EFICIENCIA EN HORNOS INDUSTRIALES

Los factores que más influyen en la eficiencia en los hornos industriales y las técnicas a emplear se indican seguidamente.

Diseño y utilización del horno

La elección de tipo de horno, su capacidad, tipo de calefacción y forma de operar, debe siempre realizarse mediante un estudio técnico-económico, optimizando el diseño para adecuarlo al objetivo. Debe procurarse que el horno se utilice exclusivamente para realizar las operaciones para las que se ha diseñado.

Siempre que sea posible debe pasarse del trabajo discontinuo a continuo. En los procesos discontinuos deben utilizarse hornos de baja inercia térmica por alcanzar más rápidamente la temperatura de operación y tener menos pérdidas energéticas en las paradas. En los hornos de funcionamiento intermitente debe programarse el trabajo de tal forma que los tiempos de espera sean mínimos.

Una buena estanqueidad del horno evita entradas de aire incontroladas.

El empleo de materiales altamente refractarios permite temperaturas más altas de llama, con la consiguiente mejora de la eficacia.

Proceso

Debe trabajarse, siempre que sea posible, a plena capacidad de la instalación.

Debe automatizarse al máximo el control del proceso, así como las operaciones de carga y descarga, evitando operaciones erróneas.

Aprovechar la energía desprendida en los procesos exotérmicos.

No operar nunca a temperaturas más altas de lo necesario.

Emplear aire enriquecido y precalentado para mejorar la cinética del proceso y el balance térmico.

Emplear oxígeno puro como comburente para minimizar el volumen de gases de combustión.

Recuperar los efluentes valiosos y aprovechar térmicamente el carbono y el monóxido de carbono para producir, mediante su combustión, vapor para proceso. Acoplar el horno con el resto del proceso, utilizando su energía residual en etapas que consumen energías de calidad decreciente.

Utilizar quemadores recuperativos o regenerativos.

Alimentación

Evitar una excesiva humedad en el producto a tratar secándolo antes de su introducción al horno mediante gases residuales u otras energías semi degradadas.

Estudiar el almacenamiento de las materias primas, evitando, para las que capten fácilmente humedad, tiempos prolongados a la intemperie.

Mejorar el proceso químico y el intercambio térmico mediante la utilización de materias primas con granulometrías adecuadas.

Utilizar materiales semi elaborados procedentes de procesos en los que se obtienen con una eficacia térmica mayor, que la que se consigue en el proceso principal.

Utilizar fundentes con el fin de rebajar la temperatura de operación.

Combustión

Optimizar la combustión utilizando equipos de análisis de gases y regulándola automáticamente.

Utilización de combustibles precalentados.

Trabajar a una temperatura de llama tan próxima a la teórica como sea posible.

Efluentes

No refrigerar, o no dejar enfriar, los productos intermedios que posteriormente deban ser calentados.

La temperatura de salida de gases y productos más adecuada es la necesaria para la etapa siguiente.

Si la temperatura de los efluentes es mayor que la requerida, pueden utilizarse para precalentar la carga, el aire de combustión, el combustible, utilizándolo en otra parte del mismo proceso o instalar una caldera de recuperación.

Si la temperatura de los gases de calentamiento es más alta de la requerida, re circular parte de los gases efluentes para disminuir el exceso de aire, limitando la temperatura en la cámara de combustión y aumentando la velocidad del gas en las zonas de pre calefacción y calefacción.

Mantenimiento y pérdidas

Programar el mantenimiento preventivo para evitar paradas imprevistas.

Calcular el empleo óptimo de los aislantes para evitar temperaturas de pared excesivas.

Eliminar la visión desde el exterior de las zonas rojas del horno con el fin de cortar pérdidas por radiación.

Utilizar el calor de las refrigeraciones para usos diversos, tales como calefacción, vaporización al vacío, etc.

Acortar el tiempo de las paradas, evitando perder todo el calor acumulado en los hornos.

HORNOS DE GAS

Medidas de eficiencia

Ante la necesidad de conseguir la máxima eficacia térmica es fundamental el desarrollo de nuevas técnicas encaminadas a mejorar la eficiencia energética en cada etapa de la vida del horno. Algunas de estas técnicas se describen a continuación.

Diseño y utilización del horno

La elección de tipo de horno, su capacidad, tipo de calefacción y forma de operar, debe siempre realizarse mediante un estudio técnico-económico, optimizando el diseño para adecuarlo al objetivo.

Debe procurarse que el horno se utilice exclusivamente para realizar sus operaciones intrínsecas.

Siempre que sea posible debe pasarse del trabajo discontinuo a continuo.

En los procesos discontinuos deben utilizarse hornos de baja inercia térmica por alcanzar más rápidamente la temperatura de operación y tener menos pérdidas energéticas en las paradas.

Una buena estanqueidad del horno evitará entradas de aire incontroladas.

El empleo de materiales altamente refractarios permite temperaturas más altas de llama, con la consiguiente mejora de la eficacia.

Proceso

Debe trabajarse, siempre que sea posible, a plena capacidad de la instalación.

En los hornos de funcionamiento intermitente debe programarse el trabajo de tal forma que los tiempos de espera sean mínimos.

Debe automatizarse al máximo el control del proceso, así como las operaciones de carga y descarga, evitando operaciones erróneas.

Estudiar la posibilidad de cambiar el proceso, en sí mismo, por otro de menor consumo energético.

Aprovechar la energía desprendida en los procesos exotérmicos. No operar nunca a temperaturas más altas de lo necesario. Emplear aire enriquecido y precalentado para mejorar la cinética del

proceso y el balance térmico. Emplear oxígeno puro como comburente para minimizar el volumen de

gases de combustión. Recuperar los efluentes valiosos y aprovechar térmicamente el carbono

y el monóxido de carbono para producir, mediante su combustión, vapor. Mantener una buena calidad de los productos, lo que conduce a una

mayor eficacia en el uso del combustible. Acoplar el horno con el resto del proceso, utilizando su energía residual

en etapas que consumen energías de calidad decreciente. Utilizar quemadores recuperativos o regenerativos.

Alimentación

Evitar una excesiva humedad en el producto a tratar secándolo antes de su introducción al horno mediante gases residuales u otras energías semidegradadas.

Estudiar el almacenamiento de las materias primas, evitando, para las que capten fácilmente humedad, tiempos prolongados a la intemperie.

Mejorar el proceso químico y el intercambio térmico mediante la utilización de materias primas con granulometrías adecuadas.

Utilizar materiales semielaborados procedentes de procesos en los que se obtienen con una eficacia térmica mayor, que la que se consigue en el proceso principal.

Utilizar fundentes con el fin de rebajar la temperatura de operación.

Combustión

Optimizar la combustión utilizando equipos de análisis de gases y regulándola automáticamente.

Utilización de combustibles precalentados.

Trabajar a una temperatura de llama tan próxima a la teórica como sea posible.

Efluentes

No refrigerar, o no dejar enfriar, los productos intermedios que posteriormente deban ser calentados.

La temperatura de salida de gases y productos más adecuada es la necesaria para la etapa siguiente.

Si la temperatura de los efluentes es mayor que la requerida, pueden utilizarse para precalentar la carga, el aire de combustión, el combustible, utilizándolo en otra parte del mismo proceso o instalar una caldera de recuperación.

Si la temperatura de los gases de calentamiento es más alta de la requerida, recircular parte de los gases efluentes para disminuir el exceso de aire, limitando la temperatura en la cámara de combustión y aumentando la velocidad del gas en las zonas de precalefacción y calefacción.

Mantenimiento y pérdidas

Programar el mantenimiento preventivo para evitar paradas imprevistas.

Calcular el empleo óptimo de los aislantes para evitar temperaturas de pared excesivas.

Eliminar la visión desde el exterior de las zonas rojas del horno con el fin de cortar pérdidas por radiación.

Utilizar el calor de las refrigeraciones para usos diversos, tales como calefacción, vaporización al vacío, etc.

Acortar el tiempo de las paradas, evitando perder todo el calor acumulado en los hornos.

HORNOS ELÉCTRICOS

 Medidas de eficiencia

Todas las medidas tienen como objetivo reducir al mínimo los consumos específicos. Están enfocadas en distintos puntos:

Aislamiento

Utilizar un buen material aislante, adecuado a las condiciones de operación que evite en gran medida las pérdidas de calor a través de las paredes del horno por conducción térmica.

Usar materiales de baja inercia térmica (ver Conceptos Básicos) porque garantizan menores pérdidas del calor almacenado en el revestimiento.

Reducir al máximo posible el número de aperturas del horno.

Operar con una ligera presión positiva cuando sea posible, para evitar infiltraciones de aire exterior.

Mantener abiertas las puertas el menor tiempo posible en las operaciones de carga y descarga.

Comprobar periódicamente su buen estado para evitar pérdidas innecesarias

Regulación

Utilizar tiristores, que son unos dispositivos semiconductores de regulación que funcionan como interruptores electrónicos. Su utilización evita la instalación de turbinas de homogeneización, que aparte del coste económico que implican, también suponen un consumo energético.

Automatizar al máximo los procesos de calentamiento y enfriamiento.

6.3 Organización y racionalización de la producción

Programar el trabajo del horno a fin de evitar periodos transitorios de calentamiento y enfriamiento.

Reducir la temperatura de mantenimiento del horno durante tiempos muertos.

Analizar los ciclos de trabajo de los hornos, y mantener en servicio los más eficaces.

Programar paradas de los hornos para efectuar un mantenimiento preventivo de todos sus elementos.

Comprobar que el ciclo de calentamiento se ajusta a las necesidades reales.

Planificar las cargas para aprovechar al máximo cada hornada. Evitar que parte de la carga sobresalga del horno. Utilizar la mínima ventilación del horno compatible con la seguridad. Reducir al mínimo posible la temperatura de calentamiento del horno. Utilizar los sistemas más eficientes a su máxima capacidad y los menos

eficientes sólo cuando sea necesario.

Recuperación de la energía

Ciertas partes de los hornos eléctricos (cables y tubos cortacorriente de los hornos de arco, etc.) necesitan ser refrigeradas porque las altas temperaturas pueden dañarlos.

Es en estos puntos donde precisamente se da las mayores pérdidas de rendimiento energético de la potencia eléctrica.

Se debe emplear el calor absorbido por el agua de refrigeración de los elementos delicados del horno para la producción de agua caliente sanitaria o calefacción en los locales de la planta.

SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR: APROVECHAMIENTO DE CALOR RESIDUAL

Medidas de eficiencia

Medidas de eficiencia relativas al diseño

Dimensionar los conductos de gases de acuerdo al máximo caudal de gas y construirlos según las recomendaciones habituales para evitar pérdidas de carga por rozamiento excesivas.

Adecuar el tipo de caldera de recuperación según el contenido en sólidos en suspensión de los gases de combustión.

Usar economizadores en calderas de recuperación. Usar sobre calentadores en caderas de recuperación si la

temperatura de los gases es suficiente.

Medidas de eficiencia relativas a la operación

Reducir la temperatura de los gases de combustión tanto como sea posible, evitando la corrosión por formación de rocío ácido.

Realizar la combustión con el mínimo de aire compatible con las condiciones ambientales y el estado de las instalaciones.

Emplear aditivos que eviten las incrustaciones en las conducciones de agua y equipos, ya que dificultan la transmisión de calor.

Precalentar el aire comburente en procesos de combustión.

Medidas de eficiencia relativas a la limpieza y el mantenimiento

Mantener las superficies de intercambio limpias de hollines e incrustaciones, mediante el soplado de vapor, aire comprimido o lavado con agua caliente (para evitar choques térmicos).

Realizar mantenimiento de cierres y juntas para evitar pérdidas de carga en las conducciones.

Calorifugar las siguientes partes para minimizar las pérdidas de calor(recomendados los aislamientos con fibras cerámicas):

Conductos y tuberías. Economizadores. Exterior de los cambiadores de calor en general.

CALDERAS

Medidas de eficiencia

Se resumen a continuación una serie de recomendaciones prácticas que indican una pauta de actuación, encaminada a optimizar las actividades de mantenimiento y conservación en las calderas para generación de energía en plantas industriales:

1) Reducción de las pérdidas de calor:

Defectos en el aislamiento térmico. Fugas por bridas, prensas de válvulas, etc. Funcionamiento correcto del sistema de recuperación de condensados.

2) Mejora del rendimiento y del funcionamiento:

Funcionamiento correcto de las calderas, comprobando, especialmente, los siguientes parámetros:

Hollín: Se produce en combustiones incompletas. Ajustar quemadores, y realizar labores de limpieza.

Estanqueidad: Pueden producirse entradas parásitas de aire, o fugas de humos (atención al CO). Detectar y corregir.

Ventilación: Una entrada insuficiente de aire exterior puede empobrecer el contenido de oxígeno en el aire comburente, y disminuir la eficiencia de la combustión. Mantener los huecos, o rejillas de entrada libres y limpios.

Chimeneas: Extraer periódicamente los hollines depositados generalmente en su base, que pueden obstruir parcialmente la salida de humos, influyendo negativamente en el tiro y, por tanto, en la combustión. Además, el hollín contiene restos de azufre que en contacto con el agua de lluvia puede producir ácido sulfúrico que corroe las paredes metálicas.

Condensaciones en los humos: Impedir que las temperaturas de entrada de los fluidos a los economizadores o recuperadores de calor descienda por debajo del punto de rocío del anhídrido sulfuroso/sulfúrico de los humos (aprox. 130ºC), para impedir su condensación y formación de ácido sulfúrico.

Incrustaciones en las superficies de intercambio de calor: Verificar sistemáticamente la buena calidad del agua de alimentación y, sobre todo, del agua de caldera. Las incrustaciones en estas superficies dificultan la transmisión de calor a través de ellas disminuyendo sensiblemente el rendimiento. Puede llegar incluso, a formarse una capa tan gruesa, que impida la refrigeración de los tubos o, lo que es peor, del

hogar ondulado en las calderas pirotubulares, originando su rotura o aplastamiento.

Funcionamiento correcto de los quemadores, prestando especial atención a los siguientes aspectos:

Comprobar que la pulverización se realiza correctamente con los combustibles líquidos. Verificar y limpiar sistemáticamente las cabezas de pulverización mecánica, o asistida, o por centrifugación.

Seguir meticulosamente las instrucciones del fabricante para situar exactamente los elementos en su posición correcta, manteniendo las distancias prescritas. De no ser así, se provocan encendidos defectuosos, combustiones incompletas y, como consecuencia, descenso del rendimiento.

Regulación y control de los sistemas comprobando su buen funcionamiento , especialmente en lo concerniente a:

Caudales, temperaturas y presiones de los combustibles. Caudales, temperaturas y presiones del agua de alimentación. Caudales, temperaturas y presiones del vapor, o del agua

sobrecalentada que genera la caldera. Valores de consigna y bandas de actuación de los distintos sistemas. Actuación correcta de las protecciones y elementos de seguridad

mecánicos y eléctricos. Revisión y comprobación de función de cuadros eléctricos.