En una aplicación de calentamiento en un horno con combustible gas, el primer paso es analizar las distintas tecnologías disponibles. Dos de las tecnologías más interesantes son, los quemadores regenerativos y los quemadores de oxicombustión.
Fundamentos de la combustión
El combustible más utilizado en los hornos es el gas natural, compuesto en más de un 90% de metano (CH4). Como comburente se suele utilizar aire, compuesto de aproximadamente un 20% de oxígeno (O2) y el resto de nitrógeno (N2).
La reacción del gas natural con el aire requiere de aprox 10 volúmenes de aire por cada 1 de gas natural, reaccionando con el O2 libre y transformándose en dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O), generando calor, quedando libre y caliente el N2 del aire.
Comparativa en la combustión oxi-gas frente a regenerativos
Desde el punto de vista termodinámico, es más eficaz la combustión oxi-gas, ya que no tenemos que calentar el N2 inerte. Aun así, la combustión regenerativa considera la recuperación de calor, aprovechando la elevada temperatura de los gases de escape y depende de la eficacia de recuperación de calor del sistema regenerativo.
Los quemadores Oxi-gas tienen un óptimo rendimiento, ya que utilizan sólo el oxígeno como comburente. El ratio Oxigeno / gas natural, es aprox 2:1, frente al ratio Aire /gas natural, que es 10:1; es decir, 5 veces menor volumen de humos, ya que no tenemos que calentar el Nitrógeno del aire, y por tanto las emisiones de NOx son prácticamente despreciables.
Además, la adición del nitrógeno del aire al proceso no sólo plantea problemas medioambientales, sino también aumenta el gasto de combustible.
El control con los quemadores Oxi-gas es más sencillo, con tuberías y válvulas más pequeñas, sin requerir ventiladores de aportación o extracción; mientras que, con los regenerativos es más complejo con los ciclos de regeneración de gases calientes y requiere de un mayor espacio y servicio de mantenimiento periódico.
Bien es cierto que, la disponibilidad de proveedores de Oxigeno cercanos y confiables, con precios que debemos de analizar y poner en el balance del proyecto.
Aplicación en el reciclado de aluminio
En el caso del reciclado de aluminio, considerando que la carga de material pudiese contener un porcentaje de elementos orgánicos volátiles (pinturas, lacas, aceites, …), la combustión estequiométrica no es suficiente para la incineración de elementos combustibles adicionales, generando llamas y emisiones incontroladas, para lo que es necesario una adición de oxigeno extra.
Con los quemadores regenerativos, lo normal es añadir una lanza de oxígeno que esta activa durante el proceso de incineración de volátiles y, con los quemadores Oxi-gas se regula el ratio de combustión, controlando con una sonda de O2 en la salida de humos.
