Possible selves

vapor en el coeficiente de exceso de aire en la ZCA.

En la figura 5.3 se presenta la dependencia del coeficiente de exceso de aire en la ZCA con los parámetros de operación. El coeficiente de exceso de aire en la ZCA esta bajo control del personal de operación y cambia de acuerdo al régimen del generador de vapor. En la figura 5.3 se muestran datos de la Planta Termoeléctrica. El coeficiente de exceso de aire en la ZCA tiene la magnitud máxima de 1.20 (combustóleo, carga 50%, R=0.28) y disminuye con el incremento de la carga térmica del generador de vapor y con la disminución de la recirculación. La diferencia máxima absoluta es de 0.06 y relativa de 5.1%.

Figura 5.3 Influencia de la recirculación de los gases de escape y de la carga térmica del generador de vapor sobre el coeficiente de exceso de aire en la ZCA (combustóleo).

1) R=0; 2) R=0.10; 3) R=0.20; 4) R=0.28.

En la ecuación (2.39) el coeficiente de exceso de aire en la ZCA participa en forma de un polinomio de cuarto grado. Por ejemplo, el cambio del coeficiente de exceso de aire en la ZCA es desde 1.15 (combustóleo, carga térmica 50%, R=0) hasta 1.10 (combustóleo, carga térmica 100%, R=0) causa el cambio de la componente de la ecuación (2.39) correspondiente desde 15.54 hasta 15.14 y finalmente cambia la concentración de NOx en los productos de la combustión en 1.026 veces. En este punto, la influencia del coeficiente de exceso de aire es insignificante.

5.1.1.4 Influencia de la recirculación de los gases de escape y de la carga térmica del generador de vapor en el tiempo de residencia de los gases en la ZCA.

En la figura 5.4 se presenta la dependencia del tiempo de residencia de los productos de la combustión en la ZCA con los parámetros de operación. El tiempo de residencia de los productos de la combustión en la ZCA tiene una magnitud máxima 2.52 s (combustóleo, carga térmica 50%, R=0.28) y una magnitud mínima 0.94 s (combustóleo, carga 100%, R=0). En el caso de operar con R=0, el tiempo de residencia cambia de 0.94 s (carga 100%) hasta 1.93 s (carga 50%). La diferencia absoluta es de 0.99 s y relativa de 51.3%. En caso de operar con R=0.28, el tiempo de residencia cambia de 1.14 s (carga 100%) hasta 2.52 s (carga 50%). La diferencia absoluta es de 1.38 s y relativa de 54.8%.

Capítulo 5 Análisis de la influencia de las condiciones de operación

Figura 5.4. Influencia de la recirculación de los gases de escape y de la carga térmica del generador de vapor al tiempo de residencia de los productos de la combustión en la ZCA (combustóleo).

1) R=0; 2) R=0.10; 3) R=0.20; 4) R=0.28.

En la ecuación (2.39) el tiempo de residencia de los productos de la combustión en la ZCA participa como factor e influye proporcionalmente a la emisión de NOx. Por ejemplo, el cambio del tiempo de residencia de los productos de la combustión en la ZCA es de 1.93 s (combustóleo, carga térmica 50%, R=0) hasta 0.94 s (combustóleo, carga térmica 100%, R=0) lo que provoca la disminución de la concentración de óxidos de nitrógeno en los productos de la combustión en 2.05 veces.

5.1.2 INFLUENCIA DE LA RECIRCULACIÓN DE LOS GASES DE ESCAPE Y DE LA CARGA TERMICA DEL GENERADOR DE VAPOR EN LA EMISIÓN DE NOx.

La parte de los gases de escape que se usan para la recirculación en el ducto de aire caliente puede modificarse en la planta de 0 a 0.28 (de 0% hasta 28%) del caudal total de los productos de la combustión. R=0.28 es el valor de recirculación máxima que usa el personal de operación en la Planta Termoeléctrica “Ing. Jorge Luque Loyola”.

La carga térmica del generador de vapor durante el proceso de operación de la Planta Termoeléctrica “Ing. Jorge Luque Loyola” se cambia de 50% hasta 100%.

La máxima influencia para la formación de NOx la tiene la recirculación de los gases en el ducto de aire caliente (figura 5.5). Sin recirculación, la emisión de NOx es máxima y para la carga térmica del generador de vapor a 100% corresponde una magnitud de 173.13 ppm. Con recirculación R=0.28 la emisión de NOx disminuye hasta 33.86 ppm (carga 100%). La reducción relativa de la emisión de NOx es de 80.4%.

Capítulo 5 Análisis de la influencia de las condiciones de operación

Figura 5.5. Influencia de la recirculación de los gases y de la carga térmica del generador de vapor sobre la emisión de NOx en la combustión del combustóleo.

1) Carga térmica 100%; 2) Carga térmica 80%; 3) Carga térmica 65%; 4) Carga térmica 50%

La recirculación de los gases en el ducto del aire caliente provoca la disminución de la formación de los óxidos de nitrógeno. El cambio de la recirculación de 0 hasta 0.10 causa la máxima disminución de la emisión de NOx absoluta que es de 173.1 ppm (R=0, carga térmica 100%) hasta 93.4 ppm (R=0.10, carga térmica 100%). La reducción absoluta es de 79.8 ppm y la relativa de 46.1%. En el intervalo del cambio de la recirculación de 0.10 ≤ R ≤ 0.20 la emisión de NOx disminuye de 93.4 ppm hasta 53.5 ppm (carga térmica 100%). La reducción absoluta es de 39.9 ppm y la relativa de 42.7%. En el intervalo de cambio de la recirculación 0.20 ≤ R ≤ 0.28 la emisión de NOx disminuye de 53.5 ppm hasta 33.9 ppm. La reducción absoluta es 19.6 ppm y la relativa de 36.7%.

La recirculación de los gases de escape en el ducto de aire caliente es posible con ayuda de un ventilador de tipo tiro forzado (ver figuras 4.1 – 4.3). El incremento de la recirculación genera un aumento de corriente eléctrica y gastos de operación. La figura 5.1 puede dar la información sobre que valor de recirculación es necesario para tener la menor emisión de NOx que cumpla con la norma mexicana y gastos de operación mínimos.

La influencia de la carga térmica en la emisión de NOx es menor (figura 5.5). Por ejemplo, si la carga térmica disminuye de 100% hasta 50% la emisión de NOx se reduce de 173.1 ppm hasta 150.0 ppm (R=0) y desde 33.9 hasta 26.7 (R=0.28). La reducción absoluta de la emisión de NOx es 23.1 ppm y la relativa es 13.3% (para R=0). Para recirculación R=0.28 la reducción es 7.1 ppm y 21.1% respectivamente.

5.2 ANÁLISIS DE LA EMISIÓN DE NOx EN LA COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL

Los resultados del cálculo de la emisión de NOx en la combustión del gas natural se presentan en el capítulo 4. Las condiciones de operación que varían son: el porcentaje de los gases de recirculación y la carga térmica del generador de vapor. Los parámetros que influyen en la formación de óxidos de nitrógeno durante el proceso de la combustión son: la temperatura promedio en la ZCA, el calor reflejado en la ZCA, el coeficiente de exceso de aire en la ZCA y el tiempo de residencia de los gases en la ZCA.

Capítulo 5 Análisis de la influencia de las condiciones de operación

capítulo 4). Los óxidos de nitrógeno se forman durante la combustión del combustóleo y del gas natural, por esta razón es importante analizar la emisión de NOx en la combustión del gas natural, quien ahora es el principal combustible en la Planta Termoeléctrica “Ing. Jorge Luque Loyola”.

5.2.1 ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN EN LOS PARÁMETROS DE LA ZCA DURANTE LA COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL.

5.2.1.1 Influencia de las condiciones de operación en la temperatura promedio de los gases en la ZCA.

En la figura 5.6 se presenta la dependencia de la temperatura promedio de los gases en la ZCA con las condiciones de operación. Esta temperatura tiene una magnitud máxima de 1912 K (gas natural, R=0, carga térmica de 100%). La temperatura promedio de los gases en la ZCA disminuye con hay una disminución de la carga térmica del generador de vapor. Por ejemplo, a carga térmica de 50% esta temperatura es de 1867 K (gas natural, R=0). La diferencia absoluta es de 45 K y la relativa de 2.4%.

La influencia de la recirculación es mayor. En condiciones de R=0.28 la temperatura promedio de los gases en la ZCA es 1416 K (gas natural, carga térmica 100%). La diferencia absoluta de esta temperatura y 1912 K (gas natural, R=0, carga térmica es 100%) es de 496 K y la relativa de 25.9%.

En la ecuación (2.38) la temperatura promedio de los gases en la ZCA esta bajo exponente e influye significativamente en la emisión de NOx. Por ejemplo, el cambio de temperatura de 1912 K a 1416 K provoca un cambio en la componente de la ecuación (2.38) correspondiente desde 40.4 hasta 7.72 y finalmente cambia la concentración de NOx en los productos de la combustión en 5.2 veces.

Figura 5.6. Influencia de las condiciones de operación sobre la temperatura promedio de los gases en la ZCA (gas natural). 1) R=0; 2) R=0.10; 3) R=0.20; 4) R=0.28.

Capítulo 5 Análisis de la influencia de las condiciones de operación

5.1.1.2 Influencia de los condiciones de operación sobre la densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA.

En la figura 5.7 se presenta la dependencia de la densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA en condiciones de operación. La densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA máxima es de 212.4 kW/m2_{s y} corresponde a régimen de 100% de carga térmica y R=0. La densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA disminuye cuando hay una disminución de carga térmica del generador de vapor y un aumento en la recirculación de los gases.

La densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA depende significativamente de la carga térmica del generador de vapor. Por ejemplo, el cambio de la carga térmica del generador de vapor de 100% a 50% provoca la disminución de la magnitud de la densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA desde 212.4 kW/m2_s hasta 106.6 kW/m2_{s. La diferencia absoluta es de 105.7 kW/m}2_{s y la diferencia relativa es de 49.8%.}

La recirculación de los gases en el ducto de aire caliente también influye en la densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA. El cambio de la recirculación de R=0 a R=0.28 ocasiona la disminución de la densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA desde 212.4 kW/m2_{s hasta 178.94 kW/m}2_{s (gas natural, carga térmica 100%).} La diferencia absoluta es de 33.4 kW/m2s y la diferencia relativa es de 15.7%.

Figura 5.7. Influencia de las condiciones de operación sobre la densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA (gas natural). 1) R=0; 2) R=0.10; 3) R=0.20; 4) R=0.28.

En la ecuación (2.38) la densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA esta bajo exponente e influye significativamente en la emisión de NOx. Por ejemplo, el cambio de densidad de flujo de calor reflejado en la ZCA es de 212.4 kW/m2s (gas natural, carga térmica 100%, R=0) hasta 90.4 kW/m2s (gas natural, carga térmica 50%, R=0.28) genera el cambio de la componente de la ecuación (2.38) correspondiente desde 0.236 hasta 0.0946 y finalmente cambia la concentración de NOx en los productos de la combustión en 2.49 veces.

Capítulo 5 Análisis de la influencia de las condiciones de operación