AHORRO DE ENERGÍA CON SISTEMAS DE CONTROL DE COMBUSTIÓN O 2. yco

Transcripción

1 AHORRO DE ENERGÍA CON SISTEMAS DE CONTROL DE COMBUSTIÓN yco

2 AHORRO DE ENERGÍA CON SISTEMAS DE CONTROL DE COMBUSTIÓN yco control LA IMPORTANCIA DE OPTIMIZAR LA COMBUSTIÓN PLUS CONTROL ALTOS RENDIMIENTOS DE COMBUSTIÓN PRESTACIONES CONSTANTES A LO LARGO DEL TIEMPO RÁPIDA AMORTIZACIÓN DEL CONTROL DE REDUCCIÓN DE LOS TIEMPOS DE MANTENIMIENTO DEL GENERADOR DE CALOR El control continuo del contenido de oxígeno en la salida de humos (chimenea) de una caldera implica ahorros de combustible efectivos porque permite que el quemador funcione con un exceso de aire mínimo en todo su campo de trabajo. De esta manera, el consumo de energía se reduce sin perjudicar las prestaciones y, al mismo tiempo, se mejora la eficacia de todo el sistema de combustión y disminuyen las emisiones y los costes generales de funcionamiento. En las aplicaciones industriales, donde el coste de la energía es fundamental, el ahorro energético permite reducir considerablemente el coste del producto final. Quemador mod. GI 1000 LX ME Funcionamiento con gas natural Instalado en calderas de 12 t/h de vapor 2

3 UN DERROCHE DE ENERGÍA Si las condiciones ambientales fueran constantes, podríamos regular el quemador con un exceso de aire mínimo sin ningún problema, teniendo la seguridad de que se mantendría constante. Pero, en la realidad, los valores de combustión calibrados por el técnico durante el encendido no se mantienen constantes, debido a factores ambientales que influyen en la composición de la mezcla combustible-aire, y perjudican la eficacia del sistema de combustión. control Pero cuáles son los factores que influyen negativamente en la combustión? El exceso de aire comburente cambia según la temperatura, la presión, la contrapresión del hogar y el tiro de la chimenea. Por su parte, el combustible puede presentar variaciones de poder calorífico, temperatura, presión, viscosidad, densidad, o también variaciones de caudal debidas, por ejemplo, a la presencia de suciedad en los filtros. Incluso desde el punto de vista mecánico, las histéresis (juegos) crean inevitablemente variaciones en la regulación de la combustión. Cómo se compensan los factores que influyen en la combustión? Aumentando el exceso de aire, lo que se traduce en una disminución del rendimiento de combustión. Un buen técnico se conforma con un 10-15% de exceso de caudal de aire de seguridad para compensar los factores mencionados, que están presentes en cualquier instalación, pero una práctica común consiste en suministrar excesos de aire superiores, precisamente para evitar problemas de combustión durante el invierno. La masa de aire caliente que sale por la chimenea no aporta ninguna contribución calórica y es la principal causa de pérdida de eficacia. Utilizando la fórmula de Siegert, podemos calcular la eficacia de la combustión A2 Q s = (t f - t a ) + B [%] 21 - η = Q S Q S = pérdida de calor en la chimenea T f = temperatura de los humos T a = temperatura del aire comburente η = rendimiento de la combustión = oxígeno medido A2, B = valores típicos del combustible (véase tabla) COMBUSTIBLE A2 B GAS NATURAL 0,66 0,009 GASÓLEO 0,68 0,007 fuel pesado 0,61 0,010 A partir de esta fórmula podemos ver que a cada reducción del 1% de le corresponde un aumento de eficacia de aproximadamente 0,6% en el caso del gas, 0,7% en el caso del gasóleo y 0,75% en el caso del aceite combustible, considerando que, a cada reducción de oxígeno, le corresponde un cambio de la temperatura de los humos. 3

4 control UNA SOLUCIÓN EFICAZ EL CONTROL DEL OXÍGENO El control del oxígeno sirve para mantener constante la mezcla de combustible y aire comburente, incluso en condiciones ambientales desfavorables. El exceso de aire se mantiene en los valores óptimos. El quemador funciona en todo su campo de trabajo siguiendo la curva del oxígeno establecida por el técnico durante el encendido del quemador (véase gráfico abajo). De todos modos, es posible excluir la regulación de, y el quemador seguirá funcionando en una curva básica con un exceso de aire de seguridad (establecido durante el encendido del quemador). CURVA DE REGULACIÓN DEL EN FUNCIÓN DE LA POSICIÓN DE CARGA Los valores de oxígeno son indicativos y están referidos a generadores de calor de 3 pasos. Los valores de oxígeno óptimos pueden cambiar según el tipo de caldera. CÓMO FUNCIONA EL CONTROL DE 4 El valor de oxígeno medido por la sonda se compara continuamente con el valor de referencia establecido en la curva. Una eventual diferencia entre ambos valores (medido/referencia) genera una señal de corrección que se trasmite al servomotor del aire comburente o a un inverter que regula el caudal de aire modificando la velocidad del ventilador. La corrección del oxígeno se realiza de modo continuo y automático, y garantiza un alto rendimiento de combustión y un bajo nivel de contaminación. Con la medición constante del contenido de O2 en los humos y la consiguiente corrección del aire comburente, se compensan todos los factores que influyen en la composición de la mezcla combustible-aire y se obtienen altos rendimientos de combustión. Las sondas que se utilizan para la medición del oxígeno son de bióxido de zirconio, fiables, precisas, estables y de respuesta casi instantánea. No necesitan mantenimiento ni calibración con gases de muestra, ni siquiera en caso de sustitución. Constituyen uno de los sistemas más fiables para medir el oxígeno en los humos. El control del oxígeno se puede aplicar a cualquier combustible.

5 ESQUEMA GENERAL DEL CONTROL DE Y DEL CONTROL DE CO control CALCULEMOS EL AHORRO Para calcular el ahorro de energía derivado del uso del control de es necesario conocer el tipo de caldera, la potencia del hogar, el tipo de combustible, el coste del combustible, el valor actual de en los humos, las horas de funcionamiento y la distribución aproximada de las cargas. Supongamos que tenemos un generador de calor de 3 vueltas de humo de 3MW con quemador modulante de gas natural utilizado con una relación de modulación de 1/3. El quemador funciona horas al año y el gasto anual de combustible es de aproximadamente euros. El quemador utiliza en una proporción del 6,5% a la carga mínima, 6% a la carga media y 5% a la carga máxima. Para calcular la distribución de las cargas, supongamos que, durante el 33% del tiempo de funcionamiento, el quemador trabaja a la carga mínima, durante el 33%, a la carga media, y durante el 34%, a la carga máxima. Supongamos también que los valores de oxígeno que se pueden garantizar con el control de instalado son 3% a la carga mínima, 2,5% a la carga media y 2% a la carga máxima. Resumamos todo en una tabla. POTENCIA DEL HOGAR 3MW TIPO DE CALDERA 3 pasos COMBUSTIBLE GAS VALOR ACTUAL DE CARGA MÍN. 6,5% CARGA MED. 6% CARGA MÁX. 5% HORAS DE FUNCIONAMIENTO h/año CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS CARGA MÍN. 33% CARGA MED. 33% CARGA MÁX. 34% VALOR DE CON REGULACIÓN DEL CARGA MÍN. 3% CARGA MED. 2,5% CARGA MÁX. 2% Considerando que, con combustible gas, a cada reducción del 1% de le corresponde una mejora de la eficacia de aproximadamente el 0,6%, es sencillo calcular el ahorro anual. A la carga mínima se obtiene una mejora de la eficacia del (6,5-3) x 0,6 x 0,33 = 0,693% A la carga media (6-2,5) x 0,6 x 0,33 = 0,693% A la carga máxima (5-2) x 0,6 x 0,34 = 0,612% El ahorro promedio es del 2% anual (0, , ,612), en este caso euros/ año. En la realidad, el cálculo del ahorro de energía con control de es un poco más complejo, porque hay que tener en cuenta la variación del poder calorífico del combustible y la variación de la temperatura entre el verano y el invierno, por lo que concierne tanto al combustible como al aire comburente. Pero el cálculo es suficientemente preciso y ofrece una indicación de referencia fiable. La experiencia práctica demuestra que con el control de O2 se puede obtener una mejora de hasta el 3% Pero volvamos a nuestros euros/año. La consideración que hay que hacer es qué promedio de vida tiene un quemador? Al menos años. Quiere decir que, en el caso específico, el ahorro durante la vida útil del quemador puede estar entre y euros. Sin duda, la cifra será mayor puesto que el precio del combustible difícilmente se mantendrá en su valor actual durante años. La rápida amortización del sistema de control de es evidente. 5

6 control CO ADEMÁS DEL CONTROL DE... CONTROL DE CO MÁXIMO AHORRO DE ENERGÍA EN LA GESTIÓN DE CÓMO FUNCIONA EL CONTROL DE CO 6 La sola medición del contenido de en los gases en la salida no es suficiente para indicar la combustión completa. Es importante medir y reducir el contenido de gases sin quemar en la salida. El sistema de combustión con control de CO busca el punto de funcionamiento óptimo del quemador con muy bajo exceso de aire, cerca del lado de las emisiones, lo fija, lo mantiene y, si es necesario, lo sigue optimizando y vigilando. Con el control de CO, el técnico no necesita programar la curva de trabajo ya que el sistema busca el punto de mejor rendimiento de combustión posible, a cada instante y de modo automático. El control electrónico de la llama regula la combustión del quemador sin intervenir en el regulador de carga y reduce continuamente el aire comburente mediante un inverter, si lo hay (solución aconsejada), o mediante el servomotor del aire en cada punto de la curva de carga, hasta que en la chimenea sólo se detecta la presencia de varias decenas de ppm de CO. Entonces, la regulación de la combustión se orienta hacia un lambda ligeramente mayor y obtiene el punto de trabajo óptimo. El quemador funciona en todo el campo de trabajo y de manera totalmente autónoma sobre el límite de las emisiones de CO y reduce al mínimo el exceso de aire (véase a título de ejemplo el gráfico en la página siguiente). Los puntos de trabajo óptimos están sujetos a una verificación de plausibilidad. Los puntos demasiado fuera de campo son eliminados o recalculados. Este procedimiento se repite cíclicamente para mantener los puntos de trabajo óptimos incluso en condiciones de clima y de instalación adversas. Es fundamental mantener los puntos de trabajo óptimos para asegurar el ahorro de energía, especialmente en el caso de los quemadores de gas. Cuando un quemador de gasóleo o de fuel pesado funciona con valores de combustión incorrectos, emite por una señal inconfundible la chimenea el humo. Incluso un usuario inexperto se dará cuenta que algo no funciona bien y llamará al técnico para un control de la combustión y una nueva regulación. En el caso de los quemadores de gas, no sale humo por la chimenea. Por más que el quemador funcione con graves excesos o faltas de aire (el CO es inodoro e incoloro), la caldera sigue suministrando agua caliente o vapor Estamos perdiendo dinero y no lo sabemos. Los valores de oxígeno son indicativos y están referidos a generadores de calor de 3 pasos. Con la monitorización del CO podremos garantizar altas prestaciones, ahorros considerables de combustible y baja contaminación. El sistema mide simultáneamente el valor de pero, en el caso de los quemadores de gas, dicho valor no se utiliza para la regulación de la combustión sino que solamente se monitoriza y visualiza. En el caso de los quemadores multicombustible existe la posibilidad de activar, en función del tipo de combustible, la regulación del CO o del (control de CO para funcionamiento con gas y control de para funcionamiento con gasóleo o fuel pesado). Desde el punto de vista electrónico, la tipología de aparato es idéntica a la del control de. La única diferencia es que, en este caso, en la chimenea tenemos una sonda con doble electrodo para medir el CO y el. Los valores de oxígeno óptimos pueden cambiar según el tipo de caldera.

7 CALCULEMOS EL AHORRO Refiriéndonos al ejemplo anterior, con el control de POTENCIA DEL HOGAR 3MW TIPO DE CALDERA 3 pasos COMBUSTIBLE GAS VALOR ACTUAL DE CARGA MÍN. 6,5% CARGA MED. 6% CARGA MÁX. 5% HORAS DE FUNCIONAMIENTO h/año CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS CARGA MÍN. 33% CARGA MED. 33% CARGA MÁX. 34% VALOR DE CON REGULACIÓN DEL CARGA MÍN. 3% CARGA MED. 2,5% CARGA MÁX. 2% VALOR DE CON REGULACIÓN DEL CO CARGA MÍN. 2,4% CARGA MED. 1,9% CARGA MÁX. 1,5% Con el control de, a la carga mínima se obtiene una mejora de la eficacia del (3-2,4) x 0,6 x 0,33 = 0,12% A la carga media, del (2,5-1,9) x 0,6 x 0,33 = 0,12% A la carga máxima, del (2-1,5) x 0,6 x 0,34 = 0,1% En el caso específico, con el control de CO se obtiene un ulterior ahorro (en comparación con el control de ) del 0,34% anual (0,12 + 0,12 + 0,1), que corresponde a euros/año; esto se suma a los euros/año anteriores, siendo el total de euros/año. Generalmente, en calderas de 3 pasos se obtiene una regulación de la combustión con un exceso de aire algo inferior a los valores indicados en la tabla, por lo que podemos afirmar que el control de la combustión de CO puede aumentar la eficacia energética en un 0,5% con respecto al control de. Si se utiliza un inverter para corregir el oxí- geno, se obtiene un ahorro de energía eléctrica de un 35-45% en el consumo del motor del ventilador, así como una reducción considerable del nivel de presión acústica, especialmente a la carga mínima. En nuestro ejemplo, el quemador de 3MW (por ej. BGN 300 LX) es alimentado por un ventilador con motor de 7,5 kw y funciona 5000 horas al año. Para simplificar, supongamos que, a la máxima potencia del hogar, es decir, a 3 MW, incluso en la versión con inverter, el quemador funciona a 50 Hz. En este caso, a la carga máxima, el consumo eléctrico será idéntico con ambas versiones. En la versión con inverter, está claro que los 50 Hz se obtienen sólo con el máximo caudal del quemador; en cuanto el quemador comienza a modular, se habrá una reducción progresiva del número de vueltas del ventilador y comenzará el ahorro de energía eléctrica. control CO Mediciones de laboratorio en tubos de prueba según la norma EN676. 7

8 control CO Calculemos el ahorro de energía a la carga media y mínima teniendo en cuenta los cálculos de carga indicados anteriormente. A carga media (2MW) sin inverter, el consumo aproximado será 4,7 kw x 1650 h = kwh A un coste de la energía de 0,15 euros/kwh, el coste energético anual será kwh x 0,15 Euro/KWh = 1.163,25 Euros Utilizando el inverter, el consumo anual será 2,43 kw x h = 4.009,5 kwh y el coste energético anual 4.009,5 kwh x 0,15 Euro/kWh = 601,43 Euros A carga mínima (1MW) sin inverter, el consumo aproximado será 3 kw x 1650 h = kwh A un coste de la energía de 0,15 euros/kwh, el coste energético anual será kwh x 0,15 Euro/KWh = 742,5 Euros Utilizando el inverter, el consumo anual será 1,3 kw x h = kwh y el coste energético anual kwh x 0,15 Euro/kWh = 321,75 Euros En resumen, el ahorro anual (aunque hay que considerar también la vida útil del quemador) obtenido a la carga media y a la carga mínima será ( ) - ( ) = 983 euros/año Como se ha dicho más arriba, el uso del inverter para corregir el oxígeno permite reducir el nivel de presión acústica, especialmente con cargas parciales. Mediciones de laboratorio en tubos de prueba según la norma EN676 a 1 metro de distancia del quemador. 8

9 MAYOR AHORRO ENERGÉTICO (hasta el 0,5% con respecto al control de ) INDEPENDIENTE DEL AIRE EXTE- RIOR la medición y la regulación de la combustión resultan sumamente fiables por ser independientes del aire exterior. A diferencia del control de, donde la lectura y la regulación podrían no ser exactas por falta de estanqueidad en el empalme caldera-chimenea y consiguiente infiltración de aire exterior, el control de CO es independiente del aire exterior, ya que la sonda no mide el oxígeno sino el CO. ABSOLUTA SEGURIDAD DE FUN- CIONAMIENTO este sistema garantiza la absoluta seguridad de funcionamiento, ya que los gases no quemados se miden directamente (no se calculan en función del oxígeno medido como ocurre en el control de ). DETERMINACIÓN AUTOMÁTICA DEL MÍNIMO EXCESO DE AIRE POSIBLE GRAN AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y FUERTE REDUCCIÓN DEL RUIDO si se utiliza un inverter para la corrección de Gracias a la evolución de las tecnologías, la difusión de aparatos electrónicos de costes accesibles permite realizar sistemas de regulación de la combustión cada vez más sofisticados y obtener excelentes prestaciones con calderas de mediana y alta potencia, de manera totalmente autónoma. La realización de quemadores con sistemas de optimización de la combustión integrados es indudablemente la mejor solución para garantizar el funcionamiento fiable. Ventajas del control de CO con respecto al control de Con la entrada en vigor del protocolo de Kioto, que penaliza a las empresas económicamente por la emisión de CO2 en el medio ambiente, resulta aún más importante prestar atención a la eficacia energética del sistema de combustión instalado. 9

10 FORMULARIO PARA EL CÁLCULO DEL AHORRO DE ENERGÍA TIPO DE CALDERA 3 pasos INVERSIÓN DE LLAMA OTRO (especificar) POTENCIA DEL HOGAR MW COMBUSTIBLE COSTE ANUAL DEL COMBUSTIBLE euros/año VALOR ACTUAL DE CARGA MÍN % CARGA MED % CARGA MÁX % HORAS DE FUNCIONAMIENTO (AÑO) h/año CÁLCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS CARGAS CARGA MÍN % CARGA MED % CARGA MÁX % VALOR DE CON REGULACIÓN DEL CARGA MÍN % CARGA MED % CARGA MÁX % VALOR CON REGULACIÓN DEL CO CARGA MÍN % CARGA MED % CARGA MÁX % AHORRO DE ENERGÍA ANUAL PREVISTO % 10

11 Quemador mod. TS 3G AC ME CO V ( kw) Funciona con gas natural, tipo vertical aire caliente 105 C. Instalados sobre una caldera de aceite diatérmico de kw. Control remoto con conexión MOD BUS. Instalaciones y aplicaciones Quemador mod. BGN 250 ME CO V (2.500 kw) Funciona con gas natural. Instalación en calderas de aqua caliente de kw para calefacción. Quemador mod. GI MIST 510 ME CO V (6.500 kw) Instalación para funcionamiento con gas natural y gasóleo alternativamente. Instalación en calderas de aqua caliente de kw para calefacción.

12 Baltur S.p.A. Via Ferrarese, Cento (Fe) - Italy Tel Fax /28 info@baltur.it Sistema de calidad certificado UNI-EN ISO 9001 I.C.I.M. n 202 Los datos que integran este folleto son indicativos y no vinculantes; Baltur se reserva el derecho de aportar cualquier tipo de modificación sin previo aviso. Cod Rev. 0 - Edic. 10/ Siaca