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

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

Iliana Colín

[File Name or Event]Emerson Confidential27-Jun-01, Slide 2

PAD México

Emerson Confidential

Enero 2014// Slide 2

Agenda

Importancia de las mediciones analíticas en combustión

Trascendencia del oxígeno en los procesos de combustión

Métodos de medición de oxígeno

Analizadores tipo in situ

Aplicaciones

Control y Mantenimiento predictivo

Servomecanismos para control de aire

Preguntas y respuestas


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Importancia de las mediciones analíticas en combustión

Aspectos Regulados– Las presiones para reducir la producción de Nox

están incrementándose.

– El CO2 está migrando hacia un contaminante regulado.

• En algunos países existe el comercio de NOx

• El mercado de CO2 está emergiendo en todo el mundo

• Actualmente es voluntario


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Eficiencia Energética

“Ahorro de Energía”

Reducción del contenido de energía en el producto final de nuestros clientes.


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Horizonte Cambiante Incremento del precio de los combustibles fósiles

La regulación ambiental,

Presiones nuevas para minimizar el calentamiento

¡¡Traducido en interés por comprar dispositivos para la reducción de energía!!

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http://www.hotwaterlimited.co.uk/images/eerec.jpg

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http://www.camtech.cc/images/new_refinery.jpg

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http://www.oeidrus-tamaulipas.gob.mx/logos/SEMARNAT.jpg

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Todo radica en el control del quemador

Varios miles de dolares pasan a través de cada

quemador todos los días

Un control impropio del quemador provoca una

combustión ineficiente

Todos los contaminantes se producen en el

quemador

http://www.hague.com/Transjet.jpg

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http://www.fluent.com/about/news/newsletters/04v13i2/img/s1i3.jpg

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Trascendencia del oxígeno en procesos de combustión

Se necesita para que exista vida

20.95% del aire es oxígeno

Un elemento requerido para la combustión


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Análisis de los Gases de Combustión

Calor

Aire

CO O2

CO2

H2O

N2

Gas de

Combustión

Combustible

Temperatura

Las 3 Ts de

La

combustión


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Requerimientos de la combustión

CH4 + 2O2 = CO2 + H2O + 23,875 BTU/# de combustible

Ejemplo de una combustión completa de metano.


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Química de la Combustión4CH4 + 8O2 = 2CO + 2CO2 + H2 + 2O2 + calor?

Ejemplo de una combustión imperfecta del metano.

Exceso de combustible

Exceso de aire

Tiempo, Turbulencia, Temperatura

insuficientes


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¿Porqué medir Oxígeno en Gases de Combustión?

Punto estequiométrico

(relación ideal aire/combustible)

Demasiado

aire

Ineficiente:

Cualquier cantidad de aire

que no está siendo usada

para la combustión enfría

el horno

•Cuesta $ remover el

aire

•Reduce la capacidad

Produce NOx

Desperdicio de Energía

Contaminación (humo negro)

Hollín y lodo en la caldera

Demasiado

Combustible


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Relación entre aire en exceso, CO2, O2 y CO en el proceso de combustión


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O2

, C

O x

10

0P

PM

Tendencias mostradas en el SCD

Relación entre O2 y CO en gas de combustión resultante

De la combustión en un proceso de combustión con buen

mantenimiento


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O2 a 7 - 6%

CO por arriba de

900PPM

Tendencias mostradas en el SCD

La relación entre O2 y CO en el gas de combustión

resultante de la combustión en un quemador sucio


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Procesos de Combustión-Cualquier lugar donde hay una chimenea

Calderas de servicio, calderas industriales,

hornos rotatorios e Incineradores por

nombrar algunos.


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Métodos para medir O2

Orsat - La absorción de oxígeno en un líquido resulta en un cambio de volumen. Sólo es una indicación. No hay una señal eléctrica de salida. No es adecuado para una operación continua. Método extractivo.

Celda química – es usada en analizadores portátiles. Una celda electroquímica barata es consumida por la medición. No es adecuada para usarse continuamente en condiciones de gas de combustión. Método extractivo

Paramagnético – El oxígeno es afectado por los campos magnéticos. Es adecuado para usarse continuamente en servicios de combustión, pero requiere una muestra limpia, seca y extraída.

Óxido de Zirconia – La celda de combustible de ZrO2 sólido se ha convertido en el estándar de la industria para medir oxígeno de combustión.


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¿Porqué no sólo usar un analizador portátil?

La densidad del aire varía significativamente con

– Temperatura

– Presión barométrica

El set point ideal de O2 varía con la carga

El poder calorífico varía

Los reguladores de presión varían con la presión barométrica

El desempeño del soplador puede cambiar

Las boquillas de los quemadores se pueden tapar o erosionar


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Las celdas sensoras de óxido de zirconia permiten el diseño de probetas in situ


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Configuraciones válidas

4-20 mA To DCS

Probeta con electrónica integral ciega o con pantalla

4-20 mA

To DCS

Señal cruda

Probeta con electrónica remota


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Celda de ZrO2

Soporte de acero inoxidable para la celda.

Celda de ZrO2 tipo disco.

Diseño para protección contra ataque por azufre.


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Teoría de Operación de la Celda de ZrO2

1550FGases de

CombustiónCalentador

Calentador

Brida de la celda

Celda de ZrO2

Cable de la

celda

T/C

Almohadilla de contacto de la

celda

Elemento

de Difusión


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Teoría de Operación

20.95% O2

Gas de Combustión

2% O2

Electrodos porosos de Pt

Almohadilla de

contacto y cable

(carga positiva)

O2 --

O2 ion_

La carga negativa va a tierra a través

del curpo de la probeta al ducto

++

736 C

(1357 F)O2


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La salida es inversa, y Logarítmica


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La salida es inversa y logarítmica.

Las celdas operan bien a altas temperaturas, permitiendo los diseños tipo in situ. La respuesta es rápida.

Medición neta y en base humeda

Las celdas sensoras son robustas. La vida de las celdas puede exceder 3-5 años. El azufre es la mayor causa de desgaste prematuro de las celdas.

Ventajas de las celdas de ZrO2 en el análisis

de gases de combustión


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Instalación Estándar

Electrónica Integral

Electrónica Remota


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Aplicaciones – Procesos más comunes

SECTOR APLICACIÓN

Servicios Auxiliares Caldera Fuerza 4 a 16 por caldera

Caldera auxiliar 1 por caldera

Refinación Calentadores de proceso 1 a 6 por calentador

Calderas 1 a 2 por caldera

Regeneradores

catalíticos

2 a 3 por proceso

Química Caldera industrial 1 a 2 por caldera

Incineradores 1 a 2 por horno

Hornos de ácido agotado 1 a 2 por horno

Acero Hornos de

recalentamiento

1 a 4 por horno

Altos hornos 1 a 4 por horno


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Aplicaciones – Procesos más comunes

SECTOR APLICACIÓN

Pulpa y Papel Hornos rotatorios, hornos

de cal

1 a 2 por horno

Calderas de

recuperación

2 a 6 por caldera

Calderas de vapor 1 a 2 por caldera

Cemento Hornos rotatorios 1 por horno

Vapor Industrial Calderas de tamaño

medio

1 a 2 por horno


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Modelo 6888

Optimiza las relaciones combustible / aire

para una mayor eficiencia.

Minimiza emisiones NOX y CO2.

Logra un equilibrio de combustión en el

horno.

Diagnósticos avanzados.

Comunicación Hart o Fieldbus

Opción de configuración para propósito general.

Transmisor 6888

In Situ


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6888 Arquitectura dual

Electrónica Xi opcional provee una pantalla

brillante, teclado, y características de software

avanzado

Señales 4-20 mA HART al cuarto de control

Comunicación Hart entre las

dos probetas y la electrónica Xi

Thum Wirelessl HART THUM

opcional puede comunicarse desde

la probeta, o desde la electrónica Xi


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Xi Enhanced Interfase con el Operador Interfase con el operador Xi

– Display/teclado

– Configuración

– Calibración

– Diagnósticos

– 2 Relevadores para Alarmas

– Relevador para estatus de la flama

Características Avanzadas

– Cal Recommended/ AutoCal

– Operación a temperaturasextendidas

– Condiciones reductoras

– Referencia Programable


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Diagnósticos Avanzados– Error en la memoria,

– Temperatura alta en la electrónica,

– Sensor de O2 abierto

– Termocople del calentador de la celda abierto,

– Temperatura baja en el calentador,

– Temperatura alta en el calentador,

– Polaridad invertida en el termocople del calentador,

– Bajo voltaje en el termocople del calentador,

– Voltaje bajo en el CPU,

– Voltaje alto en el CPU,

– Bajo voltaje en el calentador,

– Alto voltaje en el calentador.


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Diagnósticos Avanzados

• Falla del calentador,

• Falta de flama,

• Transmisor desconectado,

• Calibración recomendada,

• Impedancia alta en la celda (se requiere cambio de celda),

• Baja presencia de O2.


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Herramienta de control y mantenimiento predictivo para procesos de combustión grandes

Perfil de estratificación- Los gases de combustión no son homogéneos. Un

arreglo de varios sensores con diferentes longitudes puede promediarse en el

DCS, y provee diagnóstico para:

• Balance de quemadores

• Deteccción de incrustación de quemadores

• Distribución pobre del combustible


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Opción de inserción variable


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Probeta de

inserción variable

Probeta montada por debajo del economizador

Soporte deslizante


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Medición de estratificación con el mismo equipo


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Ejemplo de Instalación Vertical

Also available on Oxymitter and 6888


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Diagnóstico de los hornos


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Beneficios del Análisis de Oxígeno en Gases de Combustión

Incrementar la eficiencia de la combustión.

– Consumo adecuado de combustible.

– Aprovechamiento máximo de la energía.

Operación estable.

Ambiente de trabajo seguro.

Disminución de emisiones contaminantes.

Evitar taponamiento de quemadores.




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OCX 8800 Transmisor Oxígeno Combustibles

O2/Combustibles

Housings de sensores y electrónica

375 HART

Handheld

Mediciones de Oxígeno y Combustible en un solo

instrumento.

Comunicaciones HART y AMS

Electrónica Integral al Housing de sensores

Configuración acoplamiento

cercano con dispositivo de

extracción. Los sensores están

montados fuera de la corriente de

gases de combustión y la muestra

es extraída del ducto de estos

gases. La muestra usada es

regresada al ducto una vez hecha

la medición.


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ActuadoresMejorando la operación de las plantas a través de mejores actuadores


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Actuadores

El actuador está desacoplado

del proceso

– Larga vida de sevicio

– El mantenimiento

Frecuentemente es olvidado

Los reguladores son grandes

La fuerza es grande

Cillindros de doble acción

proveen mayores carreras


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Preguntas


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¡¡Gracias!!

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