Post on 18-Jan-2015
Operación de Calderas
Jorge Castillo Guzmán
Generadores de VaporOBJETIVOS
Generar Vapor de Agua a distintas presiones y temperaturas con la mejor calidad según los requerimientos específicos del servicio.
Entregarlo a una red de distribución y consumos, en el punto óptimo de operación, en forma oportuna, al mejor costo de producción y a la máxima eficiencia del equipo.
Producir el vapor en forma limpia desde el punto de vista de la higiene ambiental, y segura para el personal de la industria y la población.
Transporte de combustibles
Combustión
Transferencia de Calor
Evacuación de gases
Etapas de la Generación de Vapor
Transporte de Vapor Consumo
Importancia relativa de las Etapas
5% Transporte de CombustiblesBombas
20% CombustiónAire
20% Transferencia de CalorIncrustación
5% TransporteAislaciónFugas
50% ConsumoIntercambiadores de CalorFugasTrampas de vaporRetornos de Condensados
Tipos de Calderas
Circulación de los Fluidos :
Acuotubulares y Pirotubulares
Posición de los Tubos :
Verticales y Horizontales
Forma de los Tubos:
Rectos y Curvados
Pirotubulares: Incrustación, Convección , Radiación
Acuotubulares: altas presiones, altos consumos, altos rendimientos
Horizontales, situación óptima operación y construcción
Verticales, ahorro de superficie de piso
Tubos Rectos:
Situación habitual, optima con respecto a una fuente de calor estable
Tubos Inclinados o Curvados:
Mayor recuperación de Calor
Convección Forzada:
Gases limpios de baja Temperatura
Materiales para Calderas
Estructurales y de Transmisión:
Código ASME sección II, Fierro fundido y Aceros
Aislantes:
Elementos en contacto con la combustión y no con el agua, materiales refractarios
Elementos en Contacto con agua y vapor, y con el ambiente o elementos externos
a la caldera, materiales aislantes:
acolchadas, como lana de vidrio o lana mineral,
a granel, tierras, fibras de asbesto, silices aerogel.
Bloques de Asbestos.
QUEMADORES
Carbón Pulverizado, fuel, gas
Carbón pulverizado: molino y corriente de aire de ventilador
Fuel: Mezcla con aire y atomizado, combustión completa con exceso de aire mínimo atomización por aire, gas o Vapor desde 1,75 a 7 Kg/cm2 relativos, atomizador a vaporhasta 3.785 l/hr de fuel. Atomización por medios mecánicos (bombas de Pistón) 14 a 17 Kg/cm2 hasta 18.925 l/hr.
Gas: Para bajas presiones hasta 0,28 Kg/cm2 relativa. Quemador de orificios múltiples.
Quemadores intercambiables para 18 ton/hr 30 min.
Quemadores duales, simple ajuste manual.
SET DE CONTROL EN CALDERAS DE VAPOR
Control por nivel de Agua
Control por encendido del Quemador
Control por Presión de trabajo
Válvula de Evacuación
ELEMENTOS DE CONTROL
Transferencia de Calor en Calderas
hg
hl
K
Tg
Tl
e
Vg
Vl
lnTAUQ
)/1//1(1
lg hkehU
KLh
Nu
nBNu Re 699,0
16,0
B
n
EFICIENCIA DE CALDERAS
La eficiencia combinada de la caldera, del fogón y el quemador, es la relación entre el calor que absorben el agua y el vapor de la caldera con respecto al agua de alimentación por unidad de valor calórico de combustible combustionado.
SO
HCmta 32,4)8
(5,345,11
)100
(769,0)(12
282
2
r
rrffaa
mCmCm
COCON
m
100)( xta
taaaa
mmm
E
Relación óptima de Aire
mta= masa teórica de aire
maa= masa real de aire
mf = masa de combustible quemado
Cf = Carbono Combustible según analisis elemental (%)
mr = masa del residuo procedente del combustible
Cr = Carbono contenido en el residuo (%)
NOMENCLATURA
Recomendaciones para obtener un buen rendimiento y buen análisis de gases
Verificar el correcto funcionamiento de la bomba inyectora de petróleo
Revisando la Presión de inyección, consultar el catálogo del quemador sobre la Presiónóptima, y conectar un Manómetro en el lugar de testeo indicado. Una baja Presión de inyección ocasiona excesos de aire mayores a los normales, debido a que pasa una menorcantidad de combustible en relación al aire de combustión.
Limpieza de Boquillas y Conductos
Limpiar las boquillas y conductos de cobre y bronce que llevan el petróleo desde la bomba inyectora a las boquillas (con pelillos de alambre de cobre para las boquillas y con alambrede cobre para los conductos)
Verificar el estado Físico del Damper en la Chimenea
Luego de algunos años la corrosión los va deteriorando, llegando incluso a quedarsolo la palanca de giro, por lo cual no cumple su misión fundamental que es regular el tiraje del medio especialmente en chimeneas altas.
Exceso de aire en la Combustión
De acuerdo al tipo de combustible y al tipo de quemador existe un exceso de airerecomendado para la combustión. Para tener un quemador a petróleo en buenascondiciones de combustión este no deberá sobrepasar el 20% de exceso de aire, no siendo recomendable excesos menores a un 5%, en que se esta cerca del límite en que se produce ahogamiento o bien una mezcla muy rica (mucho combustibley poco aire)
La regulación del exceso de aire se logra de la siguiente manera:
a) Disminuir el exceso de aire:
Aumentar Presión de inyección, para que pase más combustible, o bien cerrar el
paso del aire, cerrando el damper que regula la entrada de aire al quemador (nunca
cerrar completamente pues se origina ahogo con emisión de humos negros)
b) Aumentar exceso de aire
Basta con abrir el paso de aire del quemador, o bien regular el damper inducido
ubicado en la chimenea. Si esto no da resultado se deberá disminuir la Presión de
inyección de la bomba en un rango que no sobrepase un 10% la Presión de inyección
recomendada por catálogo.
Estas recomendaciones son válidas solo para quemadores presurizados, quedando
fuera los quemadores atmosféricos que no poseen sistema de regulación de aire.
Para un correcto funcionamiento del quemador no debería existir un exceso de aire sobre el 20%, aún cuando en la práctica se puede llegar hasta un 30% de excesoen buen funcionamiento del equipo.
Chimeneas sobre 15 m
En este caso es muy importante el tiraje inducido, producido por la chimenea, ya que al estar muy abierto, aunque tengamos exceso de aire de 20%, la succión de la chimenea ahogará la llama al aumentar al aumentar el caudal de aire.
Equipos sobre 2.000 y 3.000 m.s.n.m.
En el caso de equipos instalados en alturas debe tenerse en cuenta las correcciones a los valores correspondientes a la concentración de Oxígenos en el aire (no es 21%).
Para la verificación del exceso de aire deberán conocerse los 3 productos principales dela combustión , Monóxido de Carbono (CO), Dióxido de Carbono (CO2) y Oxigeno (O 2), esto solo debe hacerse con analizadores de gases continuos con celdas electroquímicas que entregan una respuesta inmediata del estado de la combustión y se debe regularrespecto al Monóxido de Carbono.
Quemadores de gas
El procedimiento de regulación de exceso de aire, para quemadores de gas, esel mismo , pero en vez de bomba de inyección tenemos un sistema que regulael paso de gas hacia los inyectores (no hay boquillas). En este caso el excesomáximo de aire recomendado es 10%.
Estos procedimientos deben ser realizados por personal con experiencia enmantención de quemadores, ya que una mala maniobra podría producir fallas mayores a las que se intenta solucionar. La mayoría de los quemadores modernos son automáticos por lo que su regulación es compleja.
Se recomienda llevar un registro de las condiciones del quemador en las condiciones óptimas de operación y mantenerlas durante el período en que no se realice unamantención o modificación mayor, como cambio de piezas importantes.
En nuestro país la mayoría de las Calderas posee quemadores adaptados, ya sea por cambio de combustible, antigüedad u otros motivos. Lo que trae como consecuencia cambios en las condiciones de combustión.
Regular el exceso de aire depende de:
a) Buen estado del damper inducido (Chimenea)b) Condiciones atmosféricas del lugarc) Buena mantención de filtros de petróleo, boquillas, bombasd) Poseer el valor de la Presión de inyección óptimo del equipoe) No sobrepasar las 100 ppm la Concentración de Monóxido de Carbono (CO) diluido.f) Si se está trabajando con llama alta o llama mínima (el 20% de exceso de aire se calcula a plena carga)g) Que la caldera sea hermética y no existan entradas de aire falsas (transformaciones)h) Que el combustible utilizado sea conocido y certificado (test rápidos)j) La elección del punto de Medición de exceso de aire deberá ser lo más próxima a la cámara de combustión (a la entrada de la chimenea, mínimo 2 diámetros internos hacia arriba)
El buen funcionamiento de una cámara de combustión siempre dependerá de la mantención . En la región metropolitana existe una normativa que obliga a realizarlatrimestralmente en calderas de funcionamiento anual, y durante el transcurso de estos4 períodos, ir verificando que se mantengan los parámetros óptimos de combustión, antes mencionados:
Presión de inyecciónApertura del damper inducido (marca graduada)Apertura damper forzado (Quemador, traen graduación)Analizar los gases de combustión cada 4 meses.
PRODUCTOS DE COMBUSTION