SUSTITUCIÓN DE CARBÓN POR CUESCO DE PALMA AFRICANA EN BUCARAMANGA
EXPOSITOR: JULIO JOSE CARDONA
13/04/2010
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INTRODUCCIÓN El suministro de energía del mundo está dominado por los combustibles fósiles, sin embargo en muchos países los residuos de madera, agrícolas y basura se están utilizando cada vez más para suplir las necesidades energéticas, motivado en gran medida por el continuo aumento del precio de los combustibles. La quema de combustibles sólidos como carbón o biomasa implica un gran costo de inversión de equipos, usualmente más robustos, de mayor tamaño, con equipos para el control de contaminación más completos e instrumentación más compleja, lo cual no hacia rentable su implementación, pero este balance económico comenzó a ponerse a favor de estos, presentándose recuperaciones de inversión entre uno y dos años. 13/04/2010
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TABLA DE CONTENIDO GENERALIDADES DE LA COMBUSTIÓN DE BIOMASA CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES. GENERACIÓN DE BIOMASA EN UNA PLANTA PROCESADORA DE PALMA AFRICANA. CARACTERISTICAS TÉRMICAS DE LA BIOMASA PRODUCIDA.
ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE EL CARBÓN Y EL CUESCO. EJEMPLO CALDERA 400 BHP 1. PLANTA EXTRACTORA, AUTOCONSUMO DEL CUESCO. EJEMPLO CALDERA 400 BHP 2. PLANTA EXTERNA, COMPRA DE CUESCO. VENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA.
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TABLA DE CONTENIDO DESVENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA CALDERAS MARCA JCT QUE QUEMAN CUESCO EN LA ZONA DE SANTADER Y PRODUCCIÓN DE CO2. RESOLUCIÓN 909 DEL 5 DE JUNIO DE 2008 MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL EQUIPOS PARA EL CONTROL DE EMISIONES CONCLUSIONES.
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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES
Categoría I: Combustibles “limpios”, aquellos que son renovables como la biomasa, los cuales aunque generan CO2, se considera en el balance global que su producción es cero, ya que la palma en su crecimiento tomó este mismo CO2 del ambiente. Adicionalmente baja generación de Nox y SO2. Categoría II: Gases, con bajo nivel de emisiones de CO2, CO, MP y SOx. Generan emisiones altas de NOx. Categoría III: Crudos y carbón, con alta generación de SOx, NOx y MP.
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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES
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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES
COSTO POR MILLON DE BTU EN LOS COMBUSTIBLES
ENERGETICOS ENERGIA ACPM GLP GN FUEL OIL CARBÓN CUESCO
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UNIDAD
BTU
KW GALON GALON M3 GALON KG KG
3.412 138.500 91.690 35.315 150.000 23.455 11.892
VALOR 260,0 6.420,0 3.593,0 632,0 4.043,0 180,0 65,0
COSTO MBTU $76.202 $46.354 $39.186 $17.896 $26.953 $7.674 $5.466
RELACION CUESCO VS OTROS COMB.
13,94 8,48 7,17 3,27 4,93 1,40 1,00
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GENERACIÓN DE BIOMASA EN UNA PLANTA PROCESADORA DE PALMA AFRICANA
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CARACTERISTICAS TÉRMICAS DE LA BIOMASA PRODUCIDA RACIMOS
FIBRA
CUESCO
Humedad Total %
24.94
28.76
6.16
Cenizas %
8.93
5.55
4.96
Materia Volátil %
57.19
53.14
70.04
Carbono Fijo %
8.94
12.56
18.84
Azufre Total %
0.22
0.24
0.3
P. calorífico, Kcal/kg
1441
2145
3.003
Carbono, C %
54.3
58.9
51.8
Hidrogeno, H %
18.7
20.15
25.1
Nitrógeno, N %
3.8
4.21
5.15
11.02
8.62
12.35
ANÁLISIS ÚLTIMO
Oxigeno, O %
Alto contenido de volátiles: Facilita la combustión. Alto contenido de carbono: Buen poder energético. 13/04/2010
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ANALISIS COMPARATIVO ENTRE EL CARBÓN Y EL CUESCO Propiedades Térmicas: CARBÓN (Antioquia)
CARBÓN (Cundinamarca)
CUESCO
Humedad Total %
11.65
3.91
6.16
Cenizas %
6.76
10.19
4.96
Materia Volátil %
39.6
28.38
70.04
Carbono Fijo %
41.86
57.52
18.84
Azufre Total %
0.5
0.8
0.3
5.923
7.330
3.003
P. calorífico, Kcal/kg
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ANALISIS COMPARATIVO ENTRE EL CARBÓN Y EL CUESCO Costos operativos de una caldera, comparando carbón vs cuesco: OPERACIÓN CALDERA Combustible
CARBÓN
CUESCO
Consumo de Agua
Igual
Igual
Mano de Obra
Igual
Igual
Consumo de Energía
Igual
Igual
Mantenimiento
Igual
Igual
Análisis Fuentes Fijas
Igual
Igual
Consumo de Combustible
Menor
Mayor
Costo del Combustible
Mayor
Menor
Manejo de residuos (cenizas Caldera)
Mayor
Menor
Costos Fijos
Costos Variables
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EJEMPLO CALDERA 400 BHP 1. PLANTA EXTRACTORA, AUTOCONSUMO DEL CUESCO INFORMACIÓN GENERAL Potencia: Horas anuales trabajadas: Horas mensuales trabajadas: Generación de vapor año Generación de vapor Año Eficiencia global Presión de trabajo:
400 8.640 720 54.196 119.232.000 Carbón 78% 150 PSI
BHP h/año h/mes Ton vapor/año lb vapor/año Cuesco 78% 150 PSI
COSTOS VARIABLES COMBUSTIBLE Combustible Poder Calorifico combustibles Consumo de combustible Consumo de combustible mensual Precio del combustible Precio millon de BTU Costo del combustible Miles $/año RESIDUOS Precio de transporte y disposición Contenido de cenizas Cantidad de cenizas generadas por la combustión Costo Mensual Miles $/año
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Carbón 23.758 Btu/kg 784 kg/h 564 Ton/mes 180 $/kg 7.675 $/Mbtu 141.120 $/hora 1.219.277 Miles $/año 15 8% 45 675.000 8.100
TOTAL COMBUSTIBLE + RESIDUOS
1.227.377
COSTO TON DE VAPOR SOLO COMBUSTIBLE Precio de la Ton de vapor Precio de la Lb de vapor
22.647 10,3
$/kg Ton/mes $/Mes Miles $/año
Cuesco 11.892 Btu/kg 1.565 Kg/h 1.127 Ton/mes 0 $/kg 0 $/Mbtu 0 $/hora 0 Miles $/año 15 5% 56.35 845.250 10.143
$/kg Ton/mes $/Mes Miles $/año
Miles $/año
10.143 Miles $/año
$/ton vapor $/Lb vapor
187 $/ton vapor 0,085 $/Lb vapor
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EJEMPLO CALDERA 400 BHP 2. PLANTA EXTERNA, COMPRA DE CUESCO INFORMACIÓN GENERAL Potencia: Horas anuales trabajadas: Horas mensuales trabajadas: Generación de vapor año Generación de vapor Año Eficiencia global Presión de trabajo:
400 8.640 720 54.196 119.232.000 Carbón 78% 150 PSI
BHP h/año h/mes Ton vapor/año lb vapor/año Cuesco 78% 150 PSI
COSTOS VARIABLES COMBUSTIBLE Combustible Poder Calorifico combustibles Consumo de combustible Consumo de combustible mensual Precio del combustible Precio millon de BTU Costo del combustible Miles $/año RESIDUOS Precio de transporte y disposición Contenido de cenizas Cantidad de cenizas generadas por la combustión Costo Mensual Miles $/año TOTAL COMBUSTIBLE + RESIDUOS COSTO TON DE VAPOR SOLO COMBUSTIBLE Precio de la Ton de vapor Precio de la Lb de vapor
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Carbón 23.758 Btu/kg 784 kg/h 564 Ton/mes 180 $/kg 7.576 $/Mbtu 141.120 $/hora 1.219.277 Miles $/año
Cuesco 11.892 Btu/kg 1.565 Kg/h 1.127 Ton/mes 65 $/kg 5.466 $/Mbtu 101.725 $/hora 878.904 Miles $/año
15 8% 45 675.000 8.100 1.227.377
15 5% 56.35 845.250 10.143 889.047
22.647 10,3
$/kg Ton/mes $/Mes Miles $/año Miles $/año
$/ton vapor $/Lb vapor
$/kg Ton/mes $/Mes Miles $/año Miles $/año
16.404 $/ton vapor 7.5 $/Lb vapor
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VENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA
• Ahorros en el costo del combustible. • La granulometría del cuesco es homogénea, lo cual facilita su distribución sobre la parrilla y permite una buena combustión. • Se requieren de menos equipos para el control de emisiones, debido a sus bajas emisiones de NOx y SO2. • Menores costos de mantenimiento en la caldera, debido al bajo porcentaje de cenizas.
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VENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA
• Las cenizas y escorias producidas por la combustión se pueden comercializar como abono orgánico debido a su alto contenido de potasio. • Alimentación automática del combustible, lo que garantiza una combustión eficiente, continua y libre de personal para alimentar el equipos. • Mezcla pareja del aire con el combustible, lo que permite combustión optima y una llama distribuida en toda la parrilla, manteniendo temperaturas mas uniformes en el hogar. 13/04/2010
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DESVENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA
• Si el contenido de humedad es superior al 10%, se obtiene menos poder calorífico del combustible y el costo de operación aumenta. • Si las distancia para el transporte del cuesco son mayores a 200 km, el precio del flete aumenta el costo final del combustible, y el valor de operación se incrementa. • La producción de biomasa depende de la producción del cultivo, la cual no es igual todo el año. Para los meses de baja producción de cuesco se deben tener cuesco almacenado o quemar otro combustible sólido (carbón). • El costo de la biomasa inicialmente es muy bajo (casi cero), pero a medida que aumenta el consumo, el costo de esta se incrementa debido a la oferta y demanda, y podría llegar a un costo tan alto que ya no sea atractivo económicamente. 13/04/2010
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CALDERAS MARCA JCT QUE QUEMAN CUESCO EN LA ZONA DE SANTADER Y PRODUCCIÓN DE CO2. TON/MES CO2 EMITIDAS (CUESCO)
CONSUMO MENSUAL CARBÓN (TON/MES)
TON/MES CO2 (CARBÓN)
CLIENTE
COMBUSTIBLE
CALDERA
CIUDAD
CONSUMO DE CUESCO MENSUAL (TON/MES)
SOLLA
CUESCO
200 BHP
BUCARAMANGA /SANTANDER
276
387
113
235
SACEITES
CUESCO
500 BHP
BUCARAMANGA /SANTANDER
456
641
187
389
CAMPOLLO
CUESCO
200 BHP
SAN GIL /SANTANDER
276
387
113
235
CAMPOLLO
CUESCO
300 BHP
RIONEGRO /SANTANDER
304
426
124
258
FALCON
CUESCO
200 BHP
SAN GIL /SANTANDER
276
387
113
235
FALCON
CUESCO
200 BHP
BUCARAMANGA /SANTANDER
276
387
113
235
LINCO
CUESCO
80 BHP
BUCARAMANGA /SANTANDER
100
142
42
86
DISTRAVES
CUESCO
400 BHP
PIE DE CUESTA /SANTANDER
400
568
166
344
CUESCO
200 BHP
276
387
113
235
CUESCO
200 BHP
276
387
113
235
CUESCO
80 BHP
100
142
42
86
3.016
4.239
1.239
2.571
FRIGORIFICO VIJAGUAL FRIGORIFICO VIJAGUAL AVICOLA DEL MADROÑO
TOTAL
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SAN GIL /SANTANDER SAN GIL /SANTANDER SAN GIL /SANTANDER
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ANÁLISIS PRODUCCIÓN DE CO2
De acuerdo con la tabla anterior se tienen los siguientes valores: •
Cantidad total de CO2, para las calderas que operan en la zona de Bucaramanga, que se deja de producir por la combustión de carbón es de 2.571 Ton/mes, lo que equivale a 30.852 ton/año.
•
La relación Ton CO2/Ton cuesco: 1.4.
•
La relación Ton CO2/Ton carbón: 2.1.
Nota: Estos datos fueron calculados con un 80% de exceso de aire para la combustión y un 78% de eficiencia de la caldera.
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RESOLUCIÓN 909 DEL 5 DE JUNIO DE 2008 MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL CAPITULO VII “Artículo 18. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa existentes que utilicen biomasa como combustible.” “Tabla 14. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa existentes que utilicen biomasa como combustible a condiciones de referencia (25°C, 760 mm Hg) con oxigeno de referencia del 13%.” Combustible Biomasa
Producción de vapor (t/h) TODOS
Estándares de emisión admisibles (mg/m3) MP NOx 300 350
“Artículo 19. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa nuevos que utilicen biomasa como combustible.” “Tabla 15. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa nuevos que utilicen biomasa como combustible a condiciones de referencia (25°C, 760 mm Hg) con oxigeno de referencia del 13%.” Combustible Biomasa 13/04/2010
Producción de vapor (t/h) TODOS
50
Estándares de emisión admisibles (mg/m3) MP NOx 350 20
EQUIPOS PARA EL CONTROL DE EMISIONES
• Equipos de combustión externa existentes. Contaminante Evaluado Material Particulado
Emisión Permitida mg/m3 13% O2
NOx
350
300
Equipo requerido Sistema de doble multiciclón o filtro de mangas. Calibración de combustión o sistema de reducción catalítica no selectiva.
• Equipos de combustión externa nuevos. Contaminante Evaluado Material Particulado NOx
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Emisión Permitida mg/m3 13% O2
Equipo requerido
50
Filtro de mangas.
350
Calibración de combustión o sistema de reducción catalítica no selectiva.
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EMISIONES CALDERAS QUE QUEMAN CUESCO
CLIENTE
COMB.
CALDERA
CIUDAD
EQUIPO DE CONTROL
% O2
CO (mg/m3) 13% O2
NO x (mg/m3) 13% O2
SO2 (mg/m3) 13% O2
MP (mg/m3) 13% O2
CAMPOLLO
CUESCO
200 BHP
SAN GIL /SANTANDER
MULTICICLON
11,7
115
181
24
111
CAMPOLLO
CUESCO
300 BHP
MULTICICLON
13,1
226
233
DISTRAVES
CUESCO
400 BHP
PIE DE CUESTA /SANTANDER
MULTICICLON
12,2
221
174
47
173
FALCON
CUESCO
200 BHP
SAN GIL /SANTANDER
MULTICICLON
8,5
85
262
18
76
FALCON FRIGORIFICO VIJAGUAL
CUESCO
200 BHP
MULTICICLON
11,0
157
356
86
124
CUESCO
200 BHP
MULTICICLON
14,3
345
222
SOLLA PALMAS DEL CESAR
CUESCO FIBRA DE PALMA FIBRA Y CUESCO FIBRA Y CUESCO
200 BHP
MULTICICLON
15,2
162
0
170
725 BHP Towler 2 800 BHP
MULTICICLON
12,4
453
134
0
565
MULTICICLON
14,88
2729
220
11
393
MULTICICLON
10,73
1734
254
2
287
CUESCO
400 BHP
MULTICICLON
13,3
275
172
12
41
CARBON
500 BHP
MULTICICLON
9,4
17
388
685
106
INDUPALMA INDUPALMA CURTIMBRES BUFALO HARINAGRO
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Vyncker
RIONEGRO /SANTANDER
BUCARAMANGA /SANTANDER SAN GIL /SANTANDER BUCARAMANGA /SANTANDER SAN MARTÍN /CESAR SAN ALBERTO /CESAR SAN ALBERTO /CESAR BARRANQUILLA /ATLANTICO BUCARAMANGA /SANTANDER
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CONCLUSIONES • • • • • • •
El uso de la biomasa es económicamente atractivo, debido a que hay una reducción en el costo de operación. El cuesco es un combustible renovable y se esta aumentando el área cultivada de palma africana en todo el país. La producción de CO2 cuando se quema biomasa es cero, lo cual no ocurre con los combustibles categoría II y III. La producción de SO2 es menor que cuando se queman combustible categoría III. La producción de NOx es menor que cuando se queman combustible categoría II y III. Las escorias y cenizas subproductos de la combustión del cuesco se pueden utilizar como abono orgánico. La combustión de biomasa permite cumplir con los valores exigidos por la reglamentación ambiental a nivel nacional con mayor facilidad que si fuera combustibles categoría III.
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MUCHAS GRACIAS
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