quemadores.pdf

 MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS

PDVSA N °

MDP–05–F–03

0

NOV.95

REV.

FECHA

APROB.

 PDVSA,

TITULO

QUEMADORES

27 DESCRIPCION FECHA

1983

PAG. APROB.

REV.

APROB. APROB. FECHA

ESPECIALISTAS

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO



.Menú Principal

TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS QUEMADORES Indice manual

Indice volumen

PDVSA MDP –05 –05 –F –F –03 –03 REVISION

FECHA

0

NOV.95

Página 1 Indice Indice norma

Indice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

5 CONS CONSID IDER ERAC ACIO IONE NES S DE DE DIS DISE EÑO PARA QUEMADORES . . . . . . .

4

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

Quemadores de tiro natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quemadores de tiro forzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requerimientos de exceso de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Flexibilidad del quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tratamiento del ruido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 7 9 9 10

6 CONS CONSID IDER ERAC ACIO IONE NES SD DE E DISE DISEÑO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

6.1 6.2 6.3 6.4

Combustibles gaseosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Combustibles líquidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pilotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tubería del quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 SE SELECCION DEL QUEMADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Tipo de quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Número de quemadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Capacidad del quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Espaciamiento del quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Preparación de las especificaciones del diseño del quemador . . . . . . . .

11 13 17 18

18 18 19 19 20 20

8 APENDICES Tabla 1 Figura 1 Figu Figura ra 2 Figura 3 Figu Figura ra 4

Direcciones de algunos vendedores de quemadores . . . . . . . . . . . Quemadores típicos de tiro natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Espa Espaci cio o de qu quem emad ador ores es mon monta tado dos s sobr sobre e una una cáma cámara ra (plenum) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema típico de circulación de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arregl Arreglo o típ típic ico o de de la la tube tuberí ría a del del qu quem emad ador or para para que quema mado dores res de tiro forzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 23 24 25 26




.Menú Principal

1


Indice volumen

PDVSA MDP –05 –F –03 REVISION

FECHA

0

NOV.95

Página 2 Indice norma

OBJETIVO Presentar informaci ón básica que pueda usarse en la evaluaci ón de ofertas quemadores nuevos para hornos de proceso. Esta informaci ón cubre criterios de diseño que sean propietarios de PDVSA y sus filiales. El tema “Hornos”, dentro del area de “Transferencia de Calor ”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), est á cubierto por los siguientes documentos: PDVSA –MDP –

Descripci ón de Documento

05 – F – 01

Hornos: Principios B ásicos.

05 – F – 02 05 – F – 03

Hornos: Consideraciones de dise ño. Hornos: Quemadores (Este documento).

05 – F – 04

Hornos: Sistemas de tiro forzado.

05 – F – 05

Hornos: Precalentadores de aire.

05 – F – 06

Hornos: Generadores de gas inerte.

05 – F – 07 Hornos: Incineradores. Este documento, junto con los dem ás que cubren el tema de “Hornos”, dentro del Manual de Dise ño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualizaci ón de la Práctica de Dise ño “HORNOS”, presentada en la versi ón de Junio de 1986 del MDP (Sección 8).

2

ALCANCE Se cubre el uso de quemadores en hornos de proceso de la refiner ía. Se presentan normas para la selecci ón del quemador y dise ño de los mismos. Exceptuando algunas especificaciones, la selecci ón del quemador debe ser consistente con los requerimientos de las pr ácticas básicas para equipos con niveles de ruido. También se incluyen detalles de los quemadores com únmente usados.

3

REFERENCIAS Manual de Dise ño de Proceso (versi ón 1986)  

Vol VII y VIII, Secci ón 12 “Instrumentaci ón” Vol VIII y IX, Secci ón 15 “Seguridad en el dise ño de plantas ”

Manual de Ingenier í a de Diseño 



PDVSA – MID – L – TP – 2.7 “Hornos de proceso: Requisici ón, análisis de ofertas y detalles de compra ” PDVSA – MID – B – 201 – PR “Hornos de fuego directo ”




.Menú Principal

PDVSA MDP –05 –F –03


REVISION

FECHA

0

NOV.95

Página 3

Indice volumen

Indice norma



PDVSA – MID – K – 337: “ Furnace instrumentation “  PDVSA – MID – SN – 291: “Control de ruidos de plantas: filosofia de dise ño” Manual de Ingenier í a de Riesgo 

PDVSA – IR – P – 01 “Sistema de paradas de despresurizacion y venteo de equipos y plantas ”

emergencia,

bloqueo,

Manual de Inspecci ón 

PDVSA – P I– 12 – 12 – 01: “ Control de ruido ”

Otras Referencias  

4

Garg, A., Ghosh, H., “Good heater specifications pay off ”, Chemical Engineering , julio 18, 1988, pp 77 – 80 Whitehead, D. M., Butcher, R. W., “Forced draft burners compared ”, Hydracarbon Processing , julio 1984, pp 51 – 55

DEFINICIONES Para ver otras definiciones relacionadas con el tema de hornos, consultar PDVSA – MDP – 05 – F – 01. Poder calor í fico inferior (PCI) Es el calor te órico de combustión de un combustible, cuando no se le da cr édito al calor de condensaci ón del agua en el gas de combusti ón. También se le llama poder calor ífico neto y es generalmente expresado en kJ/kg (BTU/lb). Convencionalmente, el poder calor ífico inferior es utilizado para todos los rangos de operaci ón de los quemadores. Capacidad m áxima del quemador Es el calor máximo liberado a la cual el quemador puede operar con caracter ísticas de combustión aceptables. Capacidad normal de dise ño del quemador Es el calor liberado por los quemadores individuales cuando el horno opera a su capacidad de dise ño y todos los quemadores est án en servicio. Capacidad m áxima del dise ño del quemador Es el máximo calor espec ífico liberado por un quemador. Esta es un poco mayor que la capacidad normal de dise ño y su intenci ón es suplir capacidad suficiente al quemador para compensar la carga adicional cuando uno o m ás quemadores son removidos temporalmente para mantenimiento, limpieza, etc. La capacidad máxima de diseño no debe exceder la capacidad m áxima del quemador.




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Flexibilidad del quemador (Turndown) Es la relaci ón de la capacidad m áxima de diseño y la carga mínima a la cual el quemador puede operar satisfactoriamente.

5

CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA QUEMADORES Una gran variedad de tipos de quemadores se disponen para el uso en refiner ías y en plantas qu ímicas. Cada tipo de quemador tiene su capacidad y limitaciones, las cuales determinan su aplicaci ón para un servicio dado. A continuaci ón, se describen los tipos de quemadores com únmente usados.

5.1

Quemadores de tiro natural La mayoría de estos quemadores cuentan con un tiro t érmico desarrollado en el horno y en la chimenea para proveer el aire requerido para la combusti ón. Algunos usan la energ ía del gas combustible para alcanzar el 100% del aire estequiom étrico requerido. Todos estos quemadores son clasificados de acuerdo al tipo de combustible con que operan, es decir, gas, l íquido o combinaci ón gas/líquido. La capacidad m áxima de diseño de los quemadores de tiro inducido est á normalmente limitada a 4.6 MW (16 MM BTU/h), ya que pueden ocurrir llamas con longitud excesiva a capacidades mayores. Componentes básicos – Todos los quemadores de tiro natural son fabricados con tres componentes b ásicos: 1. Pistola del quemador – De ser requerido atomiza el combustible y lo inyecta en la zona de combusti ón. 2. Registro de aire – Controla el flujo de aire al quemador. 3. Garganta(s) del quemador – Dirige el flujo de aire a trav és del quemador e irradia calor en la zona de combusti ón. Quemadores de gas – Cuando sólo se van a quemar combustibles gaseosos, y no hay precalentamiento del aire de combusti ón, se usan quemadores de gas de tiro natural. Estos pueden ser de “gas bruto” o “pre – mezcla de gas”, dependiendo del método usado para combinar o mezclar el combustible y el aire. 1. Quemadores de gas bruto – Es un quemador en el cual el gas combustible es inyectado en una corriente de aire para el encendido. Mec ánicamente, esto se lleva a cabo mediante uno de las dos configuraciones generales del quemador: a.

b.

Quema central – Se monta una pistola de gas sencilla coaxialmente dentro del quemador que se encuentra generalmente provisto de un cono estabilizador de llama (Fig. 1.A). Pistola múltiple – Por lo general de 4 a 8 pistolas de gas se ubican alrededor de la circunferencia interna de la garganta del quemador (Fig.1.C).




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Debido a su bajo costo, los quemadores que queman el gas por el centro generalmente son usados en aplicaciones donde han sido seleccionados quemadores de gas bruto y s ólo están disponibles combustibles gaseosos. Los quemadores de gas con pistola m últiple cuestan m ás o menos el doble. Sin embargo, la mayor ía de estos quemadores tienen la capacidad de ser modificados para quemar combustibles l íquidos añadiendo simplemente una pistola que quema aceite por el centro. Las pistolas que queman aceite por el centro se encuentran disponibles para algunos quemadores de gas, pero esto se considera un dise ño inaceptable. Otras ventajas de los quemadores de gas bruto, son: 1. Tienen la flexibilidad de quemador más alta para cualquier condición de combustión. 2. Pueden operar a presiones muy bajas de gas y sin retroceso de la llama. 3. El nivel de ruido es relativamente bajo.

Entre las desventajas se tiene: 1. Siempre requieren de ajustes en el aire de combustión en todo el rango de operación del quemador. 2. La llama tiende a alargarse, y las condiciones de las llamas se hacen insatisfactorias cuando el quemador es usado más allá de su condición de diseño. 3. Los orificios de gas están expuestos a la zona caliente y tienden a taparse a bajas velocidades y altas temperaturas.

2. Quemadores de pre –mezcla de gas – Estos quemadores usan la energ ía cinética del gas combustible para mezclar una parte o todo el aire de combustión con el gas combustible en un tubo de mezcla. Esta mezcla aire/combustible se introduce en la zona de encendido a trav és de un distribuidor instalado en la salida del tubo mezclador. Cualquier aire adicional (secundario) que sea requerido para completar la combusti ón, entra y es controlado por un registro de aire. El tamaño y la forma de las llamas producidas por estos quemadores var ían considerablemente, dependiendo de la configuraci ón del cabezal de distribuci ón. Las llamas t ípicas no son luminosas. Estos quemadores normalmente son clasificados en llama corta, llama larga (l ápiz) o quemadores radiantes. a.

b.

Quemadores de llama corta – La mezcla combustible/aire es esparcida en la zona de encendido a través de un cabezal en forma de estrella, el cual se extiende a lo largo del radio completo de la garganta del quemador. Las llamas producidas son relativamente pequeñas, siendo cerca de 1000 mm de largo por MW de calor (1 pie de largo por MM BTU/h de calor) liberado. (Ver Fig. 1.B). Algunos quemadores de este tipo están equipados con pistolas que queman aceite por el centro. Sin embargo, esto se considera un dise ño inaceptable. Quemador tipo lápiz – En estos quemadores, el cabezal se localiza en el centro y libera la mezcla combustible/aire en una columna vertical coaxial con el aire




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


secundario entrando a través del registro. La llama resultante es larga y estrecha. Estos quemadores físicamente se parecen a los quemadores de llama corta, a excepción del cabezal y se utilizan normalmente en aplicaciones especiales y en hornos de pirólisis. c.

Quemador radiante – Estos quemadores inspiran cerca del 100% de su aire de combustión. La mezcla aire/combustible es dirigida a través de la garganta del quemador y se quema sobre su superficie, la cual est á orientada en ángulos rectos con respecto al eje del quemador. En este tipo de quemador, el calor es transferido a los tubos del horno por radiaci ón de las gargantas de los quemadores. Generalmente, están limitados en capacidad hasta 0.21 MW (0.75 MM BTU/h) y sólo son usados en aplicaciones especiales, tales como en hornos de pirólisis, donde se requiere una distribución y control del calor uniforme.

Algunas ventajas de los quemadores de pre – mezcla de gas, son: 1. Su operatividad es buena dentro de su rango de operación. La cantidad de aire “inspirado” varía con la presión del gas combustible y, consecuentemente, se requiere solamente un ajuste limitado del aire secundario de combusti ón (no inspirado). estos quemadores pueden operar a bajas tasas de aire de exceso, y no se afectan significativamente por cambios en la direcci ón y velocidad del viento 2. La longitud de la llama es corta, y el patrón de la llama está bien definido a altas tasas de liberación de calor. 3. Los orificios del quemador son relativamente grandes y, debido a que est án localizados en una zona fría, se taponan menos que los orificios m ás pequeños de otros tipos de quemadores..

Entre las desventajas se tiene: 1. Tienen un reducido rango de operación, debido a la posibilidad de retroceso de la llama hacia el tubo de mezcla. Este retroceso ocurre cuando la velocidad de la mezcla y/o distribuidor cae por debajo de la velocidad de la llama. El hidrógeno tiene una velocidad de llama significativamente mayor que los otros hidrocarburos gaseosos. Por lo tanto, con altas concentraciones de hidr ógeno en el gas combustible (30 a 50%), la flexibilidad del quemador puede ser limitada, haciendo que normalmente no se usen. Por lo general, el retroceso de la llama no ocurre en estos quemadores de pre – mezcla, siempre y cuando el quemador permanezca limpio y la presi ón del gas combustible sea mantenida por encima de 14 kPa man (2 psig). 2. El pre – encendido de la mezcla aire/combustible puede tambi én ocurrir si el tubo de mezcla o distribuidor se calienta por encima de la temperatura de ignición del combustible. Este problema ocurre predominantemente con olefinas o mezclas de vapor – nafta. 3. El ruido producido por los quemadores de pre – mezcla es mayor que el de los quemadores de gas bruto. El ruido producido por los quemadores de pre – mezcla se origina, primero, en el venturi inspirador, y luego en los orificios de salida del quemador. Sin embargo, el ruido puede ser controlado




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


adecuadamente por silenciadores en la primera entrada de aire y/o por diseños especiales de la copa de los inspiradores.

Quemadores de l í quidos – También existen quemadores de l íquidos de tiro natural. Sin embargo, la única configuraci ón aceptable tiene una pistola de combustible en el centro rodeado de baldosas refractarias primarias y secundarias (Ver Fig. 1.B). La forma, longitud y calidad de las llamas del combustible l íquido son una funci ón del dise ño de la pistola de atomizaci ón y del dise ño de las baldosas refractarias. Normalmente, se prefiere tener quemadores de l íquido del tipo de tiro forzado, por lo cual se ampliar á la discusión al llegar a ese punto. Quemadores que operan con gas/l í quido – Estos quemadores son la combinaci ón de un quemador l íquido y un quemador de gas de pistola m últiple. (Ver Fig. 1.C). Todos los comentarios anteriores de estos dos tipos de quemadores se aplica a los quemadores combinados. Estos quemadores son capaces de quemar puro gas, puro l íquido o ambos combustibles simult áneamente. La quema simult ánea de ambos combustibles resulta en llamas un poco m ás largas en comparaci ón con la quema de un s ólo combustible. Cuando se queman ambos combustibles simult áneamente, la capacidad total combinada que se quema no debe exceder la capacidad m áxima de diseño del quemador. Cuando ambos combustibles deben ser quemados al mismo tiempo en un horno, se prefiere la quema simult ánea en cada quemador. El n úmero de quemadores usados, por cada servicio de distribuci ón, se estima en base al porcentaje del calor total suministrado por el combustible. Adem ás, los quemadores en operaci ón deben ser distribuidos tan uniformemente como sea posible. Se debe tener cuidado cuando se queman combustibles l íquidos y gaseosos en quemadores separados debido a que las capacidades pueden excederse si el gas combustible es la carga base y su poder calor ífico varía.

5.2

Quemadores de tiro forzado Los quemadores de tiro forzado cuentan con ventiladores para suplir su aire de combusti ón bajo presi ón. En el dise ño de este tipo de quemadores, la energ ía cinética de la corriente de aire es utilizada para alcanzar mayor eficiencia de la mezcla aire/combustible que en los quemadores de tiro natural. Como resultado de este mejor mezclado, se obtienen vol úmenes específicos pequeños de la llama y por ende mayores capacidades permisibles en los quemadores. Por tal raz ón, se requiere menor n úmero de quemadores de tiro forzado en comparaci ón a la cantidad de quemadores de tiro natural, basado en el mismo calor total liberado. La capacidad m áxima de dise ño de estos quemadores (los del tipo de alta intensidad), está del orden de 11.7 MW (40 MM BTU/h), ya que pueden ocurrir llamas con longitud excesiva a capacidades mayores. Comparados con los quemadores de tiro natural, los de tiro forzado tiene las siguientes ventajas:




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


1. Operación menores niveles de exceso de aire para todos los combustibles. 2. Combustión más eficiente con combustibles residuales (Menor emisi ón de partículas: cuando los quemadores queman a bajos niveles de exceso de aire para una mayor eficiencia, la emisi ón excesiva de part ículas puede ser un problema; estas part ículas se generan cuando se queman aceites residuales y son, principalmente, cenizas de aceite y coque. Estas emisiones pueden obstruir superficies de transferencia de calor, reduciendo las tasas de transferencia, reduciendo as í la eficiencia del horno entre paradas por mantenimiento. 3. Menor consumo de vapor de atomizaci ón. 4. Mejor control de la forma de la llama. 5. Mejor estabilidad de la llama mediante el mezclado controlado del combustible y el aire. 6. Recuperación de calor a trav és de precalentamiento de aire de combusti ón. 7. Menores niveles de ruido. 8. Un solo punto de control del aire de combusti ón. 9. Oportunidad de controlar la relaci ón aire/combustible. 10. Menor número de quemadores por horno. Entre las desventajas, comparados con los de tiro natural, se tienen: 1. Orificios de menor tamaño en el quemador, comparados con los correspondientes de tiro natural: lo cual los hace m ás sensibles a taponamientos y erosi ón si no se cuida el filtrado y calidad del combustible. 2. Peligro de inestabilidad de llama bajo condiciones de tiro muy alto, debido a la alta presi ón del soplador de aire. Quemadores de l í quidos – Debido a que la mezcla de combustible y aire de combusti ón sucede en fase gaseosa, todos los quemadores de l íquido usan alguna forma de atomizaci ón para dividir la masa l íquida en gotas de tama ño microcópico. Esto aumenta la relaci ón superficie/masa, permitiendo un calentamiento extremadamente r ápido y vaporization de la masa del aceite combustible. Los quemadores de aceite casi siempre usan vapor de agua como medio de atomizaci ón, y el contacto del vapor caliente con el aceite tiende a emulsificarlo y formar espuma, favoreciendo el proceso de atomizaci ón. Para este proceso, se espera tener las siguientes condiciones: 1. Aceite combustible lo suficientemente caliente para tener una viscosidad del orden de 26 cSt @ 38 ºC (125), aún cuando existen quemadores que pueden trabajar hasta 65 cSt @ 38 ºC (aprox. 300 SSU), empleados para quemar residuo de vac ío.




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


2. La presión del combustible en el quemador debe estar del orden de 4 – 7 barg (60 – 100 psig), preferiblemente en el valor m ás alto, y debe mantenerse constante. 3. El vapor de agua en el quemador debe estar absolutamente seco, preferiblemente con unos 28 ºC de sobrecalentamiento, y con 2.1 barg (30 psig) por encima de la presi ón del combustible. Para aquellos casos donde se no se disponga de vapor de agua, se puede tener atomizaci ón mecánica o por aire. Los requerimientos operativos de atomizaci ón por aire son similares a los de atomizaci ón con vapor, aunque se requiere una temperatura un poco m ás alta del combustible, para compensar por el efecto enfriador del aire atomizante. Las unidades atomizadas mec ánicamente aprovechan la energ ía cinética del aceite para atomizar el combustible en la punta del quemador. Los rangos de temperatura y viscosidad del combustible son similares a los de atomizaci ón con vapor. El combustible debe estar disponible a presiones cercanas a los 21 barg (300 psig). Si se requiere una flexibilidad alta del quemador, la presi ón de suministro podría ser tan alta como 67 barg (1000 psig).

5.3

Requerimientos de exceso de aire El quemador debe ser dimensionado de tal forma de asegurar que el aire requerido para una buena combusti ón sea disponible a su capacidad m áxima de diseño. Quemadores de tiro natural – El flujo máximo de aire a trav és de los quemadores está gobernado por el tiro disponible del horno a nivel del quemador y por las caracter ísticas de flujo del registro de aire. Los quemadores de tiro natural deben ser capaces de operar a las siguientes condiciones: 1. 20% de exceso de aire para gas combustible solamente. 2. 30% de exceso de aire para combustible l íquido o combinaci ón gas/líquido. Quemadores de tiro forzado – Para este tipo de quemadores, se tiene que la quema debe estar basada en 20% de exceso de aire.

5.4

Flexibilidad del quemador La flexibilidad es una funci ón de varios factores, siendo los m ás importantes el diseño del quemador y el tipo de combustible. Los otros factores incluyen la presión del combustible, la presi ón de atomizaci ón del vapor y la habilidad para controlar el flujo de aire de combusti ón. La flexibilidad del quemador normalmente no afecta la selecci ón del quemador ni el dise ño del horno, ya que los quemadores pueden ser apagados o se puede incrementar el exceso de aire cuando el horno está operando a cargas reducidas. Quemadores de gas bruto – Para ambos quemadores de tiro forzado y natural, estos quemadores tienen una flexibilidad de 5 a 1 ó mayor, asumiendo un peso




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


molecular y un poder calor ífico del gas combustible constante. La presi ón del combustible a la capacidad m áxima de diseño debe ser de por lo menos 210 kPa manométricos (30 psig). La m ínima presión de diseño debe ser de por lo menos 7 kPa manom étricos (1 psig); esto ajusta la capacidad m ínima del quemador. Presiones menores del combustible limitan la flexibilidad del quemador. En situaciones donde el gas combustible var ía considerablemente en peso molecular, la pistola del combustible debe ser dise ñada para el gas que contenga el menor peso molecular. Como la densidad del gas combustible aumenta, la ca ída de presión a través del quemador decrecer á y se reducir á la flexibilidad con el combustible más pesado. Quemadores de pre –mezcla de gas – Estos quemadores pueden estar limitados en capacidad con gas combustible de bajo peso molecular, particularmente si el contenido de hidr ógeno es alto, debido al potencial del combustible para retornar la llama (quema en el tubo de mezcla). A fin de evitar el retorno de la llama, se debe usar una mínima presión del combustible de 14 kPa manom étricos (2 psig) a carga crítica. Quemadores de aceite – Estos están usualmente limitados por la flexibilidad de 3 ó 4 a 1, tanto para los quemadores de tiro natural como los de tiro forzado. Este límite es ajustado por el rango sobre el cual casi todas las pistolas pueden atomizar el combustible adecuadamente para una buena combusti ón. Al igual que con gas, la maximización de la presión del combustible maximizar á la flexibilidad. Quemadores de combinaci ón gas/lí quido – Cuando se queman ambos combustibles simult áneamente en quemadores de tiro natural e inducido, se obtiene una mayor flexibilidad de operaci ón que con un solo combustible. La raz ón de esto es que el combustible principal act úa como una fuente de encendido con respecto al combustible secundario. Para los quemadores que operan simult áneamente con ambos combustibles, se hace necesario la adici ón de controles de tal forma que la p érdida del combustible principal autom áticamente cierre el combustible secundario, en caso de que este último se est é quemando por debajo de su flexibilidad l ímite individual . Consideraciones del lado del aire – El lado del aire por lo general no afecta la flexibilidad del quemador o del horno, debido a que el exceso de aire puede ser aumentado durante la operaci ón a cargas bajas. El aire puede ser reducido en quemadores de tiro natural e inducido hasta que haya insuficiente energ ía para mezclar adecuadamente el aire y el combustible. Los quemadores de tiro natural generalmente son capaces de dar una flexibilidad del lado del aire de 3 a 1 ó más.

5.5

Tratamiento del ruido A continuaci ón se presenta un resumen de recomendaciones del tratamiento acústico para varios quemadores.




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Quemadores de tiro natural 1. Quemadores de pre –mezcla de gas – Estos quemadores requieren silenciadores de aire primario. (Las paredes de radiaci ón del quemador generalmente no requieren estos silenciadores). Estos quemadores también pueden requerir c ámaras (plenum) de aire secundario, dependiendo del combustible que se queme. 2. Otros quemadores de tiro natural – Normalmente se requieren “plenums” acústicos para quemadores de tiro natural que quemen gas bruto, líquidos o combinaciones de ellos. Los quemadores de aceite, montados sobre paredes de reducci ón acústica (plenums) tienen severas desventajas, debido a problemas de operaci ón y mantenimiento, los cuales pueden ser causados por combustibles residuales. Además, los combustibles altamente vol átiles, tales como la nafta l íquida, no deben ser utilizados en estos quemadores debido al alto potencial explosivo que puede resultar en el caso de que el combustible se derrame. Se han desarrollado anillos de refuerzo ac ústico, los cuales est án abiertos en el fondo, para ser usados en este tipo de servicio. Quemadores de tiro forzado – Los quemadores de alta intensidad normalmente no requieren de tratamiento ac ústico. Los ventiladores, motores y sistemas de ducto de tiro forzado normalmente requieren de alg ún tratamiento.

6

CONSIDERACIONES DE DISEÑO DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE Los combustibles de la refiner ía tienen por lo general corrientes de baja calidad, las cuales contienen contaminantes que pueden causar problemas severos de seguridad y/o operacionales, si no son tratados y manejados adecuadamente antes de ser inyectados en los quemadores.

6.1

Combustibles gaseosos Estos combustibles var ían de limpios, secos y de peso molecular constante, hasta sucios, mezclas h úmedas de gases de desechos de procesos que pueden fluctuar significativamente su peso molecular y composici ón. En el primer caso, el combustible puede causar muy pocos problemas; pero el último origina problemas mayores de seguridad y mantenimiento a menos que se limpie y se seque el gas. Los líquidos y sólidos pueden taponar la entrada del combustible en la pistola, restringiendo la capacidad del quemador y causar mala combusti ón debido a la mala distribuci ón del combustible en los quemadores. Con el fin de protegerse contra gas sucio o h úmedo, los separadores gas/l íquido son un requerimiento m ínimo en todos los sistemas de gas combustible. Sin embargo, cuando el gas es muy sucio o muy h úmedo, estos separadores no




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


pueden hacer un servicio adecuado de purificaci ón del combustible. En lugares donde la experiencia ha demostrado que existe esta situaci ón, equipos de gas mucho más eficientes, tales como depuradores de secado tipo centr ífugos y filtros deben especificarse. Tanto el tanque deshidratador como el depurador deben ser instalados tan cerca del horno como sea posible (pero no menos de 15 m (50 pie) del horno). La tuber ía aguas abajo del separador debe estar traceada con vapor, con aislamiento y drenajes en caso de que sea posible la condensaci ón del gas. Presión – La presión requerida de combustible cuando se quema gas se determina por la flexibilidad del quemador. Los quemadores de gas tienen una flexibilidad de 5 a 1 ó mayor, teniendo en cuenta que la presi ón del combustible requerida a carga m áxima es de 210 kPa manom étricos (30 psig) o mayor. Por ejemplo, la presi ón del gas a la capacidad m ínima del quemador es de 7 a 14 kPa manométricos (1 a 2 psig). Las presiones de dise ño más bajas limitan la flexibilidad. En situaciones donde el peso molecular del gas var ía considerablemente, la flexibilidad del quemador ser á limitada según el gas se desv íe del peso molecular para el cual el quemador fue dise ñado; el aumento en densidad restringir á el límite de operación inferior y la disminuci ón en densidad reducir á el límite de operaci ón superior del quemador a no ser que se disponga de suficiente presi ón de gas para contrarrestar el incremento de la ca ída de presi ón. Por lo tanto, la flexibilidad del calor total liberado puede ser controlado apagando quemadores en casi todos los hornos, las pistolas de gas combustible deben ser dise ñadas para utilizar el combustible con el menor peso molecular. Los quemadores pueden ser operados satisfactoriamente con presiones de gas de hasta 280 kPa manom étricos (40 psig). Presiones mayores pueden dar origen a problemas de ruido. Para muy bajas presiones del gas (presi ón máxima disponible en el quemador de 21 kPa (3.0 psig)) se puede usar un quemador especial de pre – mezcla con un eyector de vapor. Este quemador es usado con frecuencia para corrientes de gases de desecho, tales como incondensables de vac ío. El consumo de vapor es del orden de 0.3 kg por kg (0.3 lb por lb) de combustible y debe ser suministrado al quemador a una presi ón de 210 kPa manom étricos (30 psig): por supuesto esta informaci ón es preliminar y cualquier informaci ón final deber á entregarse, con garant ías, por un suplidor especializado.. Control del horno – Si los quemadores de gas est án en su condici ón de carga base, como puede ocurrir en hornos donde ambos combustibles se queman separadamente, se puede dar origen a un incremento sustancial del poder calorífico del combustible que resulta en una combusti ón sub – estequiométrica en el quemador. Rec íprocamente, si el poder calor ífico del gas combustible disminuye significativamente, los quemadores de aceite pueden sobrecargarse, ya que ellos tratan de absorber la carga. Por lo tanto, en unidades con gas




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


segregado y quema de combustible l íquido, y donde el gas combustible fluct úa sustancialmente con respecto al poder calor ífico, el flujo de gas combustible debe ser controlado autom áticamente si es posible. Por otro lado, el l íquido combustible puede estar a la carga base, ya que su poder calor ífico es relativamente constante. El método preferido para quemar gas y l íquido en una unidad es quemarlos a ambos simultáneamente en cada quemador. La quema simult ánea permite basarse en la carga de cualquier combustible.

6.2

Combustibles líquidos Los combustibles l íquidos tienen un rango extenso, el cual incluye desde la nafta, hasta combustibles muy viscosos y/o combustibles l íquidos como por ejemplo residuales de vac ío y residuo craqueado. Independientemente de la calidad, los combustibles l íquidos deben llegar a la pistola del quemador bajo las siguientes condiciones: 1. A una viscosidad y temperatura que asegure buena atomizaci ón y combustión. 2. Solo en la fase líquida. 3. Libre de cualquier s ólido que pueda taponar los orificios de atomizaci ón pequeños. Viscosidad y temperatura del combustible – Para una buena atomizaci ón el combustible debe llegar al quemadores con una viscosidad de 26 mm 2 /s (26 cst) o menor. A viscosidades mayores el tama ño de las gotas del combustible atomizado pueden ser tan grandes que se puede dar origen a una combusti ón ineficiente. Esto trae como resultado que las llamas no sean adecuadas, y que el combustible no consumido pueda escaparse de la llama, causando combusti ón humeante. La temperatura de los combustibles residuales debe ser mantenida por encima de 175°C (350°F), aun si temperaturas m ás bajas alcanzan los requerimientos de viscosidad. Estos 175 °C (350°F) es la mínima temperatura que ha sido usada con buenos resultados en el pasado para combustibles residuales t ípicos. Generalmente, la temperatura de los cortes de este tipo de combustible debe ser suficientemente alta para asegurar que la viscosidad del componente m ás pesado sea de 26 mm2 /s (26 cst) o menor. De esta forma se asegura que el componente más pesado se gasifique r ápidamente y se queme. Mientras mayor sea la temperatura del combustible, m ás rápida será la gasificaci ón y mejor la combusti ón. Combustibles vol átiles – En caso de combustibles vol átiles, tales como la nafta, se debe evitar la gasificaci ón parcial del combustible aguas arriba del orificio del combustible. Esta condici ón trae como resultado inestabilidad del quemador y posible apagado de las llamas.




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Los combustibles del tipo de la nafta tambi én presentan problemas de seguridad debido a su alta volatibilidad, por lo cual requiere especial atenci ón. Estos problemas son: 1. Alto riesgo de incendio en el caso de que se derrame el combustible (o explosi ón en el caso de quemadores de tiro natural con plenum ac ústico). Por lo tanto, estos combustibles no deben ser quemados en quemadores con plenum ac ústicos. Además, se deben especificar sistemas de seguridad para evitar la remoci ón del quemador sin haber bloqueado completamente el combustible. 2. Las fugas de nafta en sistemas de aceite combustible caliente, especialmente del tipo de recirculaci ón, se vaporizar á parcialmente en estas líneas de combustible y/o tanques de compensaci ón y tanques de retenci ón. Por lo tanto, el sistema de la nafta debe ser segregado al sistema de aceite combustible mediante la separaci ón física o por el uso de v álvulas de tres vías en todas las interfases entre los dos sistemas. Atomizadores – Estas son probablemente las piezas m ás críticas en el sistema de aceite combustible. Si no son dise ñadas y dimensionadas correctamente o si se llegan a ensuciar o desgastar durante su uso, no atomizar án el combustible suficientemente y no podr án dar una combusti ón rápida y completa. Esto puede dar como resultado una combusti ón humeante y choques de la llama con los tubos del proceso y otras superficies de los hornos. Adem ás, las gotas grandes de combustible pueden derramarse en el quemador ocasionando condiciones inseguras en el caso de combustibles vol átiles, o por lo menos problemas serios de mantenimiento en el caso de combustibles residuales. 1. Tipos de atomizadores – Generalmente se usan tres tipos b ásicos de atomizadores: a.

b.

Atomizadores con vapor – De acuerdo a lo mencionado en 5.2, la presión del vapor normalmente es mantenida cerca de 210 kPa man (30 psig) por encima de la presión de combustible por medio de un controlador de presi ón diferencial. La presión del combustible en el quemador debe ser de 420 a 700 kPa man (60 a 100 psig) (preferiblemente cerca de los 700 kPa manom étricos (100 psig) de ser posible). El consumo estimado de vapor de atomizaci ón típico, para efectos de estimación de servicios industriales, es de 0.5 kg de vapor por kg (0.5 lb de vapor por lb) de combustible. Sin embargo, para calcular la l ínea de suministro de vapor, use 1.0 kg/kg (1.0 lb/lb) de combustible. Atomizador mecánico – (Ver subsección 5.2, Quemadores de líquido) Este tipo de atomizador tiene aplicaciones limitadas. Se usa s ólo en quemadores horizontales (por lo tanto, no se usa en dise ños modernos de hornos), donde la disponibilidad de vapor es limitada. Estos quemadores son altamente susceptibles al taponamiento debido al tamaño pequeño de los orificios, por lo tanto, el combustible debe ser muy bien filtrado.




.Menú Principal

c.


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Atomizadores combinaci ón mecánico/vapor – Los requerimientos de presión del combustible y del vapor son de 700 a 875 kPa man (100 a 125 psig) (para ambos) en el quemador.

El combustible debe estar libre de s ólidos para evitar taponamiento. El consumo de combustible para este tipo de atomizador es de 0.25 a 0.6 kg de vapor por kg (0.25 a 0.6 lb/lb) de combustible. 2.

Selección del atomizador El vendedor del quemador tiene la responsabilidad de dise ñar apropiadamente los atomizadores para todos los quemadores. El tipo de atomizador usado se determina por el tipo de quemador, las caracter ísticas del combustible y la disponibilidad de vapor. 1. Los vendedores normalmente equipan los quemadores de tiro natural con atomizadores de vapor. Sin embargo, para casos especiales, tales como la falta de vapor de atomizaci ón, ellos suplir án atomizadores de combinaci ón mecánico/vapor (o mecánico) a solicitud del comprador. 2. Los quemadores comerciales de tiro forzado generalmente est án equipados con atomizadores especiales que han sido dise ñados especialmente para estos quemadores

Sistema de combustible – Para combustibles pesados, tales como residuales de vacío o atmosféricos, alquitr án y otros combustibles con bajos puntos de fluidez, se debe utilizar un sistema de recirculaci ón. Este sistema evita problemas inherentes asociados con los sistemas muertos, tales como arranques con el combustible fr ío y líneas taponadas. La Figura 3. muestra un sistema de recirculaci ón de aceite combustible. Se deben considerar los siguientes puntos importantes para el dise ño: 1. Selección de un recurso caliente para eliminar la necesidad de utilizar intercambiadores de calor, por ejemplo, enviar el combustible directamente desde el fondo de la torre. 2. Diseñar el retorno del sistema principal de tal forma que este opere a una presión más baja que cualquier circuito de los hornos. Generalmente, una presión de 350 kPa man (50 psig) o menos es adecuada en la l ínea de retorno principal. 3. Proveer orificios pequeños de limitaci ón de flujo mínimo (válvulas de compuerta con un orificio) en las l íneas de retorno de unidades individuales para prevenir situaciones de no flujo. 4. Diseñar los componentes del sistema para permitir flujos adecuados de combustible. Los flujos de retorno de combustible dependen de sus caracter ísticas; el tama ño y longitud de la(s) l ínea(s) de retorno, condiciones ambientales, etc., y son ajustadas para mantener




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


temperaturas adecuadas del combustible a trav és del sistema. Se debe tener cuidado cuando se dimensionen las bombas, v álvulas de control, etc. 5. Todas las líneas deben tener aislamiento y trazas de calentamiento, y se especifican para mantener por 2 – 3 horas la temperatura en el caso de que no haya flujo. La temperatura de calentamiento no necesariamente tiene que ser mayor que la temperatura normal del combustible. 6. Proveer un combustible relativamente liviano para facilitar el desalojo del combustible principal. Proveer conexi ón de vapor en cada extremo final del circuito del horno para permitir la limpieza de estas l íneas. Estas conexiones deben estar a una m ínima distancia del sistema principal de combustible. 7. Proveer válvulas automáticas de cierre herm ético en las l íneas de retorno de los hornos individuales. Estas v álvulas se activan simult áneamente con la válvula de control de combustible con la se ñal proveniente del sistema de seguridad del horno. 8. Proveer indicadores locales de temperatura en las l íneas de retorno del sistema principal y en los circuitos individuales de cada horno. 9. Proveer medidores de flujo en las l íneas de alimentaci ón y retorno de cada horno. Limpieza del combustible – Se deben instalar filtros de malla fina, dise ñados para ser limpiados sin interrumpir el flujo de combustible en todos los sistemas de combustible líquido. Para combustibles residuales y combustibles de alquitr án se deben suministrar filtros auto – limpiantes. Los filtros de protecci ón del tipo convencional son aquellas tipo cesta de malla removible que pueden ser usados para permitir el mantenimiento de los auto – limpiantes. Dos fuentes confiables de filtros autolimpiantes son: 1. Auto – Klean Strainers Limited Lascar Works Hounslow, Middlesex England 2. Cuno Engineering Corporation 80 South Vine Street Meriden, Connecticut 06453 USA




.Menú Principal



FECHA

0

NOV.95

Indice volumen


Los filtros auto – limpiantes (operados por motor) deben estar equipados con dos aletas de limpieza estacionarias y tener una malla suficientemente peque ña para remover todas las partículas de 0.5 mm (0.02 pulg) y mayores. La ca ída de presión máxima permisible en condici ón sucia no debe ser mayor de 70 kPa (10 psi). Los filtros deben tener trazas de vapor y aislamiento para mantener la temperatura deseada. Las siguientes caracter ísticas del combustible y del flujo deben ser incluidos en las especificaciones de los filtros: 1. Temperaturas de operación, °C (°F) 2. Temperaturas de dise ño, °C (°F) 3. Gravedad específica a la temperatura de operaci ón 4. Viscosidad a la temperatura de operaci ón, mm2 /s (cSt) 5. Contenido máximo de azufre, incluyendo % peso de H 2S 6. Presión de operaci ón aguas arriba, kPa man (psig) 7. Presión de diseño, kPa man (psig) 8. Flujo, dm3 /s (gpm)

6.3

Pilotos Las consideraciones de seguridad requieren protecci ón contra el apagado de la llama de cada quemador. Generalmente, esto se lleva a cabo por medio de pilotos de quema continua de gas, los cuales reencienden inmediatamente el combustible si la llama se apaga. Los detectores de llamas, los cuales cortan el flujo de combustible al quemador, pueden ser usados en instalaciones de tiro forzado si es exigido por el comprador. Esta alternativa es raramente usada debido a que los sistemas de detecci ón son costosos y de dif ícil mantenimiento.Otras consideraciones adicionales son: Capacidad – Los quemadores pilotos operan a una capacidad nominal de 20.5 a 35.2 kW (70.000 a 120.000 BTU/h) a presiones de combustible de 14 a 100 kPa man. (2 a 15 psig). Combustible – Sólo se puede usar gas combustible limpio y seco. El combustible puede ser suplido desde el sistema de gas combustible del horno principal o preferiblemente desde una fuente independiente y confiable. Si el gas combustible proviene del sistema principal, el gas piloto debe venir desde aguas arriba del control de combustible del horno y las v álvulas de bloqueo. Los orificios del flujo de combustible en todos los pilotos son muy peque ños, por lo que se necesita instalar en el sistema de gas piloto un filtro con una malla de 1.3 mm (0.05 pulg). Las alarmas por baja presi ón del gas piloto deben ser ajustadas a 14 kPa man. (2 psig) y el disparo debe activarse a 7 kPa man. (1 psig). Aire – Los pilotos para los quemadores de tiro natural son del tipo inspiratorio. Para los quemadores principales se puede usar aire del sistema principal o de un




TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS QUEMADORES

.Menú Principal

Indice manual


FECHA

0

NOV.95

Página 18

Indice volumen

Indice norma

sistema independiente, tal como aire de instrumentos o aire de servicios. Si se utiliza el sistema de aire del quemador, el aire del piloto es tomado aguas arriba de los reguladores de cierre herm ético de cada quemador en particular.

6.4

Tuberí a del quemador La Figura 4. muestra un sistema t ípico de la tubería de quemadores de tiro forzado. Este sistema permite encender el quemador desde abajo del horno, como tambi én operarlo desde la plataforma. Este sistema puede ser simplificado para los quemadores de tiro natural.

7

SELECCION DEL QUEMADOR 7.1

Tipo de quemador Hornos de pir ólisis – Los hornos de craqueo y reformaci ón con vapor queman gas y sus quemadores de llama fina est án instalados en el piso. En algunos reformadores con vapor, tambi én se instala una fila de quemadores de radiaci ón montados en la pared. Hornos de procesos – El tipo de quemador requerido depender á del combustible que vaya a ser quemado, del calor total y de la disponibilidad de aire de combusti ón precalentado. La siguiente tabla resume las aplicaciones de quemadores recomendados: Combustible Gas

Calor liberado por el horno, MW (MMBTU/h) Todo

Líquido o combinación Líquido o combinación Líquido o combinación

<14.7 (50 MM BTU/h) 14.7 – 23.4 (50 – 80MM BTU/h) > 23.4 (80 MM BTU/h)

Tipo de quemador Recomendado Tiro natural de pre – mezcla o de gas bruto preferiblemente Tiro natural Tiro natural o forzado Tiro forzado

En casos donde se tiene un vendedor preferido, se recomienda especificar que el suplidor haga la selecci ón. 1. Quema de gas – Cuando s ólo van a ser quemados combustibles gaseosos en hornos de procesos, normalmente se especifican quemadores de gas de tiro natural. El tipo de quemador de gas bruto es preferido, en tanto que para aplicaciones especiales se usan los quemadores pre – mezcla de llama corta, de lo contrario, es preferible utilizar el tipo de quemador de gas bruto. Generalmente, los silenciadores de aire primario s ólo disminuyen satisfactoriamente el ruido de los quemadores pre – mezcla. Bajo ciertas condiciones este tipo de quemadores puede tambi én requerir cámaras plenum acústicas. En este caso la selecci ón económica será por los quemadores de fuego centrado de gas bruto.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO TRANSFERENCIA DE CALOR HORNOS QUEMADORES



.Menú Principal

Indice manual

Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


2. Quema de líquido o combinaci ón – En los hornos que queman combustibles líquidos o una combinaci ón líquido y gas, se usan los mismos tipos de quemadores, lo único que varía es el equipo de la pistola. Este tipo de quemador tambi én debe ser especificado para hornos que queman gas y que en el futuro quemar án combustibles l íquidos.

7.2

a.

Horno de baja capacidad – Normalmente se especifican quemadores de tiro natural con cámara plenum acústica, para calentado res con una capacidad menor de 14.7 MW (50 MM BTU/h). En estos pequeños hornos no es práctico instalar quemadores de tiro forzado.

b.

Hornos de capacidad intermedia – Son los hornos con una capacidad de 14.7 a 23.4 MW (50 a 80 MM BTU/h). Normalmente se deben especificar los quemadores de tiro forzado, aunque también pueden usarse quemadores de tiro natural. Estos últimos son menos costosos, pero los quemadores de tiro forzado requieren menos atención del operador y menos mantenimiento; además de brindar un mejor control.

c.

Hornos de alta capacidad – Los quemadores de tiro forzado, del tipo de alta intensidad son especificados en hornos con capacidad mayor de 23.4 MW (80 MM BTU/h).

Nú mero de quemadores Por lo menos tres quemadores deben usarse en cualquier horno que queme líquidos, estos es esencial para evitar interrupciones no deseadas de la operaci ón del proceso. El uso de un solo quemador es satisfactorio en servicios con gases combustibles limpios, ya que el mantenimiento de estos quemadores es despreciable.

7.3

Capacidad del quemador La capacidad m áxima de diseño del quemador depende del tipo y n úmero de quemadores que tenga el horno. Quemadores de tiro natural – La capacidad m áxima de diseño del quemador debe ser casi igual a la capacidad m áxima estipulada por el fabricante (por lo menos 90%). El sobredimensionamiento excesivo del quemador reduce su habilidad de operar eficientemente en condiciones normales de dise ño y rango de control, debido a las bajas velocidades del aire y a la mezcla deficiente. La capacidad máxima de diseño es: Quemadores quemando solo gas (% capacidad normal de dise ño)

Hasta 5 quemadores 6 ó más quemadores

115 110

Quemadores quemando lí quido o combinaciones de lí quido/gas (% capacidad normal de dise ño) 125 120





.Menú Principal

Indice manual

Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Normalmente, la capacidad m áxima de diseño no debe exceder 4.6 MW (16 MM BTU/h) para los quemadores de tiro natural. Quemadores de tiro forzado – La capacidad m áxima de diseño es: Hasta 5 quemadores: 6 ó 7 quemadores: 8 ó más quemadores:

7.4

125% de la capacidad normal de diseño 120% de la capacidad normal de diseño 115% de la capacidad normal de diseño

Espaciamiento del quemador Hornos de procesos – Los espacios libres (m ínimos) quemador – a – tubo y quemador – a – refractario se presentan en el documento PDVSA – MDP – 05 – F – 02 (Hornos: Consideraciones de dise ño) El espaciamiento m ínimo del quemador es de 25 mm (1 pulg) mayor que su diámetro máximo. Esto aplica en quemadores no montados en c ámaras “Plenum” o en aquellos con distribuci ón uniforme de aire. Las dimensiones controladas son generalmente el di ámetro de la garganta del quemador y el di ámetro de la placa del fondo para quemadores montados en el plenum. Se puede requerir de mayor espacio para los quemadores instalados en las paredes y que reciben todo el aire de combusti ón por un solo lado (por ejemplo, un anillo de quemadores en un horno cil índrico vertical). Este incremento en espacio se hace necesario para asegurar una distribuci ón adecuada del flujo de aire alrededor del quemador. Caí da de presi ón del aire – Los quemadores deben mantener cierta distancia de tal forma que el cabezal m áximo de velocidad del aire que pasa por el lado de atr ás del quemador no exceda en 10% la ca ída de presión de dicho quemador. La Figura 2. suministra informaci ón para determinar el espacio m ínimo del quemador. Además de las tolerancias arriba mencionadas, los espacios externos alrededor de los quemadores (incluyendo la estructura del horno, tuber ía, fundaciones y el ducto del tiro forzado) deben permitir que tanto la pistola como el quemador sean removidos para mantenimiento sin interferir con la operaci ón de cualquier otro quemador. Esto depende principalmente del contratista y el vendedor. Sin embargo, el dise ñador del horno debe tener en mente estas consideraciones particularmente cuando se determinan arreglos similares de ductos de tiro forzado.

7.5

Preparació n de las especificaciones del dise ño del quemador Las especificaciones del quemador deben incluirse en el dise ño de todos los hornos. Esta informaci ón debe incluir: tama ño del quemador, capacidades normal




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


y máxima de diseño, y disponibilidad de tiro o presi ón de aire de combusti ón en el quemador. La especificaci ón de dise ño debe incluir las propiedades del combustible y las presiones disponibles en el quemador.

8

APENDICES Tabla 1 Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4

Direcciones de algunos vendedores de quemadores Quemadores t ípicos de tiro natural Espacio de quemadores montados sobre una c ámara (plenum) Sistema t ípico de circulaci ón de aceite Arreglo típico de la tubería del quemador para quemadores de tiro forzado





.Menú Principal

Indice manual

Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


TABLA 1. DIRECCIONES DE ALGUNOS VENDEDORES DE QUEMADORES Vendor Name: JOHN ZINK CO Nuevo nombre: KOCH INDUSTRIES INC/KOCH ENGINEERING CO INC/ZINK (JOHN) CO PO BOX 21220

Vendor Name: N A O INC Antiguo nombre: NATIONAL AIROIL BURNER Co. 1284 E SEDGLEY AVE, PHILADELPHIA, PA 19134 – 1590

TULSA, OK

USA

74121 – 1220

telf.: 215/743 – 5300, 800/523 – 3495

USA

Fax: 215/743 – 3018, 215/743 – 3020

telf.: 918/234 – 2892

Telex: WU 84 – 5403

11920 E APACHE

Fax: 918/234 – 1978

Colombia Inclocol LTDA Apartado Aereo 52653, Calle 75 #5836. Barranquilla

Venezuela Baker Químicas de Venezuela, S A (representative) Apartado 6682 Caracas, 12010A

Colombia

Venezuela

telf.: 575 – 6 – 456025

telf.:582 – 285 – 6612

Fax: 575 – 8 – 580774

fax: 582 – 285 – 6223

V R Ingenieria & Mercadeo Santa Fe de Bogota, Colombia telf.: 571 – 2 – 443461 Fax: 571 2 – 688601




.Menú Principal


Indice volumen

Fig 1. QUEMADORES TIPICOS DE TIRO NATURAL


FECHA

0

NOV.95





.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Fig 2. ESPACIO DE QUEMADORES MONTADOS SOBRE UNA CAMARA (PLENUM)




.Menú Principal


Indice volumen

Fig 3. SISTEMA TIPICO DE CIRCULACION DE ACEITE


FECHA

0

NOV.95





.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


Fig 4. ARREGLO TIPICO DE LA TUBERIA DEL QUEMADOR PARA QUEMADORES DE TIRO FORZADO




.Menú Principal


Indice volumen


FECHA

0

NOV.95


NOTAS: 1. La ubicación recomendada de las válvulas de aislamiento del quemador para el gas combustible, aceite combustible y vapor de atomización es adyacentes a las puertas de observaci ón. Esto permite que los ajustes del quemador sean hechos mientras se observa la llama. 2. Los colectores de aceite combustible, gas combustible, gas piloto y l íneas deben ser revestidas con aislamiento y con trazas de vapor. Las l íneas de vapor de atomización y de aceite combustible deben ser revestidas juntas. 3. Las tuberías de aceite y vapor en el m últiple recibidor deben proveer flexibilidad de ±50 mm (2 pulg) de movimiento vertical; y la tuber ía del gas en el quemador debe proveer ±12 mm (0,5 pulg) de movimiento vertical. 4. Instalar bridas en toda la tubería de forma tal de poder sacar el quemador para mantenimiento. ubique las bridas aproximadamente 600 mm (24 pulg) del quemador. Las l íneas de trazas con vapor deben tener accesorios de compresión en las bridas de la tubería para facilitar su desmantelamiento. 5. Se requieren válvulas de tapón en las líneas de aire y de gas piloto en el quemador. 6. Se requieren drenajes en las líneas de aceite combustible y vapor de atomizaci ón. 7. Las válvulas aguas arriba de las bridas de gas combustible, aceite combustible y vapor de atomización están por conveniencia, para vaporizar fuera de la pistola del quemador y apagar el quemador.

quemadores.pdf

Recommend Documents