Horno industrial - Industrial furnace
Un horno industrial , también conocido como calentador directo o calentador de fuego directo , es un dispositivo que se utiliza para proporcionar calor para un proceso industrial, generalmente superior a 400 grados Celsius. Se utilizan para proporcionar calor a un proceso o pueden servir como reactor que proporciona calores de reacción. Los diseños de los hornos varían en cuanto a su función, servicio de calefacción, tipo de combustible y método de introducción del aire de combustión. El calor lo genera un horno industrial mezclando combustible con aire u oxígeno, o mediante energía eléctrica . El calor residual saldrá del horno como gas de combustión . Estos están diseñados según los códigos y estándares internacionales, los más comunes son ISO 13705 (Industrias de petróleo y gas natural - Calentadores de combustión para servicio general de refinería) / Norma 560 del Instituto Americano del Petróleo (API) (Calentador de combustión para servicio general de refinería). Los tipos de hornos industriales incluyen hornos discontinuos , hornos de vacío y hornos solares. Los hornos industriales se utilizan en aplicaciones tales como reacciones químicas , cremación , refinación de petróleo y cristalería .
Visión general
El combustible fluye hacia el quemador y se quema con el aire proporcionado por un soplador de aire. Puede haber más de un quemador en un horno particular que puede disponerse en celdas que calientan un conjunto particular de tubos. Los quemadores también se pueden montar en el suelo, en la pared o en el techo, según el diseño. Las llamas calientan los tubos, que a su vez calientan el fluido del interior de la primera parte del horno conocida como sección radiante o cámara de combustión . En esta cámara donde tiene lugar la combustión, el calor se transfiere principalmente por radiación a los tubos alrededor del fuego en la cámara.
El fluido a calentar pasa a través de los tubos y así se calienta a la temperatura deseada. Los gases de la combustión se conocen como gases de combustión . Después de que el gas de combustión sale de la cámara de combustión, la mayoría de los diseños de hornos incluyen una sección de convección donde se recupera más calor antes de ventilar a la atmósfera a través de la chimenea de gases de combustión . (HTF = Fluido de transferencia de calor. Las industrias también usan sus hornos para calentar un fluido secundario con aditivos especiales como antioxidantes y alta eficiencia de transferencia de calor. Este fluido calentado luego se hace circular por toda la planta a intercambiadores de calor para ser utilizado donde se necesite calor. en lugar de calentar directamente la línea de productos, ya que el producto o material puede ser volátil o propenso a agrietarse a la temperatura del horno).
Componentes
Sección radiante
La sección radiante es donde los tubos reciben casi todo su calor por radiación de la llama. En un horno cilíndrico vertical, los tubos son verticales. Los tubos pueden ser verticales u horizontales, colocados a lo largo de la pared refractaria , en el medio, etc., o dispuestos en celdas. Los postes se utilizan para mantener el aislamiento junto y en la pared del horno. Se colocan a una distancia de aproximadamente 1 pie (300 mm) en esta imagen del interior de un horno.
Los tubos, que se muestran a continuación, que son de color marrón rojizo debido a la corrosión , son tubos de acero al carbono y corren a la altura de la sección radiante. Los tubos están a una distancia del aislamiento para que la radiación pueda reflejarse en la parte posterior de los tubos para mantener una temperatura uniforme de la pared del tubo. Las guías de los tubos en la parte superior, media e inferior mantienen los tubos en su lugar.
Sección de convección
La sección de convección se encuentra por encima de la sección radiante donde hace más frío para recuperar calor adicional. La transferencia de calor tiene lugar aquí por convección y los tubos tienen aletas para aumentar la transferencia de calor. Las primeras tres filas de tubos en la parte inferior de la sección de convección y en la parte superior de la sección radiante hay un área de tubos desnudos (sin aletas) y se conocen como la sección de protección ("tubos de choque"), así llamados porque todavía están expuestos a mucha radiación de la cámara de combustión y también actúan para blindar los tubos de la sección de convección, que normalmente son de material menos resistente a las altas temperaturas en la cámara de combustión.
El área de la sección radiante justo antes de que el gas de combustión ingrese a la sección de protección y a la sección de convección llamada zona puente. Un cruce es el tubo que se conecta desde la salida de la sección de convección a la entrada de la sección radiante. La tubería de cruce normalmente se ubica en el exterior para poder monitorear la temperatura y calcular la eficiencia de la sección de convección. La mirilla en la parte superior permite al personal ver la forma y el patrón de la llama desde arriba e inspeccionar visualmente si se está produciendo un impacto de la llama. El impacto de la llama ocurre cuando la llama toca los tubos y causa pequeños puntos aislados de muy alta temperatura.
Bobina radiante
Se trata de una serie de tubos tipo horquilla horizontales / verticales conectados en los extremos (con curvas de 180 °) o de construcción helicoidal. La bobina radiante absorbe calor a través de la radiación. Pueden ser de una o varias pasadas dependiendo de la caída de presión permitida en el lado del proceso. Las bobinas radiantes y las curvas están alojadas en la caja radiante. Los materiales de las bobinas radiantes varían desde acero al carbono para servicios de baja temperatura hasta aceros de alta aleación para servicios de alta temperatura. Estos se apoyan en las paredes laterales radiantes o cuelgan del techo radiante. El material de estos soportes es generalmente acero de alta aleación. Al diseñar la bobina radiante, se tiene cuidado de que se mantenga la provisión para la expansión (en condiciones de calor).
Quemador
El quemador en el horno cilíndrico vertical como arriba, está ubicado en el piso y se enciende hacia arriba. Algunos hornos tienen quemadores laterales, como en las locomotoras de tren . La loseta del quemador está hecha de refractario de alta temperatura y es donde se contiene la llama. Los registros de aire ubicados debajo del quemador y en la salida del soplador de aire son dispositivos con aletas o paletas móviles que controlan la forma y el patrón de la llama, ya sea que se extienda o incluso que se arremolina. Las llamas no deben extenderse demasiado, ya que esto provocará un impacto de la llama. Los registros de aire se pueden clasificar en primarios, secundarios y, en su caso, terciarios, dependiendo de cuándo se introduce su aire.
El registro de aire primario suministra aire primario, que es el primero que se introduce en el quemador. Se agrega aire secundario para complementar el aire primario. Los quemadores pueden incluir un premezclador para mezclar el aire y el combustible para una mejor combustión antes de introducirlos en el quemador. Algunos quemadores incluso usan vapor como premezcla para precalentar el aire y crear una mejor mezcla del combustible y el aire caliente. El piso del horno está hecho principalmente de un material diferente al de la pared, típicamente refractario duro moldeable para permitir a los técnicos caminar sobre su piso durante el mantenimiento.
Un horno se puede encender con una pequeña llama piloto o, en algunos modelos más antiguos, a mano. La mayoría de las llamas piloto hoy en día se encienden con un transformador de encendido (muy parecido a las bujías de un automóvil). La llama piloto a su vez enciende la llama principal. La llama piloto usa gas natural, mientras que la llama principal puede usar tanto diesel como gas natural. Cuando se usan combustibles líquidos, se usa un atomizador; de lo contrario, el combustible líquido simplemente se derramará sobre el piso del horno y se convertirá en un peligro. El uso de una llama piloto para encender el horno aumenta la seguridad y la facilidad en comparación con el uso de un método de encendido manual (como un fósforo).
Soplador de hollín
Los sopladores de hollín se encuentran en la sección de convección. Como esta sección está por encima de la sección radiante y el movimiento del aire es más lento debido a las aletas, el hollín tiende a acumularse aquí. El soplado de hollín se realiza normalmente cuando se reduce la eficiencia de la sección de convección. Esto se puede calcular observando el cambio de temperatura de la tubería de cruce y en la salida de la sección de convección.
Los sopladores de hollín utilizan medios fluidos como agua, aire o vapor para eliminar los depósitos de los tubos. Por lo general, esto se hace durante el mantenimiento con el soplador de aire encendido. Se utilizan varios tipos diferentes de sopladores de hollín. Los sopladores de pared del tipo rotativo se montan en las paredes del horno que sobresalen entre los tubos de convección. Las lanzas están conectadas a una fuente de vapor con agujeros perforados a intervalos a lo largo de su longitud. Cuando se enciende, gira y expulsa el hollín de los tubos a través de la pila.
Apilar
La chimenea de gases de combustión es una estructura cilíndrica en la parte superior de todas las cámaras de transferencia de calor. El retroceso directamente debajo de él recoge el gas de combustión y lo eleva a la atmósfera donde no pondrá en peligro al personal.
El amortiguador de chimenea contenido dentro funciona como una válvula de mariposa y regula el tiro (diferencia de presión entre la entrada de aire y la salida de aire) en el horno, que es lo que empuja los gases de combustión a través de la sección de convección. El amortiguador de chimenea también regula la pérdida de calor a través de la chimenea. A medida que se cierra el amortiguador, la cantidad de calor que escapa del horno a través de la chimenea disminuye, pero la presión o el tiro en el horno aumenta, lo que plantea riesgos para quienes trabajan a su alrededor si hay fugas de aire en el horno, las llamas pueden escapar de la cámara de combustión o incluso explotar si la presión es demasiado grande.
Aislamiento
El aislamiento es una parte importante del horno porque mejora la eficiencia al minimizar el escape de calor de la cámara calentada. Los materiales refractarios como el ladrillo refractario, los refractarios moldeables y la fibra cerámica se utilizan para el aislamiento. El piso del horno son normalmente refractarios de tipo calcinable, mientras que los de las paredes están clavados o pegados en su lugar. La fibra cerámica se usa comúnmente para el techo y la pared del horno y se clasifica por su densidad y luego por su clasificación de temperatura máxima. Por ejemplo, 8 # 2,300 ° F significa 8 lb / ft 3 de densidad con una clasificación de temperatura máxima de 2,300 ° F. La temperatura nominal de servicio real para la fibra cerámica es un poco más baja que la temperatura nominal máxima. (es decir, 2300 ° F solo es bueno hasta 2145 ° F antes de la contracción lineal permanente).
Cimientos
Los pilares de hormigón son la base sobre la que se monta el calentador. Pueden ser cuatro números. para calentadores más pequeños y puede ser de hasta 24 nos. para calentadores de gran tamaño. El diseño de los pilares y toda la cimentación se realiza en función de la capacidad de carga del suelo y las condiciones sísmicas que prevalecen en el área. Los pernos de cimentación se colocan en la cimentación después de la instalación del calentador.
Puertas de acceso
El cuerpo del calentador está provisto de puertas de acceso en varios lugares. Las puertas de acceso deben usarse solo durante el apagado del calentador. El tamaño normal de la puerta de acceso es de 600x400 mm, que es suficiente para el movimiento de personas / material dentro y fuera del calentador. Durante el funcionamiento, las puertas de acceso están debidamente atornilladas utilizando juntas de alta temperatura a prueba de fugas.
Ver también
Referencias
- Gray, WA; Muller, R. (1974).Cálculos de ingeniería en transferencia de calor radiativo.(1ª ed.). Pergamon Press Ltd. ISBN 0-08-017786-7.
- Fiveland, WA, Crosbie, AL, Smith AM y Smith, TF (Editores) (1991). Fundamentos de la transferencia de calor por radiación . Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos. ISBN 0-7918-0729-0.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- Warring, R. H (1982). Manual de válvulas, tuberías y tuberías (1ª ed.). Compañía Editorial del Golfo. ISBN 0-87201-885-7.
- Dukelow, Samuel G (1985). Mejora de la eficiencia de la caldera (2ª ed.). Sociedad de Instrumentos de América. ISBN 0-87664-852-9.
- Whitehouse, RC (Editor) (1993). El manual del usuario de la válvula y el actuador . Publicaciones de ingeniería mecánica. ISBN 0-85298-805-2.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- Davies, Clive (1970). Cálculos en tecnología de hornos (1ª ed.). Pergamon Press. ISBN 0-08-013366-5.
- Goldstick, R .; Thumann, A (1986). Principios de recuperación de calor residual . Fairmont Press. ISBN 0-88173-015-7.
- ASHRAE (1992). Manual de ASHRAE. Sistemas y equipos de calefacción, ventilación y aire acondicionado . ASHRAE. ISBN 0-910110-80-8. ISSN 1078-6066 .
- Perry, RH y Green, DW (Editores) (1997). Manual de ingenieros químicos de Perry (7ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049841-5.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- Lieberman, P .; Lieberman, Elizabeth T (2003). Guía de trabajo de equipos de proceso (2ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-139087-1.
enlaces externos