Mediciones analíticas en los procesos de combustión para incrementar la eficiencia energética. Iliana Colín

Transcripción

1 Mediciones analíticas en los procesos de combustión para incrementar la eficiencia energética Iliana Colín

2 Agenda Importancia de las mediciones analíticas en combustión Trascendencia del oxígeno en los procesos de combustión Métodos de medición de oxígeno Analizadores tipo in situ Aplicaciones Control y Mantenimiento predictivo Servomecanismos para control de aire Preguntas y respuestas 27-Jun-01, Slide 2 Enero 2014// Slide 2

3 Importancia de las mediciones analíticas en combustión Aspectos Regulados Las presiones para reducir la producción de Nox están incrementándose. El CO 2 está migrando hacia un contaminante regulado. En algunos países existe el comercio de NOx El mercado de CO 2 está emergiendo en todo el mundo Actualmente es voluntario 27-Jun-01, Slide 3 Enero 2014// Slide 3

4 Eficiencia Energética Ahorro de Energía Reducción del contenido de energía en el producto final de nuestros clientes. 27-Jun-01, Slide 4 Enero 2014// Slide 4

5 Horizonte Cambiante Incremento del precio de los combustibles fósiles La regulación ambiental, Presiones nuevas para minimizar el calentamiento Traducido en interés por comprar dispositivos para la reducción de energía!! 27-Jun-01, Slide 5 Enero 2014// Slide 5

6 Todo radica en el control del quemador Varios miles de dolares pasan a través de cada quemador todos los días Un control impropio del quemador provoca una combustión ineficiente Todos los contaminantes se producen en el quemador 27-Jun-01, Slide 6 Enero 2014// Slide 6

7 Trascendencia del oxígeno en procesos de combustión Se necesita para que exista vida 20.95% del aire es oxígeno Un elemento requerido para la combustión 27-Jun-01, Slide 7 Enero 2014// Slide 7

8 Análisis de los Gases de Combustión Gas de Combustión CO O 2 Temperatura H 2 O CO 2 N 2 Las 3 Ts de La combustión Aire Combustible 27-Jun-01, Slide 8 Enero 2014// Slide 8 Calor

9 Requerimientos de la combustión CH 4 + 2O 2 = CO 2 + H 2 O + 23,875 BTU/# de combustible Ejemplo de una combustión completa de metano. 27-Jun-01, Slide 9 Enero 2014// Slide 9

10 Química de la Combustión 4CH 4 + 8O 2 = 2CO + 2CO 2 + H 2 + 2O 2 + calor? Ejemplo de una combustión imperfecta del metano. Exceso de combustible Exceso de aire Tiempo, Turbulencia, Temperatura insuficientes 27-Jun-01, Slide 10 Enero 2014// Slide 10

11 Porqué medir Oxígeno en Gases de Combustión? Desperdicio de Energía Contaminación (humo negro) Hollín y lodo en la caldera Demasiado Combustible Demasiado aire Ineficiente: Cualquier cantidad de aire que no está siendo usada para la combustión enfría el horno Cuesta $ remover el aire Reduce la capacidad Produce NOx Punto estequiométrico (relación ideal aire/combustible) 27-Jun-01, Slide 11 Enero 2014// Slide 11

12 Relación entre aire en exceso, CO2, O2 y CO en el proceso de combustión 27-Jun-01, Slide 12 Enero 2014// Slide 12

13 O2, CO x 100PPM Tendencias mostradas en el SCD Relación entre O 2 y CO en gas de combustión resultante De la combustión en un proceso de combustión con buen mantenimiento 27-Jun-01, Slide 13 Enero 2014// Slide 13

14 Tendencias mostradas en el SCD La relación entre O 2 y CO en el gas de combustión resultante de la combustión en un quemador sucio O 2 a 7-6% CO por arriba de 900PPM 27-Jun-01, Slide 14 Enero 2014// Slide 14

15 Procesos de Combustión- Cualquier lugar donde hay una chimenea Calderas de servicio, calderas industriales, hornos rotatorios e Incineradores por nombrar algunos. 27-Jun-01, Slide 15 Enero 2014// Slide 15

16 Métodos para medir O 2 Orsat - La absorción de oxígeno en un líquido resulta en un cambio de volumen. Sólo es una indicación. No hay una señal eléctrica de salida. No es adecuado para una operación continua. Método extractivo. Celda química es usada en analizadores portátiles. Una celda electroquímica barata es consumida por la medición. No es adecuada para usarse continuamente en condiciones de gas de combustión. Método extractivo Paramagnético El oxígeno es afectado por los campos magnéticos. Es adecuado para usarse continuamente en servicios de combustión, pero requiere una muestra limpia, seca y extraída. Óxido de Zirconia La celda de combustible de ZrO2 sólido se ha convertido en el estándar de la industria para medir oxígeno de combustión. 27-Jun-01, Slide 16 Enero 2014// Slide 16

17 Porqué no sólo usar un analizador portátil? La densidad del aire varía significativamente con Temperatura Presión barométrica El set point ideal de O2 varía con la carga El poder calorífico varía Los reguladores de presión varían con la presión barométrica El desempeño del soplador puede cambiar Las boquillas de los quemadores se pueden tapar o erosionar 27-Jun-01, Slide 17 Enero 2014// Slide 17

18 Las celdas sensoras de óxido de zirconia permiten el diseño de probetas in situ 27-Jun-01, Slide 18 Enero 2014// Slide 18

19 Configuraciones válidas Probeta con electrónica integral ciega o con pantalla 4-20 ma To DCS Probeta con electrónica remota 4-20 ma To DCS Señal cruda 27-Jun-01, Slide 19 Enero 2014// Slide 19

20 Celda de ZrO2 Soporte de acero inoxidable para la celda. Celda de ZrO2 tipo disco. Diseño para protección contra ataque por azufre. 27-Jun-01, Slide 20 Enero 2014// Slide 20

21 Teoría de Operación de la Celda de ZrO2 Brida de la celda T/C Celda de ZrO2 Calentador Elemento de Difusión Cable de la celda Almohadilla de contacto de la celda 1550F Calentador Gases de Combustión 27-Jun-01, Slide 21 Enero 2014// Slide 21

22 Teoría de Operación 20.95% O2 O 2 La carga negativa va a tierra a través del curpo de la probeta al ducto 736 C (1357 F) ++ O 2 -- O2 ion_ Gas de Combustión 2% O2 27-Jun-01, Slide 22 Almohadilla de contacto y cable (carga positiva) Electrodos porosos de Pt Enero 2014// Slide 22

23 La salida es inversa, y Logarítmica 27-Jun-01, Slide 23 Enero 2014// Slide 23

24 Ventajas de las celdas de ZrO2 en el análisis de gases de combustión La salida es inversa y logarítmica. Las celdas operan bien a altas temperaturas, permitiendo los diseños tipo in situ. La respuesta es rápida. Medición neta y en base humeda Las celdas sensoras son robustas. La vida de las celdas puede exceder 3-5 años. El azufre es la mayor causa de desgaste prematuro de las celdas. 27-Jun-01, Slide 24 Enero 2014// Slide 24

25 Instalación Estándar Electrónica Integral Electrónica Remota 27-Jun-01, Slide 25 Enero 2014// Slide 25

26 Aplicaciones Procesos más comunes SECTOR APLICACIÓN Servicios Auxiliares Caldera Fuerza 4 a 16 por caldera Caldera auxiliar 1 por caldera Refinación Calentadores de proceso 1 a 6 por calentador Calderas Regeneradores catalíticos 1 a 2 por caldera 2 a 3 por proceso Química Caldera industrial 1 a 2 por caldera Acero Incineradores Hornos de ácido agotado Hornos de recalentamiento Altos hornos 1 a 2 por horno 1 a 2 por horno 1 a 4 por horno 1 a 4 por horno 27-Jun-01, Slide 26 Enero 2014// Slide 26

27 Aplicaciones Procesos más comunes SECTOR Pulpa y Papel APLICACIÓN Hornos rotatorios, hornos de cal Calderas de recuperación Calderas de vapor 1 a 2 por horno 2 a 6 por caldera 1 a 2 por caldera Cemento Hornos rotatorios 1 por horno Vapor Industrial Calderas de tamaño medio 1 a 2 por horno 27-Jun-01, Slide 27 Enero 2014// Slide 27

28 Modelo 6888 Diagnósticos avanzados. Comunicación Hart o Fieldbus Opción de configuración para propósito general. Optimiza las relaciones combustible / aire para una mayor eficiencia. Minimiza emisiones NOX y CO2. Logra un equilibrio de combustión en el horno. Transmisor 6888 In Situ 27-Jun-01, Slide 28 Enero 2014// Slide 28

29 6888 Arquitectura dual Thum Wirelessl HART THUM opcional puede comunicarse desde la probeta, o desde la electrónica Xi Comunicación Hart entre las dos probetas y la electrónica Xi Electrónica Xi opcional provee una pantalla brillante, teclado, y características de software avanzado 27-Jun-01, Slide 29 Señales 4-20 ma HART al cuarto de control Enero 2014// Slide 29

30 Xi Enhanced Interfase con el Operador Interfase con el operador Xi Display/teclado Configuración Calibración Diagnósticos 2 Relevadores para Alarmas Relevador para estatus de la flama Características Avanzadas Cal Recommended/ AutoCal Operación a temperaturas extendidas Condiciones reductoras Referencia Programable 27-Jun-01, Slide 30 Enero 2014// Slide 30

31 Diagnósticos Avanzados Error en la memoria, Temperatura alta en la electrónica, Sensor de O2 abierto Termocople del calentador de la celda abierto, Temperatura baja en el calentador, Temperatura alta en el calentador, Polaridad invertida en el termocople del calentador, Bajo voltaje en el termocople del calentador, Voltaje bajo en el CPU, Voltaje alto en el CPU, Bajo voltaje en el calentador, Alto voltaje en el calentador. 27-Jun-01, Slide 31 Enero 2014// Slide 31

32 Diagnósticos Avanzados Falla del calentador, Falta de flama, Transmisor desconectado, Calibración recomendada, Impedancia alta en la celda (se requiere cambio de celda), Baja presencia de O2. 27-Jun-01, Slide 32 Enero 2014// Slide 32

33 Herramienta de control y mantenimiento predictivo para procesos de combustión grandes Perfil de estratificación- Los gases de combustión no son homogéneos. Un arreglo de varios sensores con diferentes longitudes puede promediarse en el DCS, y provee diagnóstico para: Balance de quemadores Deteccción de incrustación de quemadores Distribución pobre del combustible 27-Jun-01, Slide 33 Enero 2014// Slide 33

34 Opción de inserción variable 27-Jun-01, Slide 34 Enero 2014// Slide 34

35 Probeta montada por debajo del economizador Probeta de inserción variable Soporte deslizante 27-Jun-01, Slide 35 Enero 2014// Slide 35

36 Medición de estratificación con el mismo equipo 27-Jun-01, Slide 36 Enero 2014// Slide 36

37 Ejemplo de Instalación Vertical 27-Jun-01, Slide 37 Also available on Oxymitter and 6888 Enero 2014// Slide 37

38 Diagnóstico de los hornos 27-Jun-01, Slide 38 Enero 2014// Slide 38

39 Beneficios del Análisis de Oxígeno en Gases de Combustión Incrementar la eficiencia de la combustión. Consumo adecuado de combustible. Aprovechamiento máximo de la energía. Operación estable. Ambiente de trabajo seguro. Disminución de emisiones contaminantes. Evitar taponamiento de quemadores. 27-Jun-01, Slide 39 Enero 2014// Slide 39

40 OCX 8800 Transmisor Oxígeno Combustibles Electrónica Integral al Housing de sensores Mediciones de Oxígeno y Combustible en un solo instrumento. Comunicaciones HART y AMS Configuración acoplamiento cercano con dispositivo de extracción. Los sensores están montados fuera de la corriente de gases de combustión y la muestra es extraída del ducto de estos gases. La muestra usada es regresada al ducto una vez hecha la medición. 27-Jun-01, Slide 40 O2/Combustibles Housings de sensores y electrónica Enero 2014// Slide HART Handheld

41 Actuadores Mejorando la operación de las plantas a través de mejores actuadores 27-Jun-01, Slide 41 Enero 2014// Slide 41

42 Actuadores El actuador está desacoplado del proceso Larga vida de sevicio El mantenimiento Frecuentemente es olvidado Los reguladores son grandes La fuerza es grande Cillindros de doble acción proveen mayores carreras 27-Jun-01, Slide 42 Enero 2014// Slide 42

43 Preguntas 27-Jun-01, Slide 43 Enero 2014// Slide 43

44 Gracias!! 27-Jun-01, Slide 44 Enero 2014// Slide 44