Motores “Rich-Burn” em grupos geradores de energia.

RESUMO

Em geradores a gás natural, um método popular para reduzir e controlar os níveis de emissões é usar a redução catalítica e o controle da relação ar- combustível. Isso pode ser aplicado a um mecanismo rich-burn ou lean-burn. A escolha entre os dois se resume à necessidade do cliente.


Em aplicativos STANDBY, os benefícios da tecnologia rich-burn (queima rica) superam a lean-burn (queima leve). Esses benefícios incluem emissões aprimoradas, melhor aceitação de partida de cargas (incluindo cargas em bloco) e tolerância superior às condições operacionais do ambiente.


Este documento abordará todas as questões do controle da relação ar-combustível e explicará porque a alternativa rich-burn é mais apropriada para aplicações STANDBY.

INTRODUÇÃO


A mudança para geradores de gás natural foi acelerada pelo baixo custo do gás natural, bem como pela demanda geral por geração de energia limpa. O clima severo e as quedas de energia resultantes provavelmente continuarão impulsionando a demanda por geradores de gás natural no mercado industrial. 

O gás natural é uma fonte de combustível virtualmente ilimitada, porque é fornecido pela concessionária, e suas propriedades de queima limpa significam pouco ou nenhum dos caros pós-tratamentos de exaustão encontrados atualmente nos grupos geradores movidos a diesel.


No entanto, um método popular para reduzir e controlar os níveis de emissão é usar a redução do catalisador e o controle da relação ar-combustível. Escolher entre uma relação ar-a-combustível “lean-burn” ou “rich-burn” se resume às necessidades de cada cliente em termos de flexibilidade de combustível, confiabilidade, custo e conformidade com os padrões. Motores tipo “lean-burn” às vezes operam com cargas mais altas, mas motores tipo “rich-burn” podem atingir níveis mais baixos de emissão e geralmente têm melhor capacidade de carga transitória, ou seja, melhor performance frente a cargas súbitas.

GERADORES DE GÁS NATURAL E SEUS TIPOS DE COMBUSTÃO


Os geradores alimentados a gás natural podem ser categorizados com base na relação ar-combustível com a qual operam. Isto é geralmente representado por lambda (λ). Abaixo estão os três tipos:

  • Estequiométrica: contém uma proporção precisa de ar para combustível, e produz uma combustão quimicamente completa. O (λ) é igual a 1,00. Em uma mistura estequiométrica, há apenas ar suficiente para queimar cada molécula de combustível, sem excesso.

 

  • Rich-burn: operam com uma concentração maior de combustível para o ar. É uma mistura “rica em combustível”. Motores Rich-burn geralmente operam com (λ) igual a 0.995.

 

  • Lean-burn: operam com menor concentração de combustível para o ar, tornando-a uma mistura “pobre em combustível”. Motores lean-burn operam com (λ) em qualquer lugar entre 1,5 e 2,2. Isso significa que pode haver o dobro de ar presente do que é teoricamente necessário para queimar cada molécula de combustível.

APLICAÇÕES STANDBY: RICH-BURN X LEAN-BURN

Aproximadamente 80% do mercado global de geradores são para aplicações STANDBY. Em um hospital, por exemplo, a capacidade do gerador de iniciar e suportar cargas súbitas pode ser uma questão de vida ou morte. Assim, em aplicações em standby, o uso de motores rich-burn geralmente provou oferecer benefícios significativos em relação a motores lean-burn, devido a:

 

  • Consistentemente fornecer melhor partida do gerador e aceitação de carga súbita para uso standby;

 

  • Suportar cargas de bloco devido ao maior conteúdo relativo ao controle da relação ar-combustível;

 

  • Fornecer potência de saída nominal em altitudes e temperaturas mais altas, devido a seus requisitos mínimos de turbo compressão;

 

  • Ter melhor tolerância para variações na qualidade do combustível e combustíveis com um menor número de metano devido às características inerentes do evento de combustão rich-burn.

 

Por outro lado, a tecnologia lean-burn oferece baixa capacidade de carregamento de blocos, além de baixo desempenho em altas temperaturas e altitudes. A maioria dos motores de combustão leve também exige pós-tratamento de escape de redução catalítica seletiva, o que é caro e requer alta manutenção. As regulamentações locais de emissões podem permitir que os motores lean-burn funcionem sem sistema adequado de redução de poluentes, mas eles ainda podem ser obrigados a ter no mínimo oxicatalisador para controlar o monóxido de carbono (CO).

Emissões gerais mais baixas

Quando equipados com um catalisador de três vias, os conjuntos genéricos rich-burn fornecem as menores emissões quando comparados com as unidades lean-burn. Um catalisador de três vias fornecido pela fábrica da Generac é um produto econômico e de fácil instalação que também pode funcionar como um silenciador. Um motor rich-burn com este catalisador normalmente tem emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) que são uma ordem de grandeza abaixo dos valores de saída de motor das mais avançadas tecnologias de motores lean-burn.

Desempenho robusto para alterações de condições ambientais

A menor quantidade de ar e a combustão básica mais estável permitem que um motor “rich-burn” funcione de forma mais consistente através de mudanças climáticas, ou seja, umidade, temperatura e pressão do barômetro. Conjuntos genéricos de “rich-burn” também têm uma tolerância mais alta do que um motor “lean-burn”. Isso permite uma maior variação na qualidade do combustível.

Faixa de operação de carga ampla

Os motores “rich-burn” funcionam melhor em aplicações standby (emergência) devido à sua capacidade de aceitar um bloco de carga e operar em uma ampla faixa de carga. Motores “lean-burn” não aceitam bem um bloco de carga e têm um desempenho ruim sob cargas variadas. Do ponto de vista do cliente, isso é tipicamente quantificado através da aplicação da norma ISO 8528, onde a classe G2 é tipicamente o nível aplicado pelos geradores a diesel. Os geradores “rich-burn” são capazes de cumprir com os rígidos padrões de desempenho G2, enquanto os geradores “lean-burn” precisam declarar modificações nos rigorosos padrões de desempenho.

Desempenho robusto para alterações de condições ambientais

No entanto, um método popular para reduzir e controlar os níveis de emissão é usar a redução do catalisador e o controle da relação ar-combustível. Escolher entre uma relação ar-a-combustível “lean-burn” ou “rich-burn” se resume às necessidades de cada cliente em termos de flexibilidade de combustível, confiabilidade, custo e conformidade com os padrões. Motores tipo “lean-burn” às vezes operam com cargas mais altas, mas motores tipo “rich-burn” podem atingir níveis mais baixos de emissão e geralmente têm melhor capacidade de carga transitória, ou seja, melhor performance frente a cargas súbitas.

MOTORES “RICH-BURN” EM APLICAÇÕES DE GESTÃO DE ENERGIA (<2000 HORAS / ANO)

Assim como aplicação standby, a Generac otimizou sua tecnologia rich-burn para ser usada em aplicações de gerenciamento de energia, como resposta à demanda e redução de pico. Os benefícios acima mencionados significam um baixo custo de capital, permitindo que o usuário final diminua substancialmente sua taxa de demanda de pico em comparação com os motores “lean-burn”.Dadas as maiores horas de funcionamento em aplicações de gerenciamento de energia, o pensamento típico do setor é que as vantagens do consumo de combustível da solução “lean-burn” favorecerão seu uso. No entanto, o engenheiro deve analisar todas as despesas de capital e operacionais nessa análise para determinar a solução ideal para a aplicação do cliente. Há muitos casos em que os motores de alta potência tipo “rich-burn” realmente oferecem melhor eficiência de combustível do que seus equivalentes “lean-burn”.

CONCLUSÃO

Os benefícios das tecnologias “rich-burn” superam os benefícios de uma abordagem “lean-burn” em aplicações standby. Emissões aprimoradas, melhor partida e aceitação de carga, bem como tolerância superior às condições operacionais do ambiente, são apenas alguns dos benefícios de um motor “rich-burn”. Para obter mais informações sobre esses conceitos ou a variedade de produtos Generac disponíveis, entre em contato com a Generac.

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