CONSIDERACIONES SOBRE LAS ANTORCHAS DE QUEMADO DE BIOGÁS

Muchas veces se nos pide que las antorchas tengan un tiempo de retención superior a 0’3 segundos y una temperatura de llama superior a 850 ºC

Ambas condiciones no corresponden a norma alguna, y se incluyen en muchos proyectos por culpa del famoso “corta – pega”, originado, a mi parecer por una norma en estudio en el Reino Unido, que no se ha aprobado aún (y que seguramente no se aprobará por los considerandos que verán a continuación). Supongo que al final alguien (como siempre unos abogados sin conocimientos técnicos) hará una norma obligando a cumplir parámetros sin base científica ni técnica.

Vamos por partes: la temperatura de la llama depende de dos factores, la riqueza en metano del gas a tratar y la cantidad de aire en exceso que incorporemos.

Al quemar el biogás generamos una cantidad de calorías que dependen de la cantidad de metano que este tenga, y estas calorías son las que elevan la temperatura de la llama y los gases.

Así, por ejemplo, si quemamos un biogás con un 60% de metano y un 40% de CO2 con el aire atmosférico teórico, sin que en los humos haya exceso de oxígeno, tendríamos una temperatura teórica de llama de 968 ºC, producto de aplicar las 6.000 Kcal generadas por metro cúbico a los 12 m3 de humos generados al quemar este metro cúbico con un exceso de aire del 6%.

Si éste mismo gas lo quemamos con un mayor exceso de oxígeno en humos la temperatura baja ya que debemos calentar un volumen mayor de humos, y sigue disminuyendo a medida que aumenta el exceso de aire.

Además, en el biogás hay otros gases, como amoníaco, hidrocarburos C2 a C8, sulfuro de hidrógeno, mercaptanos… que cambian las cantidades de gases de salida y las necesidades de aire para su combustión, y en consecuencia la temperatura real.

Por otra parte, la presencia de elevadas cantidades de CO2 provocan, por efecto de la Ley de acción de masas, bien conocida por los estudiantes de Química, la necesidad de aumentar las cantidades de oxígeno para conseguir una alta eficiencia en la eliminación de los contaminantes.

Todo ello obliga a disponer de un análisis completo del gas a tratar para poder garantizar la temperatura de la llama y la de los humos.

Por otra parte, temperaturas por encima de los 800 ºC provocan que el nitrógeno del aire reaccione con el oxígeno formando los nocivos óxidos de nitrógeno (NOX), siendo más elevada la tasa de reacción cuanto mayor sea la temperatura.

Existen diversos métodos para reducir las emisiones de NOx:

1.- Reducción de temperatura. La producción de NOx térmico aumenta exponencialmente con la temperatura. El objetivo es eliminar la relación estequiométrica mediante un exceso de combustible, aire, humos de combustión o vapor, ya que esta relación estequiométrica produce las temperaturas más altas y por tanto mayor generación de NOx

2.- Reducción del tiempo de residencia. Cuanto menor sea el tiempo de contacto entre los gases menor será la posibilidad de formación de los NOx

3.- Reducción química del NOx. No aplicable en nuestro caso.

En base a los considerandos anteriores, la antorchas EMISON se calculan para que el aire que se mezcla con el biogás sea el adecuado para la composición declarada del biogás y su caudal.

En muchos casos los caudales a tratar no son homogéneos. En general se utiliza el biogás para alimentar calderas o generadores eléctricos, y sólo el excedente se envía a la antorcha, pero en ocasiones el gas generado no se utiliza, por ejemplo, porqué la caldera ha llegado a su temperatura y/o el generador está parado.

Por tanto, la antorcha se prevé para quemar la totalidad del gas producido, y cuando se quema sólo una parte de éste la cantidad de aire es demasiado elevada para mantener la temperatura deseada. EMISON es conocedora del caso y nuestras antorchas están diseñada para incorporar un sistema, manual o automático de regulación del aire comburente en función de los caudales instantáneos.

Para ello realizamos mediciones del caudal de entrada, o la temperatura en el interior de la antorcha o el porcentaje de oxígeno presente en los gases de salida, y en función del valor detectado aumentamos o disminuimos la aportación de aire.

El PLC que controla el funcionamiento de la antorcha está preparado para recibir estas señales y en función de las mismas accionar la apertura de la entrada de aire, tanto en el interior como en el exterior de la llama, según necesidades.

Como en general no es crítica la temperatura, estos sistemas no se integran de serie en nuestras antorchas y se ofrecen como un accesorio a incorporar si las circunstancias lo exigen.

Otro accesorio interesante en muchos casos es el arranque y parada automáticos en función de la presión del gas de entrada.

Otra forma de aumentar la temperatura es realizar un aislamiento de la antorcha, utilizando fibras cerámicas, que evitan las pérdidas de calor por las paredes y, en consecuencia, aumentan la temperatura de la cámara. Una ventaja adicional del aislamiento es que reduce el nivel sonoro de la antorcha.

El aislamiento no lo incorporamos de serie, y se ofrece como un accesorio a incorporar si las circunstancias lo exigen o se cree conveniente.

Otro punto importante es la eficacia del tratamiento, es decir el porcentaje de metano quemado, que influye directamente en la temperatura de la llama.

Nuestras antorchas incorporan un quemador cerámico con un catalizador a base de Pt- Ni-Na que garantiza una eficacia superior al 99% en el rango de aplicación de la antorcha (Caudales nominales) y el quemado del biogás con caudales entre el 50 y el 150% del nominal con eficiencias superiores al 95 %. Otros caudales son también quemados, con eficiencias menores.

En cuanto a la exigencia de un tiempo de retención elevado, nuestra experiencia nos indica que cuanto mayor sea mejor resultado tiene la antorcha, por lo que si un día se redacta la norma nuestra indicación sería que fuera al menos de 0,5 segundos.