QUEMADORES MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
TRANSFERENCIA DE CALOR
HORNOS
PDVSA N°
MDP–05–F–03
0
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REV.
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APROB.
E1994
TITULO
QUEMADORES
28
DESCRIPCION
FECHA
PAG. REV.
APROB.
APROB. APROB.
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ESPECIALISTAS
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Indice
1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 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 CONSIDERACIONES DE DISEÑO DEL SISTEMA
DE COMBUSTIBLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
6.1
6.2
6.3
6.4
Combustibles gaseosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Combustibles líquidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pilotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tubería del quemador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
13
17
18
7 SELECCION DEL QUEMADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
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 . . . . . . . .
18
19
19
20
20
8 APENDICES
Tabla 1
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Direcciones de algunos vendedores de quemadores . . . . . . . . . . .
Quemadores típicos de tiro natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Espacio de quemadores montados sobre una cámara
(plenum) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistema típico de circulación de aceite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Arreglo típico de la tubería del quemador para quemadores
de tiro forzado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
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OBJETIVO
Presentar información básica que pueda usarse en la evaluación de ofertas
quemadores nuevos para hornos de proceso. Esta información 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), está cubierto por los siguientes documentos:
PDVSA–MDP–
Descripción de Documento
05–F–01
Hornos: Principios Básicos.
05–F–02
05–F–03
Hornos: Consideraciones de diseño.
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 demás que cubren el tema de “Hornos”, dentro del
Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualización de la
Práctica de Diseño “HORNOS”, presentada en la versión de Junio de 1986 del
MDP (Sección 8).
2
ALCANCE
Se cubre el uso de quemadores en hornos de proceso de la refinería. Se presentan
normas para la selección del quemador y diseño de los mismos. Exceptuando
algunas especificaciones, la selección del quemador debe ser consistente con los
requerimientos de las prácticas básicas para equipos con niveles de ruido.
También se incluyen detalles de los quemadores comúnmente usados.
3
REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
S Vol VII y VIII, Sección 12 “Instrumentación”
S Vol VIII y IX, Sección 15 “Seguridad en el diseño de plantas”
Manual de Ingeniería de Diseño
S PDVSA–MID–L–TP–2.7 “Hornos de proceso: Requisición, análisis de ofertas
y detalles de compra”
S PDVSA–MID–B–201–PR “Hornos de fuego directo”
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S PDVSA–MID–K–337: “ Furnace instrumentation “
S PDVSA–MID–SN–291: “Control de ruidos de plantas: filosofia de diseño”
Manual de Ingeniería de Riesgo
S PDVSA–IR–P–01 “Sistema de paradas de
despresurizacion y venteo de equipos y plantas”
emergencia,
bloqueo,
Manual de Inspección
S PDVSA–PI–12–12–01: “ Control de ruido”
Otras Referencias
S Garg, A., Ghosh, H., “Good heater specifications pay off”, Chemical
Engineering, julio 18, 1988, pp 77–80
S Whitehead, D. M., Butcher, R. W., “Forced draft burners compared”,
Hydracarbon Processing, julio 1984, pp 51–55
4
DEFINICIONES
Para ver otras definiciones relacionadas con el tema de hornos, consultar
PDVSA–MDP–05–F–01.
Poder calorífico inferior (PCI)
Es el calor teórico de combustión de un combustible, cuando no se le da crédito
al calor de condensación del agua en el gas de combustión. También se le llama
poder calorífico neto y es generalmente expresado en kJ/kg (BTU/lb).
Convencionalmente, el poder calorífico inferior es utilizado para todos los rangos
de operación de los quemadores.
Capacidad máxima del quemador
Es el calor máximo liberado a la cual el quemador puede operar con características
de combustión aceptables.
Capacidad normal de diseño del quemador
Es el calor liberado por los quemadores individuales cuando el horno opera a su
capacidad de diseño y todos los quemadores están en servicio.
Capacidad máxima del diseño del quemador
Es el máximo calor específico liberado por un quemador. Esta es un poco mayor
que la capacidad normal de diseño y su intención es suplir capacidad suficiente
al quemador para compensar la carga adicional cuando uno o más quemadores
son removidos temporalmente para mantenimiento, limpieza, etc. La capacidad
máxima de diseño no debe exceder la capacidad máxima del quemador.
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Flexibilidad del quemador (Turndown)
Es la relación de la capacidad máxima 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 refinerías
y en plantas químicas. Cada tipo de quemador tiene su capacidad y limitaciones,
las cuales determinan su aplicación para un servicio dado. A continuación, se
describen los tipos de quemadores comúnmente usados.
5.1
Quemadores de tiro natural
La mayoría de estos quemadores cuentan con un tiro térmico desarrollado en el
horno y en la chimenea para proveer el aire requerido para la combustión. Algunos
usan la energía del gas combustible para alcanzar el 100% del aire
estequiométrico requerido. Todos estos quemadores son clasificados de acuerdo
al tipo de combustible con que operan, es decir, gas, líquido o combinación
gas/líquido.
La capacidad máxima de diseño de los quemadores de tiro inducido está
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 básicos:
1. Pistola del quemador – De ser requerido atomiza el combustible y lo inyecta
en la zona de combustión.
2. Registro de aire – Controla el flujo de aire al quemador.
3. Garganta(s) del quemador – Dirige el flujo de aire a través del quemador
e irradia calor en la zona de combustión.
Quemadores de gas – Cuando sólo se van a quemar combustibles gaseosos, y
no hay precalentamiento del aire de combustión, 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. Mecánicamente,
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).
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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 sólo están disponibles combustibles gaseosos.
Los quemadores de gas con pistola múltiple cuestan más o menos el doble.
Sin embargo, la mayoría de estos quemadores tienen la capacidad de ser
modificados para quemar combustibles líquidos 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 diseño 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 energía
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 través de un
distribuidor instalado en la salida del tubo mezclador. Cualquier aire
adicional (secundario) que sea requerido para completar la combustión,
entra y es controlado por un registro de aire.
El tamaño y la forma de las llamas producidas por estos quemadores varían
considerablemente, dependiendo de la configuración del cabezal de
distribución. Las llamas típicas no son luminosas. Estos quemadores
normalmente son clasificados en llama corta, llama larga (lápiz) 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 diseño 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
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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.
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 está 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 radiación 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 combustión
(no inspirado). estos quemadores pueden operar a bajas tasas de aire de
exceso, y no se afectan significativamente por cambios en la dirección 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 están
localizados en una zona fría, se taponan menos que los orificios más
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 hidrógeno
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 presión del gas combustible sea
mantenida por encima de 14 kPa man (2 psig).
2. El pre–encendido de la mezcla aire/combustible puede también 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
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adecuadamente por silenciadores en la primera entrada de aire y/o por
diseños especiales de la copa de los inspiradores.
Quemadores de líquidos – También existen quemadores de líquidos de tiro
natural. Sin embargo, la única configuración 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 líquido
son una función del diseño de la pistola de atomización y del diseño de las
baldosas refractarias. Normalmente, se prefiere tener quemadores de líquido del
tipo de tiro forzado, por lo cual se ampliará la discusión al llegar a ese punto.
Quemadores que operan con gas/líquido – Estos quemadores son la
combinación de un quemador líquido y un quemador de gas de pistola múltiple.
(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 líquido o ambos combustibles simultáneamente. La quema
simultánea de ambos combustibles resulta en llamas un poco más largas en
comparación con la quema de un sólo combustible. Cuando se queman ambos
combustibles simultáneamente, la capacidad total combinada que se quema no
debe exceder la capacidad máxima de diseño del quemador.
Cuando ambos combustibles deben ser quemados al mismo tiempo en un horno,
se prefiere la quema simultánea en cada quemador. El número de quemadores
usados, por cada servicio de distribución, se estima en base al porcentaje del calor
total suministrado por el combustible. Además, los quemadores en operación
deben ser distribuidos tan uniformemente como sea posible. Se debe tener
cuidado cuando se queman combustibles líquidos y gaseosos en quemadores
separados debido a que las capacidades pueden excederse si el gas combustible
es la carga base y su poder calorífico varía.
5.2
Quemadores de tiro forzado
Los quemadores de tiro forzado cuentan con ventiladores para suplir su aire de
combustión bajo presión. En el diseño de este tipo de quemadores, la energía
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 volúmenes específicos pequeños de la llama
y por ende mayores capacidades permisibles en los quemadores. Por tal razón,
se requiere menor número de quemadores de tiro forzado en comparación a la
cantidad de quemadores de tiro natural, basado en el mismo calor total liberado.
La capacidad máxima de diseño 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:
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1. Operación menores niveles de exceso de aire para todos los combustibles.
2. Combustión más eficiente con combustibles residuales (Menor emisión de
partículas: cuando los quemadores queman a bajos niveles de exceso de
aire para una mayor eficiencia, la emisión excesiva de partículas puede ser
un problema; estas partículas 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 así la eficiencia del
horno entre paradas por mantenimiento.
3. Menor consumo de vapor de atomización.
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 través de precalentamiento de aire de combustión.
7. Menores niveles de ruido.
8. Un solo punto de control del aire de combustión.
9. Oportunidad de controlar la relación 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 más sensibles a
taponamientos y erosión 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 presión del soplador de aire.
Quemadores de líquidos – Debido a que la mezcla de combustible y aire de
combustión sucede en fase gaseosa, todos los quemadores de líquido usan
alguna forma de atomización para dividir la masa líquida en gotas de tamaño
microcópico. Esto aumenta la relación superficie/masa, permitiendo un
calentamiento extremadamente rápido y vaporization de la masa del aceite
combustible.
Los quemadores de aceite casi siempre usan vapor de agua como medio de
atomización, y el contacto del vapor caliente con el aceite tiende a emulsificarlo y
formar espuma, favoreciendo el proceso de atomización. 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 vacío.
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2. La presión del combustible en el quemador debe estar del orden de 4 – 7
barg (60–100 psig), preferiblemente en el valor más 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 presión del combustible.
Para aquellos casos donde se no se disponga de vapor de agua, se puede tener
atomización mecánica o por aire.
Los requerimientos operativos de atomización por aire son similares a los de
atomización con vapor, aunque se requiere una temperatura un poco más alta del
combustible, para compensar por el efecto enfriador del aire atomizante.
Las unidades atomizadas mecánicamente aprovechan la energía 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 atomización 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 presión 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 combustión sea disponible a su capacidad máxima de diseño.
Quemadores de tiro natural – El flujo máximo de aire a través de los quemadores
está gobernado por el tiro disponible del horno a nivel del quemador y por las
características 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 líquido o combinación 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 función de varios factores, siendo los más importantes el
diseño del quemador y el tipo de combustible. Los otros factores incluyen la
presión del combustible, la presión de atomización del vapor y la habilidad para
controlar el flujo de aire de combustión. La flexibilidad del quemador normalmente
no afecta la selección del quemador ni el diseño 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
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molecular y un poder calorífico del gas combustible constante. La presión del
combustible a la capacidad máxima de diseño debe ser de por lo menos 210 kPa
manométricos (30 psig). La mínima presión de diseño debe ser de por lo menos
7 kPa manométricos (1 psig); esto ajusta la capacidad mínima del quemador.
Presiones menores del combustible limitan la flexibilidad del quemador.
En situaciones donde el gas combustible varía considerablemente en peso
molecular, la pistola del combustible debe ser diseñada para el gas que contenga
el menor peso molecular. Como la densidad del gas combustible aumenta, la caída
de presión a través del quemador decrecerá y se reducirá 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 hidrógeno 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 manométricos (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 combustión. Al igual que con gas,
la maximización de la presión del combustible maximizará la flexibilidad.
Quemadores de combinación gas/líquido – Cuando se queman ambos
combustibles simultáneamente en quemadores de tiro natural e inducido, se
obtiene una mayor flexibilidad de operación que con un solo combustible. La razón
de esto es que el combustible principal actúa como una fuente de encendido con
respecto al combustible secundario. Para los quemadores que operan
simultáneamente con ambos combustibles, se hace necesario la adición de
controles de tal forma que la pérdida del combustible principal automáticamente
cierre el combustible secundario, en caso de que este último se esté quemando
por debajo de su flexibilidad límite 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 operación a cargas bajas. El aire puede ser reducido en
quemadores de tiro natural e inducido hasta que haya insuficiente energía 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 continuación se presenta un resumen de recomendaciones del tratamiento
acústico para varios quemadores.
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Quemadores de tiro natural
1. Quemadores de pre–mezcla de gas – Estos quemadores requieren
silenciadores de aire primario. (Las paredes de radiación del quemador
generalmente no requieren estos silenciadores). Estos quemadores
también pueden requerir cámaras (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 reducción acústica
(plenums) tienen severas desventajas, debido a problemas de operación y
mantenimiento, los cuales pueden ser causados por combustibles residuales.
Además, los combustibles altamente volátiles, tales como la nafta líquida, 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 acústico, los cuales están 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 acústico. Los ventiladores, motores y sistemas de
ducto de tiro forzado normalmente requieren de algún tratamiento.
6
CONSIDERACIONES DE DISEÑO DEL SISTEMA DE
COMBUSTIBLE
Los combustibles de la refinería 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 varían de limpios, secos y de peso molecular constante, hasta
sucios, mezclas húmedas de gases de desechos de procesos que pueden fluctuar
significativamente su peso molecular y composición. 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 combustión debido a la
mala distribución del combustible en los quemadores.
Con el fin de protegerse contra gas sucio o húmedo, los separadores gas/líquido
son un requerimiento mínimo en todos los sistemas de gas combustible. Sin
embargo, cuando el gas es muy sucio o muy húmedo, estos separadores no
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pueden hacer un servicio adecuado de purificación del combustible. En lugares
donde la experiencia ha demostrado que existe esta situación, equipos de gas
mucho más eficientes, tales como depuradores de secado tipo centrífugos 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 tubería
aguas abajo del separador debe estar traceada con vapor, con aislamiento y
drenajes en caso de que sea posible la condensación 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 presión del combustible
requerida a carga máxima es de 210 kPa manométricos (30 psig) o mayor. Por
ejemplo, la presión del gas a la capacidad mínima del quemador es de 7 a 14 kPa
manométricos (1 a 2 psig). Las presiones de diseño más bajas limitan la
flexibilidad.
En situaciones donde el peso molecular del gas varía considerablemente, la
flexibilidad del quemador será limitada según el gas se desvíe del peso molecular
para el cual el quemador fue diseñado; el aumento en densidad restringirá el límite
de operación inferior y la disminución en densidad reducirá el límite de operación
superior del quemador a no ser que se disponga de suficiente presión de gas para
contrarrestar el incremento de la caída de presión. 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 diseñadas para utilizar el
combustible con el menor peso molecular. Los quemadores pueden ser operados
satisfactoriamente con presiones de gas de hasta 280 kPa manométricos (40
psig). Presiones mayores pueden dar origen a problemas de ruido.
Para muy bajas presiones del gas (presión 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 vacío. 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 presión de 210 kPa manométricos (30 psig): por supuesto esta
información es preliminar y cualquier información final deberá entregarse, con
garantías, por un suplidor especializado..
Control del horno – Si los quemadores de gas están en su condición 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 combustión sub–estequiométrica en
el quemador. Recíprocamente, si el poder calorífico 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
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segregado y quema de combustible líquido, y donde el gas combustible fluctúa
sustancialmente con respecto al poder calorífico, el flujo de gas combustible debe
ser controlado automáticamente si es posible. Por otro lado, el líquido combustible
puede estar a la carga base, ya que su poder calorífico es relativamente constante.
El método preferido para quemar gas y líquido en una unidad es quemarlos a
ambos simultáneamente en cada quemador. La quema simultánea permite
basarse en la carga de cualquier combustible.
6.2
Combustibles líquidos
Los combustibles líquidos tienen un rango extenso, el cual incluye desde la nafta,
hasta combustibles muy viscosos y/o combustibles líquidos como por ejemplo
residuales de vacío y residuo craqueado. Independientemente de la calidad, los
combustibles líquidos deben llegar a la pistola del quemador bajo las siguientes
condiciones:
1. A una viscosidad y temperatura que asegure buena atomización y
combustión.
2. Solo en la fase líquida.
3. Libre de cualquier sólido que pueda taponar los orificios de atomización
pequeños.
Viscosidad y temperatura del combustible – Para una buena atomización el
combustible debe llegar al quemadores con una viscosidad de 26 mm2/s (26 cst)
o menor. A viscosidades mayores el tamaño de las gotas del combustible
atomizado pueden ser tan grandes que se puede dar origen a una combustión
ineficiente. Esto trae como resultado que las llamas no sean adecuadas, y que el
combustible no consumido pueda escaparse de la llama, causando combustión
humeante.
La temperatura de los combustibles residuales debe ser mantenida por encima de
175°C (350°F), aun si temperaturas más 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 típicos.
Generalmente, la temperatura de los cortes de este tipo de combustible debe ser
suficientemente alta para asegurar que la viscosidad del componente más pesado
sea de 26 mm2/s (26 cst) o menor. De esta forma se asegura que el componente
más pesado se gasifique rápidamente y se queme. Mientras mayor sea la
temperatura del combustible, más rápida será la gasificación y mejor la
combustión.
Combustibles volátiles – En caso de combustibles volátiles, tales como la nafta,
se debe evitar la gasificación parcial del combustible aguas arriba del orificio del
combustible. Esta condición trae como resultado inestabilidad del quemador y
posible apagado de las llamas.
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Los combustibles del tipo de la nafta también presentan problemas de seguridad
debido a su alta volatibilidad, por lo cual requiere especial atención. Estos
problemas son:
1. Alto riesgo de incendio en el caso de que se derrame el combustible (o
explosión en el caso de quemadores de tiro natural con plenum acústico).
Por lo tanto, estos combustibles no deben ser quemados en quemadores
con plenum acústicos. Además, se deben especificar sistemas de
seguridad para evitar la remoción del quemador sin haber bloqueado
completamente el combustible.
2. Las fugas de nafta en sistemas de aceite combustible caliente,
especialmente del tipo de recirculación, se vaporizará parcialmente en
estas líneas de combustible y/o tanques de compensación y tanques de
retención. Por lo tanto, el sistema de la nafta debe ser segregado al sistema
de aceite combustible mediante la separación física o por el uso de válvulas
de tres vías en todas las interfases entre los dos sistemas.
Atomizadores – Estas son probablemente las piezas más críticas en el sistema
de aceite combustible. Si no son diseñadas y dimensionadas correctamente o si
se llegan a ensuciar o desgastar durante su uso, no atomizarán el combustible
suficientemente y no podrán dar una combustión rápida y completa. Esto puede
dar como resultado una combustión humeante y choques de la llama con los tubos
del proceso y otras superficies de los hornos. Además, las gotas grandes de
combustible pueden derramarse en el quemador ocasionando condiciones
inseguras en el caso de combustibles volátiles, o por lo menos problemas serios
de mantenimiento en el caso de combustibles residuales.
1. Tipos de atomizadores – Generalmente se usan tres tipos básicos 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 presión
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 manométricos
(100 psig) de ser posible).
El consumo estimado de vapor de atomización 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 línea 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 sólo en quemadores
horizontales (por lo tanto, no se usa en diseños 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.
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Atomizadores combinación 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 sólidos 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 diseñar
apropiadamente los atomizadores para todos los quemadores. El tipo de
atomizador usado se determina por el tipo de quemador, las características
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 atomización, ellos
suplirán atomizadores de combinación mecánico/vapor (o
mecánico) a solicitud del comprador.
2. Los quemadores comerciales de tiro forzado generalmente están
equipados con atomizadores especiales que han sido diseñados
especialmente para estos quemadores
Sistema de combustible – Para combustibles pesados, tales como residuales de
vacío o atmosféricos, alquitrán y otros combustibles con bajos puntos de fluidez,
se debe utilizar un sistema de recirculación. Este sistema evita problemas
inherentes asociados con los sistemas muertos, tales como arranques con el
combustible frío y líneas taponadas. La Figura 3. muestra un sistema de
recirculación de aceite combustible. Se deben considerar los siguientes puntos
importantes para el diseño:
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 línea de
retorno principal.
3. Proveer orificios pequeños de limitación de flujo mínimo (válvulas de
compuerta con un orificio) en las líneas 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
características; el tamaño y longitud de la(s) línea(s) de retorno,
condiciones ambientales, etc., y son ajustadas para mantener
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temperaturas adecuadas del combustible a través del sistema. Se debe
tener cuidado cuando se dimensionen las bombas, válvulas 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 conexión de vapor en cada extremo final del
circuito del horno para permitir la limpieza de estas líneas. Estas
conexiones deben estar a una mínima distancia del sistema principal de
combustible.
7. Proveer válvulas automáticas de cierre hermético en las líneas de retorno
de los hornos individuales. Estas válvulas se activan simultáneamente con
la válvula de control de combustible con la señal proveniente del sistema
de seguridad del horno.
8. Proveer indicadores locales de temperatura en las líneas de retorno del
sistema principal y en los circuitos individuales de cada horno.
9. Proveer medidores de flujo en las líneas de alimentación y retorno de cada
horno.
Limpieza del combustible – Se deben instalar filtros de malla fina, diseñados
para ser limpiados sin interrumpir el flujo de combustible en todos los sistemas de
combustible líquido. Para combustibles residuales y combustibles de alquitrán se
deben suministrar filtros auto–limpiantes. Los filtros de protección 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
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Los filtros auto–limpiantes (operados por motor) deben estar equipados con dos
aletas de limpieza estacionarias y tener una malla suficientemente pequeña para
remover todas las partículas de 0.5 mm (0.02 pulg) y mayores. La caída de presión
máxima permisible en condición 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 características del combustible y del flujo deben ser
incluidos en las especificaciones de los filtros:
1. Temperaturas de operación, °C (°F)
2. Temperaturas de diseño, °C (°F)
3. Gravedad específica a la temperatura de operación
4. Viscosidad a la temperatura de operación, mm2/s (cSt)
5. Contenido máximo de azufre, incluyendo % peso de H2S
6. Presión de operación 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 protección 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 detección son costosos y de difícil 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 válvulas de bloqueo.
Los orificios del flujo de combustible en todos los pilotos son muy pequeños, 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 presión 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
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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 hermético de cada quemador en particular.
6.4
Tubería del quemador
La Figura 4. muestra un sistema típico de la tubería de quemadores de tiro forzado.
Este sistema permite encender el quemador desde abajo del horno, como también
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 pirólisis – Los hornos de craqueo y reformación con vapor queman
gas y sus quemadores de llama fina están instalados en el piso. En algunos
reformadores con vapor, también se instala una fila de quemadores de radiación
montados en la pared.
Hornos de procesos – El tipo de quemador requerido dependerá del combustible
que vaya a ser quemado, del calor total y de la disponibilidad de aire de combustión
precalentado. La siguiente tabla resume las aplicaciones de quemadores
recomendados:
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
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 selección.
1. Quema de gas – Cuando sólo 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 sólo disminuyen
satisfactoriamente el ruido de los quemadores pre–mezcla. Bajo ciertas
condiciones este tipo de quemadores puede también requerir cámaras
plenum acústicas. En este caso la selección económica será por los
quemadores de fuego centrado de gas bruto.
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2. Quema de líquido o combinación – En los hornos que queman
combustibles líquidos o una combinación líquido y gas, se usan los mismos
tipos de quemadores, lo único que varía es el equipo de la pistola. Este tipo
de quemador también debe ser especificado para hornos que queman gas
y que en el futuro quemarán combustibles líquidos.
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).
Número 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 operación
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 máxima de diseño del quemador depende del tipo y número de
quemadores que tenga el horno.
Quemadores de tiro natural – La capacidad máxima de diseño del quemador
debe ser casi igual a la capacidad máxima estipulada por el fabricante (por lo
menos 90%). El sobredimensionamiento excesivo del quemador reduce su
habilidad de operar eficientemente en condiciones normales de diseño y rango de
control, debido a las bajas velocidades del aire y a la mezcla deficiente. La
capacidad máxima de diseño es:
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Quemadores quemando
solo gas (% capacidad
normal de diseño)
Hasta 5 quemadores
6 ó más quemadores
115
110
Quemadores quemando
líquido o combinaciones de
líquido/gas (% capacidad
normal de diseño)
125
120
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Normalmente, la capacidad máxima de diseño no debe exceder 4.6 MW (16 MM
BTU/h) para los quemadores de tiro natural.
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
Quemadores de tiro forzado – La capacidad máxima 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 (mínimos) quemador–a–tubo y
quemador–a–refractario se presentan en el documento PDVSA–MDP–05–F–02
(Hornos: Consideraciones de diseño)
El espaciamiento mínimo del quemador es de 25 mm (1 pulg) mayor que su
diámetro máximo. Esto aplica en quemadores no montados en cámaras “Plenum”
o en aquellos con distribución uniforme de aire. Las dimensiones controladas son
generalmente el diámetro de la garganta del quemador y el diámetro 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 combustión por un solo lado (por ejemplo,
un anillo de quemadores en un horno cilíndrico vertical). Este incremento en
espacio se hace necesario para asegurar una distribución adecuada del flujo de
aire alrededor del quemador.
Caída de presión del aire – Los quemadores deben mantener cierta distancia de
tal forma que el cabezal máximo de velocidad del aire que pasa por el lado de atrás
del quemador no exceda en 10% la caída de presión de dicho quemador. La Figura
2. suministra información para determinar el espacio mínimo del quemador.
Además de las tolerancias arriba mencionadas, los espacios externos alrededor
de los quemadores (incluyendo la estructura del horno, tubería, fundaciones y el
ducto del tiro forzado) deben permitir que tanto la pistola como el quemador sean
removidos para mantenimiento sin interferir con la operación de cualquier otro
quemador. Esto depende principalmente del contratista y el vendedor. Sin
embargo, el diseñador del horno debe tener en mente estas consideraciones
particularmente cuando se determinan arreglos similares de ductos de tiro
forzado.
7.5
Preparación de las especificaciones del diseño del quemador
Las especificaciones del quemador deben incluirse en el diseño de todos los
hornos. Esta información debe incluir: tamaño del quemador, capacidades normal
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y máxima de diseño, y disponibilidad de tiro o presión de aire de combustión en
el quemador. La especificación de diseño 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 típicos de tiro natural
Espacio de quemadores montados sobre una cámara (plenum)
Sistema típico de circulación de aceite
Arreglo típico de la tubería del quemador para quemadores de tiro
forzado
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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
11920 E APACHE
PO BOX 21220
TULSA, OK
74121–1220
USA
telf.: 918/234–2892
Fax: 918/234–1978
Vendor Name: N A O INC
Antiguo nombre: NATIONAL AIROIL
BURNER Co.
1284 E SEDGLEY AVE,
PHILADELPHIA, PA
19134–1590
USA
telf.: 215/743–5300, 800/523–3495
Fax: 215/743–3018, 215/743–3020
Telex: WU 84–5403
Colombia
Inclocol LTDA
Apartado Aereo 52653,
Calle 75 #5836.
Barranquilla
Colombia
telf.: 575–6–456025
Fax: 575–8–580774
V R Ingenieria & Mercadeo
Santa Fe de Bogota,
Colombia
telf.: 571–2–443461
Fax: 571 2–688601
Venezuela
Baker Químicas de Venezuela, S A
(representative)
Apartado 6682
Caracas, 12010A
Venezuela
telf.:582– 285–6612
fax: 582–285–6223
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Fig 1. QUEMADORES TIPICOS DE TIRO NATURAL
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Fig 2. ESPACIO DE QUEMADORES MONTADOS SOBRE UNA CAMARA (PLENUM)
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Fig 3. SISTEMA TIPICO DE CIRCULACION DE ACEITE
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Fig 4. ARREGLO TIPICO DE LA TUBERIA DEL QUEMADOR PARA QUEMADORES DE
TIRO FORZADO
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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 observación. 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 líneas deben ser revestidas con
aislamiento y con trazas de vapor. Las líneas de vapor de atomización y de aceite combustible
deben ser revestidas juntas.
3. Las tuberías de aceite y vapor en el múltiple recibidor deben proveer flexibilidad de ±50 mm (2 pulg)
de movimiento vertical; y la tubería 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 líneas 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 atomización.
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.

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