Análisis 138: Combustión no adiabática con aire enriquecido de O2

Una cámara de combustión en situación estacionaria y no adiabática (temperatura de los productos de 1750 ºC) se alimenta de CH4 con aire enriquecido con oxígeno al 25%. Comparar los resultados con el empleo de la composición de aire (79% N2 y 21% O2).

Se quema un 150% de aire seco sobre el estequiométrico.

Reacción 1: 0.5 N2 + 0.5 O2 <--> NO

Reacción 2: NO + 0.5 N2 <--> N2O

Reacción 3: 0.5 N2 + O2 <--> NO2

Reacción 4: 2 NO2 <--> N2O4

Reacción 5: CO2 <--> CO + 0.5 O2

Reacción 6: H2O <--> H2 + 0.5 O2

Reacción 7: H2O <--> OH + 0.5 H2

La combustión es causada por la colisión de alta energía entre el combustible y la molécula de oxígeno, por lo que el suministro de oxígeno determina si el proceso de combustión está completo. El aire enriquecido con oxígeno, que se utiliza en el aire (con 21% de oxígeno), se denomina combustión enriquecida con oxígeno. Es una tecnología de combustión altamente eficiente y que ahorra energía, en la industria del vidrio, la industria metalúrgica y el campo de la ingeniería de energía térmica. La combustión enriquecida con oxígeno tiene las siguientes ventajas en comparación con la combustión con aire normal:

- Alta temperatura de llama y emisividad. La cantidad de aire y el volumen de gases de combustión se reducen significativamente, por lo que la temperatura de la llama y la emisividad con la relación de oxígeno del aire de combustión aumentan significativamente y mejoran significativamente la intensidad de la radiación de la llama y la transferencia de calor por radiación.

- Se puede mejorar la intensidad de la combustión y acelerar la tasa de combustión y obtener una mejor conducción del calor, mientras que el aumento de temperatura es favorable para la reacción de combustión.age

Composición del aire, 79% de N2 y 21% de O2

Aire enriquecido con O2 al 25%:

Composición del aire, 75% de N2 y 25% de O2

El empleo de aire enriquecido con oxígeno genera menor cantidad de nitrógeno en los productos de combustión. Como es ya sabido, el balance de materia es la base para el balance de energía, a fin de obtener la temperatura adiabática de la llama. En este caso, la temperatura a la que se producirá la disociación química de los productos de combustión es de 1750ºC, no es a la temperatura adiabática de la llama. Al mantener constante la temperatura de los productos de combustión (temperatura de disociación), las emisiones de NOx (según el modelo aplicado de equilibrio químico) decrecen, a haber menos cantidad de nitrógeno inicialmente. Sin embargo, la entropía generada aumenta, y con ello disminuye la eficiencia exergética de proceso.