Quemador de caldera

Un quemador es un dispositivo que mezcla combustible (aceite o gas) con aire en una relación específica y lo encende de manera segura, estable y eficiente a través de un dispositivo de encendido para formar un patrón de llama específico. Es uno de los componentes principales de una caldera de petróleo o gas.

Todos los quemadores funcionan en base a un proceso fundamental:Suministro de combustible + Suministro de aire →   Mezclado →   Ignación →   Combustión →   Monitoreo de llamas.

1. Etapa de preparación: Después de que el sistema de control de la caldera envíe una señal de arranque, el motor del quemador se inicia, accionando el impulsor del ventilador y la bomba de combustible (para quemadores de aceite) en funcionamiento.

2. Etapa de purga: El ventilador obliga el aire a entrar en la cámara de combustión para limpiar cualquier gas potencialmente inflamable restante, garantizando un arranque seguro. Este proceso dura varias decenas de segundos.

3. Etapa de encendido: Después de la purga, el transformador de encendido se activa, creando una descarga de arco de alta tensión entre los electrodos de encendido. Simultáneamente, la válvula de combustible (gas) o la válvula solenoide (aceite) se abre ligeramente, liberando una pequeña cantidad de combustible.

4. Encendimiento y Confirmación: El combustible liberado es encendido por el arco de alta tensión, formando una pequeña llama piloto. El detector de llama (electrodo de ionización o fotocélula) detecta la señal de llama y la retransmite al controlador.

5. Etapa de combustión principal: Después de la confirmación de la llama, la válvula de combustible principal se abre (o la presión del aceite aumenta), y el ventilador ajusta la abertura del amortiguador según la demanda. El combustible y el aire se mezclan bien antes de entrar en el estado de combustión principal.

6. Regulación de funcionamiento: Basándose en la retroalimentación de los sensores de temperatura o presión de la caldera, el sistema de control ajusta automáticamente el suministro de combustible y aire para mantener una combustión eficiente y estable.

7. Etapa de apagado: Cuando se satisface la demanda, el controlador cierra la válvula de combustible y la combustión se detiene. El ventilador continúa funcionando durante un período posterior a la purga para enfriar el quemador y eliminar los residuos antes de que toda la unidad se apague.

Un quemador completo típicamente consiste en los siguientes sistemas:

• Quemador de aceite: depósito de combustible, bomba de combustible, filtro, precalentador (esencial para aceite pesado), boquilla.

• Quemador de gas: filtro de gas, regulador (válvula de reducción de presión), válvula de mariposa de gas/válvula moduladora, tren de gas (válvulas de cierre de seguridad).

• Ventilador/Motor: Proporciona aire de combustión y supera la resistencia en el lado de los gases de combustión de la caldera.

• Mecanismo de regulación del amortiguador: accionado por un servomotor, controla con precisión la entrada de aire para lograr la relación aire-combustible.

• Interruptor de presión del aire: Monitorea la presión del aire, asegura que el ventilador funcione correctamente y evita la ignición sin aire.

• Transformador de encendido: convierte la baja tensión en miles de voltios de alta tensión.

• Electrodos de encendido: Generar el arco de alta tensión para encender el combustible.

• Programador/Controlador de Combustión: El "cerebro" del quemador, que controla todo el arranque, la ejecución, la secuencia de parada y la realización de monitoreo de seguridad.

• Detector de llama: monitorea el estado de la llama en tiempo real; corta inmediatamente el suministro de combustible si la llama se pierde inesperadamente. Los tipos comunes incluyen:

  • Electrodo de ionización: Utiliza el principio de conductividad de llama, a menudo utilizado para el gas.

  • Escáner ultravioleta (UV): detecta la luz ultravioleta en la llama, eficaz para gas y aceite ligero.

  • Sensor infrarrojo (IR): detecta la luz infrarroja en la llama, ofrece una fuerte capacidad anti-interferencia.

5. Otras estructuras mecánicas

• Carcasa: Protege los componentes internos.

• Tubo de llama/estabilizador: Crea vórtices en el flujo de aire para estabilizar la forma de la llama.

• Pistola de aceite / Pistola de gas: Inyecta combustible en la cámara de combustión.

Principales tipos de quemadores

Clasificado por combustible

1. Quemadores de aceite:

   • Quemadores de aceite ligero: Use combustibles de baja viscosidad como diésel, queroseno.

   • Quemadores de aceite pesado: Use aceite pesado, aceite residual, etc., lo que requiere un sistema de precalentamiento para reducir la viscosidad.

2. Quemadores de gas:

   • Quemadores de gas natural

   • Quemadores de gas de petróleo licuado (GPL)

   • Quemadores de gas de la ciudad

3. Quemadores de doble combustible: pueden utilizar o cambiar entre combustibles de petróleo y gas, adecuados para situaciones con suministro de combustible inestable.

1. Combustión totalmente premezclada: el combustible y el aire se mezclan a fondo antes de entrar en la cabeza del quemador. Las ventajas incluyen alta eficiencia, bajas emisiones (bajo NOx), llama azul corta. Requiere alta tecnología y coste.

2. Combustión por difusión: Combustible y aire se mezclan y se queman simultáneamente después de ser expulsados. Tecnológicamente maduro, estructura simple, llama más larga. Pero una eficiencia relativamente menor y mayores emisiones de NOx.

1. Etapa única: solo tiene estados "Encendido" y "Apagado". Estructura sencilla, adecuada para calderas pequeñas. El ciclismo frecuente afecta a la red eléctrica y la caldera.

2. Dos etapas (Hi-Lo): Tiene niveles de potencia "Fuego alto" y "Fuego bajo". Reduce la frecuencia de ciclismo, ofrece un funcionamiento más suave.

3. Modulación proporcional: La cantidad de combustible y aire se puede ajustar continuamente y linealmente entre el máximo y el mínimo en función de la demanda de carga. Este es el método más avanzado, ofreciendo la mayor eficiencia térmica, el mínimo desgaste de la caldera y la máxima comodidad.

• Potencia de salida / salida de calor: generalmente en kW o MW, determina la capacidad de la caldera.

• Tasa de consumo de combustible: Unidades kg/h (aceite) o m³/h (gas).

• Datos eléctricos: Voltaje, frecuencia, potencia.

• Requisito de presión posterior: La resistencia que el quemador puede superar en el lado de los gases de combustión de la caldera.

• La relación de carga máxima a carga estable mínima. Una relación mayor es mejor para modular quemadores.

• Indicadores de emisiones: se refieren principalmente al contenido de NOx (óxidos de nitrógeno) y CO (monóxido de carbono), sujeto a regulaciones ambientales cada vez más estrictas.

• Eficiencia térmica: No la eficiencia independiente del quemador, sino la eficiencia del sistema después de la coincidencia con la caldera. Un quemador eficiente es la base para una alta eficiencia térmica.

La selección incorrecta es una causa principal de falla del quemador. La selección debe coincidir con la caldera:

1. Potencia de la caldera: la salida del quemador debe coincidir con la salida nominal de la caldera; Un poco más grande es preferible a más pequeño.

2. Presión posterior de la caldera: el quemador debe ser capaz de superar la resistencia a los gases de combustión del cuerpo de la caldera.

3. Tamaño y forma del horno: Determina la forma de llama requerida (longitud, diámetro). La llama no debe impactar directamente sobre las paredes del horno.

4. Tipo de combustible y características: Definir claramente el tipo de petróleo o gas utilizado; parámetros como la presión, el valor calorífico y la viscosidad son fundamentales para la selección.

5. Modo de control: Elija la modulación de una etapa, dos etapas o proporcional en función de la variación de carga.

6. Requisitos ambientales: Seleccione quemadores bajos en NOx de acuerdo con las regulaciones locales.

El mantenimiento regular es clave para garantizar un funcionamiento seguro, eficiente y duradero.

• Diariamente: Compruebe la presión del combustible, las fugas, observe el color de la llama (debe ser amarillo brillante o azul).

• Mensualmente: Limpiar el filtro de aire, comprobar el impulsor del ventilador para la acumulación de polvo.

• Trimestral/Bienal:

  • Quemador de aceite: limpiar el filtro de la bomba de combustible, reemplazar la boquilla, limpiar los electrodos de encendido, comprobar las líneas de combustible.

  • Quemador de gas: Limpia el filtro de gas, compruebe el sellado del tren de válvulas de gas, limpie los electrodos de encendido y el detector de llama.

• Anualmente: Un servicio integral por profesionales, incluyendo la calibración de dispositivos de seguridad, comprobación de rodamientos del motor, limpieza a fondo de la cabeza del quemador, etc.

• Fallo de encendido: No hay combustible, posición incorrecta del electrodo de encendido / acumulación de carbono, detector de llama defectuoso, presión de gas insuficiente.

• Interrupción de la combustión: suministro de combustible inestable, filtro obstruido, fotocélula sucia, perturbación del flujo de aire externo.

• Combustión deficiente (Fumar): insuficiente aire, boquilla desgastada o obstruida, relación aire-combustible desequilibrada.

• Ruido/Vibración: Impulsor del ventilador desequilibrado debido al polvo, rodamientos del motor dañados, resonancia de combustión.

1. Tecnología de combustión baja en óxido de nitrógeno (baja en NOx): Utiliza FGR (recirculación de gases de flujo), combustión superficial totalmente premezclada, etc., para reducir significativamente las emisiones de NOx, actualmente la corriente principal absoluta.

2. Control Inteligente e IoT (Internet de las Cosas): Permite el mantenimiento predictivo, la optimización de la eficiencia energética y la advertencia de fallas a través del monitoreo remoto y el análisis de big data.

3. Amplio rango de modulación: perseguir una mayor relación de retorno para adaptarse a menores demandas de carga y mejorar aún más la eficiencia energética.

4. Compatibilidad y flexibilidad con varios combustibles: la adaptación a la co-combustión o la quema dedicada de combustibles bajos o cero carbono como el biogás o el hidrógeno es una dirección futura.