Presentado por: JULIO JOSÉ CARDONA B. JORGE ANDRÉS FRANCO Z. ANDRÉS EDUARDO CARDONA B.
November 26, 2010
CALDERAS J.C.T.
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PRIMERA PARTE
TEORÍA BÁSICA SOBRE CALDERAS
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PRIMERA PARTE
TEORÍA BÁSICA SOBRE CALDERAS
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DEFINICIÓN DE CALDERA Una caldera es un recipiente cerrado donde agua bajo presión es transformada en vapor por aplicación de calor. En la cámara de combustión, la energía química en el combustible es convertida en calor, y es función de la Caldera transferir este calor al agua de la manera más eficiente. Se debe recipiente vapor a considera
tener en cuenta que todo abierto y todo generador de presión atmosférica no se una Caldera.
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La caldera ideal incluye:
Simplicidad en la construcción, Excelente ejecución y Materiales con buena conductividad para bajos costos de mantenimiento.
Diseño y construcción para ajustarse a la expansión y contracción propia de
los materiales. Adecuado espacio para el agua y el vapor, liberación de vapor limpio, y una
buena circulación de agua. Sensibilidad para repentinas demandas. Fácil acceso para limpieza y reparación. Cámara de combustión para una buena eficiencia en la combustión y máxima
rata de transferencia de calor. Factor de seguridad .
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Características de calderas pirotubulares
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La llama y los productos de la combustión pasan a través de los tubos. El agua calentada u otro medio rodea el hogar interno y los haces de tubos.
Se suministran casi siempre en aplicaciones hasta de aproximadamente 30.000 Ibs de vapor por hora. Se suministran para operar a baja presión (15 psig y menos). como calderas de potencia (hasta aproximadamente 5OO psig de presión de vapor). 6
Características de calderas acuatubulares
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Los productos de la combustión rodean usualmente los tubos y el agua esta en el interior de éstos que se inclinan hacia un recipiente o domo en el punto más alto de la Caldera. Las configuraciones de estos tubos describe por lo general el tipo de Caldera.
Se suministran en aplicaciones industriales con capacidades hasta de casi un millón de Ibs de vapor por hora. Las presiones de diseño varían desde 100 psig hasta 1200 o 1400 psig con temperaturas de vapor que varían desde la saturación hasta 540°C.
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Características de calderas compuestas •
•
El domo de vapor y el banco de tubos de convección de una caldera acuatubular convencional es reemplazado por un cilindro conteniendo un gran número de tubos de diámetros pequeños. Las paredes de agua del hogar son conectadas por tuberías a la caldera pirotubular, que también actúa como domo de vapor. Combina las ventajas de un costo bajo de una caldera pirotubular, con la habilidad de diseñar el hogar de la caldera acuatubular que tiene un volumen de hogar flexible.
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Características de los calentadores de aceite térmico
Los productos de la combustión rodean usualmente los tubos en forma de serpentin y el aceite está en el interior de éstos, el cual es circulado utilizando bombas especiales para alta temperatura.
Pueden ser de tipo vertical u Horizontal y su potencia varia entre 10 y 5000 kw. Las temperaturas de trabajo oscilan en el orden de 250º a 300º C del fluido térmico.
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Caldera vertical
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CHIMENEA TAPA SUPERIOR
TUBOS DE FUEGO
AISLAMIENTO TERMICO
HOGAR
HANDHOLE
QUEMADOR
CENICERO
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Caldera Fire Box
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Horizontal tubos retorno
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Caldera Escocesa TUBOS DEL TERCER PASO
CAMARA DE VAPOR MANHOLE
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SALIDA DE VAPOR
RIOSTRAS DIAGONALES
CAJA DE HUMOS TUBOS DEL SEGUNDO PASO
PRIMER PASO HOGAR CORRUGADO
CAMISA HÚMEDA
SHUTE DE CENIZAS
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Caldera acuatubular
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Caldera compuesta
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Calentador de aceite térmico
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CARACTE RÍSTlCAS TÍPlCAS CALDER AS TIPO DE CA LDERA
CALDERAS HIERRO GRIS CA LDERAS SIN TUBOS CALDERAS PIROTUBULARES
. CALDERAS ACUATUBULARES
EN TRA DA BTU/ hora Hast a 11 millones 290.000 hast a 840000
BHP
CAPACIDAD Máx. presión LiEras Vapor x horaoperación [Psig
Hast a 270 7 a 20
Horizontal tubos retorno H.R.T. 1.25 millones a 12.5 millones 30 a 300 Fire box 420.000 a 25 millones 10 a 600 Esc oc esa 420.000 a 31 millones 10 a 750 Paquet e esc oc esa 420.000 a 42 millones 10 a 1000 Vert ic al 84.000 a 12.5 millones 2 a 300
Hast a 9.300 240 a 690
15 125
1.000 a 10.000 345 a 20.000 345 a 26.000 345 a 35.000 69 a 10.000
150 200 250 300 600
T ubos rec t os 8.4 millones a 375 millones 200 a 9.000 7.000 a 300.000 T ubos c urvos: Paquet e 1.25 millones a 100 millones 29 a 2.300 1.000 a 80.000 Ensambladas Planta 1 2.5 millones a 250 millones 290 a 5.800 10.000 a 200.000 Ens amblada s Client e18.8 millone s a 8 .100 millone4s35 a 1 90 .0 001 5. 00 0 a 6 '5 00 .0 00 Vapor inst antáneo Hast a 18.8 millones Hast a 435 Hast a 15.000
CALDERA COMPUESTA
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420.000 a 48 millones
CALDERAS J.C.T.
10 a 2000
150 500 1000 2 57 0 900
345 a 70.000
300
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CONCEPTO
PIROTUBULAR
ACUATUBULAR
PRE SION [PSIG]
300 PSIG
Máximo 2750 Psig
CAPACIDAD DE ENT RE GA [Lb /hora]
Hasta 35.000 Ib vapor/ hora
Hasta 6.500.000 Ib vapor/hora
Todos los combustibles convencionales COMBUST IBLE QUE QUEMA
y ciertas basuras tratadas
Sin límites, debido a los grandes hogares Que pueden ser diseñados para combustibles Particulares
COSTO
MONTAJ E
Bajo comparado con las calderas
Alto comparado con las calderas
Acuatubulares donde estas operan
Pirotubulares donde estas operan
Calderas tipo paquete listas para
Pueden ser ensamblados en la planta
operar conectando los respectivos
o en el campo donde irá a operar
servicios
EFICIENCIA
80 - 85% (poder calorífico superior) de
85-90% ( Poder Calorífico superior)
acuerdo al combustible. Puede ser
de acuerdo al combustible. Economizador
incrementado Instalando un economizador
Y precalentador de aire se incluyen standard. Ambos se usan en conjunto para incrementar La eficiencia.
. AGUA
Suavizada
Suavizada y desaireada
USO PRINCIPAL
Calentamiento
Suministro de energía y calentamiento
MANTENIMIENTO
Normalmente cada 12 meses
Normalmente 24 meses
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Consumo de combustible en calderas según su potencia
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SEGUNDA PARTE
PROCESOS DE COMBUSTIÓN E INSTRUMENTACIÓN EN CALDERAS
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Generalidades sobre el proceso de combustión. Es una combinación rápida de oxigeno con combustible, resultando un desprendimiento de calor y luz. Los elementos activos que participan de la combustión son el carbono, hidrogeno y azufre (que son constituyentes de los combustibles sólidos, líquidos y gaseosos). Cualquier cuerpo sólido o líquido que contenga sustancias que puedan quemar (carbono, azufre, hidrogeno o combinaciones de estos), empieza a quemarse solo hasta cuando esas sustancias sean llevadas al estado gaseoso mediante una fuente de calor externa, hasta que se agoten las sustancias susceptibles de quemarse.
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Generalidades sobre el proceso de combustión. Para el proceso de combustión deben estar presentes los siguientes aspectos:
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Toda sustancia combustible debe estar en estado gaseoso. Debe estar presente el elemento oxigeno, mezclado con el gas combustible en proporción adecuada. Debe disponerse de una fuente de calor externa de intensidad y cantidad adecuados para poder iniciar el proceso de combustión.
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Balanceo de un proceso de combustión La combustión es un proceso químico en donde debe existir proporcionalidad entre la masa de combustible a quemar, la masa de oxigeno y la intensidad de la fuente de calor externa, en un tiempo determinado.
Si se suministra demasiado oxigeno (exceso de aire) se dice que la mezcla es pobre y que la llama es oxidante. Esto resulta en una llama que tiende a ser corta y clara.
Si se suministra demasiado combustible (o insuficiente oxigeno) se dice que la mezcla es rica y que la llama es reductora. Esto resulta en una llama que tiende a ser larga y con smog. Usualmente este tipo de combustión se denomina incompleta ya que el combustible no se quema totalmente
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Balanceo de un proceso de combustión
AIRE PRIMARIO: Es el aire que se mezcla con el combustible en el quemador antes de que la llama alcance la cámara combustión. Incluye aire de atomización y aire de combustión.
AIRE SECUNDARIO: Es el aire que entra al rededor del quemador en el momento de la combustión. combustión. es el aire que se requiere para para cambiar el CO a CO2.
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Recomendaciones Recomendaciones en el proceso de combustión Evitar el exceso de aire para evitar el calentamiento de una cantidad de aire innecesario que no interviene en la combustión y que escapa a la chimenea a una temperatura elevada. Alta temperatura de los gases de combustión significa desperdicio de calor.
Por otro lado debe evitarse la falta del aire pues, existe el peligro de la formación de CO altamente toxico. es necesario que los quemadores tengan una buena atomización permitiendo que el combustible, que sale a presión, se mezcle con el aire completamente. November 26, 2010
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Excesos de aire recomendados para la quema de diferentes combustibles.
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Quemadores Definición: Es un mecanismo que introduce la mezcla adecuada de combustible y aire a la cámara de combustión, donde la mezcla es quemada y los productos de la combustión son removidos.
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Quemadores Funciones: Entregar el combustible a la
cámara de combustión. Entregar
el aire a la cámara de combustión.
Mezclar el combustible y el
aire. Hacer
la ignición y quemar la mezcla. Remover los productos de la combustión. November 26, 2010
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Criterios para la selección de quemadores Capacidad
de:
del quemador en Mbtu / hr. Este dato se puede obtener
La
placa del equipo. El catálogo del equipo. Por el fabricante del equipo. El área de transferencia de la caldera. Caída
de presión en la caldera. Este dato depende en gran medida el requerimiento de aire. Altura
de operación del equipo. Determinar la presión barométrica y la temperatura del aire de alimentación. November 26, 2010
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Criterios para la selección de quemadores Disponibilidad y precio del combustible Normas y restricciones ambientales Sistema de seguridad de la llama Detector
infrarrojo: Llama amarilla Detector ultravioleta: Llama azul Varilla detectora (flame rod) Control de llama. Debe ser certificado U.L.: HoneyweII
Fireye
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Control de seguridad de llama para calderas de combustible líquido y gaseoso
Es un juego de controles usados en un sistema que provee un control seguro de operación de un quemador. QUE INCLUYE:
Dispositivos para sensar la llama. Controles de seguridad y operación para prender y apagar el quemador. Válvulas para controlar el flujo de combustible. Relays de secuencia. Controles auxiliares usados en conjunto con el sistema de seguridad del quemador. November 26, 2010
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Funciones del control de seguridad de llama
Ejecuta una manera segura de arrancar y parar el quemador, ya sea manual o automáticamente. Prende el quemador en una secuencia apropiada y supervisa la llama del quemador durante la operación.
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Protege el sistema contra excesiva presión ó condiciones de temperatura.
Regula la capacidad del quemador durante el ciclo de funcionamiento.
Mantiene el quemador listo a prender, durante los períodos de descanso.
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Tipos de controles utilizados 1.
CONTROLES LIMITES Y DE SEGURIDAD: Es un chequeo por encima de los controles para suministrar un límite de máxima seguridad por encima del cual el quemador no debería permitirse que opere. Debe operar respondiendo a presión ó temperatura. En calderas de vapor es necesario suministrar un control de corte por bajo nivel de agua, para prevenir la operación del quemador cuando el nivel de agua descienda por debajo de los límites establecidos. November 26, 2010
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Tipos de controles utilizados 2. CONTROLES DE ENTRELACE DEL QUEMADOR Deben probar que las condiciones de combustión están establecidas y el quemador esta listo para encender.
Deben probar que las condiciones son satisfactorias para la operación del quemador y que el mismo siga operando.
Se dividen en tres tipos: Entrelaces de arranque Entrelaces de funcionamiento Entrelaces de Seguridad November 26, 2010
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Entrelaces de arranque: •Entrelaces de válvulas cerradas.
•Suiches de presión del combustible.
•Posicionamiento de dampers de aire.
•Entrelaces eléctricos de arranque.
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Entrelaces de funcionamiento: • Suiches de presión de combustibles. • Controles de aire de combustión.
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• Microsuiches de prueba de alto y bajo fuego.
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Entrelaces de seguridad: • Suiches de flujo de aire. • Suiches presión de combustible.
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Tipos de controles utilizados 3. CONTROLES DE MODULACIÓN: La mayoría de los quemadores tiene la manera de variar la proporción de suministro de calor de acuerdo a la demanda. Esto es usualmente ejecutado eléctricamente e involucra el cambio en la proporción de suministro de calor (cantidad de aire y combustible simultáneamente).
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Tipos de controles utilizados 4. VÁLVULAS PARA COMBUSTIBLE: Las válvulas para el combustible abren, cierran y algunas veces modulan el suministro de combustible. Las válvulas para gas son de tipo de apertura lenta o apertura instantánea.
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Tipos de controles utilizados 5. CONTROL DE PROGRAMACIÓN PRIMARIO: ejecuta la manera de arranque del quemador en su propia secuencia, sensando que la llama ha sido establecida y supervisando la llama durante la operación del quemador.
Funciones: Sensar la presencia de una llama adecuada. Secuencia la operación del quemador. Chequea cada uno de los componentes. November 26, 2010
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Quemadores para combustible sólido Características de su diseño:
Deben proporcionar el aire suficiente para la correcta combustión del carbón.
Resistente a las altas temperaturas y ciclos prolongados de trabajo.
Se requieren mecanismos para enfriar la superficie de combustión.
Su alimentación debe ser uniforme y controlable en velocidad para evitar exceso de inquemados.
Su área debe ser lo suficientemente grande para la demanda de calor.
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Tipos de quemadores
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PUERTA GUILLOTINA ACCIONADA POR TORNILLO SIN FIN PARA CONTROL PRECISO DE LA ALTUR DE LA CAMA DE COMBUSTIBLE
TOLVA CON DOBLE COMPUERTA PARA EVITAR DERRAMES DE CARBONCILLO
CAJA REDUCTORA DE VELOCIDAD DE ALTOTORQUE
MOTORREDUCTOR REGULADO POR VARIADOR DE FRECUENCIA PAR VELOCIDADES INFINITAMENTE VARIABLES ENTRE 0 Y 15 METROS POR HORA
VENTILADOR CENTRÍFUGO DE TIRO FORZADO CON MOTOR ELECTRICO REGULADO POR UN VARIADOR DE FRECUENCIA
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Eslabón común
Eslabón lateral derecho
Eslabón lateral izquierdo
Eslabón motriz
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Instrumentación de las calderas Todas las conexiones de tuberías y válvulas sirven para un propósito en la operación y mantenimiento y la mayoría están regidas por la Sección I del código ASME por lo que respecta a tamaño e instalación. El Código requiere como mínimo:
Manómetro de presión. Válvulas de seguridad Nivel de agua de vidrio. Grifos de nivel. Válvula de corte en la línea de vapor. Válvulas de corte en la línea de alimentación de agua. Válvulas de purga de la caldera.
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Instrumentación de las calderas Adicionalmente al mínimo antes citado, se necesitan además: • Las bombas de alimentación de caldera y/o inyectores de agua. • Los cortes de combustible por bajo nivel de agua en las calderas alimentadas automáticamente. • Los dispositivos de seguridad de la combustión.
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Instrumentación de las calderas Válvula de seguridad: Evita
que la presión de la caldera suba por encima del valor de ajuste librando de la presión del vapor excesiva y protegiendo contra los riesgos de la sobrepresión.
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Instrumentación de las calderas Válvula de corte del suministro de vapor: Es
la válvula instalada en la salida de vapor de la caldera para cortar el flujo de vapor.
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Instrumentación de las calderas Manómetro de presión de vapor: Indica la
presión de vapor en la caldera en libras por pulgada cuadrada o kilogramos por centímetro cuadrado. Sifón del manómetro de vapor. Dispositivo
instalado entre el manómetro de vapor y la caldera para dar un sellado de agua, de modo que el vapor vivo no entre en el manómetro produciendo una falsa lectura o daño al mismo.
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Instrumentación de las calderas Es el dispositivo en fundición o acero forjado hueco conectado a la parte superior de la cámara de vapor de la caldera y a la parte superior del espacio de agua. El nivel de agua de cristal y los grifos de prueba de agua están instalados en la columna. Columna
de
agua:
Nivel de agua de cristal y conexiones: Sirven para mostrar el
nivel de agua en la caldera. November 26, 2010
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Instrumentación de las calderas Grifos de prueba del nivel de agua: Sirven para comprobar el
nivel de agua en la caldera; cuando debiera estar fuera de servicio temporalmente el nivel de vidrio. Válvula de drenaje bajo la columna de agua. Proporciona un
medio para nivelar diariamente bajo la columna de agua y controlar el nivel de agua para mantener limpias la cámara y líneas de modo que el agua se controle y certifique con precisión en el cristal. También proporciona un medio de probar el dispositivo de corte por bajo nivel de agua.
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Instrumentación de las calderas válvulas de purga de la caldera: Sirven para extraer el agua de la caldera y a su
vez remueven los lodos acumulados en el fondo de ésta (purga de fondo). Las purgas tienen un tiempo entre 5 y 15 segundos así como una frecuencia durante el día (entre 4 y 8 horas) dependiendo de las especificaciones del químico encargado del tratamiento del agua de la caldera. Pueden ser de tipo manual o automático.
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Instrumentación de las calderas Bombas de alimentación de agua para la caldera: Dependiendo de
la potencia y tipo de caldera se emplean bombas centrífugas de una o varias etapas, controladas manual o automáticamente por los controles de nivel de la caldera, cuando el nivel de agua en ésta es inferior del nivel normal.
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Instrumentación de las calderas Bombas de alimentación de combustible: Son bombas
especializadas para el transporte del combustible desde el tanque de almacenamiento hasta el quemador de la caldera.
Es necesario instalar filtros de combustible tanto en la succión como en la descarga para evitar taponamientos o averías en la bombas y boquillas del quemador. November 26, 2010
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Instrumentación de las calderas
Precalentadores de combustible: Su función principal es la de
disminuir la viscosidad del combustible líquido para facilitar su atomización en el proceso de combustión. Son empleados generalmente en calderas de Fuel Oil o crudo de castilla. Pueden funcionar con resistencia eléctrica o serpentín de vapor. November 26, 2010
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Instrumentación de las calderas Lineas de atomización de combustible: Son empleadas para vaporizar
el combustible y dividirlo en partículas más pequeñas para facilitar su combustión. Existen dos formas: Empleando aire comprimido por medio de compresores o utilizando vapor de la caldera.
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Instrumentación de las calderas Ventiladores de inducido: proveen
tiro
la presión diferencial en el hogar para asegurar el flujo de los gases de la combustión a través de los tubos de la caldera y su salida por la chimenea.
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Ciclones: Proporcionan una mayor limpieza a los humos de la combustión que son
lanzados a la atmósfera, cumpliendo así con las normas actuales del medio ambiente.
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Celda de presión del hogar: Este
dispositivo que regula la velocidad del ventilador inducido, se encarga de mantener una presión negativa en el hogar en un rango constante de 3 - 6 mm H2O por debajo de la presión atmosférica, para garantizar que los gases de la combustión hagan su recorrido en el interior de la caldera y salgan por la chimenea. Sustituye el uso de suiches de presión. VER ESQUEMA
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Celda de presión diferencial del nivel de agua: Recibe una señal de alta
presión (vapor) y otra de baja (agua). Por medio de vasos comunicantes la diferencia de presiones es traducida por una celda que convierte dicha señal manométrica a señales de corriente (4-20 mA). Esta señal es enviada a un Variador de Velocidad o un PLC que aumenta o reduce la velocidad del motor que maneja la bomba de alimentación de agua de la caldera. VER ESQUEMA
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Celda de presión de vapor:
Sirve para controlar la velocidad de la parrilla y el ventilador forzado a través de sus variadores de velocidad. Esta celda recibe una señal de presión de vapor de la caldera y la convierte en una señal de 4 - 20 mA. Si la presión es muy baja, acelera la velocidad del ventilador y la parrilla. VER ESQUEMA
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Celda de medición de vapor:
Es empleada para medir permanentemente el consumo de vapor en la planta. Su principio de funcionamiento es similar a la celda de presión diferencial y se emplea una placa orificio instalada a la salida de vapor de la caldera y un pirómetro en el tablero de conexiones. VER ESQUEMA
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Sistemas de modulación: Consiste
en un motor modulador de alto torque y bajas revoluciones que por medio de un sistema de palancas, abre o cierra las compuertas que permiten el paso de aire de un ventilador (forzado o inducido). El porcentaje de apertura de dichas compuertas está limitado por un control proporcional instalado en la caldera que constantemente está sensando la presión de ésta.
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Purga continua y tanque toma muestras: La purga continua es
el mecanismo que permite extraer del agua de la caldera los sedimentos de sales solubles, eliminando así la dureza del agua. El tanque toma muestras se utiliza para obtener en un recipiente cierta cantidad de condensado para su posterior análisis químico. November 26, 2010
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Dosificador de productos químicos para el agua de caldera: se
encarga de suministrar la cantidad adecuada y necesaria de productos químicos al agua que se entrega a la caldera en las condiciones recomendadas de PH, dureza, sólidos disueltos y gases.
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Sopladores de hollín: Se encargan
de limpiar los tubos de fuego de la caldera utilizando el vapor que genera la misma.
Su objetivo principal es la limpieza parcial de los tubos de fuego ayudando a reducir la acumulación de cenizas. Pueden ser de accionamiento manual o automatizado y están ubicados en la parte lateral de la caldera y/o en la parte trasera de la misma. November 26, 2010
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VER FOTOS
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Dispositivos adicionales instalados en las calderas. Tablero de conexiones automatizado: Posee un PLC que
se encarga de operar la caldera dependiendo de las señales que recibe y la demanda de vapor de la planta. Cuenta con una terminal de diálogo, donde el operador ingresa parámetros de configuración y a su vez informa los diferentes estados de la caldera mientras ésta funciona (estados de emergencia, soplados, purgas, flujo de vapor, etc.) November 26, 2010
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TERCERA PARTE
MANTENIMIENTO Y CUIDADOS DE LAS CALDERAS
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MANTENIMIENTO Y CUIDADOS DE LA CALDERA •
PUNTOS FUNDAMENTALES:
– Deshollinado y remoción de escorias. – Purgas de la caldera y del tanque de retorno o desaireador. – Tratamiento químico del agua de alimentación. – Correcto funcionamiento de los sistemas de seguridad (nivel y presión).
VER FOTOS
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CUIDADOS CON LA ESCORIA
análisis de las propiedades del carbón
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CUIDADOS CON LA ESCORIA
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CUIDADOS CON LA ESCORIA
Por ejemplo: para una caldera de 600 BHP el consumo de carbón por hora (a su máxima potencia) es de 1103.5 Kg; la cantidad total de cenizas producidas es del 8.5% del consumo total de carbón, es decir 93.7 Kg. Por lo tanto: En un turno de 8 horas se produce: 749.6 Kg de ceniza distribuidos en:
• • • •
600 Kg de escoria en el shute 75.2 Kg de ceniza en el ciclón 47.2 Kg de ceniza retenida en el interior de la caldera 28 Kg de ceniza desalojada por la chimenea
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CUIDADOS CON LA ESCORIA EFECTO DE LA CENIZA ACUMULADA RESPECTO AL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
9% L E N E E L O B T I N T E S U M B E M R O C C N I E E D D O E M J A U T S N N E O C C R O P
8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% 1/32" 1/16" 1/8" ESPESOR CAPA DE CENIZA EN LAS SUPERFICIES DE CALENTAMIENTO [PULG.]
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MANTENIMIENTO DIARIO Drenar el control de nivel, mínimo una vez por turno. Drenar la caldera, abriendo las válvulas de purga cada ocho horas. Drenar el tanque de retorno mínimo una vez por turno. Soplar los tubos de fuego usando los sopladores de hollín cada 4 horas. Purgue la columna de agua varias veces, por lo menos una vez por turno. Verificación de la temperatura del agua de alimentación. Verificar la presión de la bomba y su funcionamiento. Cuando encienda su caldera que los gases de combustión sean incoloros. Asear el cuarto de la caldera. Compruebe que la ignición del quemador sea correcta. Verificar la tensión de la parrilla y si tiene eslabones y/o uniones rotas o fundidas. Chequear manómetros. Dosifique los productos químicos según recomiende su proveedor. Evacuar las escorias del shute de cenizas cada hora. Evacuar las cenizas del ciclón y debajo de la parrilla en el hogar de la caldera cada 4 horas.
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MANTENIMIENTO SEMANAL
Verificar fugas de vapor y corregirlas. Verificar que las válvulas de seguridad se disparan a la presión de calibración. Verificar el alineamiento del eje de la bomba de agua, y que no existan fugas en
los prensa estopas de ésta. Limpiar el tablero eléctrico. Soplar con aire comprimido. Inspeccionar los bloques de Carbofrax y el refranctario. Dependiendo de la calidad del agua vacíe el tanque de retorno y límpielo en su
interior removiendo lodos y sedimentos. Retensionar la parrilla y si tiene eslabones y/o uniones rotas o fundidas
remplazarlas. Realizar la limpieza de los tubos de fuego del espejo trasero.
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MANTENIMIENTO MENSUAL Limpie con cuidado el polvo de los controles eléctricos y revise los contactos de los arrancadores. Limpiar los vidrios de nivel ubicados en el tanque de retorno y en el control de nivel de la caldera. Verificar fugas en general ( válvulas, tubos de fuego, registros de mano, ductos, etc. ). Verificar las trampas de vapor y Limpie los filtros de agua. Compruebe el alineamiento de la bomba con el motor. Desmonte y limpie el conjunto del quemador. Calibre los electrodos, revise que la salida del transformador de ignición de un arco de por lo menos 3 cm de longitud. Revise y cambie las partes que se encuentran en mal estado. Verifique que los sellos de la válvula solenoide estén buenos y que la bobina no se encuentre quemada. Esta válvula es normalmente cerrada , y abre cuando hay una señal eléctrica. Desmonte los electrodos y mire si la losa no esta agrietada, también debe limpiar las puntas de los electrodos con papel de lija.
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MANTENIMIENTO MENSUAL Quite los tapones que se encuentran en las cruces de 1´´ Ø que soportan el sistema de control de nivel. Haga que la válvula de seguridad se accione cuando la presión de la caldera alcance una presión que este entre el 5% y el 10% de la presión de placa de la válvula. Limpiar la malla de entrada de aire al ventilador. Verificar tensión en las bandas o correas (si se utilizan). Cada dos meses realizar un deshollinado total.
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MANTENIMIENTO SEMESTRAL
Lave internamente la caldera con agua a alta presión. Examine con cuidado la
superficie de evaporación para ver si hay indicio de corrosión, picadura o incrustaciones. Coloque empaques nuevos en los manholes y handholes. Verificar el estado de la parrilla y el hogar. Verificar el estado del refractario de ignición y del muro rompellama. Revise todas las válvulas de entrada y salida de la caldera. Realice una prueba hidrostática a 1.5 veces la presión de trabajo. Verificar el estado de aislamiento.
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MANTENIMIENTO ANUAL
Reponga la empaquetadura de la bomba de alimentación de agua si esta presenta
fugas. Mantenimiento de los motores. Verificar si se requiere una limpieza química de la caldera de acuerdo a los
análisis de un especialista en aguas y de observaciones de formación de espumas.
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OTROS COMPONENTES QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA: Mantenimiento del quemador y los controles eléctricos. Boquillas de atomización.
Válvulas de aceite.
Precalentador a vapor y eléctrico.
Unidad de encendido para gas.
El ventilador inducido y forzado.
Bomba de agua.
Compresores de aire rotatorios.
Parrilla viajera, guillotina y reductores.
Sistemas neumaticos (sopladores y válvulas automáticas de purga).
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DETERIORO DE LAS CALDERAS POR FALTA DE MANTENIMIENTO Falla debido al mal estado de refractarios
Incrustaciones por falta de tratamiento químico del agua
Ataque y daños por corrosión
Daños por Bajo nivel
Impolsión y explosión
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EVALUACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA Pérdidas por gases de combustión. La principal pérdida de energía en los gases de combustión la produce la temperatura con la cual salen por la chimenea. La temperatura de los gases debe estar 50ºC por encima de la temperatura del vapor. La temperatura mínima posible o temperatura óptima con la cual se deben evacuar los gases productos de la combustión se refiere a aquel valor por encima del punto de rocío ácido y, por supuesto, por encima de la temperatura del proceso.
Algunas recomendaciones: Evitar los excesos de aire. Aprovechar el calor a la salida de la chimenea con el uso de economizadores
(para agua de alimentación) y/o precalentadores de aire.
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EVALUACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA Pérdidas por purgas excesivas. La mala calidad del agua o mal tratamiento de la misma son indicadores del incremento en los ciclos de purga de fondo, al mismo tiempo que el exceso de flujo de las purgas.
Algunas recomendaciones: Racionalización del ciclo de purgas. Mejora de la calidad del agua de alimentación, llegando a la desmineralización total si fuera necesario. Recuperación del calor de purgas para precalentamiento del agua de alimentación.
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EVALUACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA Pérdidas por las paredes. Mal estado del aislamiento de la caldera y redes de vapor trae como consecuencia el incremento de combustible, del tiempo de calentamiento y la reducción de temperatura.
Algunas recomendaciones: Incrementar el espesor del aislamiento de las paredes de la caldera o de ductos puede ahorrar energía, pero tomar esta decisión requiere de un análisis costo-beneficio. La mejor oportunidad de mejorar el aislamiento es durante una revisión total de la unidad o cuando definitivamente el aislamiento está en muy malas condiciones.
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ACTIVIDADES PARA REDUCIR EL CONSUMO DE ENERGÍA Medir la temperatura de los gases en la chimenea. Analizar el porcentaje de inquemados en cenizas y escorias. Analizar el porcentaje de oxigeno en los gases, lo cual es un indicativo del exceso
de aire de combustión. Medir la temperatura de paredes. Examinar la calidad del vapor por arrastre de agua. Vigilar el caudal de purgas continua y de fondo. Cuantificar las paradas por averías o por otras causas. Controlar la calidad del combustible. Chequear las fugas de vapor. Hacer un buen tratamiento del agua de alimentación, buen control por análisis
frecuente del agua y purgar en forma regular. Recuperar condensados para regresarlos a la calderas. Mantener los niveles de exceso de aire en los valores mínimos posibles.
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ACTIVIDADES PARA REDUCIR EL CONSUMO DE ENERGÍA Comprobar si la velocidad de combustión es la correcta para el ventilador
existente. Mantener buen sello en toda la caldera para evitar infiltraciones de aire que
aumenten el exceso de éste. Es ideal la instalación de controles automáticos de combustión y de tiro
manteniéndolos calibrados. Mantener limpios los tubos de las calderas para evitar incrustaciones o
formaciones de depósitos en los tubos por hollín o por impurezas del agua. Distribuir en forma uniforme el combustible sobre la parrilla en el caso del
carbón. Procurar siempre el buen estado de pulverizadores, quemadores, atomizadores,
parrillas, etc., así como su calibración más conveniente. Los combustibles se deben almacenar en tal forma que estén protegidos contra
humedad excesiva.
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CUARTA PARTE
ANÁLISIS DE COSTOS Y EFICIENCIAS DE LAS CALDERAS
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VALOR ANUAL DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE DE UNA CALDERA, CON UN CICLO DE OPERACIÓN DEL 100% (PRECIOS DE FEBRERO/2003) COMBUSTIBLE
CARBON
ACPM
GRANULADO
PRECIO COMBUSTIBLE
Lugar BHP 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 125 150 175 200 250 300 350 400 500 600 700 800 900 1000
50.06 $/Kg Amaga millones$/año 7.9 15.9 23.8 31.8 39.7 47.7 55.6 63.5 71.5 79.4 99.3 119.2 139.0 158.9 198.6 238.3 278.0 317.7 397.2 476.6 556.0 635.5 714.9 794.4
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2,263.95 $/Gal Medellín millones$/año 59.9 119.8 179.8 239.7 299.6 359.5 419.4 479.3 539.3 599.2 749.0 898.8 1,048.6 1,198.3 1,497.9 1,797.5 2,097.1 2,396.7 2,995.9 3,595.0 4,194.2 4,793.4 5,392.6 5,991.7
FUELOIL #6 2,074.00 $/Gal Medellín millones$/año 50.7 101.4 152.0 202.7 253.4 304.1 354.8 405.5 456.1 506.8 633.5 760.2 886.9 1,013.6 1,267.0 1,520.5 1,773.9 2,027.3 2,534.1 3,040.9 3,547.7 4,054.5 4,561.4 5,068.2
GAS NATURAL 449.11 $/mt3 Medellín millones$/año 44.4 88.8 133.2 177.6 222.0 266.4 310.8 355.2 399.6 444.0 554.9 665.9 776.9 887.9 1,109.9 1,331.9 1,553.9 1,775.8 2,219.8 2,663.8 3,107.7 3,551.7 3,995.6 4,439.6
CALDERAS J.C.T.
GAS PROPANO 1,720.00 $/Gal Medellín millones$/año 65.5 131.0 196.5 261.9 327.4 392.9 458.4 523.9 589.4 654.9 818.6 982.3 1,146.0 1,309.7 1,637.2 1,964.6 2,292.0 2,619.5 3,274.3 3,929.2 4,584.1 5,238.9 5,893.8 6,548.7
ELECTRICIDAD 204.81 $/kw-h Medellín millones$/año 176.0 351.9 527.9 703.9 879.9 1,055.8 1,231.8 1,407.8 1,583.7 1,759.7 2,199.6 2,639.6 3,079.5 3,519.4 4,399.3 5,279.1 6,159.0 7,038.8 8,798.5 10,558.2 12,317.9 14,077.6 15,837.3 17,597.0
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RELAC ION DE COSTOS DEOPERACION FRENTE AL CARBON (considerando solo el combustible ) COMBUSTIBLE
CARBON
ACPM
Amaga 50.06 $/Kg 1.00
Medellín 2,264 $/G al 7.54
FUEL OIL #6 Medellín 2,074 $/G al 6.38
2.63
19.83
16.77
GRANULADO
Lugar PRECIO DEL C OMBUSTIBLE
RELACION Costo lb vapor
November 26, 2010
GAS NATURAL Medellín 449 $/mt3 5.59
GAS PROPANO Medellín 1,720 $/G al 8.24
14.69
21.67
CALDERAS J.C.T.
ELECTRICIDAD
Medellín 205 $/kw-h 22.15 58.23
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COSTO DEL MILLON DE BTU EN LOS COMBUSTIBLES
ENERGETICOS
UNIDAD
BTU
ENERGIA ACPM GAS PROPANO /GLP GAS NATURAL FUEL OIL CARBÓN
KW GALON GALON M3 GALON KG
3,412 138,500 91,690 35,315 150,000 24,640
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VALOR
CALDERAS J.C.T.
204.8 2,264.0 1,720.0 449.1 2,074.0 50.1
COSTO MBTU $60,026 $16,346 $18,759 $12,717 $13,827 $2,032
RELACION ANTE EL CARBÓN Nro. veces
29.55 8.05 9.23 6.26 6.81 1.00
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COSTO DEL MBTU SEGÚN EL COMBUSTIBLE
$70,000 $60,000 $50,000 $40,000 $30,000 $20,000 $10,000 $0 ENERGIA
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ACPM
GAS GAS PROPANO NATURAL /GLP
CALDERAS J.C.T.
FUEL OIL
CARBÓN
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ANÁLISIS DE EFICIENCIA PARA CALDERA DE CARBÓN Características nominales
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ANÁLISIS DE EFICIENCIA PARA CALDERA DE CARBÓN Parámetros operativos de la caldera
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ANÁLISIS DE EFICIENCIA PARA CALDERA DE CARBÓN Balance de masa de la caldera
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CALDERAS J.C.T.
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ANÁLISIS DE EFICIENCIA PARA CALDERA DE CARBÓN Balance de energía de la caldera
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CALDERAS J.C.T.
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ANÁLISIS DE EFICIENCIA PARA CALDERA DE GAS Características nominales
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CALDERAS J.C.T.
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PARÁMETROS OPERATIVOS DE LA CALDERA DE GAS VALOR
UNIDAD
PARÁMETRO
Basado en Basado en vapor combustible Combustible (Gas natural) Consumo corregido 132,9 164,6 Presión de suministro 16,0 16,0 Presión regulada 0,83 0,83 (1) P.C.S. 56380,6 56380,6 1059,3 1059,3 (2) Gases CO 2 9,7 9,7 O2 3.7 3,7 CO 0,0 0,0 NOx 76,0 76,0 Temperatura gases 224,1 224,1 Agua de alimentación Temperatura agua 19,8 19,8 Aire de combustión Temperatura aire 29,6 29,6 Humedad relativa 45,6 45,6 Exceso 18,9 18,9 Vapor Presión 107,6 107,6 Porcentaje de carga 112,6 144,2 Rendimiento 16,1 16,6 Eficiencia (3) 76,5 79.1 (1) Poder Calorífico Superior del combustible. (2) Promedio de la evolución de las concentraciones (3) Eficiencia calculada con respecto al Poder Calorífico Superior.
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M 3/h psig psig kJ/kg BTU/ft 3 % % ppm ppm °C °C O
C % %
psig % kg vap/ kg comb %
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