combustión escalonada

La combustión escalonada es un método utilizado para reducir la emisión de óxidos de nitrógeno ( NO _x ) durante la combustión . Existen dos métodos para la combustión escalonada: suministro escalonado de aire y suministro escalonado de combustible. Las aplicaciones de la combustión escalonada incluyen calderas ^{[ 1 ]} y motores de cohetes . ^{[ 2 ]}

La inyección de aire, o combustión en dos etapas, se describe generalmente como la introducción de aire adicional en una caldera u horno. La inyección de aire en el quemador (inyección interna de aire) suele ser una característica de diseño de los quemadores de bajas emisiones de NO _x .

La tecnología de aire de sobrecalentamiento del horno (OFA) requiere la introducción de aire de combustión para luego separarlo en secciones de flujo primario y secundario. Esto logra una combustión completa y favorece la formación de gas nitrógeno ₍ N₂ ) en lugar de _NOₓ .

El aire primario (70-90%) se mezcla con el combustible, produciendo una zona relativamente baja, deficiente en oxígeno y rica en combustible, lo que da lugar a la formación de cantidades moderadas de NO _{x .}

El aire de combustión secundario (10-30%) se inyecta por encima de la zona de combustión a través de una caja de viento especial con orificios y/o boquillas de introducción de aire, que están montadas encima de los quemadores.

La combustión se completa con este mayor volumen de llama. Por lo tanto, la etapa secundaria, a una temperatura relativamente baja, limita la producción de NO _x térmico . La ubicación de los puertos de inyección y la mezcla del aire de sobrecalentamiento son cruciales para mantener una combustión eficiente.

La modernización de una caldera existente para la entrada de aire secundario implica modificaciones en los tubos de la pared de agua para crear los orificios para las boquillas de aire secundario, así como la adición de conductos, compuertas y la caja de viento. Esta técnica se utiliza actualmente como medida independiente en 116 unidades de carbón pulverizado con una capacidad total de 50 gigavatios eléctricos (GW _{e ).}

Se utiliza en combinación con otras medidas primarias para el control de NO _x en 175 unidades de carbón con una capacidad total de 53 GW _e . ^{[ 3 ]}

Mediante el suministro de aire escalonado, es posible lograr una reducción de NO _x de entre el 50 % y el 75 %. Este sistema también ofrece una configuración sencilla y es aplicable en la combustión a pequeña escala.

Una forma de combustión escalonada de combustible es el procedimiento conocido como quemador fuera de servicio (BOOS). ^{[ 4 ]} La técnica consiste en interrumpir el flujo de combustible de uno o más quemadores para crear zonas ricas y pobres en combustible, logrando cierto control de las emisiones de NO _x (10%). La técnica no se utiliza ampliamente en centrales eléctricas de carbón pulverizado (2 unidades, 350 MW _e ).

Otro método de combustión escalonada es la distribución del combustible. En este método, la combustión se realiza desviando el combustible de los quemadores superiores a los inferiores o del quemador central a los laterales. El objetivo es crear una zona inferior o central rica en combustible y una zona superior o lateral pobre en combustible para lograr una combustión completa. Esta tecnología reduce la temperatura de la llama y mejora el equilibrio de la concentración de oxígeno en el horno. Las emisiones de NO _x pueden reducirse hasta en un 30 % con esta tecnología. Esta técnica se utiliza en 13 unidades de carbón pulverizado con una capacidad total de 2,7 GW _e . ^{[ 5 ]}

Mediante el suministro escalonado de combustible, también es posible una tasa de reducción de NO _x del 50 al 75 %, aunque pueden producirse pequeñas inestabilidades de temperatura en la zona de reducción y se requiere una temperatura más baja. Si bien es aplicable en la combustión a gran escala, la combustión escalonada de combustible utiliza una configuración constructiva más compleja.

La combustión por etapas se remonta al motor de bulbo caliente de la década de 1890. La primera etapa de la combustión ocurría dentro de un bulbo caliente, donde los gases calientes eran expulsados ​​al cilindro. Luego, al mezclarse con aire adicional, tenía lugar la segunda etapa de la combustión. En aquella época, la combustión por etapas se utilizaba por ser un método de ignición conveniente y, probablemente, porque no había mucha preocupación por la contaminación del aire . Una aplicación moderna de este principio es el motor de carga estratificada , en el que una chispa enciende una mezcla rica y el frente de llama resultante enciende la mezcla más pobre en otra parte del cilindro.

• Ciclo de combustión por etapas (cohete)

• Oxidador térmico regenerativo