Tecnologías para mejorar la eficiencia energética en hornos y calderas

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Las nuevas tecnologías permiten optimizar el proceso de combustión de instalaciones que procesan hidrocarburos. Restricciones económicas y ambientales requieren mejorar la operación a la vez que se mitigan las emisiones de dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y otras partículas. En este artículo describimos los criterios generales la implementación de una nueva tecnología de control de la combustión. El objetivo del proyecto es reducir las emisiones de CO2 y NOx y mejorar la fiabilidad.

Antecedentes del problema

La mejora del proceso de combustión ofrece el mayor potencial de ahorro independientemente de la operación de calderas y hornos industriales.

A pesar de la importancia económica y ambiental de los procesos de combustión, estas operaciones implican un bajo nivel de control y supervisión. Estos procesos son gobernados por unas pocas variables globales tales como el exceso de oxígeno o la producción del proceso, que no tienen control directo sobre las condiciones de la combustión.

La operación de hornos y calderas se suele controlar mediante procesos estandarizados basados en la experiencia, en vez de utilizar información online efectiva y sistemas de control de la llama.

Tecnología de control de hornos

La eficiencia y emisiones de los hornos y calderas industriales depende en gran medida de la distribución correcta del combustible y el suministro de aire en el proceso de combustión. Asimismo, la relación aire/combustible en localizaciones críticas impacta severamente en los parámetros del horno. Por lo tanto, controles más estrictos de la combustión pueden ayudar a equilibrar el proceso de combustión.

La tecnología de optimización de la combustión depende de un control en bucle cerrado de las condiciones de la combustión local, promoviendo el llamado “horno controlado”. Esta operación es un factor crítico para asegurar los máximos beneficios del ajuste de las variables de la combustión cuyo ajuste directamente impacta en la eficiencia de la unidad y formación de óxidos de nitrógeno.

Tecnologías avanzadas de control

Las condiciones de control de los hornos permiten desarrollar una exacta vigilancia de la combustión, que es esencial para implementar la condición controlada de los hornos.

El control de hornos local guía al operador para obtener el ajuste más conveniente para cualquier quemador individual. Tales acciones facilitan la optimización total de la unidad de combustión. Las operaciones mejoradas incrementan la eficiencia de operación de la unidad y mitigan emisiones a la vez que proporcionan operaciones más seguras, flexibles y fiables.

Asimismo, las tecnologías de control del horno ayudan a identificar disfuncionamientos escondidos en horno o caldera que pueden incrementar los niveles de monóxido de carbono, incluso aunque la unidad trabaje bajo las condiciones correctas de operación.

Nuevos sistemas de regulación de la combustión

La implementación de unas condiciones del horno controladas implica, en la mayoría de los casos, una mejor capacidad de ajuste de la caldera. Una mejor operación de la caldera puede implicar una o una combinación de las siguientes condiciones:

• Automatización de las regulaciones manuales existentes de la habitación de control.

• Implementación de amortiguadores o válvulas de regulación de aire y combustible.

• Modificación en el diseño de quemadores existentes para incrementar su ajuste potencial.

Software experto para optimizar el control de la combustión

Las condiciones de hornos controlados se establecen en escenarios de bucles cerrados integrando los controles descritos previamente y las capacidades de regulación con sistemas de control de la combustión avanzada, que son configuradas para cada aplicación específica. Esta integración permite aplicar estrategias de optimización de la combustión con la máxima fiabilidad y beneficio.

Las principales características de estas estrategias se implementan dentro de un diseño de control de combustión experto apropiado que establece una forma subordinada al control principal de la unidad de combustión. Ambos sistemas de control no interfieren, ya que el control de la combustión experta sólo afectará a los ajustes no relacionados al control principal de la unidad.

Bibliografía: Improve efficiency of furnace and boiler. Hidrocarbon Processing September 2009.