Calculos de combustion

CALCULOS DE COMBUSTION

Los cálculos de combustión y eficiencia de la caldera son el punto de partida para la evaluación del desempeño de la caldera. Estos cálculos permiten al diseñador de la caldera, el ingeniero de planta calcular la eficiencia, la cantidad de aire necesaria para la combustión y la cantidad de gases de combustión generado en una caldera o calentador, análisis de gases de combustión que afecta los coeficientes de transferencia e calor, la temperatura adiabática de combustión, el calor especifico de los gases de combustión y la entalpia; también se obtiene a partir de los cálculos de combustión.

Estos datos ayudan a su vez a la evaluación del funcionamiento del horno, el tamaño o la variación del desempeño delos equipos de transferencia de calor en la ruta del gas ayuda a evaluar el aire y la caída de presión del lado del gas y también estiman la temperatura del agua y el punto de rocío ácido.

El CO, NO y la conversión de las funciones CO2 también requieren que los resultados de los cálculos de combustión estén disponibles. Si la función de NO se limitan, a continuación no lo tiende a estimar la cantidad de reciclación de gas de combustión (FGR) para amortiguar la temperatura de combustión que impacta la formación del NO.

HUMEDAD DEL AIRE

Se requiere aire para la combustión de combustibles fósiles, sin embargo, el aire de la atmosfera no es seco, contiene cierta cantidad de humedad local y condiciones de temperatura ambiente.

Esto se suma al volumen de aire para ser manipulado por un ventilador de ciclo forjado, también se incrementa la cantidad de vapor de agua, en su caso, de combustión.

La cantidad de humedad ene l aire puede ser obtenida mediante la siguiente ecuación.

M= (0.622 x Pu) / (147 – Pu) [lb vapor de agua / lb vapor seco]

Pu= Presión de vapor de agua en el aire [psig]

Nota: El aire contiene 21% de volumen de oxígeno y el resto es nitrógeno.

COMBUSTION DEL METANO

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2                (1 mol de metano requiere 2 deO2)

2 x (100/21) = 9.523 mol de aire para la combustión.

COMBUSTION DEL ETANO

2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O         (1 mol de etano requiere 35 mol de O2)

        3.5 x (100/21) = 16.666 mol de aire para la combustión.

Por lo tanto, 100 moles de combustible requieren:

        83.4 (9.523) + 15.8 (16.666) = 1057.541 mol de aire

Considerando 15% de exceso de aire

• Aire seco real                1.15 (1057.591 mol) = 1216.172 mol
• Exceso de aire                0.15 (1057.591 mol) = 158.631 mol
• Exceso de O2                158.631 mol ( 0.2) = 983.5152 mol

Multiplicamos los moles de un deque fue real. La humedad relativa en el aire al vapor, a volumen base, dividendo por l peso, el peso molecular.

Humedad del aire = Aire seco / [Aire seco real + PWaire x (M/PA)]

                                124.72 (26.4) (0.01255/48)

TABLAS

• 1 mol de metano por 1 de O2
• 1 mol de metano forma 2 moles de H2O
• 1 mol de etano forma 3 moles de H2O

COMBUSTION CONSTANTE

• Aire real                1.15 (1057.541 mol) = 1216.172 mol
• Exceso de aire                0.15 (1057.541 mol) = 158.631 mol
• Exceso de O2                158.631 mol (0.21) = 33.312  mol
• N2 formado                1216.172 mol (0.79) = 960.755 mol

Multiplicamos los moles de aire seco real por el peso molecular (PM) del aire para obtener el peso, después convertimos la humedad relativa en el aire a volumen base, dividiendo por el peso molecular (PM) de vapor de agua.

        Humedad de aire = Aire seco real x PMaire x (M/PM vapor agua)

                              1216.172 (26.9) (0.012153 / 18.016) = 22.75 real

TABLAS

• 1 mol de metano fora 1 mol de CO2
• 1 mol de etano forma 2 moles de CO2
• 1 mol de metano forma 2 moles de H2O
• 1 mol de etano forma 3 moles de H2O

Por lo tanto la cantidad total de CO2 y H2O formado es

• CO2 = 83.4 (1) + 15.8 (2) = 115 mol
• H2O = 83.4 (2) + 15.8 (3) + 22.75 = 236.95 mol
• N2 = 960.775 + 0.79 = 961.575 mol
• O2 exceso = 33.312 mol
• Total moles de gas-combustible formado = 115+ 236.95 + 961.575 + 33.312 = 1346.83 mol

Análisis de los gases de combustión

• % vol CO2 en los gases de combustión:                (115/1346.83) x 100 = 8.53%
• % vol H2O:                                        (235.96 / 1346.83) x 100 = 17.52%
• % N2:                                                (961.576 / 1346.83) x 100 = 71.39 %
• % O2                                                (33.312 / 1346.83) x 100 = 2.47 %

Para estimar las libras de vapor de agua en libras de aire seco cuando la temperatura del bulbo seco es de 80°F y la humedad relativa es de 65 %.

• PW = 0.65% = 0.65 x 0.50686 psig = 0.3294
• M = 0.66 x [0.3244 / (14.7 – 0.3294) = 0.015 [lb vapor / lb aire seco]
• M = H2O + sequedad = 0.014 + 1 = 1.104 [lb vapor / lb aire seco]

Por lo tanto si necesitaos 1000 lb de aire seco para la combustión de la caldera, el aire húmedo rea se debe enviar al quemador real será.

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