El objetivo principal es la reducción de costos de operación en calderas, hornos industriales, intercambiadores de calor (fired heaters) y calentadores que tienen alto o medio consumo de combustible.
Cada caso tiene características muy particulares de proceso y combustión (si se quema gas natural, combustibles pesados, bagazo o carbón). Adicionalmente se busca la reducción de NOx y emisiones.
Un analizador avanzado puede tener un costo de inversión inicial un poco mayor, pero puede ahorrar de decenas a cientos de miles de dólares al año en consumo de combustible y se recupera la inversión incluso en pocos meses.
En el mercado existen variedad de marcas y tecnologías que ofrecen desde medidores de oxígeno (medidores sencillos) hasta analizadores avanzados de eficiencia de combustión (celdas de zirconia para oxígeno que pueden combinar también CO y metano); cada proceso requiere un tipo de analizador especifico. AMETEK THERMOX fabrica más de 30 versiones para cada aplicación e industria en particular, desde procesos sencillos a aplicaciones complejas como son las de alto particulado en gases, para premezcla en hornos abiertos, combustibles pesados o sólidos, de alto sulfuro, y gases agresivos o de muy alta temperatura.

A) Alcanzando los objetivos de performance
La figura 2 muestra un ecuación o balance que ocurre en una reacción real de combustión, la idea es encontrar el punto de equilibrio que minimice el NOx. Mejorar la eficiencia de combustión permite conseguir los siguientes objetivos:

• Maximizar la entrega de calor al proceso y producción, mientras
• se minimiza el consumo de combustible.
• Maximizar la entrega de calor al proceso, con calidad de combustible variable.
• Minimizar el desgaste estructural causado por el uso y operación.
• Minimizar las emisiones de las chimeneas (calor, CO, NOx).
• Maximizar los niveles de integridad y seguridad.

Ahorro de energía: Las calderas y procesos de combustión consumen grandes cantidades de combustible para generar el calor necesario que debe ser transferido. El correcto uso de analizadores de gases puede maximizar la eficiencia y reducir los costos de consumos de combustible.
Reducción de NOx: En Estados Unidos, dieciséis por ciento de NOx producido anualmente por emisiones puede ser atribuido a la industria de refinación y química. Las restricciones legales hacen necesario un mejor control de la emisión de NOx y de otros componentes en chimeneas. Operar los quemadores en el punto de eficiencia óptima, en el punto más bajo de exceso de aire de combustión (oxígeno) y bajo PPM de combustibles (CO) es la forma más simple y segura de minimizar las emisiones de NOx.

Calidad de operación: La temperatura en los tubos en donde se da intercambio de calor es importante para trabajar en los puntos óptimos. Los combustibles que se queman varían en su contenido calorífico. Esto lleva a grandes variaciones en el calor entregado y a variaciones en la temperatura en equipos y gases residuales.
Seguridad: La falta de información o información incorrecta por tener un analizador mal seleccionado o instalado, que no es el apropiado para ese proceso, o que tenga muy largo tiempo de respuesta, llevan a una operación que no estará en los mejores niveles de seguridad.
Vida de los componentes: La operación incorrecta lleva a fallas prematuras, excesos de temperatura, corrosión, daño estructural o fugas en las tuberías, debido a golpes de flama, combustión secundaria y fugas del gas de combustión.

B) ¿Cuál es el setpoint correcto de oxígeno en los gases de combustión?
Encontrar el punto óptimo de exceso de aire u oxígeno con el mínimo CO (combustibles) en gases de combustión es el aspecto más importante para reducir los consumos de combustible. No existe un único valor para todo tipo de proceso. El oxígeno óptimo depende del tipo de combustible, de la carga de agua, del diseño y performance de quemadores y del equipo.
En la gráfica de la figura 3 se muestran dos zonas importantes. En la zona roja a la izquierda, cuando se baja mucho el oxígeno se generan pérdidas de combustible en los gases de combustión (sube el contenido de CO en gases). La zona amarilla a la derecha es por exceso de aire (sube el oxígeno en gases) que significa pérdidas de calor que se va en los gases de combustión y alta producción de NOx (a mayor nivel de oxígeno mayor producción de NOx). El punto óptimo es en el punto medio donde convergen estas dos zonas.

Por: Ing. Marco Paretto – Gerente General – MARPATECH S.A.C.
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