Sistemas de Vapor
SISTEMAS DE VAPOR BAVIERA 1.- INTRODUCCIÓN El sistema BAVIERA de vapor para corrugadoras optimiza simultáneamente la eficiencia energética, la transferencia térmica y la flexibilidad de producción. Los condensados se recuperan a presión y alta temperatura y se bombean directamente a la caldera, logrando de esta manera la optimización de la eficiencia energética (ahorro de combustible y agua). Las temperaturas de toda la corrugadora se controlan libremente, consiguiendo de esta manera la necesaria flexibilidad de producción (mejora en la calidad de producción y disminución de desperdicio). Esta flexibilidad es especialmente importante en la fabricación con papeles ligeros y reciclados (dificultad para la penetración de la cola require una regulación de presion inversa en las mesas) Varios controles garantizan el correcto drenaje del condensados en cualquier circunstancia, asegurando con ello una transferencia térmica óptima. Debido a su concepción y al tipo de componentes utilizados (Espirales, Trampas híbridas, bomba de condensados, etc…) el Sistema BAVIERA de vapor es un sistema bajo en mantenimiento con una larga vida media. 2.- TRANSFERENCIA TÉRMICA El sistema de vapor BAVIERA suministra vapor directo a toda la corrugadora. Una Espiral o una Trampa Hibrida individual en cada cilindro o plancha optimiza la transferencia térmica. 2.1.- Mesas. Espirales Las espirales son purgadores de vapor robustos, construidos en acero inoxidable, sin ninguna parte móvil y por lo tanto sin necesidad de mantenimiento y con larga vida media. En las siguientes secciones encontrarán una descripción detallada del funcionamiento de la Espiral BAVIERA. 2.2.- Cuerpos ondulares y precalentadores. Trampas Híbridas Las Trampas Híbridas son el resultado de la combinación de un purgador de bola flotante libre con una Espiral BAVIERA. Las Trampas Hibrídas tienen dos vías de circulación: − Condensado: purgador de bola libre − Vapor: espiral BAVIERA
La combinación del purgador de bola libre y de la espiral da lugar a un purgador de elevada eficiencia energética, transferencia térmica óptima, bajo mantenimiento y larga vida media. 3.- APROVECHAMIENTO ENERGETICO. AHORRO DE COMBUSTIBLE Los sistemas BAVIERA de vapor son circuitos cerrados donde los condensados se recuperan a alta presión y temperatura, logrando ahorros de energía que rondan el 20% del consumo de combustible (frente a sistemas abiertos). 3.1.- Recuperación de condensados a presión. CRU Los sistemas BAVIERA de vapor incluyen una unidad de Recuperación de Condensados (CRU) que recupera los condensados a alta temperatura y presión y alimenta directamente a la caldera sin pérdida de energía a la atmósfera. Este equipo es directamente responsable del ahorro de combustible y agua. El equipo CRU se situa normalmente en la sala de calderas. En las secciones siguientes se incluye una descripción más detallada del equipo CRU y su funcionalidad. 3.2.- Recuperación de condensados de Mesas. SPP Para compatibilizar la libre regulación de la mesas (y, eventualmente, los single facers) con la recuperación de condensados a presión en circuito cerrado los sistemas BAVIERA de vapor incluyen bombas de vapor electroneumáticas (SPP). Estas bombas de vapor usan vapor vivo para bombear los condensados desde las mesas o el single facer hasta el equipo de recuperación de condensados CRU. Más adelante se incluye una descripción más detallada del equipo SPP y su funcionalidad. 4.- FLEXIBILIDAD Los Sistemas de Vapor BAVIERA proporcionan una flexibilidad total a la corrugadora, permitiendo la libre regulacion de presiones sin pérdidas de energía y agua hacia la atmosfera. La flexibilidad es especialmente importante en las mesas, debido a las dificultades que presenta la cola para penetrar del liner cuando se trabaja con papeles ligeros y reciclados. Esta flexibilidad también puede ser importante para los cuerpos de ondular, sobretodo con papeles ligeros y flautas pequeñas.
EQUIPO BAVIERA DE RECUPERACIÓN DE CONDENSADOS. CRU 2006 La optimización del rendimiento energético de los sistemas de vapor para corrugadoras exige la recuperación de condensados a presión con reinyección a caldera a alta temperatura. Como los condensados de todos los cilindros y planchas de una corrugadora se purgan a temperaturas muy elevadas, la recuperación a presión de estos condensados evitando su despresurización y su correspondiente enfriamiento (con producción de vapor flash) es la mejor opción para optimizar el rendimiento energético y maximizar el ahorro de combustible. El equipo Baviera de recuperación de condensados a presión en circuito cerrado está diseñado basado en una experiencia de más de 25 años en este campo. Es un sistema que logra la optimización del rendimiento energético, simultáneamente a la optimización de la transferencia térmica en la corrugadora ya que dispone de controles y automatismos, adecuados para compatibilizarlas. Además, debido a la experiencia durante muchos años en este tipo de sistemas, los componentes que constituyen el equipo son todos ellos robustos y libres de mantenimiento. El sistema Baviera de recuperación de condensados está ubicado en sala de caldera. Dispone de un tanque vertical timbrado a 18 bar, donde los condensados se recuperan a presión y, más concretamente, se recuperan a una presión de 8 bar, a una temperatura de unos 175ºC. Por la parte inferior del tanque, la bomba KSB alimenta directamente la caldera con condensados a la temperatura arriba indicada. Aunque la bomba trabaja con condensados a muy elevada temperatura, su sello mecánico que se encuentra alejado de la hidráulica y refrigerado por aletas trabaja a 50º C, por lo que las condiciones de trabajo del sello mecánico son excelentes y, de hecho, se trata de una bomba libre de mantenimiento y con una larga vida media. El sistema tiene los siguientes controles: -
Control de nivel: Control de nivel 4-20mA que actúa sobre la válvula automática M. La válvula M es una válvula que se encuentra en impulsión de la bomba, controlada por el nivel de condensados en el tanque de condensados a presión y eventualmente también por nivel de caldera si puede darnos señales de ello. La bomba KSB funciona de forma continua y la válvula M regula la alimentación a caldera.
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Control de presión diferencial: Existe un control electrónico y digital de la presión diferencial, donde se puede comprobar y controlar la presión diferencial de la instalación (presión de suministro de vapor principal – presión de recuperación de condensados). El control de la presión diferencial actúa sobre la válvula automática L, garantizando que en cualquier situación la presión diferencial de la instalación sea siempre superior al set point que normalmente está establecido en 5 bar. Ésta es la condición para la compatibilidad plena entre la plena optimización de la transferencia térmica de la corrugadora y la optimización de la transferencia térmica de toda la instalación.
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Control de la temperatura de condensados: Se trata de un controlador de la temperatura de condensados electrónico y digital, donde se puede comprobar la temperatura de condensados. Es importante durante los arranques y los paros, cuando actúa sobre la válvula L, abriéndola cuando la temperatura de condensados está por debajo de 130º C. Esta función tiene lugar durante los arranques, aumentando la desgasificación del sistema y la velocidad de calentamiento de la corrugadora. Por las mañanas durante los arranques, cuando abre la válvula L por el control de la temperatura de condensados, permite que el aire que se ha acumulado durante la noche salga rápidamente hacia el tanque. El aire y el condensado frío tiene una rápida salida con este sistema.
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Reciclaje del vapor de baja presión: Si hay servicios de vapor de baja presión (duchas, calentamiento de aire, etc.), la válvula automática T del CRU suministra vapor procedente de la recuperación de condensados para estos servicios.
PURGADOR HÍBRIDO El purgador híbrido es una combinación entre un purgador de bola libre y una espiral Baviera. Se trata, por tanto, de un purgador de dos vías: la bola libre regula una purga continua de todo el condensado líquido tal como se va produciendo. Complementariamente, la espiral Baviera regula el vapor de barrido deseado para optimizar la transferencia térmica. Los cilindros en los cuerpos onduladores (single facers) giran a velocidad de máquina, de modo que el condensado en su interior está sujeto a una posible centrifugación. Además, los sifones o pipas internas de extracción de condensado, por bien posicionados que se encuentren, están en cualquier caso sujetos a pequeños movimientos vibratorios que los desposicionan constantemente. Este desposicionamiento de sifones hace que el sifón esté constantemente aspirando condensado y vapor conjuntamente, por lo que una purga convencional exclusiva de condensados produce un bloqueo de vapor y el consiguiente crecimiento del espesor del anillo liquido de condensados centrifugado. Este crecimiento del anillo liquido de condensados tiene el espesor necesario para que los movimientos vibratorios del sifón estén siempre bajo de la capa de agua y es la causa de la baja transferencia térmica. El vapor de barrido que controla la espiral del purgador híbrido elimina continuamente estos “paquetes” de vapor que capta el sifón debido a sus vibraciones, evitando el crecimiento del anillo liquido de condensado centrifugado y optimizando con ello la transferencia térmica, o sea el buen calentamiento de cilindros. La espiral de los purgadores híbridos regula un vapor de barrido del orden del 5% del consumo para cada cilindro.
(Entre bridas)
(Roscado)
BOMBAS DE VAPOR El empleo de bombas de vapor para la recuperación de condensados en las secciones de mesas compatibiliza la recuperación de condensados en circuito cerrado con la libertad total de regulación de cualquier presión en cada una de las secciones de mesas. El funcionamiento de la bomba de vapor electro-neumática es muy sencillo: cada bomba de vapor electro-neumática consta de un tanque de condensados con control de nivel y con dos válvulas antirretorno en la entrada y dos válvulas antirretorno en la salida, como podrá apreciar en el plano. Cuando el controlador de nivel detecta que el tanque de condensados ha alcanzado su nivel máximo se abre automáticamente la válvula de inyección (VI) que empuja directamente el condensado con vapor hacia la salida a través de las dos válvulas antirretorno y finalmente a la línea de condensados de alta presión. Este ciclo de inyección dura entre 5 a 10 segundos y el ciclo de llenado que viene a continuación dura entre 3 a 7 minutos (dependiendo de si es primera, segunda o tercera sección y la presión regulada, velocidad de fabricación y otros parámetros). Inmediatamente después del ciclo de inyección (que dura 10 segundos) el recipiente o tanque se vacía completamente y la válvula de descompresión (VD) abre durante 2 segundos para descomprimir el tanque y volver a iniciar el ciclo de llenado del tanque con condensados procedentes de su correspondiente sección de mesas calientes. Existe además una espiral de desgasificación (espiral nº 25) que deja salir el aire y resto de gases incondensables continuamente. El sistema de recuperación de condensados con bomba de vapor electroneumática funciona por tanto con los siguientes ciclos: -
Llenado de 2 a 7 minutos Inyección de 5 a 10 segundos Descompresión 2 segundos y vuelta a comenzar un ciclo de llenado
El equipo dispone de una válvula denominada VE cuya única misión consiste en desviar los condensados de las mesas hacia el retorno de condensados atmosférico por las noches, cuando cierran el vapor a la corrugadora o por las mañanas en los arranques, cuando todavía no se ha alcanzado una presión umbral en el suministro de vapor. Todo el proceso está controlado eléctrica y digitalmente y a través de un PLC. Los materiales que se utilizan (válvulas antirretorno, VI, VD, espirales...) son todos ellos materiales de gran calidad y libres de mantenimiento, por lo que un sistema aparentemente complejo – pues consiste en disponer de varios equipos de recuperación de condensados – en realidad es un equipo que no requiere ninguna tarea de mantenimiento ni tiene desgaste con el paso de los años.
BOMBA DE VAPOR PARA SINGLE FACER Con papeles ligeros y particularmente en ondas muy pequeñas se hace conveniente o incluso necesario la regulación de presión en los cuerpos onduladores. El empleo de bombas de vapor para la recuperación de condensados en los cuerpos onduladores compatibiliza la recuperación de condensados a presión en circuito cerrado con la libertad de regulación de cualquier presión en los cuerpos onduladores. El funcionamiento de la bomba de vapor electro-neumática es muy sencillo: La bomba de vapor electro-neumática consta de dos tanques (tanque de aspiración y tanque de inyección) con control de nivel y con dos válvulas antirretorno en la entrada y dos válvulas antirretorno en la salida, como se aprecia en el plano. Cuando el controlador de nivel detecta que el tanque de inyección ha alcanzado su nivel máximo se abre automáticamente la válvula de inyección (VI) que empuja directamente el condensado con vapor hacia la salida a través de las dos válvulas antirretorno y finalmente a la línea de condensados de alta presión. Inmediatamente después del ciclo de inyección (que dura 10 segundos) el tanque de inyección se vacía completamente y la válvula de descompresión (VD) abre durante 3 segundos para descomprimir el tanque y volver a iniciar el ciclo de llenado del tanque de inyección con condensados procedentes del tanque de aspiración. Existe además una espiral de desgasificación en cada tanque que deja salir el aire y resto de gases incondensables continuamente. El sistema de recuperación de condensados con bomba de vapor electroneumática funciona por tanto con los siguientes ciclos: -
Llenado de 2 a 7 minutos Inyección de 5 a 10 segundos Descompresión 3 segundos y vuelta a comenzar un ciclo de llenado
El equipo dispone de una válvula denominada VE cuya única misión consiste en desviar los condensados del cuerpo ondulador hacia el retorno de condensados atmosférico por las noches, cuando cierran el vapor a la corrugadora o por las mañanas en los arranques, cuando todavía no se ha alcanzado una presión umbral en el suministro de vapor.
La bomba de vapor para single facer dispone de control activo de presión diferencial entre la presión en el cuerpo de ondular y la presión en el tanque de aspiración. El control de presión diferencial actua eventualmente sobre la válvula VD en caso de que la presión diferencial esté por debajo del set point. Todo el proceso está controlado eléctrica y digitalmente y a través de un PLC. Los materiales que se utilizan (válvulas antirretorno, VI, VD, transmisor de presión diferencial, espirales...) son todos ellos materiales de gran calidad y bajo mantenimiento.
BOMBA DE VAPOR PARA SINGLE FACER
SECCIÓN CERO Recientemente han aparecido papeles de muy buena calidad, papeles ligeros y de alta densidad, que son muy sensibles al calor al tiempo que son también muy buenos transmisores de calor y crean con facilidad la prescristalización de la cola en las mesas: Estos papeles transmiten con tanta eficiencia el calor a la cola que ésta precristaliza al principio de las mesas, antes de llegar a la cubierta. - Sección cero: La sección cero está formada por el precalentador de entrada a mesas y las dos primeras planchas de la primera sección de mesas. Esta sección cero se independiza y forma así la cuarta sección de mesas y, como ésta se encuentra ubicada justo antes de la primera sección de mesas, pasa a denominarse “sección cero” La gran ventaja que proporciona esta sección cero es que el problema de prescristalización de la cola que hemos descrito anteriormente se soluciona si regulamos muy baja su presión (a 1 bar y siempre por debajo de 2 bar). Además, únicamente “se sacrifican” dos planchas de la primera sección de mesas y, por ello, la mesa continúa con suficiente capacidad de transferencia térmica. Este esquema muestra la creación de la sección cero a partir de una mesa convencional con tres secciones de mesas.
HEAT TRANSFER PROCESS CONTROL Work with recycled and light papers, very sensitive to heat, makes almost necessary a close control of temperatures in the corrugating process in order to achieve optimization of all production qualities. Moreover, paper overheating must be avoided, for economy and quality reasons. This is possible through an active temperature control system, such as the following described: A central processing unit monitorizes and controls the main temperatures of the corrugating process, measured through infrared transmitters, and shows them through local and remote screens. The systems keeps critical temperatures along the corrugating process in their set point, acting on the rolls’ wraps and regulating pressures (when wrap control isn’t possible or enough). Recipes can be stored in the system in order to automatically reproduce certain production conditions, by simply loading a production program from the system. Historical graphs are stored in order to keep close control of production temperature parameters. All the system is controlled from the control cabin and from the local screens. The system is prepared to allow remote upgrades of the system’s software through remote connections. Please find below an orientation list showing some papers’ best production temperatures, and a second screen showing the points of the corrugating pressure where temperatures are measured and controlled. For further information, please contact us on
[email protected] or +34 96 155 37 48.
(Temperatures measurement, pressure controls & wrap controls along the corrugator)
(Temperature measurements, pressure controls & wraps controls in Single Facer)
(Some orientative paper temperatures)
