¿Qué es la combustión de caldera?
La combustión de calderas es el estudio de cómo se queman los combustibles en calderas que calientan el agua para obtener vapor. Hay muchas aplicaciones para calderas de vapor, que incluyen calentamiento de procesos químicos, calor de vapor para edificios y agua caliente, y vapor para accionar generadores de turbinas eléctricas. La combustión es la reacción de los combustibles con oxígeno en el aire para crear calor que se utiliza para la producción de vapor.
Se puede usar una variedad de combustibles para la combustión de calderas, incluidos el gas natural, el fuel oil y los biocombustibles producidos a partir de desechos de plantas o animales. Cuando se rocía o atomiza combustible en una caldera con aire, una bobina de encendido o una pequeña llama piloto pueden encender la mezcla. La combustión libera una gran cantidad de calor, parte del cual calienta el agua al vapor, y parte se pierde debido a la pérdida de radiación y humos. La radiación es la pérdida de calor por infrarrojos que ocurre desde una caldera caliente a una habitación más fresca. Las pérdidas de humos son gases calentados que se ventilan desde la caldera a través de su chimenea o ventilación.
Los propietarios y operadores están interesados en maximizar la eficiencia de la combustión de la caldera. Los principales temas a considerar son la eficiencia de la combustión, o qué tan bien se queman las mezclas de combustible y aire, y cómo minimizar las pérdidas de calor. La pérdida de calor radiante se puede minimizar con un aislamiento adecuado de la caldera y las tuberías de vapor. El diseño y los controles de la caldera se pueden utilizar para maximizar la eficiencia de la combustión.
El área de combustión de una caldera normalmente tiene tubos que contienen agua y vapor que pasan a través de una caja abierta que puede contener quemadores y controles. El diseño del tubo puede mejorar la eficiencia, mediante el uso de sistemas de múltiples pasos. Los tubos de agua que ingresan a la caldera pueden pasar primero a través de la zona de gases de combustión, que absorbe el calor residual y precalienta el agua. Los tubos pueden pasar a través de la zona de combustión más de una vez para utilizar completamente el calor de combustión, lo que también mejora la eficiencia.
La eficiencia de la combustión de la caldera para mezclas de aire y combustible es crítica para la operación adecuada de la caldera. Una molécula de combustible requiere una cantidad teórica de oxígeno para quemar por completo, pero en realidad se necesita un exceso de oxígeno debido a diversas pérdidas en la zona de combustión. El aire es aproximadamente un 21 por ciento de oxígeno, por lo que el nitrógeno no quemado en el aire también debe ser calentado en la caldera y ventilado por la chimenea. Esto afecta aún más la eficiencia de la caldera y produce compuestos de nitrógeno que se han conectado a la lluvia ácida y a la formación de smog.
Demasiado oxígeno reduce la temperatura de combustión de la caldera, puede crear algunos contaminantes indeseables y requiere combustible para calentar oxígeno y nitrógeno que no se utilizan. La falta de oxígeno puede reducir la eficiencia de la caldera y crear hollín y otros subproductos que pueden dañar la caldera con el tiempo. La investigación ha encontrado que monitorear las concentraciones de oxígeno y gases de combustión en el gas de combustión, y mantener una temperatura de combustión adecuada, puede optimizar el rendimiento de la caldera.
Las calderas más pequeñas se pueden ajustar manualmente usando sensores de gases de combustión y termómetros de gases de combustión, pero muchas calderas pueden beneficiarse de los controles automáticos. Las calderas pueden no funcionar en un solo punto de operación, pero tendrán diferentes demandas de vapor o condiciones de operación, lo que hace que la configuración de eficiencia manual sea poco práctica. Las calderas más antiguas se pueden adaptar con controles electrónicos que proporcionan retroalimentación a las bombas de entrada de aire y combustible para proporcionar la mejor relación de combustión.