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Technical Documents - Documentos Técnicos: Calderas. Equipos auxiliares.

Equipos auxiliares: Son aquellos que complementan las calderas permitiendo su correcto funcionamiento.

Normalmente se instalan en una zona próxima a las calderas y, con frecuencia, dentro de una sala que se denomina central térmica o sala de calderas.

Equipos de combustión

Son el conjunto de elementos necesarios para generar la llama en el interior del hogar de las calderas de forma regulada y segura.

Como es sabido, el proceso de la combustión que genera la llama, es la reacción exotérmica de los combustibles utilizados con el oxigeno del aire atmosférico.

A continuación, se describirán los elementos esenciales que forman parte de los equipos de combustión.

Combustibles

  • Tipos de quemadores
  • Bombas de combustibles líquidos
  • Estaciones de regulación de gas de combustión
  • Ventiladores de aire de combustión
  • Medios auxiliares
  • Sistemas de regulación de la carga

Combustibles:

A Continuación, se citan los de uso más importante:

– Líquidos, cuyas características son:

· Gasóleo clase C:

  • Densidad, a 15ºC: < 0,9 kg/l
  • Viscosidad cinemática, a 40ºC 7 mm2/s
  • Azufre, en peso: 0,2 %
  • Poder calorífico inferior: min. 9.700 kcal/kg

· Fuelóleo pesado nº 1:

  • Viscosidad, a 100ºC: 25 mm2/s
  • Azufre, en peso: máx. 2,7 % (1)
  • Poder calorífico inferior: min 9.600 kcal/kg

(1) cuando el contenido en azufre de esta calidad no supere el 1% en peso se denominará "Fuelóleo número 1 BIA"

· Fuelóleo pesado nº2:

  • Viscosidad, a 50ºC: máx. 50 ºE
  • Azufre, en peso: máx. 3,5 %
  • Poder calorífico inferior min. 9.400 kcal/kg

– Gaseosos, cuyas características son:

Gas natural de ENAGAS:

Composición:

MetanoCH

96,6%
 

EtanoC2H

3,2 %
 

NitrógenoN2

0,2 %

Poder calorífico superior: 9.900 a 10.900 kcal/m³N

Poder calorífico inferior: 8.900 a 9.800 kcal/m³N

Indice de WOBBE: 11.520 a 13.860 kcal/m³N

Peso molecular,a 0ºC y 760 mm Hg: 15 a 16 g/mol

Peso especifico: 0,7 a 0,9 kg/mol

Tipos de quemadores

Los quemadores aplicables a las calderas de instalaciones industriales, se pueden clasificar en los siguientes grupos esenciales, teniendo en cuenta la forma de tratar el combustible para configurar la llama:

  • De pulverización mecánica, o por presión
  • De pulverización asistida, o por inyección de fluido auxiliar
  • Rotativos, de pulverización centrífuga
  • De flujo paralelo, con mezcla por turbulencia

DE PULVERIZACIÓN MECÁNICA, O POR PRESIÓN

En estos quemadores, se queman combustibles líquidos, fundamentalmente, gasóleo o fuelóleo.

Estos llegan por el interior de la caña a su extremo, ya en el interior de la cámara de combustión, en donde se encuentran instalados los mecanismos de pulverización. (Fig. 1)

Fig. 1 - Cabeza del quemador para pulverización mecánica

1. Tuerca soldada

2. Distribuidor

3. Atomizador

4. Tuerca de bloqueo

5. Pastilla

6. Tubo del quemador

Para que realice la pulverización, es imprescindible que el combustible entre a la caña con una presión que oscilará entre 16 y 20 bar, según el fabricante y el tipo de combustible.

Para el uso de combustibles ligeros, gasóleo y similares, no será necesario precalentarlo, porque ya tienen una viscosidad adecuada a la temperatura ambiente. En el caso de los combustibles pesados, fuelóleo en sus variedades, se precisa una viscosidad de unos 2ºE a la entrada a la caña, por lo que se tendrán que precalentar, normalmente en dos niveles:

· En el primer nivel: a unos 40ºC, según tipo del fuelóleo, para que sea bombeable.

· En el segundo nivel: a unos 120ºC, según el tipo de fuelóleo, para que alcance los 2ºE que, aproximadamente, se requieren para su pulverización.

DE PULVERIZACIÓN ASISTIDA, O POR INYECCIÓN DE FLUIDO AUXILIAR

En estos quemadores, se queman también combustibles liquidos pero, exclusivamente, pesados, como fuelóleo números 1, ó 2.

La diferencia con los quemadores de pulverización mecánica es que, a través de la caña, se conduce un fluído auxiliar que se inyecta en su cabeza y emulsiona el combustible, formando una mezcla que se pulveriza más fácilmente, a una presión, generalmente algo más baja que en el caso de pulverización mecánica.

Fig.2: Cabeza de quemador para pulverización asistida

Preferiblemente, se inyecta vapor saturado a una presión de 8 a 12 bar, que se deriva del generado,reduciéndole y regulándole a la presión requerida antes de inyectarlo al quemador (Fig. 2).

ROTATIVOS, DE PULVERIZACIÓN CENTRÍFUGA

En estos quemadores se queman combustibles líquidos, indistintamente, ligeros (gasóleo), o pesados (fuelóleo).

La pulverización se logra por la fuerza centrifuga que se comunica al combustible por medio de un elemento rotativo interno.

El elemento rotativo suele ser una copa, que gira a gran velocidad, distribuye el combustible y lo lanza perimetralmente hacia delante en forma de tronco de cono (Fig.3 ).

Fig. 3 : Esquema rotativo de combustibles líquidos

  • 10. Motor quemador
  • 11. Correas quemador
  • 12. Polea meter quemador
  • 13. Junta
  • 14. Timón aire
  • 15. Anillo int. refractario
  • 16. Tubo separación placa
  • 17. anillo refractario
  • 18. Tubo alimentación
  • 19. Eje quemador
  • 20. Polea quemador
  • 21. Cojinete quemador
  • 22. Tapa cojinete
  • 23. Ventilador
  • 24. Caja ventilador
  • 25. Palomilla aire primario
  • 26. Placa frontal
  • 27. Boquilla
  • 28. Copa
  • 29. Refractario

Para el uso de combustibles ligeros con este tipo de quemador, tampoco es necesario precalentarlos, sin embargo con combustibles pesados, fuelóleo en sus variedades, se precisa un precalentamiento entre 60 y 80ºC, dependiendo de sus calidades.

Es evidente que, al tener elementos móviles en interior, estos quemadores rotativos requieren un mantenimiento más cuidadoso que los de pulverización mecánica, si bien son menos propensos al ensuciamiento.

Fig. 4: Quemador de gas de flujo paralelo

  • 1. Roseta de palas curvilíneas
  • 2. Director de aire cilíndrico
  • 3. Núcleo de fijación de llama
  • 4. Cono deflector
  • 5. Jacket-tube central
  • 6. Virola perforada de equilibrado estático
  • 7. Virola móvil de equilibrado
  • 8. Lanzas para gas (equipos en la versión gas o mixta F.O./gas)

DE FLUJO PARALELO, CON MEZCLA POR TURBULENCIA

En estos quemadores se queman combustibles gaseosos como el gas natural.

El principio fundamental de diseño y funcionamiento de estos quemadores, es el siguiente (Fig.4).

La cabeza de combustión se compone, esencialmente, de un dispositivo con aletas, llamado roseta (1), dispuesto en un director de aire cilíndrico (2).

El aire comburente, que llega paralelamente al eje del quemador, se pone parcialmente en rotación por la acción de la roseta. Esta última, no ocupa toda la sección del conducto de aire; el espacio anular permite conservar una parte de la vena de aire en movimiento axial. Esta combinación de un flujo axial y de un flujo rotacional compone un chorro de torbellino, que provoca la mezcla en el gas.

Cuando se combinan los quemadores que se acaban de describir para quemar, simultáneamente o por separado, más de un combustible se emplean los quemadores mixtos (Fig.5).

Fig.5 : Quemador rotativo para combustibles mixtos

  • 1. Elementos abatibles del quemador
  • 2. Cuerpo del quemador
  • 3. Aletas móviles
  • 4. Anillo refractario
  • 5. Lanza con caña de entrada de fuel-oil
  • 6. Copa giratoria
  • 7. Tobera de turbulencia del aire
  • 8. Toberas de reparto del gas
  • 9. Ventilador de aire de pulverización
  • 10. Aletas del aire de pulverización
  • 11. Conexión de fotocélulas con mirilla

Bombas de combustibles líquidos

Para hacer circular los combustibles líquidos, entre los depósitos de almacenamiento y los quemadores, es necesario utilizar bombas que lo impulsen a través de las correspondientes tuberías.

Fig.6 : Bomba de engranajes (esquema)

Se deberán usar, preferentemente, bombas de impulsión del fluído por medio de engranajes (Fig. 6) que ofrecen las siguientes ventajas, respecto de las centrifugas:

  • Son más robustas
  • Son más estables y trabajan de modo más uniforme.
  • El propio combustible, al ser un producto petrolífero, actúa como lubricante de los engranajes, siendo su vida útil más larga.
  • > Bombas de engranajes : ampliar tema aquí

Estaciones de regulación de gas de combustión

Toda instalación para combustión de gas está constituida generalmente por:

– Una estación principal de filtrado, de regulación y medida (ERM), instalada por la compañía distribuidora y que suministra el gas al utilizador a una presión de 3 a 5 bar.

– Una estación reguladora secundaria, alimentada por la estación anterior, que regula la presión del gas, en general entre 0,3 y 1,25 bar.

– Una red de tuberías, comprendiendo:

  • Un circuito de gas que une, de una parte, la estación principal con la estación secundaria y, de otra, la estación secundaria con los equipos de combustión.
  • Un circuito de aire comprimido, limpio, desengrasado y seco, a una presión de 3 a 6 bar, destinado a la alimentación de los aparatos de regulación y seguridad.

– Un conjunto de elementos de regulación y control, que mantienen el gas en condiciones óptimas, para una buena combustión.

– Un conjunto de aparatos de seguridad, que protegen la instalación contra las anomalías de funcionamiento y regulación.

– En su caso, un quemador para mantenimiento de una llama piloto, o encendido, por cada equipo de combustión.

El encendido de estos quemadores se hace eléctricamente.

– Uno o varios equipos principales, que consumirán el gas mediante un proceso de combustión.

La estación reguladora secundaria, comprende principalmente (Fig. 7 ):

Fig.7 : Estación reguladora secundaria de gas

  • 1. Válvula electroneumática de seccionamiento automático
  • 2. Válvulas de seccionamiento de los filtros
  • 3. Filtros de cesta con malla
  • 4. Vlavulas de seccionamiento de los reguladores
  • 5. Regulador de presión automotor, utiliza el gas como fluido motor
  • 6. Manómetro
  • 7. Manostato de exceso de presión de gas
  • 8. Manostato de falta de presión de gas
  • 9. Válvula de seccionamiento y bypass del regulador
  • 10. Llave de seccionamiento del manómetro

– Un filtro (3), colocado a la llegada del gas y constituido por una cesta metálica de malla fina, situada en un cuerpo fácilmente desmontable para su limpieza.

– En las instalaciones de marcha continua, se colocan dos filtros en paralelo con valvulería de seccionamiento, que permite la limpieza de la cesta sin parar la instalación.

– Un regulador (5), que tiene como misión, mantener en el circuito hacia los equipos de combustión una presión constante, aproximadamente de 1 bar efectivo Se pueden emplear diferentes tipos de reguladores:

· Automotores (51), que utilizan el propio gas de la instalación como fluído motor.

· Comandos (52), que son accionados por aire comprimido como fluído auxiliar.

En las instalaciones importantes, es frecuente montar dos reguladores, manteniendo uno en reserva.

Ventiladores de aire de combustión

Son los elementos destinados a enviar el aire comburente al cajón, común o individual, en el que están alojados los quemadores.

En las instalaciones industriales el ventilador siempre se instala separadamente del quemador y, preferentemente, se aloja en un foso situado en el frente de la caldera, para amortiguar ruidos (el ventilador es el elemento más ruidoso de una central industrial), y para emplear menos espacio.

Es frecuente equipar estos ventiladores con silenciadores acoplados al oído de aspiración, para reducir el nivel sonoro que producen.

Tanto las calderas pirotubulares, como las acuotubulares realizan la combustión a sobrepresión, es decir, tienen los hogares y demás compartimentos estancos, y trabajan a sobrepresión interior.

Estos ventiladores se deberán prever e instalar, siempre, con los siguientes criterios:

– El accionamiento del motor eléctrico al eje del ventilador será por correas y poleas. De este modo, se podrán realizar ajustes posteriores en el caudal impulsado, variando la velocidad de rotación, mediante la instalación de otros juegos de poleas y correas, lo que no permite una transmisión directa.

– Entre el ventilador y elementos de impulsión al quemador, o el cajón de aire, se deberán instalar juntas flexibles, para amortiguar las vibraciones y absorber las dilataciones de la caldera.

Medios auxiliares

Además de las bombas y ventiladores, existen otros elementos que complementan los equipos de combustión, permitiendo su correcto funcionamiento y vigilancia, diferentes según sea el combustible que utiliza el quemador.

  • Quemador para combustibles líquidos
  • Quemador para combustibles gaseosos

El quemador para combustibles líquidos (El esquema de principio típico para fuelóleo se refleja en la Fig.8):

Fig.8: Esquema típico para equipo de combustión de combustibles líquidos

  1. Ventilador
  2. Flexible
  3. Quemador
  4. Enlace tambor
  5. Válvula magnética de paso de fuel-oil
  6. Válvula cierre rápido fuel-oil
  7. Manómetro 6 kg/cm2
  8. Válvula cuantitativa
  9. Termómetro
  10. Válvula cuello largo regulación presión circuito
  11. Válvula cierre rápido fuelóleo
  12. Válvula seguridad fuelóleo
  13. Grupo moto-bomba fuelóleo
  14. Filtro de fuelóleol
  15. Válvula de paso fuelóleo
  16. Válvula de paso gas
  17. Manómetro de 0,6 bar
  18. Manoreductor
  19. Válvula de paso gas de encendido
  20. Válvula reguladora de presión
  21. Manómetro
  22. Válvula magnética encendido
  23. Botella de gas
  24. Presostato aire secundario

 

 

Elementos esenciales que comprende:

– La valvulería y elementos de control, que para una instalación de marcha continua suele ser:

· Cuatro válvulas (15), para aislamiento de bombas y filtros de alimentación de combustible. · Cuatro válvulas (11), para seccionamiento de los circuitos de impulsión y retorno de combustible.

· Dos válvulas cuantitativas (8), para regular el caudal de impulsión/retorno de combustible.

· Dos válvulas manuales de cierre rápido (6), a la entrada de combustible a quemadores

· Dos válvulas manuales de cierre rápido (5), a la entrada de combustible a quemadores.

· Dos válvulas de derrame (10), para mantenimiento de la presión en el circuito de combustible a los quemadores.

– Elementos de seguridad sobre aire de combustión y el fuelóleo:

· Un presostato (24), en el conducto de aire entre el ventilador y quemador para detectar baja presión.

· Un presostato y un termostato en el colector de impulsión de las bombas (13), para detectar baja presión y baja temperatura del combustible respectivamente

El ejemplo de la Fig.8, corresponde a unos equipos de combustión con dos quemadores rotativos, con precalentamiento previo fuelóleo.

Todos los elementos anteriormente enumerados están unidos entre sí por tuberías de acero, y pueden constituir un cuadro monobloc.

– Circuito de aire comprimido: Sí existen válvulas neumáticas en los circuitos, el aire comprimido para su alimentación deberá ser desengrasado y seco, por ello, se suele aportar por un grupo moto-compresor, manteniendo la presión, aproximadamente de 6 bar efectivos.

– Elementos de seguridad sobre quemadores:

Los quemadores tienen las siguientes seguridades, además de las ya mencionadas anteriormente:

· Presostato de alta presión en caldera.

· Célula de vigilancia de llama.


 

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