Mediciones aires y gases combustión Planta Ecudos ... · Este informe describe la metodología,...

Mediciones aires y gases combustión

Planta Ecudos - Calderas Fives 1, 2 y 3

Numero pedido ECUDOS: K9-7227 - Junio 6 2014 1



2

1. Introducción …………………………………………………………………………..

2. Sección A. Metodología utilizada, Registro de datos …………………………….

3. Sección B. Metodología utilizada, Calculo de eficiencias ………………………..

4. Sección C. Conclusiones generales ………………………………………………..

5. Sección D. Problemas específicos ………………………………………………….

6. Sección E. Recomendaciones ………………………………………………………

7. Anexo 1. Hojas de calculo eficiencias térmicas …………………………………...

8. Anexo 2. Registro flujo aire forzado …………………………………………………

9. Anexo 3. Tabulación RPM de alimentadores según % de alimentación ………...

10. Anexo 4. Registro datos aires de distribución ……………………………………..

11. Anexo 5. Registro datos aires de turbulencia ……………………………………...

12. Anexo 6. Registro presiones bajo parrilla ………………………………………….

13. Anexo 7. Registro fotográfico de pantallazos cuarto de control …………………

14. Anexo 8. Datos originales para realización del proyecto …………………………

3

4

5– 7

9– 13

14

15

16 – 24

25 – 36

37 – 38

39

40

41

42 – 44

45 - 60

Pag.

TABLA DE CONTENIDO



1. INTRODUCCION

La empresa Ecudos S.A, emitió el día 6 de Junio de 2014, el pedido

numero: K9-7227, solicitando un análisis de la combustión para las calderas

FIVES 1, 2 y 3.

Actualmente la generación conjunta de las 3 calderas varia entre 130 y 140

ton/hr. Estos valores corresponden a la suma de las mediciones individuales

por caldera que a su vez varían entre 35 y 49 ton/hr en lugar de las 60

toneladas originales.

SCF Ltda. realizó mediciones de aires de combustión y emisiones de gases

en la planta de Ecudos la semana comprendida entre el 22 al 26 de

Septiembre. Durante esta semana se realizaron mediciones de aires

forzados, distribución y turbulencia para cada caldera.

Este informe describe la metodología, resultados, conclusiones y

recomendaciones de datos obtenidos como resultado de estas mediciones.

3



METODOLOGIA UTILIZADA

SECCION A. REGISTRO DE DATOS

SCF recopilo la siguiente información durante la semana del 22 de

Septiembre 2014:

4

1. Aires forzados en ducto salida de pre-calentador en todas las calderas.

2. Presiones aires forzados antes del Dámper y debajo de parrilla.

3. Emisiones de O2 y CO en los ductos de gases saliendo del pre-

calentador, en todas las calderas.

4. Aires para distribución de biomasa y aires para turbulencia en todas las

calderas.

5. Revoluciones de los alimentadores en la caldera 3 cuando el aire forzado

estaba a 25, 50 y 75%. El Ingeniero José Guevara suministró las

revoluciones de las calderas 1 y 2.

6. Fotos pantalla de control en todas las calderas a 25, 50 y 75% de aire

forzado.

Todos estos datos están resumidos en los anexos de esta presentación.

Sección A




SECCION B. CALCULO DE LAS EFICIENCIAS

Tuvimos en cuenta el consumo de bagazo, exceso de aire, temperatura de

agua de alimentación, y generación de vapor definidos por el fabricante,

incorporándolos a una hoja de calculo donde también se tiene en cuenta la

composición de la biomasa y su poder calorífico, encontrando el aire total

de combustión igual al ofertado por el fabricante.

5

Capacidad de generación de vapor sobrecalentado

60 ton/hr

Presion vapor sobrecalentado 22 BAR

Temperatura agua alimentación 105 °C

Consumo bagazo 25.5 ton/hr

Eficienca 81 %

Exceso de aire 30 %

Flujo de aire forzado 97000 kg/hr

Flujo aire de turbulencia 8000 kg/hr

Flujo aire de distribucion 8000 kg/hr

Total aire combustion 113000 kg/hr

Sección B



6

Observación

Esta hoja de calculo servirá

para analizar todas las calderas

con varios % de aire forzado.



Elaboración hoja de calculo referencia diseño

Sección B



7



Determinación flujos de biomasa con base en RPM

Para la caldera 3, operando a máxima capacidad (57 ton/hr) con un exceso de aire del 35%,

concluimos que el bagazo entrando era de 23380 kg/hr, con un promedio de RPM de 5.8, lo cual

nos dio una descarga promedio de 4040 kg/hr/ revolución. Utilizamos esta misma descarga para la

unidad 2.

En la unidad 1 las cifras de generación de vapor, al 75%, no s indicaron que el valor de descarga

por revolución debía ser mayor (ver cifras en rojo).

Todos los cálculos posteriores en este estudio parten de estos flujos de bagazo calculados.

Sección B

Caldera % de

alimentacion

RPM / Alimentador RPM prom

Flujo bagazo

Kg bagazo / RPM Prom. 1 2 3 4 5 kg/hr

1

19 3.3 3.3 3.9 2.8 3.2 3.3 17750 5390

31 3.7 3.7 4.1 3.2 3.8 3.7 19949 5390

50 4.25 4.5 4.5 4 4.5 4.4 23447 5390

2

19 2.9 3.1 3.5 4.8 2.7 3.4 13749 4040

34 3.2 3.4 3.7 4.8 3.5 3.7 15040 4040

62 4.8 4.6 5.5 6.6 5.4 5.4 21827 4040

3

19 3.9 3.8 3.8 3.7 2.2 3.5 14045 4040

32 5.3 4.9 4.4 4.4 3.4 4.5 18126 4040

43 7.2 6.4 5.4 5.5 4.4 5.8 23383 4040



8


Caldera # 1 2 3

Apertura damper forzado % 25 50 75 25 50 75 25 50 75

Flujo vapor ton/hr 35.7 42 49 27.7 30.9 44.6 27.7 37.5 57.1

Combustible requerido ton/hr 17.7 19.9 23.4 13.7 15.2 21.8 14 18 26

Vapor / bagazo 2.0 2.1 2.1 2.0 2.0 2.0 2.0 2.1 2.2

Eficiencia térmica calculada % 69.3 72.5 72.1 69.5 70.1 70.5 68.1 71.2 75.5

Variables que afectan la eficiencia

O2 Prom. % 5.7 8.5 4.6 6.8 6.0 6.6 11 6.1 5.5

Exceso de aire % 35 65 28 49 40 45 70 41 35

CO Prom. ppm 3764 3042 3683 2526 3882 3409 3227 5326 5009

Presion bajo parrilla max.

mmH2O 13 7.1 8.1 5 8 11 5 10 8

Aire bajo parrilla ton/hr 72 103.8 93.4 59.7 62.4 99.3 71.6 77.5 111.8

Relacion aire/comb

4.1 5.2 4.0 4.4 4.1 4.6 5.1 4.3 4.3

Basados en los flujos de bagazo definidos por las revoluciones de cada alimentador, y teniendo en

cuenta los niveles de O2 y CO, hemos evaluado las eficiencias térmicas por caldera.

Para lograr que las relaciones vapor generado / bagazo sean razonables hemos tenido que corregir los

valores de vapor generado indicados en el cuarto de control durante las pruebas. (ver anexo 1 para

hojas de calculo individuales)

Sección B METODOLOGIA UTILIZADA

Resumen global



9

SECCION C. CONCLUSIONES GENERALES

Utilizando los valores de consumo de bagazo calculados con base en las revoluciones de cada

alimentador, se calcularon los flujos de vapor máximos obtenibles, teniendo en cuenta el exceso de

aire y las emisiones de CO. (Entre 2 y 2.2 kg vapor / kg bagazo con 50% de humedad)

Los valores indicando generación de vapor en el cuarto de control deben ser corregidos puesto que

darían relaciones de vapor generado / consumo de biomasa que son imposibles de obtener. (Valores

en rojo corresponden a estos casos)

DATOS OBTENIDOS EN HOJAS DE CALCULO

Caldera # 1

2

3

Apertura dámper forzado % 25 50 75 25 50 75 25 50 75

Flujo vapor ton/hr 35.7 42 49 27.7 30.9 44.6 27.7 37.5 57.1

Combustible requerido ton/hr 17.7 19.9 23.4 13.7 15.2 21.8 14 18 26

Vapor / bagazo 2.0 2.1 2.1 2.0 2.0 2.0 2.0 2.1 2.2

Sección C

Corrección mediciones flujos de vapor

DATOS OBTENIDOS EN CUARTO DE CONTROL

Generacion vapor cuarto control ton/hr 44 48 49

45 50 44

53 56 59

Factor de correccion 0.6 0.7 0.7 0.6 0.6 1.0 0.5 0.7 1.0

Vapor CC / bagazo 2.5 2.4 2.1 3.3 3.3 2.0 3.8 3.1 2.2



10

SECCION C. CONCLUSIONES GENERALES Sección C

Baja alimentación de combustible por mala distribución sobre parrilla

Las calderas 1 y 2 presentan valores de RPM promedio para cada alimentador

inferiores a los valores de la caldera 3.

Creemos que en estas calderas se presentan acumulaciones de biomasa sobre

parrilla con mas frecuencia que en la caldera 3, forzando a los operadores a limitar la

alimentación y por lo tanto la generación de vapor.

Caldera No. 1 2 3

Apertura damper forzado % 25 50 75 25 50 75 25 50 75

Revoluciones promedio RPM 3.3 3.7 4.4 3.4 3.8 5.4 4 4.5 6.5

En la caldera 3, durante las pruebas, se realizaron ajustes manuales de los platinas de

lanzamiento y de los aires para distribución, logrando incrementar la generación de

vapor hasta 59 ton/hr durante un tiempo corto.

Esta prueba demuestra que con una mejor distribución del bagazo se podrá

incrementar la generación en las 3 calderas.



11


CURVAS GENERALES DE AIRE BAJO PARRILLA VERSUS % APERTURA DAMPER

Las curvas adjuntas representan los flujos de

aires “bajo parrilla”, en cada caldera, variando la

apertura de los dampers entre 25 y 75%.

La recta punteada en negro corresponde al flujo

de aire forzado bajo parrilla, teórico si la caldera

funcionara con un 81% de eficiencia y un 30% de

exceso de aire como fue originalmente diseñada.

Es evidente que con aperturas del dámper, por

debajo del 50%, no existe control adecuado en

ninguna de las calderas.

La caldera No.3, operando con una parrilla

cubierta uniformemente, durante un corto

tiempo, opero muy cerca de la curva de diseño.

Esto se logro con ajustes manuales de platinas

de lanzamiento y aires de distribución.

25

35

45

55

65

75

85

95

105

115

25 35 45 55 65 75

Flu

jo A

ire

baj

o p

arri

lla (

ton

/hr)

% apertura damper

3

2

1

Diseño

Se considera indispensable mejorar la distribución de biomasa sobre parrilla para que ejerza

una restricción uniforme al flujo de aire forzado, limitando el acceso de aire.

Incluir zonificación bajo parrilla ayudara eficazmente a cumplir este objetivo.



12


CURVAS RELACION AIRE – BAGAZO

40

50

60

70

80

90

100

110

120

13 18 23 28

Flu

jo a

ire

(t

on

/hr)

Flujo bagazo (ton/hr)

3

2

1

Diseño

La grafica adjunta presenta una línea negra punteada que indica la relación ideal de aire y

bagazo de acuerdo con el diseño original de la caldera. (30% exceso de aire 81% eficiencia).

Las calderas 2 y 3 presentan flujos de aire por encima de los valores ideales, pero siguiendo

una relación similar.

La caldera 1 presenta un alto exceso de aire al operar al 50% y por ello se desvía

apreciablemente de la tendencia.

Nota importante:

A menos que el aire ingresando al

hogar encuentre el combustible, en

proporciones similares a través de

toda el área de la parrilla,

NO PODEMOS ESPERAR UNA

GENERACION CON ALTA

EFICIENCIA Y POR LO TANTO

UNA ALTA GENERACION DE

VAPOR.



13


EVIDENCIAS DE COMBUSTION INCOMPLETA

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

CO

(P

PM

)

% apertura damper

Los altos niveles de CO en las 3 calderas, medidos en el ducto saliendo del pre-calentador, son

evidencia de una mezcla deficiente entre el aire de combustión y el bagazo suspendido en los gases

sobre la parrilla.

Aun la caldera 1, con 65% de exceso de aire, al operar el dámper al 50% no logra bajar de 3000 ppm.

Nuevamente concluimos que se requiere mejorar la distribución de la biomasa sobre parrilla y

controlar la inyección de aire por zonas de parrilla.

Nivel aceptable de

CO es 200 ppm

Caldera 3

Caldera 2

Caldera 1



14

SECCION D. PROBLEMAS ESPECIFICOS

1. Medición incorrecta de flujos de vapor.

2. Presión insuficiente del aire, después de los dámper de aire forzado, obligando a los

operadores a dejar abiertas las compuertas que alimentan cada lado de la parrilla.

Esto a su vez impide controlar flujos uniformes pasando a través de la parrilla.

3. Distribución desigual del aire pasando por parrilla, por falta de zonificación bajo

parrilla. No existen compuertas que dividan la parrilla en varias zonas.

4. Alimentación desigual de bagazo por cada distribuidor, por no tener indicación de

las revoluciones individuales, ni localmente ni en el cuarto de control. Es necesario

definir el flujo de bagazo / revolución para cada alimentador.

5. Distribución desigual del bagazo sobre parrilla

5.1 Por no tener válvulas electro-neumáticas que pulsen el bagazo a

diferentes profundidades cumpliendo ciclos programados en un PLC.

5.2 Por no tener actuadores neumáticos que varíen la posición de las platinas de

lanzamiento continuamente.

Sección D



15

SECCION E. RECOMENDACIONES

Sección E

1. Medición de vapor: Calibrar los medidores de vapor existentes contra un patrón.

2. Control presión aire bajo parrilla,

2.1 Incrementar en 50 mmH2O, la presión en el ducto que alimenta las dos compuertas bajo

parrilla, cambiando el ventilador o incrementando su velocidad y la potencia del motor.

2.2 Instalar compuertas manuales para zonificación bajo parrilla.

2.3 Automatizar el control de los dos compuertas que alimentan cada costado bajo parrilla,

enlazando su apertura con el vacio medido en el hogar.

3. Control distribución bagazo sobre parrilla.

3.1 Reemplazar las válvulas mariposa manuales para aires de distribución bajo cada alimentador,

por válvulas electro-neumáticas controladas por un PLC, que aseguren un esparcimiento

uniforme sobre parrilla. (Actualmente las válvulas mariposa las dejan completamente abiertas)

3.2 Incrementar la presión en el ducto que alimenta las válvulas para aires de distribución, de 18

inH2O a 25 inH2O, cambiando el ventilador o incrementando su velocidad y la potencia del

motor.

4. Igualar alimentación de bagazo sobre parrilla.

Incorporar tacómetros en todos los alimentadores, con indicación local digital, de forma que los

operarios puedan observarlos continuamente. Enviar señal de los tacómetros al cuarto de control,

convirtiéndola en ton/hr para utilizarla en el control de combustión.



HOJA DE CALCULO EFICIENCIA TERMICA

16

Caldera 3 - Condiciones de máxima capacidad – Dámper 75%

Anexo 1

Empresa Caldera marca Modelo Tipo BR3-36/58

Flujo vapor 57122 Kg/hr

C 43.5 Presion 22.0 bar

H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C

Eficiencia termica 75.5 %

Poder calorifico

Kcal/Kg1850 Energia requerida 201834324 KJ/hr Alimentador 1 2 3 4 5

Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 8 7.25 6 6 5

Combustible requerido 26058 Kg/hr

Masa aire

estequiometrica 92468

Aire con 30 % exceso 120208

Area ducto (m2) 2.2 Medicion de O2 5.5 %

Exceso de aire por O2 35 %

Aire con 35 % exceso 124832 kg/hr

Aire bajo parrilla 111832 kg/hr

Densidad Prom. 0.839 kg/m3

Energia / Kg vapor 3108 KJ/kg

Ingenio ECUDOS - Ecuador

DATOS DISEÑO CALDERA

Entalpia del agua 440.27 KJ/kg

m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible

3.5

Ton. vapor /

Ton. Carbon2.19 Kg/hr

Temperatura agua alimentacion

Aire bajo parrilla (primario)

Aires de combustion a plena carga según diseño caldera

kg/hr

FIVES Penhoet

AIRE PARA BIOMASA

Aire de distribucion

Aire de turbulencia

Total aire para combustion

RPM promedio 6

kg/RPM promedio 4040

Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)5011 4541 3758 3758 3132

Total combustible consumido (ton/hr) 26058

ALIMENTACION COMBUSTIBLE % CUARTO DE CONTROL: 50%

Velocidad prom en ducto

salida precalentador16.5 m/s



17

Caldera 3 - Dámper 50%

Anexo 1 HOJA DE CALCULO EFICIENCIA TERMICA




H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 5.3 4.9 4.4 4.4 3.4


Masa aire








Ingenio ECUDOS - Ecuador FIVES Penhoet

AIRE PARA BIOMASA



kg/hrAire de distribucion


Energia / Kg vapor 3108 KJ/kgAire de turbulencia


KJ/kg

RPM promedio 4

Ton. vapor /



ALIMENTACION COMBUSTIBLE

m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible

3.5Temperatura agua alimentacion

Entalpia del agua 440.27

Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)4779 4419 3968 3968


18099



% CUARTO DE CONTROL: 32%

3066



18


HOJA DE CALCULO EFICIENCIA TERMICA Anexo 1




H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 3.9 3.8 3.8 3.7 2.2


Masa aire









AIRE PARA BIOMASA







KJ/kg

RPM promedio 3

Ton. vapor /



m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible



ALIMENTACION COMBUSTIBLE % CUARTO DE CONTROL: 19%

Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)4513 4387 4437 4254 2610






19

Caldera 2 – Dámper 75%





H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 4.8 4.6 5.5 6.6 5.4


Masa aire





5.1 Aire con 45 % exceso 112308 kg/hr







m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible

3.5

Ton. vapor /

Ton. Bagazo2.05 Kg/hr




kg/hr

FIVES Penhoet

AIRE PARA BIOMASA


Aire de turbulencia


RPM promedio 5


Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)3616 3460 4122 4966 4036


ALIMENTACION COMBUSTIBLE % ALIMENTACION: 62%





20






H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 3.3 3.4 3.7 4.9 3.5


Masa aire



Area ducto (m2) 2.25 Medicion de O2 6 %






AIRE PARA BIOMASA







KJ/kg

RPM promedio 4

Ton. vapor /




m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible



Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)3526 3641 3999 5229




% CUARTO DE CONTROL: 35%

3805



21






H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 2.9 3.1 3.5 4.8 2.7


Masa aire









AIRE PARA BIOMASA







KJ/kg

RPM promedio 3

Ton. vapor /



m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible



ALIMENTACION COMBUSTIBLE % Alimentacion: 19%

Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)3453 3721 4135 5669 3222






22

Caldera 1 – Dámper 75%





H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 4.25 4.50 4.50 4.00 4.50


Masa aire











RPM promedio 4


Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)5266 5576 5576 4956 5576




kg/hr

FIVES Penhoet

AIRE PARA BIOMASA


Aire de turbulencia



m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible

3.5

Ton. vapor /








23






H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 3.7 3.7 4.1 3.2 3.8


Masa aire








% ALIMENTACION: 31%

55135359 6000 4718




KJ/kg

RPM promedio 4

Ton. vapor /




m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible



Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)5359





DATOS DISEÑO CALDERAAIRE PARA BIOMASA





24






H2 4.5 Temp 340 °C 97000

S 0.1 8000

O2 51.9 8000

Temp Agua 105 °C 113000

105 °C


Poder calorifico


Poder calorifico

KJ/Kg7746 RPM 3.3 3.3 3.9 2.8 3.2


Masa aire











Ingreso bagazo /

aliment. (kg/hr)5434 5434 6351 4517 5214

KJ/kg

RPM promedio 3

Ton. vapor /



m3 /kg Aire

estandar estequi.

Req. / Kg mezcla

combustible








DATOS DISEÑO CALDERAAIRE PARA BIOMASA





REGISTRO FLUJO AIRE FORZADO

25

Caldera 3 - Dámper al 75%

VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 30.0 28.3 8.0 9.5 6.2

2 23.4 10.2 9.5 10.8 9.5

3 19.7 12.5 14.4 14.4 14.8

4 20.5 15.3 16.1 15.7 18.0

5 26.6 20.7 19.0 19.0 22.5

Prom 24.0 17.4 13.4 13.9 14.2

FLUJO (KG/HR)

Total 111832

Para esta condición se logro la máxima generación de vapor, después de esparcir

manualmente el bagazo al variar la posición de la platina de lanzamiento.

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 13 mmH2O, mientras que la presión

bajo parrilla fluctuaba entre -3 y +7 mmH2O costado izquierdo, mientras que el costado

derecho variaba entre -2.5 y +7 mmH2O

Anexo 2




26

VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 23.6 6.9 5.6 4.0 4.9

2 15.4 6.9 6.3 6.9 13.4

3 15.4 8.5 8.9 12.0 11.3

4 15.4 10.9 10.6 10.9 12.0

5 19.9 14.7 13.2 14.4 15.2

Prom 18.0 9.6 8.9 9.6 11.4

FLUJO (KG/HR)

Total 77557


bajo parrilla fluctuaba entre -1.5 y +10 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho

variaba entre -5 y +8 mmH2O


Anexo 2




27

Caldera 3 – Dámper al 25%

VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 14.1 11.3 9.8 11.0 15.0

2 14.1 5.7 7.5 9.8 8.9

3 10.0 6.9 8.0 10.6 15.2

4 4.0 8.0 8.9 11.0 15.2

5 4.0 8.9 11.7 15.5 17.4

Prom 9.2 8.2 9.2 11.6 14.4

FLUJO (KG/HR)

Total 71602


bajo parrilla fluctuaba entre -3 y +5 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho

variaba entre -4 y +4 mmH2O

Anexo 2



REGISTRO EMISIONES GASES CALDERA 3

28

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 11.6 10.3 9.1 12.9 12.7

CO 4249 3875 1328 2849 3920

2 O2 11.3 10.8 11.4 12.2 11.8

CO 4802 5000 1646 2641 2945

3 O2 10.9 9.9 10.2 11.9 12.1

CO 5000 2150 2102 3150 2748

Damper

25%

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 7.1 7.8 6.2 6.1 5

CO 5000 5449 5000 5000 5000

2 O2 7.9 6 5.1 5.2 5.4

CO 5000 7751 5000 5000 6515

3 O2 7.4 5.8 5.2 5.8 5.1

CO 3985 5545 5000 5647 5000

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 7.9 6.5 5.4 4.2 5.5

CO 5000 5000 5000 5000 5000

2 O2 7 6.8 3.4 4 4.1

CO 5000 5000 5000 5000 4897

3 O2 6.7 5.3 3.3 5.9 6

CO 5000 5000 5000 5000 5250

Damper

50%

Damper

75%

SCF Ltda. realizó medición en malla de O2 y

CO sobre la sección transversal del ducto que

conduce los gases de combustión.

Se ingreso una sonda por los puertos A, B, C,

D y E a 3 profundidades diferentes.

Anexo 2




29


VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 12.3 3.4 3.4 2.4 3.4

2 11.6 5.3 7.1 7.1 10.6

3 9.8 5.8 4.7 8.6 11.1

4 9.8 8.2 8.9 9.5 11.9

5 11.1 12.6 11.1 11.4 12.6

Prom 10.9 7.1 7.0 7.8 9.9

FLUJO (KG/HR)

Total 99308


bajo parrilla fluctuaba entre -2.5 y +8 mmH2O costado izquierdo, mientras que el

costado derecho variaba entre -1.3 y +11 mmH2O

Anexo 2




30

VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 10.9 2.6 3.6 3.6 4.5

2 10.6 4.5 6.3 7.3 10.9

3 10.0 5.1 9.6 7.7 10.3

4 8.1 8.1 9.3 9.6 12.1

5 11.5 10.9 11.8 11.8 12.9

Prom 10.2 6.2 8.1 8.0 10.1

FLUJO (KG/HR)

Total 62433



variaba entre -2.5 y +8 mmH2O


Anexo 2




31


VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 11.0 4.3 5.3 3.1 4.3

2 9.7 3.1 6.1 6.8 7.5

3 9.7 6.8 6.8 11.9 10.6

4 8.7 7.5 6.1 10.2 11.0

5 13.0 13.0 12.6 11.9 12.6

Prom 10.4 6.9 7.4 8.8 9.2

FLUJO (KG/HR)

Total 59695



variaba entre -6 y +5 mmH2O.

Anexo 2




32

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 8.8 8.1 6.8 6.6 4.87

CO 1186 1755 1493 2671 3128

2 O2 8.2 7.8 5.7 6.1 5.7

CO 2046 1751 2464 2048 5000

3 O2 8.6 8.2 6.1 6 5.1

CO 2406 1893 2187 2865 5000

Damper

25%

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 7.7 7.7 5.1 5.4 6.8

CO 3410 3679 2511 1947 5000

2 O2 7.4 8.7 4.3 3.6 5.3

CO 4001 2024 4110 4536 5000

3 O2 7.3 8.7 4.4 3.8 4.9

CO 5000 2016 5000 5000 5000

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 10.7 10.2 5.2 3.6 4.2

CO 2532 586 5000 5000 5000

2 O2 9.9 9.9 5.6 3.8 3.4

CO 3150 590 5000 5000 5000

3 O2 10.7 9.5 5.1 3.6 3.9

CO 3671 456 1304 5000 3852

Damper

50%

Damper

75%






Anexo 2




33


VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 20.7 6.4 6.4 10.1 7.8

2 14.3 6.4 4.5 10.1 13.6

3 17.5 11.1 12.0 15.7 16.3

4 16.9 7.8 13.6 16.9 18.6

5 16.9 18.6 19.2 20.2 24.3

Prom 17.3 10.1 11.1 14.6 16.1

FLUJO (KG/HR)

Total 93318


bajo parrilla fluctuaba entre -0.5 y +7 mmH2O costado izquierdo, mientras que el

costado derecho variaba entre -2.5 y +8 mmH2O

Anexo 2




34

VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 23.3 5.4 5.4 5.4 5.4

2 16.1 13.1 10.7 9.3 14.2

3 15.1 16.1 9.3 13.1 18.5

4 16.9 16.9 10.7 17.7 20.7

5 21.4 21.4 22.1 22.7 29.3

Prom 18.6 14.6 11.6 13.6 17.6

FLUJO (KG/HR)

Total 103803



variaba entre -3.5 y +4.3 mmH2O


Anexo 2




35


VELOCIDAD (m/s)

A B C D E

1 12.8 5.7 4.1 5.7 8.1

2 9.1 14.0 8.1 7.0 7.0

3 12.2 8.1 7.0 8.1 9.9

4 11.5 9.1 8.1 9.1 12.8

5 17.2 14.0 16.7 13.4 19.0

Prom 12.5 10.2 8.8 8.7 11.4

FLUJO (KG/HR)

Total 72032



variaba entre -5 y +13 mmH2O.

Anexo 2




36

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 5.6 4 5.7 5.8 9

CO 2270 5000 3251 2850 3193

2 O2 3.9 3.8 5.5 6.9 8.2

CO 5000 5000 3285 3540 5000

3 O2 4.1 3.3 5.6 5.66 8.1

CO 5000 2157 2558 3365 5000

Damper

25%

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 10.9 10.6 8.6 6.1 7.5

CO 777 2797 4700 1305 1307

2 O2 12.1 9.6 9.1 4.7 7.2

CO 537 3077 2206 5000 5000

3 O2 10.2 9.1 8.6 7.2 6.5

CO 4272 4823 2648 5000 3850

EMISIONES GASES

Prof Gas A B C D E

1 O2 4.01 3.8 4.2 4.1 5.8

CO 3182 5000 1200 5000 5000

2 O2 5.25 4.75 5.34 4 5.5

CO 5000 2194 2970 5000 1212

3 O2 4.5 4.2 4.8 4.3 5.1

CO 5000 3185 5000 3950 2365

Damper

50%

Damper

75%






Anexo 2



TABULACION RPM DE ALIMENTADORES

SEGÚN % DE ALIMENTACION

37

Anexo 3

Caldera % aire

forzado %

alimentacion

RPM / Alimentador Prom.

1 2 3 4 5

1

25 19 3.3 3.3 3.9 2.8 3.2 3.3

25 3.5 3.5 4 3 3.5 3.5

50 31 3.7 3.7 4.1 3.2 3.8 3.7

75 50 4.25 4.5 4.5 4 4.5 4.4

75 5 5 5 5 5 5.0

Caldera % aire

forzado % alimentacion

RPM / Alimentador

1 2 3 4 5 Prom.

2

25 19 2.9 3.1 3.5 4.8 2.7 3.4

25 3 3.2 3.5 4.7 3 3.5

50 35 3.3 3.4 3.7 4.9 3.5 3.8

50 4 4 4.5 5.5 4.5 4.5

75 62 4.8 4.6 5.5 6.6 5.4 5.4

75 6 5.7 7 8 6.5 6.6

Los valores en rojo, son los valores registrados en sitio para cada alimentador en cada caldera,

enviados por el Ingeniero José Guevara, los demás datos son la extrapolación a otros % de

alimentación.



TABULACION RPM DE ALIMENTADORES

SEGÚN % DE ALIMENTACION

38

Anexo 3

Caldera % Aire

Forzado %

alimentación

RPM / Alimentador

1 2 3 4 5 Prom.

3

25 19 3.9 3.8 3.8 3.7 2.2 3.5

25 4.5 4.5 4.0 4.0 3.0 4.0

50 32 5.3 4.9 4.4 4.4 3.4 4.5

43 6.9 6.1 5.2 5.3 4.3 5.6

75 50 8 7.25 6.0 6.0 5.0 6.5

65 10.8 9.2 8.2 7.8 5.8 8.4

75 13 11 9 10 6.5 9.9

Los valores en rojo, son los valores registrados en sitio para cada alimentador en cada

caldera, estos valores fueron registrados por personal de SCF, los demás datos son la

extrapolación a otros % de alimentación.



REGISTRO DATOS AIRES DE DISTRIBUCION

39

Anexo 4

Puerto

Punto

Insercion

CALDERA 1

Hora

Pres. Vel. Flujo Flujo

# # mm inH20 m/s m3/s ton/hr

A

1 29 0.48 14.24 0.19 0.77

2 88 0.42 13.32 0.12 0.47

3 146 0.12 7.12 0.02 0.06

4 205 0.17 8.47 0.02 0.08

5 263 0.19 8.96 0.08 0.32

6 322 0.12 7.12 0.09 0.39

B

1 29 0.82 18.61 0.25 1.01

2 88 0.74 17.68 0.15 0.63

3 146 0.58 15.65 0.03 0.14

4 205 0.15 7.96 0.02 0.07

5 263 0.11 6.82 0.06 0.24

6 322 0.2 9.19 0.12 0.50

Totales 1.15 4.672

CALDERA 2 Hora

Pres. Vel. Flujo Flujo inH20 m/s m3/s ton/hr

0.23 9.86 0.13 0.54

0.22 9.64 0.08 0.34

2 29.06 0.06 0.26

0.3 11.26 0.02 0.10

0.3 11.26 0.10 0.40

0.22 9.64 0.13 0.52

0.65 16.57 0.22 0.90

0.48 14.24 0.12 0.50

0.45 13.79 0.03 0.12

0.32 11.63 0.03 0.10

0.23 9.86 0.09 0.35

0.36 12.33 0.16 0.67

Totales 1.18 4.803

CALDERA 3 Hora

Pres. Vel. Flujo Flujo inH20 m/s m3/s ton/hr

0.23 9.86 0.13 0.54

0.22 9.64 0.08 0.34

2 29.06 0.06 0.26

0.3 11.26 0.02 0.10

0.3 11.26 0.10 0.40

0.22 9.64 0.13 0.52

0.65 16.57 0.22 0.90

0.48 14.24 0.12 0.50

0.45 13.79 0.03 0.12

0.32 11.63 0.03 0.10

0.23 9.86 0.09 0.35

0.36 12.33 0.16 0.67

Totales 1.18 4.803



REGISTRO DATOS AIRES DE TURBULENCIA

40

Anexo 5

CALDERA 1

DIFERENCIAL PRESION (∆P InH2o)

A B C

1 3.3 3.4 3.4

2 0.1 0.4 0.3

3 2.8 2.9 2.9

VELOCIDAD (m/s)

A B C

1 37.52 38.08 38.08

2 6.53 13.06 11.31

3 34.56 35.17 35.17

FLUJO (TON/HR)

Total 7869.8

CALDERA 2


A B C

1 2.4 2.4 2.6

2 0.28 0.3 0.3

3 2.6 2.8 2.3

VELOCIDAD (m/s)

A B C

1 31.99 31.99 33.30

2 10.93 11.31 11.31

3 33.30 34.56 31.32

FLUJO (TON/HR)

Total 7255.9

CALDERA 3


A B C

1 3.4 3.5 3.5

2 0.1 0.4 0.3

3 2.9 3 3

VELOCIDAD (m/s)

A B C

1 38.08 38.64 38.64

2 6.53 13.06 11.31

3 35.17 35.77 35.77

FLUJO (TON/HR)

Total 7979.9

SCF Ltda. registro los flujos de aire de turbulencia en para cada una de las

calderas, con el dámper totalmente abierto



REGISTRO DATOS PRESIONES BAJO PARRILLA

41

Anexo 6

Caldera # 1 2 3

Apertura damper forzado

% 25 50 75 25 50 75 25 50 75

Presion bajo parrilla max.

mmH2O 13 7.1 8.1 5 8 11 5 10 8

Presion bajo parrilla min.

mmH2O -13 -5.6 -0.5 -13 -3 -1 -3 -5 -3



REGISTRO FOTOGRAFICO PANTALLAZOS CUARTO DE CONTROL

42

Anexo 7

Caldera 1

Dámper a 25%

Dámper a 50% Dámper a 75%

Las fotos adjuntas muestran el registro

fotográfico de la condiciones de

operación encontradas para cada uno de

los momentos de la medición con

apertura de dámper forzado a 25, 50 y

75% en la caldera 1.




43

Anexo 7

Caldera 2

Dámper a 25%










44

Anexo 7

Caldera 3

Dámper a 25%











45

Anexo 8 DATOS ORIGINALES PARA REALIZACION DEL PROYECTO

La empresa ECUDOS S.A esta interesada en aumentar la producción de

vapor de estas calderas para incrementar la producción de azúcar para el

año 2015.

Se busca incrementar los valores de flujo, presión y temperatura

acercándose lo mas posible a los valores originales.

Valores

Capacidad /

caldera Presion Temperatura

ton/hr bar °C

Actuales 45 20 300

Esperados 60 23 340

% incremento 33 15 13

En el año 1997, se incorporo un pre-calentador de aire diseñado por la

empresa consultora CIASA, elevándose la temperatura del aire primario de

35°C a 130 °C (+/-10°C). Esto permitió que la capacidad de generación

subiera de 40 a 45 ton/hr.



46


Originalmente la caldera fue diseñada para bagazo con un poder calorífico

de 1850 Kcal/Kg para bagazo con 50% de humedad.

El consumo de este bagazo para generar 60 ton/hr seria de 25.5 ton/hr, con

5 alimentadores cada uno con capacidad de 6 ton/hr, para un máximo de

30 ton/hr.

PROBLEMA ACTUAL

Actualmente están operando los alimentadores hasta lograr una generación

de vapor que equivale al 75% de la capacidad nominal, cuando tratan de

aumentar la alimentación de bagazo e incrementar el aire primario, logran

un leve ascenso de la presión temporalmente para luego caer la presión por

debajo de la original.

ECUDOS ha contratado los servicios de SCF Ltda. para definir la relación

adecuada entre aire primario y alimentación de bagazo, midiendo

simultáneamente todos los parámetros de combustión.



47


Evaluando la capacidad de quema por unidad de área de parrilla

encontramos que el diseño original contempla un calor liberado de

1.359.000 Kcal/hr/m2 (501253 BTU/hr/pie2).

Para lograr esta liberación de calor es necesario que toda el área de la

parrilla este disponible puesto que si solo el 70% del área esta disponible

para quemar la biomasa, solo se podrá quemar el 70% del bagazo nominal.

El manual de la caldera enfatiza la importancia de la distribución de la

biomasa uniformemente sobre la parrilla, utilizando los controles manuales

instalados actualmente.

La realidad actual es que los operadores de la caldera no tienen acceso

continuo a la visualización de la parrilla y por lo tanto a la distribución de la

biomasa. Adicionalmente es físicamente imposible el ajuste continuo

manual de las velocidades de los aires de distribución así como los ángulos

de las platinas de lanzamiento (ver fotos Anexo 2).



48


1.1 Acumulación de Biomasa sobre parrilla

Vista parcial parrilla

destapada

Vista parcial parrilla

con biomasa acumulada

Estas dos fotos tienen como propósito describir el efecto extremo de la

acumulación sobre parrilla por mala distribución neumática de la

biomasa. Esto ocasiona un descenso de la liberación de calor por

unidad de área de parrilla limitando la generación de la caldera.



49


3.1 Parámetros diseño aires y gases de combustión

DIMENSIONES DEL HOGAR

Ancho parrilla m 6.7

Prof. parrilla m 5.2

Superficie parrilla m2 34.78

Altura m 9

Volumen m3 250

DATOS ALIMENTADORES

Flujo max. kg/hr 6000

Flujo min. kg/hr 1200

DATOS GASES Flujo maximo kg/hr 143000

Temperatura °C 224

DATOS INDUCIDO

Vacio mmH2O 132.08

Velocidad RPM 850

Potencia hp ?

DATOS VTF

Marca Chicago

Modelo A40 1/4

Flujo kg/hr 97000

Presion estatica mmH2O 50.8

Velocidad RPM 830

Potencia hp 30

VENTILADOR AIRE

DISTRIBUIDORES

Marca FOUGAL

Modelo HD-57L

Flujo kg/hr 8000

Presion estatica mmH2O 381

Velocidad RPM 2520

Potencia hp 17

VENTILADOR AIRE DE

TURBULENCIA

Marca FOUGAL

Modelo HD-57L

Flujo kg/hr 8000

Presion estatica mmH2O 381

Velocidad RPM 2520

Potencia hp 17

DATOS COMBUSTIBLE

humedad % 50

Poder cal. bruto kcal/kg 1850

Las tablas adjuntas presentan los datos operacionales estándar para las

calderas FIVES - PENHOET, TIPO BR3-36/58 fabricada en 1967, parrilla

viajera con 5 alimentadores.



50


3.2 Datos ofertados por fabricante

Marcha Máxima Continua (MMC)

Pará lograr estos valores, el fabricante establece los siguientes requerimientos:

DATOS OFERTADOS POR FABRICANTE (MMC) Marcha Máxima Continua

Capacidad ton/hr 60 Variación aceptada sobre valores ofertados Presión vapor sobrecalentado BAR 23

Temperatura vapor sobrecalentado °C 340 +/- 10

Consumo bagazo ton/hr 25.5 +/- 0.75

Eficienca % 81 +/- 2

Vacio del Hogar -2 mmH2O

Vacio Salida Caldera -65 mmH2O

Vacio salida economizador -105 mmH2O

Presion max. Aire bajo

parrilla 50 mmH2O

Presion aire dist. bagazo 375 mmH2O

Presión aire turbulencia 375 mmH2O

Temp. Agua entrada econo. 105 °C

Temp. Agua salida econo. 173 °C

Temp. Salida gases caldera 346 °C

Temp. Gases salida econo. 224 °C

CO2 salida caldera 14.5 %



51


RESUMEN FOTOS TOMADAS DURANTE LA INSPECCION

REALIZADA - JULIO 1 2014

Durante la inspección se realizaron observaciones sobre el diseño de las

calderas, tomando fotografías de aquellos lugares donde se van a realizar

mediciones de aires y gases de combustión. También se identificaron

puertos para medir la presión de los aires distribución de biomasa y los

puertos para instalar la cámara de video

2.1 Ducto aire forzado saliendo del precalentador

2.2 Puntos medición presión aires bajo parrilla

2.3 Ventilador, tubos y boquillas para aires de turbulencia

2.4 Ducto salida de gases para mediciones en malla

2.5 Descripción distribuidores neumáticos de bagazo

2.6 Grabación imagen sobre parrilla.



52


DEFINICION DE LA LOCALIZACION

PUERTOS EN DUCTO AIRE FORZADO PARA MEDICION EN MALLA

Estructura instalada para control

de flujo aire bajo parrilla

Definimos el mejor lugar para instalar

los puertos por los que se

introducirán las sondas pitot.

Con esto se medirán 25 valores de

velocidad obteniendo un flujo preciso.



53


PUNTOS PARA MEDICION PRESIONES AIRES BAJO PARRILLA

Las calderas FIVES 1, 2 y 3 cuentan con un punto para medición de la presión

bajo parrilla, la zona izquierda, en la pared izquierda (ver foto 2).

Para medir las presiones en la zona derecha solicitamos se instale una toma

de ½” en la puerta de acceso, ver foto 1.

Foto 1 Foto 2



54


PUNTOS PARA MEDICION AIRE DE TURBULENCIA

Las calderas FIVES 1, 2 y 3 incorporan

ventiladores (foto 1) que inyectan aire frio a los

hogares por la pared trasera a una altura de 70

cm sobre parrilla (foto 3). Los tubos que salen

del ducto principal son mayores que las

boquillas abiertas en el refractario (foto 2).

Foto 1

Foto 3

Foto 2



55


PUNTOS PARA MEDICION

DUCTO SALIDA DE GASES PARA MEDICIONES EN MALLA

Definimos el mejor lugar para los puertos de extracción gases de combustión,

aprovechando que los gases salen alineados del economizador.



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DESCRIPCION VENTILADOR PARA DISTRIBUIDORES BAGAZO

El ventilador que alimenta los distribuidores esta instalado de forma tal en

que descarga directamente al tubo principal que suministra el aire a todas

las válvulas mariposa.



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DESCRIPCION DISTRIBUIDORES NEUMATICOS DE BAGAZO

Durante la visita se fotografiaron los distribuidores neumáticos existentes,

verificando que son manuales.

Volante para ajustar el

ángulo de la platina

para lanzamiento del

bagazo sobre parrilla.

Manija para control

de apertura de la

válvula mariposa

que define flujo de

aire a cada

distribuidor.

Puerto existente

para toma de

presiones detrás

de boquillas



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DESCRIPCION DISTRIBUIDORES PRINCIPALES

Para optimizar la distribución del bagazo sobre parrilla

será indispensable controlar la presión detrás de las

boquillas.

La foto 1 muestra el interior de la caja donde descarga la

válvula mariposa y se alimenta la boquilla que estamos

resaltando con la elipse roja.

Foto 1

Foto 2



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DESCRIPCION POSICIONES PLATINAS DE LANZAMIENTO

PLATINA ABAJO PLATINA ARRIBA

Estas fotos se tomaron para visualizar la gran variación en la posición de las platinas de

lanzamiento vistas internamente desde el hogar. La visualización externa de esta posición

es fundamental para impedir la acumulación excesiva de bagazo sobre algunas zonas de

la parrilla.



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INDICACION EXTERNA POSICION PLATINAS DE LANZAMIENTO

INDICACION EXTERNA

PLATINA DE LANZAMIENTO ARRIBA

INDICACION EXTERNA

PLATINA DE LANZAMIENTO

HORIZONTAL

Estas fotos se tomaron para visualizar la indicación externa de la posición

interna de las platinas para lanzamiento.

Estos indicadores serán utilizados para realizar los cambios de posición en las

platinas buscando optimizar la distribución uniforme sobre parrilla.

Mediciones aires y gases combustión Planta Ecudos ... · Este informe describe la metodología,...

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