Vés al contingut 
Un forn industrial crema combustible amb l’oxigen que conté l’aire. El problema és que l’aire només té un 21 % d’oxigen: la resta és gairebé tot nitrogen, un gas que no participa en la combustió però que entra al forn, s’escalfa a més de mil graus i surt per la xemeneia emportant-se bona part de la calor. L’oxicombustió canvia aquest plantejament: en lloc d’aire, el cremador rep oxigen, i el combustible crema sense aquest llast de nitrogen.
És una tecnologia consolidada en la producció de vidre i cada vegada més habitual en la fosa, la metal·lúrgia i altres processos d’alta temperatura. En aquest article t’expliquem com funciona, quins avantatges té, què cal tenir en compte per aplicar-la en un forn existent i d’on surt l’oxigen que necessita.
Què és l’oxicombustió
L’oxicombustió és la combustió d’un combustible, normalment gas natural, amb oxigen d’alta puresa en lloc d’aire. El cremador rep dos corrents, el de combustible i el d’oxigen, i la flama es forma sense el nitrogen que aportaria l’aire. El resultat és una flama més calenta i més radiant, i un volum de fums molt menor, perquè per la xemeneia només surten els productes de la combustió: diòxid de carboni i vapor d’aigua.
Entre la combustió amb aire i l’oxicombustió total hi ha un pas intermedi: l’enriquiment de l’aire amb oxigen. Consisteix a afegir oxigen a l’aire de combustió per elevar-ne la concentració uns quants punts per sobre del 21 %. No cal canviar els cremadors i ja aporta una part dels avantatges, per això sol ser la primera opció en els forns que no es poden modificar a fons.
| Combustió amb aire | Aire enriquit | Oxicombustió | |
|---|---|---|---|
| Oxigen en el comburent | 21 % | Uns quants punts per sobre del 21 % | 90 % o més |
| Nitrogen que s’escalfa i surt per la xemeneia | Tot el de l’aire | Menys | Pràcticament gens |
| Volum de fums | Alt | Una mica menor | Molt menor |
| Temperatura de flama | La de referència | Més alta | Molt més alta |
| Canvis al forn | Cap | Injecció d’oxigen a l’aire | Cremadors específics i control de la flama |
Per què estalvia combustible
En un forn que treballa amb aire, una part important de l’energia del combustible es gasta a escalfar nitrogen. Aquest nitrogen no aporta res al procés i abandona el forn a la temperatura dels fums. Si s’elimina, la mateixa quantitat de calor útil s’obté cremant menys combustible: l’energia que abans es perdia amb els fums es queda al forn i arriba a la càrrega.
A això s’hi afegeix la transferència de calor. Una flama d’oxicombustió és més calenta i emet més radiació, que és el mecanisme principal pel qual la calor arriba al vidre fos, al metall o al material que es processa. El forn arriba abans a la temperatura de treball i pot augmentar la producció sense créixer de mida. L’estalvi concret depèn del tipus de forn, de la temperatura de treball i de si ja recupera calor dels fums; per això convé estudiar-lo cas per cas.
Menys fums i menys òxids de nitrogen
Els òxids de nitrogen (NOx) que emet un forn es formen sobretot quan el nitrogen de l’aire reacciona amb l’oxigen a molt alta temperatura. Si a la flama gairebé no hi ha nitrogen, aquesta via de formació es redueix dràsticament. Per això l’oxicombustió és una de les eines habituals en els sectors amb límits d’emissió exigents, com el del vidre.
A més, el volum menor de fums té conseqüències pràctiques: els conductes, els filtres i els sistemes de depuració de gasos poden ser més petits, i el CO₂ surt molt més concentrat, cosa que en facilita la captura a les instal·lacions que s’ho plantegen.
En quines indústries s’utilitza
La producció de vidre n’és l’exemple més conegut. Els forns de fusió treballen de manera contínua a temperatures molt altes i l’estalvi de combustible i d’emissions és directe. En el nostre cas d’èxit a la indústria del vidre, una empresa del sector va substituir els tancs criogènics per un generador d’oxigen propi i va instal·lar un sistema de mesura de cabal per controlar el consum i detectar ineficiències.
En la fosa i la metal·lúrgia, l’oxicombustió i l’aire enriquit s’utilitzen en forns de fusió d’alumini, coure i altres metalls, on escurcen els temps de fusió. També s’aplica en forns de reescalfament, en la producció de frites i esmalts ceràmics, en la incineració i en altres processos tèrmics que necessiten molta temperatura amb un consum de combustible controlat.
Què cal tenir en compte abans d’aplicar-la
Passar a l’oxicombustió no és només canviar el gas que arriba al cremador. La flama més calenta exigeix cremadors dissenyats per a oxigen i una revisió dels refractaris del forn, que passen a treballar en condicions diferents. La relació entre oxigen i combustible s’ha de controlar amb precisió: un excés d’oxigen es desaprofita i un defecte deixa combustible sense cremar.
La instal·lació d’oxigen també té les seves regles. Les canonades i les vàlvules han de ser aptes per a oxigen, amb materials adequats i netes de greixos, i la xarxa necessita una mesura de cabal fiable. Mesurar el consum real és el que permet ajustar la combustió, comparar torns o campanyes i detectar a temps qualsevol desviació.
D’on surt l’oxigen
L’oxigen per a un forn pot arribar com a oxigen líquid, en cisternes que omplen un tanc criogènic a la mateixa planta, o produir-se in situ amb un generador. L’oxigen líquid obliga a dependre dels lliuraments del proveïdor, a pagar el lloguer del tanc i a assumir pèrdues per evaporació que poden arribar al 10 %. Un generador d’oxigen industrial el produeix a partir de l’aire comprimit, de manera contínua i amb una puresa estable del 90 al 95 %, suficient per a l’oxicombustió i l’enriquiment de la majoria de forns.
Amb generació pròpia, el cost de l’oxigen es redueix a l’electricitat del compressor i al manteniment, i el subministrament deixa de dependre de tercers. Els generadors d’oxigen OGP treballen, a més, sota demanda: si el forn consumeix menys, el generador redueix la producció.
Com saber si surt a compte en el teu forn
La resposta depèn del consum de combustible actual, de les hores de funcionament del forn, de la temperatura de treball i dels límits d’emissió que ha de complir. Els forns que treballen moltes hores l’any a alta temperatura són els que amortitzen més ràpidament el canvi. En molts casos, el camí raonable és començar per l’enriquiment de l’aire i mesurar-ne els resultats abans de plantejar una oxicombustió total.
Si estàs valorant l’oxigen per al teu forn, analitzem el teu consum i el que pagues avui pel gas, i et diem quin generador necessitaries i en quant de temps l’amortitzaries. Pots demanar-ho des de la pàgina de generadors d’oxigen.
Preguntes freqüents
Quina diferència hi ha entre l’oxicombustió i l’enriquiment amb oxigen?
En l’enriquiment s’afegeix oxigen a l’aire de combustió per pujar-ne la concentració uns quants punts per sobre del 21 %, sense canviar els cremadors. En l’oxicombustió, el cremador treballa directament amb oxigen d’alta puresa en lloc d’aire. La segona aporta més estalvi i menys emissions, però requereix cremadors específics i adaptar el forn.
Quina puresa d’oxigen necessita l’oxicombustió?
La majoria de forns industrials treballen bé amb oxigen d’una puresa del 90 al 95 %, que és la que produeixen els generadors PSA. No cal oxigen de més puresa per obtenir els avantatges de l’oxicombustió.
L’oxicombustió redueix les emissions?
Sí. Com que es crema menys combustible per fer la mateixa feina, s’emet menys CO₂, i com que hi ha molt poc nitrogen a la flama, es formen molts menys òxids de nitrogen. A més, el volum de fums és molt menor i més fàcil de tractar.
Es pot aplicar en un forn que ja està en funcionament?
Sí, tot i que l’abast depèn del forn. L’enriquiment de l’aire es pot incorporar amb pocs canvis. L’oxicombustió total requereix cremadors per a oxigen i revisar els refractaris, per això se sol aprofitar una aturada o una reforma del forn.
