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16 jul 2018
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Un objetivo muy perseguido en la industria consiste en el desarrollo de nuevas tecnologías que incidan en la mejora de la eficiencia energética y reducción de emisiones en sectores de alto consumo energético, así como un descenso en sus costes de operación y mantenimiento.
En el caso del sector vidriero el principal consumo energético se produce en los hornos regenerativos. Estos hornos constan de una cámara de combustión a unos 1500ºC en la que se produce la fusión del vidrio, y de dos intercambiadores regenerativos construidos con material refractario que recuperan parte del calor de los gases de combustión, extremadamente agresivos. Los hornos operan de modo cíclico, alternando el intercambiador que se encuentra calentándose con los gases de combustión y precalentando el aire de combustión.
El control del exceso de entrada de aire de combustión en el horno es uno de los principales problemas en esta industria. Por un lado, aumentos del 1% O2 pueden suponer aumentos superiores al 2.5% en el consumo de combustible, así como la generación de altas emisiones de NOx térmicos. Por otro lado, un defecto de aire de combustión provoca un exceso de formación de CO en la salida de gases que favorece la degradación del material refractario de los intercambiadores regenerativos.
Asimismo, el deterioro y ensuciamiento progresivo del refractario de los intercambiadores regenerativos (material cruciforme) supone un grave problema para el funcionamiento estable, fiable y eficiente del horno. Los gases de escape, con partículas y un elevado poder de incrustación, dan lugar a un deterioro prematuro del refractario, a la obturación de ciertas zonas del intercambiador y, en definitiva, a una reducción en la eficiencia de intercambio a lo largo de los diferentes ciclos de calentamiento/enfriamiento.
CIRCE, en colaboración con la industria vidriera VERALLIA, ha investigado el desarrollo de tres nuevas tecnologías de bajo coste para solventar esta problemática en el marco del proyecto e-GLASS, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad en el programa Retos Colaboración.
El control del exceso de entrada de aire de combustión se aborda mediante el desarrollo de un sistema de diagnóstico de llama basado en imagen y una sonda de medición de gases apta para ambientes agresivos. Por su lado, se mejora el mantenimiento de los intercambiadores regenerativos mediante el desarrollo de un sistema que permite llevar a cabo una monitorización en continuo del estado del regenerador.
La tecnología de diagnóstico de llama basado en imagen es una técnica no intrusiva que consiste en el análisis de las características lumínicas de la llama, que están relacionadas con la eficiencia de la combustión y, en consecuencia, las emisiones. En la práctica, la metodología consiste en la adquisición de imágenes de llama mediante cámaras industriales convencionales y la aplicación de un software específico de tratamiento de la imagen que permite obtener una serie de parámetros estadísticos y geométricos que caracterizan la llama. Analizando las correlaciones entre dichos parámetros y los parámetros de operación y emisiones, se han desarrollado una serie de alarmas que apoyan al operario en la detección de diversos tipos de malfunciones en el proceso de combustión y que pueden resultar de gran utilidad para su integración en futuros sistemas de control.
Por su parte, la principal dificultad en el desarrollo de sondas de medida de gases de combustión se centra en la agresividad del medio en el que trabajan, elevadas temperaturas (1500 ºC), existencia de partículas incandescentes y gases corrosivos. Además, es de vital importancia asegurar la fiabilidad de la medida, con lo que el tratamiento de la muestra, así como las condiciones en las que se toma la misma deben ser adecuadas a los gases que se quiere monitorizar, en este caso el O2 y el CO, dos de los parámetros más importantes para el control de la combustión en el horno de vidrio. Las particularidades del proceso analizado hacen que necesaria una automatización y control específico para adecuarse a los ciclos de calentamiento y enfriamiento de los conductos en los que se realiza la medida.
Finalmente, la monitorización en continuo del estado del regenerador se realiza a través de un sistema automático que captura imágenes del regenerador y un software que las procesa y determina el nivel de obturación de las diferentes zonas del regenerador. Este sistema permite una mejor planificación de las tareas de mantenimiento del intercambiador regenerativo, focalizando las limpiezas únicamente en las zonas que se encuentran obturadas y mejorando la eficacia de éstas. Con todo ello se consigue mantener una mayor eficiencia de intercambio durante más tiempo y, en consecuencia, reducir el consumo de combustible en el horno.
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Soluciones para la monitorización, control de la combustión y su eficiencia energética
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