Gv 2017 5t702d

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL RESISTENCIA

CARRERA INGENIERIA QUIMICA CATEDRA TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA

Generación de vapor para plantas de procesos

USO DEL VAPOR EN LA INDUSTRIA

Generación de vapor para plantas de procesos I- Criterios de clasificación de las calderas según: La forma de circulación de los gases: humotubulares y acuotubulares La presión de trabajo: baja (p < 20 bar), media (p < 60 ) y alta presión ( p > 60 ) La capacidad de producción de vapor: baja (< 10 ton/h), media (< 50) y alta ( > 60 )

GENERADOR DE VAPOR Es el conjunto constituido por la caldera con uno, algunos o todos los siguientes aparatos intercambiadores de calor: a) Sobrecalentador. b) Desobrecalentador. c) Recalentador. d) Economizador. e) Precalentador de aire. y cualquier equipo o planta auxiliar que sea necesaria para el adecuado funcionamiento de la unidad, excluyendo los equipos o instalaciones que no modifiquen el estado de entrega del combustible.

CALDERA • Es todo recipiente cerrado o instalación dentro de la que se genera vapor a una presión mayor que la atmosférica, mediante la acción del calor cedido por una fuente apropiada. Tubos hervidores, cuerpo cilíndrico y elementos que los vinculan

IV - Partes integrantes de un generador de vapor Hogar o cámara de combustión: espacio físico donde se lleva a cabo el proceso de combustión Superficie de calefacción de la caldera: superficie a través de la cual se efectúa la transferencia de calor entre los gases de combustión y el agua. Equipos de recuperación de calor: utilizados para la recuperación de parte del calor contenido en los gases de combustión Equipos auxiliares del generador de vapor: utilizados para efectuar una serie de operaciones que son vitales para la marcha del equipo, como ser: bomba de alimentación, ventiladores de tiro inducido y de tiro forzado. Elemento de medición y control: destinados al control y monitoreo del funcionamiento del sistema (manómetros, termómetros, caudalímetros, sensores de nivel, etc.) Dispositivos de seguridad: son los elementos necesarios para preservar la seguridad del equipo (válvulas de seguridad, tapón fusible, niveles, etc.)

II- Parámetros característicos de operación y diseño de las calderas Producción de vapor: D ( kg /h ; ton / h ) Presión de trabajo: p ( kgf / cm2 o bar) Temperatura de vapor: tv (°C) Temperatura del agua de alimentación: tw (°C) Superficie de calefacción caldera: F ( m2) Consumo de combustible: B ( kg / h o Nm3/ h) Rendimiento de la caldera: η (%) Poder calorífico inferior del combustible: Hi ( Kcal / kg ; Kcal/ Nm3) Producción específica de vapor: d (kg.vapor / h.m2 sup.calefac) Evaporación bruta del combustible: b ( kg.vapor / kg. o Nm3 combustible) Carga térmica del hogar: Qh (kcal /h.m3) Calor de producción de la caldera: Qp ( Kcal / h ) Vapor normal: DN ( kg/h ; ton / h) Tipo de combustible: gaseoso, líquido, sólidos y/o combinación de los anteriores

III - Campo de aplicación de las calderas

Humotubulares Generan vapor saturado de baja presión para usos generales en procesos, sea calentamiento, evaporación, secado, etc. Eventualmente puede usarse también para la generación de vapor sobrecalentado para generación de energía. Son los equipos más difundidos en las industrias medianas y pequeñas (textil, alimenticia, frigoríficas, químicas, bebidas, plantas de secado, etc.). En el caso general, no tienen equipos de recuperación de calor (economizadores, calentadores de aire, etc.). Son de eje horizontal (98% de los casos), operan a presiones inferiores a p < 25 ate y tienen capacidad hasta unos D = 25 ton / h. máximos, según distintos fabricantes. Pueden operar con combustibles sólidos, líquidos o gaseosos

CONTROL DE NIVEL DE AGUA

Acuotubulares

Son equipos destinados a la generación de potencia y calor para procesos, produciendo vapor sobrecalentado a presiones medianas y altas. Es el equipo típico de las plantas que operan bajo cogeneración que deben obtener energía y vapor para procesos. Sus capacidades estarán en función de las demandas de energía y vapor de la planta. En plantas de procesos se pueden encontrar equipos con capacidades hasta 200 ton / h, operando a presiones superiores a las 40 ate llegando incluso hasta las 150 bar. Pueden generar vapor sobrecalentado de hasta 500°C. Operan con combustibles en cualquier estado o mezclas de ellos.

HCFM

CIRCUITO DE VAPOR

V - Equipos de recuperación de calor Sobrecalentador: tienen por finalidad elevar la temperatura del vapor saturado desde la temperatura de saturación hasta la de sobrecalentamiento. Son de diseño tubular y hay de dos tipos: radiación y convección. Puede instalarse combinaciones de ambos Recalentador: tienen por objeto elevar la temperatura del vapor sobrecalentado que ya sufrió una expansión en la turbina. Son de diseño tubular Economizador: tienen por finalidad precalentar el agua de alimentación a la caldera usando parte del calor de los gases de escape. Son de diseño tubular. Pueden estar o no presente en el equipo generador de vapor Calentador de aire: tienen por objetivo precalentar el aire de combustión antes de su ingreso a la cámara de combustión. Son de diseño tubular o de placas regenerativos (tipo Ljungstrom). Pueden o no estar presentes en el generador de vapor

VI - Equipos auxiliares de las calderas Atemperador Desobrecalentador Ventilador de tiro inducido (VTI) Ventilador de tiro forzado (VTF) Bomba de agua de alimentación Quemadores Equipos de alimentación de combustibles sólidos Bomba dosificadora de productos de tratamientos químicos de agua Dispositivo extractor de purgas Sopladores de hollín Extractores de cenizas Separadores ciclónicos de cenizas Lavadores de gases (scrubber) Precipitadores electrostáticos de partículas Chimenea

VII - Elementos de medición y control Estos pueden ser agrupados según los fluidos que se analicen: Lado del agua de alimentación: caudal, presión y temperatura del agua de alimentación, pH, sólidos y otros componentes Lado del agua de caldera: nivel, sólidos, pH, componentes químicos diversos, etc. Lado del vapor: presión domo, presión y temperatura a la salida del sobrecalentador, caudal producido, conductividad, pH Lado del aire / gases: temperatura ingreso, presiones y /o depresiones en distintos puntos del equipo, temperaturas en puntos diversos y en el egreso, composición de gases (C02, 02, Nox) Lado del combustible: presión suministro, temperatura, caudal

VIII -Balances de masa y energía /Dimesionamiento

• Balance global de masa: Gw = Gv + Gp • Balance de sólidos xw. Gw = xp. Gp • Calor de producción Qp = Gv (hv – hw) • Calor consumido Qc = B . Hi • Rendimiento : η = Qp / Qc • Consumo de combustible: B =Gv (hv – hw) / η . Hi

• Producción específica de vapor: d = Gv / Fk • Índice bruto de vaporización del combustible: v = Gv / B • Consumo específico de combustible: b = B / Gv = 1/ v • Producción normal de vapor: Gn = Gv (hv – hw) / 640 • Carga térmica de la caldera: Qk=Qp / Fk • Carga térmica del hogar: Qh = B.Hi / Vh • Purga de la caldera: Gp = Gv / (xp/xw -1) • Porcentaje de purga: Gp % = Gp /Gw . 100.

IX - Evaluación de performance Método Directo: η = Gv (hv – hw) / B . Hi

x 100

Método Indirecto: η = 100 - Σ pérdidas Normas de ensayos: DIN 1942, Performance Test Code (PTC 4.1)

La edición conocida como Fired Steam Generators PTC4-2008, es la vigente

ASME

(1964)

El código de ensayo de performance de calderas más difundido y utilizado en el campo industrial por más de 30 años, fue el Power Test Code: PTC 4.1-1964 Stationary Steam Generations Units

Ventajas • Método directo

Ventajas • Metodo indirecto

Desventajas • Método directo

Desventajas • Método indirecto

X - Criterios para la selección de calderas • Usos del vapor generado (generación d energía eléctrica, calor para procesos, etc.) • Presión y temperatura de vapor generado • Caudales máximos y mínimos requeridos • Demanda de vapor y su función temporal (picos, duración de los mismos, etc.) • Capacidad y/o velocidad de respuesta frente a demandas variables • Rendimientos esperados • Cantidad, calidad y temperatura de agua de alimentación requerida y disponible • Tipos y costos de combustibles requeridos y disponibles • Costos operativos e inversiones necesarias • Grado de automatización requerida y complejidad para su operación Nivel de exigencias técnicas para su operación y mantenimiento

1.Datos para el proyecto 3.Indicadores Operativos Presión de trabajo Producción real de vapor Temperatura de trabajo Consumo de combustible Producción de vapor Ratio vapor generado vs combustible Temp. agua de alimentación consumido Poder calorífico superior del combustible Rendimiento a diferentes estados de Tipo de combustible carga Restricciones a la contaminación Ratio vapor producido vs superficie ambiental calefacción Caída presión en el sobrecalentador 2.Datos de diseño Presión diseño Pérdida de tiro en los gases Temperatura diseño Energía consumida en equipos auxiliares Superficie del hogar Emisión de efluentes sólidos y/o Volumen del hogar gaseosos Carga térmica del hogar Calidad agua Sup. calefacción caldera Pureza del vapor Sup. calefacción de los recuperadores de calor Rendimiento

Calderas acuotubulares

XI – Bibliografía Mesny, M. - Generación de vapor – Buenos Aires – Ed Marymar – 1977Perry – Manual del Ingeniero Químico – México - McGraw Hill- 1992 Catálogos BABCOCK & WILCOX Revistas: Chemical Engineering - McGraw Hill / Ingeniería QuímicaEdiciones Edigar. Ingeniería de Proyecto para plantas de procesos – Rase Barrow