COMBUSTÓLEO COMO FUENTE DE COMBUSTIÓN

Existen diferentes tipos de combustóleo, los cuales se dividen en dos grandes grupos: en destilados de aceite y en aceites residuales. Debido a que los aceites residuales se producen a partir del resto de  las fracciones más ligeras (gasolina, queroseno y aceites destilados) que se han eliminado del petróleo crudo, contienen cantidades significativas de cenizas, nitrógeno y azufre.

Emisiones

Las emisiones de la combustión del combustible dependen del grado y composición del combustible, del tipo y tamaño de la caldera, de las prácticas de cocción, de las cargas utilizadas y del nivel de mantenimiento del equipo. Debido a que las características de combustión de los aceites destilados y residuales son diferentes, su combustión puede producir emisiones significativamente diferentes.

Material particulado: Las emisiones de partículas pueden clasificarse como filtrables o condensables. Las emisiones filtrables se consideran generalmente como las partículas atrapadas por el filtro de fibra de vidrio de acuerdo a los métodos de muestreo. Los vapores y partículas de menos de 0,3 micras pasan a través del filtro. La materia particulada condensable es un material que se emite en el estado de vapor que posteriormente se condensa para formar partículas de aerosol homogéneas y / o heterogéneas. Las partículas condensables emitidas por las calderas alimentadas con carbón o aceite son principalmente de naturaleza inorgánica.

Las emisiones de partículas filtradas dependen predominantemente del grado de combustible quemado. La combustión de aceites de destilado más ligeros da lugar a una formación PM significativamente menor que la combustión de aceites residuales más pesados.

En general, las emisiones PM filtrables dependen de la integridad de la combustión, así como del contenido de cenizas de aceite. El PM emitido por las calderas de destilado a base de petróleo comprende principalmente partículas carbonosas resultantes de la combustión incompleta del aceite y no está correlacionada con el contenido de cenizas o azufre del aceite. Sin embargo, las emisiones de PM procedentes de la quema residual de petróleo están relacionadas con el contenido de azufre del petróleo. Esto se debe a que el aceite de bajo contenido de azufre (clasificado como N ° 6), ya sea a partir de petróleo crudo de bajo contenido de azufre natural o desulfurado por uno de varios procesos, exhibe viscosidad sustancialmente menor y contenidos reducidos de asfalteno, cenizas y azufre, lo que da lugar a una mejor atomización y a una combustión más completa.

Óxidos de azufre  Las emisiones de óxidos de azufre (SOx) se generan durante la combustión del petróleo a partir de la oxidación del azufre contenida en el combustible. Las emisiones de SOx de los sistemas de combustión convencionales están predominantemente en forma de SO2. Las emisiones SOx incontroladas dependen casi enteramente del contenido de azufre del combustible y no se ven afectadas por el tamaño de la caldera, el diseño del quemador o el grado de combustible que se dispara. En promedio, más del 95 por ciento del azufre del combustible se convierte en SO2, aproximadamente 1 a 5 por ciento se oxida  a trióxido de azufre (SO3), y del 1 al 3 por ciento se emite como partículas de sulfato. El SO3 reacciona fácilmente con el vapor de agua (tanto en la atmósfera como en los gases de combustión) para formar una niebla de ácido sulfúrico.

Óxidos de nitrógeno: Los óxidos de nitrógeno (NOx) formados en los procesos de combustión se deben a la fijación térmica del nitrógeno atmosférico en el aire de combustión ("NOx térmico") o a la conversión del nitrógeno químicamente unido en el combustible. El término NOx se refiere al compuesto de óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2). Los datos de los ensayos han demostrado que para la mayoría de los sistemas de combustión de combustibles fósiles externos, más del 95 por ciento de los NOx emitidos está en forma de óxido nítrico (NO). El óxido nitroso (N2O) no está incluido en los NOx, pero recientemente ha recibido un mayor interés debido a los efectos atmosféricos.

Las mediciones experimentales de la formación térmica de NOx han demostrado que la concentración de NOx es exponencialmente dependiente de la temperatura y proporcional a la concentración de N2 en la llama, a la raíz cuadrada de la concentración de O2 en la llama y al tiempo de residencia. Por lo tanto, la formación de NOx térmico se ve afectada por cuatro factores: (1) temperatura máxima, (2) concentración de nitrógeno de combustible, (3) concentración de oxígeno, y (4) tiempo de exposición a temperatura máxima. Las tendencias de emisiones debido a cambios en estos factores son generalmente consistentes para todos los tipos de calderas: un aumento en la temperatura de la llama, la disponibilidad de oxígeno y/o el tiempo de residencia a altas temperaturas conduce a un aumento en la producción de NOx.

Un número de variables influyen en la cantidad de NOx que se forma por estos dos mecanismos. Una variable importante es la configuración de disparo. Las emisiones de NOx procedentes de calderas tangenciales (de esquina) son, en promedio, inferiores a las de las unidades horizontalmente opuestas. También son importantes las prácticas de cocción empleadas durante el funcionamiento de la caldera. La combustión en exceso de aire (LEA), la recirculación de gases de combustión (FGR), la combustión escalonada (SC), el precalentamiento de aire reducido (RAP), los quemadores de bajo NOx (LNB), las emulsiones de aceite / agua encendidas o una combinación de las mismas pueden resultar en reducciones de NOx del 5 al 60 por ciento. La reducción de carga (LR) también puede disminuir la producción de NOx. Las emisiones de óxido de nitrógeno pueden reducirse de 0,5 a 1 por ciento por cada reducción porcentual en la carga desde el funcionamiento a plena carga. Cabe señalar que la mayoría de estas variables, a excepción del exceso de aire, sólo influyen en las emisiones de NOx de las grandes calderas de petróleo. Un bajo exceso de combustión de aire es posible en muchas pequeñas calderas, pero las reducciones de NOx resultantes son menos significativas.

Monóxido de carbono: La tasa de emisiones de monóxido de carbono (CO) de las fuentes de combustión depende de la eficiencia de oxidación del combustible. Al controlar cuidadosamente el proceso de combustión, las emisiones de CO pueden minimizarse. Por lo tanto, si una unidad es operada incorrectamente o no se encuentra en condiciones óptimas de operación, las concentraciones de CO (así como compuestos orgánicos) resultantes pueden aumentar en varios órdenes de magnitud. Calderas, calentadores y hornos más pequeños tienden a emitir más de estos contaminantes que los equipos de mayor capacidad. Esto se debe a una menor eficiencia en la combustión.

La presencia de CO en los gases de escape de los sistemas de combustión se debe principalmente a la combustión incompleta del combustible. Varias condiciones pueden conducir a una combustión incompleta, incluida la disponibilidad insuficiente de oxígeno (O2); Mala mezcla de combustible y aire; Enfriamiento de la llama de la pared fría; Temperatura de combustión reducida; Disminución del tiempo de residencia del gas de combustión; Y reducción de carga

Compuestos orgánicos volátiles: Pequeñas cantidades de compuestos orgánicos son emitidos por la combustión. La emisión de COV depende de la eficiencia de la caldera. Por lo tanto, cualquier modificación de la combustión que reduzca la eficiencia de la combustión aumentará las concentraciones de compuestos orgánicos en los gases de combustión.

Los compuestos orgánicos totales (COT) incluyen COV, compuestos orgánicos semivolátiles y
Compuestos orgánicos condensables. Todos los compuestos orgánicos en fase de vapor emitidos por una fuente de combustión son principalmente emisiones de  compuestos aromáticos de bajo peso molecular que existen en la fase de vapor en los gases de combustión, además de  incluir a todos los alcanos, alquenos, aldehídos, ácidos carboxílicos y bencenos sustituidos (por ejemplo, benceno, tolueno, xileno y etil benceno).

Elementos traza: La cantidad de oligoelementos que entran en el dispositivo de combustión depende únicamente en la composición del combustible. La cantidad de metales traza emitida por la fuente depende de la temperatura de combustión, el mecanismo de alimentación del combustible y la composición del combustible. La temperatura determina el grado de volatilización de compuestos específicos contenidos en el combustible. La alimentación de combustible afecta a la separación de emisiones en cenizas de fondo y cenizas volantes. En general, la cantidad del metal emitido depende de la cantidad de metales presentes en el propio combustible de las condiciones de combustión y del tipo de dispositivo de control de partículas utilizado, y su eficiencia de recolección en función del tamaño de partícula.

Gases de efecto invernadero: Las emisiones de dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O) se producen durante la combustión de combustible. Casi todo el carbono del combustible (99 por ciento) se convierte en CO2 durante la combustión. Esta conversión es relativamente independiente de la configuración de disparo. Aunque la formación de CO actúa para reducir las emisiones de CO2, la cantidad de CO producido es insignificante en comparación con la cantidad de CO2 producida.

La formación de N2O durante el proceso de combustión se rige por una serie compleja de reacciones y  su formación depende de muchos factores. La formación de N2O se minimiza cuando la combustión se mantiene a altas temperaturas (sobre 1475°F) y el exceso de aire se mantiene a un mínimo (menos de 1 por ciento).

Las emisiones de metano varían con el tipo de combustible y la configuración de cocción, pero son más altas en periodos  de combustión incompleta o de combustión a baja temperatura, como en la puesta en marcha o parada. Típicamente, las condiciones que favorecen la formación de N2O favorecen también las emisiones de CH4.

Bibliografía

EPA. (1995). AP 42, Fifth Edition Compilation of Air Pollutant Emission Factors, Volume 1: Stationary Point and Area Sources.