Cambio Automático de Combustible Sobre la Marcha en Calderas - Visión General

¿Alguna vez ha tenido que hacer el cambio de combustible en su caldera y resulta siendo un proceso que toma tiempo, haciendo que la presión de la caldera caiga inevitablemente afectando la producción en la planta?

Encender una segunda caldera de respaldo durante este proceso puede ser una alternativa, pero hay un alto consumo de combustible mientras ésta llega a la presión mínima requerida.

Afortunadamente, la tecnología de hoy permite realizar este proceso de una forma rápida y segura

Para solucionar éste y otros problemas, Autoflame ha desarrollado la funcionalidad de cambio de combustible sobre la marcha - COF, por sus siglas en inglés.

La funcionalidad de cambio de combustible sobre la marcha está enfocada a aquellas aplicaciones donde la probabilidad de que se requiera un cambio de combustible es alta y donde el tiempo que toma realizar este cambio afecta críticamente a los procesos de producción.

Con esta funcionalidad, el tiempo que toma la realización del cambio de combustible se reduce al máximo aumentando la disponibilidad de la caldera y manteniendo una alta seguridad en el proceso. La intención de este documento es que sirva como una guía que presenta todos los cambios introducidos con la versión 4 del software del micro modulador (MM) Mk8.

Esta nueva versión suministra un segundo set de salidas de combustible que permite el cambio de combustible sobre la marcha, funcionalidad conocida como "Change On the Fly" - COF; también se presentan otros cambios opcionales en la operación del MM.

MODOS DE SALIDA PARA EL CONTROL DE COMBUSTIBLE

El nuevo hardware y el nuevo software proveen dos grupos de salidas para combustible, algo que es nuevo en el micro modulador MK8.

Esto permite que el micromodulador sea configurado para controlar los combustibles en dos formas distintas, seleccionadas mediante una nueva configuración: la opción 131 "Configuración de las válvulas de Combustible".

Esta opción tiene las siguientes selecciones:

OPCION 131

Modo de salida de un sólo combustible (estándar). Ésta es la forma estándar en la que el micromodulador siempre ha trabajado y es el modo que está configurado por defecto. Este modo permite la selección de hasta 4 combustibles mediante el uso de relés de cambio.
Modo de salida de combustible Dual. Éste método permite la configuración de de sólo dos combustibles, pero cada uno tiene un set de salidas dedicadas (dos válvulas principales y una válvula de ventilación) y un set de entradas dedicadas (prueba de cierre /CPI). Esto significa que no se requieren los relés de cambio en la configuración de doble combustible. Este modo está disponible para todos los clientes.
Modo de salida de combustible Dual con cambio sobre la marcha (COF). Este modo opera de la misma forma que el modo de salida de combustible dual, pero también permite un cambio de combustible mientras el quemador aún está encendido. Antes de ser configurado, este modo requiere de la adquisición del código de licencia para activar la característica COF.

DIFERENCIAS ENTRE EL MODO DE SALIDA DE UN SÓLO COMBUSTIBLE (ESTÁNDAR) VS. EL MODO DE SALIDA DEL COMBUSTIBLE DUAL

LIMITACIONES

Las siguientes características no se pueden usar en el modo de salida de combustible dual ni en el modo COF:

Funcionalidad de combustión totalmente medida.
Piloto de una sola válvula.
El modo sin piloto (chispa directa) se inhabilita cuando se usa alguno de los combustibles de gas.
El modo de quemador múltiple (multi-burner) operará en modo de salida de combustible dual pero queda inhabilitado en el modo COF.

Aunque se pueden configurar los dos combustibles en modo de salida de combustible dual, el MM no soportará los sensores de presión de aceite en ambos combustibles simultáneamente. Debido a otros cambios operativos, esto no se puede agregar usando un relé de cambio.

OPERACIÓN EN MODO DE SALIDA DE COMBUSTIBLE DUAL

La pantalla de la caldera ahora mostrará los trenes para el combustible 1 y para el combustible 2 basados en los tipos de combustibles configurados (opción 150/151), presentando el combustible 1 en el lado derecho de la pantalla y el combustible 2 en el lado izquierdo.

Esto también permite la presentación de dos combustibles de gas o dos combustibles de aceite al mismo tiempo. En este modo, la configuración de la caldera para los trenes de combustible mostrados no tiene efecto.

Las entradas de selección de combustible no volverán a causar un reset inmediato del MM.

Cuando se cambia la selección del combustible, el MM hará el cambio entre los dos combustibles, pero ésto será permitido en unos momentos específicos:

En modo de ejecución normal, se puede cambiar el combustible mientras el quemador está en estado "Reciclando" o "Standby" (en espera).
En modo Comisión, el combustible puede ser cambiado mientras que se encuentre en el menú de comisión, pero no mientras se encuentre en la pantalla de comisión.
En modo de ejecución, si se cambia la entrada de combustible mientras está prendido el quemador, éste se apagará de tal forma que permita el cambio de combustible cuando haya llegado al estado "Reciclando" o "en espera".

PROCESO DE CAMBIO DE COMBUSTIBLE

Al cambiar la selección de combustible, si el combustible recién seleccionado no ha sido comisionado, es decir no tiene curva de combustión, se generará una advertencia indicando que el combustible seleccionado no puede usarse. Esta advertencia se desaparecerá automáticamente cuando la selección de combustible retorne al combustible actual.

Si el quemador está encendido, se selecciona el otro combustible que es gas y éste tiene un sensor de presión de gas opcionado, entonces se llevará a cabo una prueba de presión del gas. La válvula de gas que está ubicada del lado del suministro se abre brevemente y se mide la presión de ese gas. Si la presión está dentro los límites opcionados de la presión configurada, el cambio de combustible continuará; de otro modo, el MM continuará usando el combustible actual. Este proceso no se lleva a cabo si se ha seleccionado un combustible aceitoso.

Si falla la prueba de presión de gas en este punto, se genera una advertencia indicando que una baja presión ha evitado el cambio de combustible. Esta advertencia se eliminará automáticamente cuando el selector de combustible se posicione nuevamente al combustible actual. Si se selecciona otra vez el nuevo gas, esta prueba de presión de gas se ejecutará nuevamente.

Si el quemador está prendido y modulando, se cambia la selección de combustible a gas, éste tiene el sensor de presión de gas y pasa la prueba, entonces se dispara la secuencia de apagado, la cual seguirá las opciones configuradas tales como el apagado en bajo fuego, post purga, prueba de válvulas, etc. Si se vuelve a re-seleccionar el combustible anterior mientras aún lo está usando antes de que se apague, el proceso de apagado se cancelará.
Una vez que la secuencia ha llegado al modo de reciclar/modo de espera, el cambio de combustible se realiza y el quemador arranca con el nuevo combustible.

FUNCIONAMIENTO CON LOS SENSORES DE PRESIÓN DE GAS Y PRUEBA DE VÁLVULAS

Hay algunas diferencias clave en la operación de los sensores de presión de gas y la prueba de las válvulas en el Modo de salida de combustible Dual:

Antes y/o después de que se ha encendido el quemador (según la opción 129), la prueba de las válvulas se realiza simultáneamente en los combustibles para los cuales haya sido configurada. Si el proceso de prueba falla en cualquiera de estos combustibles, se presentará un lockout (bloqueo) que detendrá el quemador.
El proceso de prueba de válvulas es ligeramente diferente en el Modo de salida de combustible Dual.
Antes de usar un combustible (en el arranque del quemador o antes de un cambio COF a ese combustible), se prueba la presión estática de la línea contra los límites de presión configurados. Esta prueba es igual que en el Modo de salida de un sólo combustible estándar.
Si el combustible no se va a utilizar, la presión de línea se prueba contra el umbral inferior definida en la opción 133 (cambio máximo de presión permitida durante la prueba de válvulas). Esto comprueba que la presión es lo suficientemente alta para que la prueba de válvulas sea válida (podríamos detectar una caída en la presión que causaría que el test fallara), pero no requiere que el combustible tenga una presión suficiente para el encendido. Este cambio tiene la intención de acomodar los combustibles que no siempre estarán disponibles, tales como el biogás proveniente de residuos que es recolectado y consumido periódicamente. Esto significa, que una baja presión en un combustible que no se va a utilizar no evitará que el quemador trabaje con un buen combustible, dado que la presión es suficiente para probar las válvulas.
Si se cambia la selección de combustible mientras el quemador está prendido, siendo el nuevo combustible gas con un sensor de presión de gas opcionado, se inicia la prueba de presión. La válvula ubicada en el lado del suministro para el nuevo gas se abre brevemente y se mide la presión de combustible. Si la presión se encuentra dentro de los límites opcionados en la configuración, el proceso para el cambio de combustible continuará, de otro modo, el MM continuará quemando el combustible actual. Se debe notar que una baja presión en este punto no generará un bloqueo (lockout) ya que no se está ejecutando prueba de válvulas, sólo prueba de presión de línea.
Después de la realización de un cambio de combustible sobre la marcha (COF), si la opción de prueba de válvulas está configurada para el combustible que acaba de apagar, la prueba de válvulas se realizará en ese combustible mientras el quemador está quemando el nuevo combustible. La presión debe ser lo suficientemente alta para que la prueba de las válvulas sea válida, de otro modo se presentará un bloqueo; sin embargo la presión no necesariamente tiene que ser tan alta como los límites configurados.
Cuando la prueba de válvulas se realiza en el gas inactivo mientras el otro combustible se está quemando, el sensor de presión de gas será vuelto a cero para 3 configuraciones de válvula, pero no para 2 configuraciones.
Los límites de la presión de combustible se prueban para el combustible actual normalmente, incluso cuando las otras operaciones, tales como la prueba de válvulas, se están realizando en el otro combustible.

OPERACIÓN EN EL MODO COF

El modo COF opera de la misma forma que el Modo de salida de combustible Dual descrito previamente, pero con algunas características adicionales.

El cambio de combustible sobre la marcha (COF) se activa utilizando una entrada adicional, generada mediante la aplicación de tensión tanto en la entrada de selección del combustible 3 como en la del combustible 4. Cuando estas entradas están activas, aparecerá un mensaje en la pantalla principal del MM indicando "COF Enabled".

Si la entrada COF no está activa cuando se cambia la selección de combustible, entonces el MM operará como se describió en el Modo de salida de combustible Dual, apagando el quemador para un cambio de combustible.

PROCESO DEL CAMBIO DE COMBUSTIBLE SOBRE LA MARCHA (COF)

Cuando se está operando en modo COF, y se realiza un cambio de combustible mientras el quemador está encendido, se llevará a cabo el siguiente procedimiento:

Si el nuevo combustible seleccionado no está comisionado, ocurrirá una advertencia indicando que el combustible seleccionado no puede usarse. Esta advertencia desaparecerá cuando se seleccione nuevamente el combustible anterior. Si en ese momento el quemador está encendido, entonces continuará quemando el combustible actual.
Si el quemador está encendido, y el nuevo combustible es un gas con un sensor de presión de gas configurado, entonces se llevará a cabo una prueba de presión del gas. La válvula localizada en el lado del suministro del nuevo gas se abrirá brevemente y se medirá la presión del combustible. Si la presión está dentro de los límites configurados en las opciones, el proceso de cambio continuará, de otro modo, el MM se quedará quemando el combustible actual. Esto no se lleva a cabo si el combustible seleccionado es diferente a gas. Si falla la prueba de presión de gas en este punto, se presentará una advertencia indicando que una baja presión del gas ha evitado que se realice el cambio de combustible. Esta advertencia se eliminará cuando la selección de combustible se retorne a la posición anterior. Al volverse a seleccionar el nuevo combustible, se ejecutará nuevamente otra presión de gas.
En vez de apagar el quemador para realizar el cambio de combustible, el sistema continuará modulando llevando la combustión hacia la posición COF (descrita más adelante). Inicialmente, el combustible actual está modulando siguiendo su curva de combustión hacia el punto de fuego bajo o, si está configurado el FGR, pasará a la misma intensidad de llama (ángulo de combustible) que la del punto FGR.
A partir de aquí, el MM se mueve hacia la posición de cambio COF. Esta es una posición en la cual los dos combustibles se estarán quemando simultáneamente como parte del proceso de alistamiento, y se genera mediante la combinación de dos combustibles configurados así:
Posición del servomotor 1 (control del combustible 1): estará en el ángulo configurado para fuego bajo o en el ángulo configurado para el punto FGR del combustible 1, si éste ha sido configurado.
Posición del servomotor 3 (control del combustible 2): estará en el ángulo configurado para fuego bajo o en el ángulo configurado para el punto FGR del combustible 2, si éste ha sido configurado.
Posición del servomotor 2 (control del damper de aire): estará en un ángulo incrementado calculado para suministrar suficiente aire para una combustión segura de ambos combustibles simultáneamente.
Otros canales, si éstos están configurados en las opciones (p. ej. el servo 4, servo de tiro, variadores de velocidad, etc.) se ubicarán en el valor configurado mayor o en el ángulo de apertura mayor entre los dos combustibles para el punto de alistamiento del cambio de combustible (es decir, para el fuego bajo o para el punto FGR).

El servomotor del canal del combustible actual ya estará en el punto correcto. El servo del canal de aire se abrirá para agregar aire extra.

Una vez que la posición del alistamiento para el COF ya está lograda, el cambio de combustible se llevará a cabo:
Una fase de pre-ignición se enciende durante un segundo en las salidas de ignición y del piloto, éstas permanecerán encendidas durante el cambio, mientras los dos combustibles se estén quemando.
Se abren las válvulas principales del nuevo combustible, iniciando su llama principal. Los dos combustibles comienzan a quemarse simultáneamente durante el tiempo de prueba de llama principal encendida (opción 117).
El combustible inicial se apaga y los canales se mueven hacia la curva de combustión del nuevo combustible manteniendo el mismo ángulo en el canal de control de combustible. La llama principal del nuevo combustible se mantiene en monitoreo durante 5 segundos más.
El MM pasa a realizar la modulación normal.
Después del cambio de combustible, si está configurada la funcionalidad de prueba de válvulas para el combustible anterior que ya no está siendo utilizado, se llevará a cabo esta prueba para ese combustible mientras el nuevo continúa en funcionamiento. Esto verificará que no hayan fugas en las válvulas del combustible que no se está quemando. Si la prueba falla, ocurrirá un bloqueo (lockout) y el quemador se apagará presentando el mensaje.