DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE QUEMADOR DE GAS DE SUPERFICIE RADIANTE PARA HORNOS INDUSTRIALES

Abstract

El presente trabajo de investigación desarrolla el estudio experimental de aplicación de un quemadorde gas de superficies radiantes de medios porosos inertes (QGSR) en hornos industriales.Se realizan diseños para un quemador de dos superficies radiantes opuestas entre sí, dispuestas enel interior del horno isotérmico del Laboratorio de Energías Renovables. Se incluyeron mejoras tales comousar acero AISI 304L para la estructura de soporte debido a sus propiedades térmicas, matrices porosas deSiC - Si, fibra aislante documentada para operación en T = 1 343 C, placa de difusión perforada y tolvaen la base del quemador, mecanismo de armado mediante tapas desmontables, recubrimiento aislante delas zonas al interior de la cámara de combustión y sistemas de control para operación segura.Se estudia la distribución de temperaturas en el manto del horno y en puntos específicos del QGSR,rendimiento de equipo, tasas de calentamiento del horno isotérmico, tasa de quemador (FR) de las áreasradiantes y concentración emisiones de CO y NOx. Se observó que la temperatura en las superficiesradiantes varía en función de la mezcla aire-combustible, para 0:8, 1.15, 1.3 ( = 1:25, 0.87 y 0.80,respectivamente) existen variaciones porcentuales aproximadas de 5 %, -2% y -9%, respectivamente,respecto a la condición de mezcla estequiométrica. La línea base se realizó con un quemador de diésel.Los ensayos finales del QGSR se realizaron a ¿W = 14:61 kW y = 1:13 ( = 0:88), con emisionesde CO = 31 ppm y NOx = 1 ppm, lo que representa una disminución del 39.2% en cuanto al COcomprobándose mejoras en la concentración de emisión de contaminantes. Las superficies radiantesoperaron a FR = 902 kW m^-2 mientras que la llama de diésel a FR = 293 kW m^-2, cabe destacar queel área de superficies radiante del QGSR es un 10.1% respecto de la llama de línea base. El máximorendimiento de equipo fue = 1:7%, siendo un 63.7% menor al conseguido por medio del quemador dediésel operando a una potencia 1.75 veces superior.Se determinan parámetros óptimos para operación de los quemadores así como criterios paraoperación segura de acuerdo al control térmico de las cabezas del QGSR, siendo estos ¿W = 14:61 kWy = 1:13. La extensión de operación estable del QGSR fue de t = 15 min, entendiéndose por esteconcepto el rango en que la temperatura en las superficies radiante opera en condición de estacionario. Latemperatura en las trampas de llamas presentó máximos de 59 C mientras que en la tapa se alcanzó lacota de 200 C.