadas con el propósito de quemar todo el bagazo producido en las fábricas, y de esta forma evitar el problema de la disposición de un residuo sólido como el bagazo. Con el desarrollo de la tecnología, la diversificación del mercado y la creación de nuevas industrias, el bagazo pasó de ser un residuo sólido a ser materia prima para industrias como la del papel y los aglomerados.
En la actualidad, la producción de excedentes de bagazo con el propósito de abastecer otras industrias, la necesidad de ahorrar energía y la posibilidad de generar suficiente energía como para producir un excedente que se pueda vender han impulsado a los ingenios a mejorar la eficiencia de la combustión del bagazo en las calderas.
La cantidad de contaminantes emitidos a la atmósfera durante el proceso de combustión del bagazo depende principalmente de las características del combustible, del tipo de quemador y del tipo de parrilla. Esto quiere decir que cualquier mejora que se implemente al respecto puede disminuir la emisión de contaminantes a la atmósfera.
Algunos de los factores que determinan la eficiencia global de una caldera son : La temperatura del flujo de gases a la chimenea, el nivel de exceso de aire, la humedad del bagazo, la composición de los gases de chimenea, las pérdidas por radiación y el porcentaje de inquemados en el combustible.
Basados en la posibilidad que brinda el secado de bagazo de realizar la combustión de la biomasa en suspensión, se desarrolló una nueva tecnología para la quema de bagazo en los hornos de las calderas.
Tecnología avanzada de combustión
Esta tecnología desarrollada para aumentar la capacidad de las calderas de bagazo de quema en suspensión se basa en el concepto del quemador de vórtice combinado con el secado neumático a altas temperaturas.
El quemador de vórtice representa un avance significativo en la combustión de biomasa, ya que incorpora muchos aspectos que no habían sido tenidos en cuenta para el diseño de otros quemadores como son :
El gas a alta temperatura se extrae por un ducto en una de las paredes cerca al tope de la cámara del horno, inmediatamente se mezcla con aire del ambiente, con lo cual se controla la temperatura a la entrada del secador para regular la generación de monóxido de carbono y asegurar una velocidad adecuada para transportar el bagazo en las columnas del secador. A la salida del secador, la temperatura de los gases disminuye a 160°C y la humedad del bagazo a 12 %, el bagazo seco se separa en el ciclón y los gases se descargan directamente a la chimenea. Es muy importante tener en cuenta que los ciclones no presentan eficiencias del 100 %, lo que nos indica que se pueden producir pérdidas de bagazo seco.
El bagazo seco se alimenta al sistema de transporte primario por medio de un alimentador especialmente diseñado, se transporta neumáticamente hasta el quemador de vórtice localizado sobre una de las paredes del horno, opuesta al ducto para la toma de los gases del secador. El sistema de tiro forzado proporciona el aire secundario y terciario para la operación del quemador.
El quemador de vórtice crea una llama estable y bajo control que produce gases de alta temperatura y quema de bagazo eficiente. El aire necesario para la combustión completa es suministrado a través del quemador.
Características de operación
El quemador de vórtice genera una llama estable de alta intensidad que quema la mayoría del bagazo que entra. Solamente las partículas más grandes de bagazo salen de la zona cercana a la llama y se mueven dentro del espacio libre del horno.
Deposición en la parrilla : La deposición de bagazo no quemado sobre la parrilla es mínima, las partículas que caen a la parrilla se queman rápidamente y forman una capa delgada de bagazo uniformemente quemado. La temperatura de las barras de la parrilla permanece por debajo de 250°C.
Estabilidad del quemador
La humedad del bagazo se mantiene aproximadamente al 12 %, bajo estas condiciones la estabilidad de la llama es excelente; la carga mínima del quemador sin necesitar combustibles de soporte es el 20 % de la capacidad de diseño, la máxima estabilidad de la llama se puede mantener para bagazo con una humedad del 28 %, el límite es 32 %.
El sistema SBCS produce un aumento en la generación de vapor del 60 % sobre la cantidad de vapor que produciría con bagazo normal.
Cambios en el bagazo
El sistema SBCS no se ve afectado si se suministra bagazo más húmedo a la estación de calderas ya que el secador mantiene el suministro de bagazo seco al quemador, esta es una de las mayores ventajas del sistema.
Los sistemas de esparcidores existentes en la mayoría de las calderas pueden sufrir daños y disminuir la presión del vapor debido a la humedad del bagazo.
Secado de bagazo
El secado de bagazo se puede efectuar con gases a altas o bajas temperaturas ; la principal ventaja del secado a baja temperatura es el aumento de la eficiencia de la caldera, utilizando gases a baja temperatura el bagazo sólo se puede secar hasta una humedad del 35 %.
La selección de la temperatura de secado depende del diseño de la caldera, de los requerimientos de eficiencia y del aumento en la capacidad de generación de vapor.
Factores de diseño de la caldera
La reducción de la humedad del bagazo aumenta la capacidad de generación de vapor de la caldera, el cual depende de el diseño específico de la misma. Antes de decidirse por la instalación de un quemador de vórtice en una determinada caldera, es necesario evaluar y revisar el diseño de la caldera para estar seguros de que los parámetros y límites de diseño no se excederán, y en consecuencia, no se disminuirá la seguridad de la caldera.
Entre las limitaciones que se deben tener en cuenta cuando se desea incrementar la capacidad de generación de vapor de una caldera figuran : La temperatura de salida de los gases del horno, limitada por las características de formación de escoria de la ceniza del bagazo ; la velocidad promedio del gas en el banco de tubos que no puede pasar de 15 m/s en los diseños con baffles (la velocidad del gas en el banco de tubos es independiente de la técnica de combustión) ; el tiempo mínimo de residencia en el horno para una quema aceptable del bagazo ; la capacidad de separación de vapor, la circulación del agua en las paredes del horno; la capacidad de los ventiladores de tiro forzado e inducido y la capacidad del colector de partículas.
En la Tabla se comparan las cifras calculadas para la transferencia de calor y la absorción de calor en dos calderas que funcionan en Australia, cuando se quema bagazo húmedo y seco.
La cantidad de contaminantes emitidos a la atmósfera durante el proceso de combustión del bagazo depende principalmente de las características del combustible, del tipo de quemador y del tipo de parrilla. Esto quiere decir que cualquier mejora que se implemente al respecto puede disminuir la emisión de contaminantes a la atmósfera.
Algunos de los factores que determinan la eficiencia global de una caldera son : La temperatura del flujo de gases a la chimenea, el nivel de exceso de aire, la humedad del bagazo, la composición de los gases de chimenea, las pérdidas por radiación y el porcentaje de inquemados en el combustible.
Basados en la posibilidad que brinda el secado de bagazo de realizar la combustión de la biomasa en suspensión, se desarrolló una nueva tecnología para la quema de bagazo en los hornos de las calderas.
Tecnología avanzada de combustión
Esta tecnología desarrollada para aumentar la capacidad de las calderas de bagazo de quema en suspensión se basa en el concepto del quemador de vórtice combinado con el secado neumático a altas temperaturas.
El quemador de vórtice representa un avance significativo en la combustión de biomasa, ya que incorpora muchos aspectos que no habían sido tenidos en cuenta para el diseño de otros quemadores como son :
- Combustión directa del combustible sin pulverización.
- Estabilidad de llama para combustibles con humedades altas (> 25 %) sin necesidad de combustibles auxiliares de soporte.
- Geometría simplificada del quemador.
El gas a alta temperatura se extrae por un ducto en una de las paredes cerca al tope de la cámara del horno, inmediatamente se mezcla con aire del ambiente, con lo cual se controla la temperatura a la entrada del secador para regular la generación de monóxido de carbono y asegurar una velocidad adecuada para transportar el bagazo en las columnas del secador. A la salida del secador, la temperatura de los gases disminuye a 160°C y la humedad del bagazo a 12 %, el bagazo seco se separa en el ciclón y los gases se descargan directamente a la chimenea. Es muy importante tener en cuenta que los ciclones no presentan eficiencias del 100 %, lo que nos indica que se pueden producir pérdidas de bagazo seco.
El bagazo seco se alimenta al sistema de transporte primario por medio de un alimentador especialmente diseñado, se transporta neumáticamente hasta el quemador de vórtice localizado sobre una de las paredes del horno, opuesta al ducto para la toma de los gases del secador. El sistema de tiro forzado proporciona el aire secundario y terciario para la operación del quemador.
El quemador de vórtice crea una llama estable y bajo control que produce gases de alta temperatura y quema de bagazo eficiente. El aire necesario para la combustión completa es suministrado a través del quemador.
Características de operación
El quemador de vórtice genera una llama estable de alta intensidad que quema la mayoría del bagazo que entra. Solamente las partículas más grandes de bagazo salen de la zona cercana a la llama y se mueven dentro del espacio libre del horno.
Deposición en la parrilla : La deposición de bagazo no quemado sobre la parrilla es mínima, las partículas que caen a la parrilla se queman rápidamente y forman una capa delgada de bagazo uniformemente quemado. La temperatura de las barras de la parrilla permanece por debajo de 250°C.
Estabilidad del quemador
La humedad del bagazo se mantiene aproximadamente al 12 %, bajo estas condiciones la estabilidad de la llama es excelente; la carga mínima del quemador sin necesitar combustibles de soporte es el 20 % de la capacidad de diseño, la máxima estabilidad de la llama se puede mantener para bagazo con una humedad del 28 %, el límite es 32 %.
El sistema SBCS produce un aumento en la generación de vapor del 60 % sobre la cantidad de vapor que produciría con bagazo normal.
Cambios en el bagazo
El sistema SBCS no se ve afectado si se suministra bagazo más húmedo a la estación de calderas ya que el secador mantiene el suministro de bagazo seco al quemador, esta es una de las mayores ventajas del sistema.
Los sistemas de esparcidores existentes en la mayoría de las calderas pueden sufrir daños y disminuir la presión del vapor debido a la humedad del bagazo.
Secado de bagazo
El secado de bagazo se puede efectuar con gases a altas o bajas temperaturas ; la principal ventaja del secado a baja temperatura es el aumento de la eficiencia de la caldera, utilizando gases a baja temperatura el bagazo sólo se puede secar hasta una humedad del 35 %.
La selección de la temperatura de secado depende del diseño de la caldera, de los requerimientos de eficiencia y del aumento en la capacidad de generación de vapor.
Factores de diseño de la caldera
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| Transferencia de calor calculada para la combustión de bagazo húmedo y seco |
Entre las limitaciones que se deben tener en cuenta cuando se desea incrementar la capacidad de generación de vapor de una caldera figuran : La temperatura de salida de los gases del horno, limitada por las características de formación de escoria de la ceniza del bagazo ; la velocidad promedio del gas en el banco de tubos que no puede pasar de 15 m/s en los diseños con baffles (la velocidad del gas en el banco de tubos es independiente de la técnica de combustión) ; el tiempo mínimo de residencia en el horno para una quema aceptable del bagazo ; la capacidad de separación de vapor, la circulación del agua en las paredes del horno; la capacidad de los ventiladores de tiro forzado e inducido y la capacidad del colector de partículas.
En la Tabla se comparan las cifras calculadas para la transferencia de calor y la absorción de calor en dos calderas que funcionan en Australia, cuando se quema bagazo húmedo y seco.
Fuente: Tecnologías Limpias
