William Manso, Consulta y Diseño. Página 1 de 5

Instalación de Quemadores para Derivados del Petróleo

en Calderas Bagaceras. Notas.

Introducción:

Es frecuente encontrar calderas bagaceras con quemadores o dosificadores para combustibles auxiliares que pueden ser sólidos (carbón, cáscara de arroz…) líquidos (bunker, fuel oil, diesel…) o gaseosos (gas natural, biogás…) Estas notas se refieren básicamente a la quema de derivados del petróleo (DP) con diferentes denominaciones: bunker, fuel oil, gas oil, heavy oil, etc. Los quemadores de DP se instalan para generar vapor en períodos fuera de zafra o cuando se interrumpe el suministro de bagazo. Lamentablemente, también se utilizan como complemento energético si el bagazo no es suficiente, hay alguna dificultad real para su combustión o muchas (la mayoría) de las veces por comodidad, atribuyendo malas condiciones al bagazo, que no son mas que falta de ajustes en los molinos, las calderas o la operación de la fábrica. También, a veces como medio de prevenir caídas de presión, ocasiones en que se queman simultáneamente el combustible auxiliar y el bagazo. En países donde la fibra en caña es menor a 14% y los DP alcanzan precios muy elevados o son muy escasos, hay Centrales Azucareros donde el bagazo alcanza para el proceso y sobra para generar electricidad o parcialmente refinar. Es difícil entender, que, en lugares con 15-16% de fibra no sea suficiente y se requiera combustible adicional.

El bagazo en la boca de la caldera: Los “vacíos” del conductor de bagazo procedente de los molinos se pueden evitar con una adecuada recirculación o retroalimentación de bagazo o cuando el bagazo a las calderas no depende de los molinos sino que es enviado desde un almacén o capacidad intermedia y con silos entre el conductor y el dosificador. No necesariamente con quemadores prendidos todo el tiempo.

William Manso, Consulta y Diseño. Página 2 de 5

Balance energético: El balance energético de la planta puede tener problemas y las pérdidas de calor ser tan elevadas, que hacen insuficiente el bagazo, algunos factores a considerar son:

F a c t o r C a u s a c o m ú n

Desbalance con exceso de escape Vapor de escape sobrecalentado, turbinas ineficientes, esquemas con demasiadas turbinas, vapor vivo con poco sobrecalentamiento, causas operativas, etc.

Desaprovechamiento de condensados

Drenaje incorrecto de líneas de vapor y pérdidas de agua a zanjas, trampas mal seleccionadas, falta de control, esquemas erróneos, fugas de vapor, contaminación de aguas,…..

Falta de aislamiento Aislamiento mal seleccionado, deteriorado, mal instalado

Fugas De vapor, agua, gases o aire caliente.

Problemas mecánicos Consumo exagerado de potencia por excesiva fricción, desgaste, desalineación, sobredimensionamiento, vibraciones y otros

Baja eficiencia de generación de vapor

Entradas de aire atmosférico, poco enfriamiento de gases de escape, excesivo tiro, operaciones incorrectas, mal estado de las calderas o sus equipos auxiliares.

Malas prácticas

Por ejemplo: Mantener las purgas de las turbinas abiertas después de su arrancada, limpiar los hornos innecesariamente o no limpiarlos cuando se necesita, purgar una caldera mientras se limpia otra, descoordinación entre departamentos… y otros.

Quema simultánea:

Quemar DP simultáneamente con bagazo es poco recomendable, entre otras causas por:

• Las dificultades prácticas para dosificar las cantidades correctas de aire hacia cada combustible.

• El gas del bagazo quemado en la parte inferior del horno generalmente, actúa como un extintor de CO2 húmedo alrededor de la llama del quemador.

• La temperatura de la llama de los quemadores supera la de fusión de la ceniza del bagazo y puede formar aglomerados.

William Manso, Consulta y Diseño. Página 3 de 5

Contradicciones de diseño: Para una caldera con combustible líquido, con alto valor calórico y reacción de combustión rápida, conviene tener instalado un economizador para recuperar calor. Para el bagazo, de bajo poder calórico y alta humedad, con reacción de combustión relativamente lenta, conviene calentar el aire. No es una regla, cada caso se analiza diferente, algunos fabricantes y casos de calderas para DP pueden tener calentadores de aire y en calderas bagaceras de alta eficiencia se pueden combinar diferentes esquemas de calentador de aire y economizador. El volumen requerido del horno y conductos internos de gases de una caldera bagacera es mayor que su equivalente en capacidad de combustible líquido. El bagazo, libera mayor volumen de gases con menos temperatura y transmite su calor básicamente por convección. Los DP tienen una llama brillante de alta temperatura, con menos gases, apropiado para transmitir calor por radiación. Es decir, una caldera para DP debe tener un horno con capacidad de absorber radiación y poca convección, para bagazo, es lo contrario. También debe considerarse el costo unitario de la caldera: La siguiente Tabla compara el aire teórico requerido y los gases generados por quemar un kg de Diesel y la cantidad de bagazo para igual liberación de calor. Cantidad de

combustible quemado, kg

Valor calórico bajo, kcal/kg

Aire teórico requerido

m3N (1)

Gases generados

m3N

Temperatura adiabática de combustión,

ºC Diesel 1.0 10,126 11.44 13.31 1987.4 Bagazo 5.988 1,691.0 13.05 18.74 1361.3 (1) m

3N, Metro cúbico normal, a 0ºC y nivel del mar

Es fácil entender que al quemar DP, la caldera para bagazo y sus equipos auxiliares, están sobredimensionados para una misma liberación de calor en el horno. Consecuentemente con lo anterior, la caldera bagacera es mucho mas costosa de adquirir, operar y mantener (dólar/kg de vapor o dólar/kg de acero) y mas voluminosa (m3 por t/h de vapor) que la de DP. A la vez, una caldera bagacera, se deteriora mas intensamente cuando quema derivados de petróleo que cuando quema bagazo porque:

• Los diferenciales de temperatura y velocidades dentro de la caldera son mas pronunciados.

William Manso, Consulta y Diseño. Página 4 de 5

• Hay estratificaciones de flujo en zonas muertas donde se depositan o acumulan los productos de combustión y corrosivos.

• Las condiciones y costo para limpieza y mantenimiento aumentan de dificultad con el tamaño de la caldera.

• En la caldera bagacera hay componentes exclusivos para el bagazo, expuestos a los efectos de la llama del combustible DP (parrillas, esparcidores…)

Otros puntos para el análisis:

1. Si se considera que normalmente se requiere quemar los DP en paradas prolongadas de molienda o durante la refinación cuando la cantidad de vapor a generar es inferior, la caldera trabajará en regimenes de carga parcial o, dicho de otra manera, estará aun mas sobredimensionada lo cual agudiza los desequilibrios de distribución de calor y flujos y aleja la caldera de la zona de máxima eficiencia. Una caldera de alta eficiencia, al operar en carga parcial, puede enfriar los gases por debajo del punto de rocío y formar agentes corrosivos con consecuencias destructivas para las superficies finales (calentador de aire, economizador).

2. Tener una caldera bagacera en operación fuera de zafra, “roba” un tiempo valioso para su mantenimiento. Cuando a una caldera bagacera se le incluyen quemadores, el incremento del costo (quemadores, conductos, nidos de tubos, refractario, pasillos, escaleras, dispositivos de seguridad y mantenimiento….) puede llegar a exceder el costo de una caldera compacta auxiliar, diseñada para el combustible derivado del petróleo, adecuada a la capacidad requerida de los quemadores.

El bagazo es el combustible natural de la industria azucarera. Un Central bien balanceado energéticamente, con las perdidas de calor controladas, debe tener excedentes de bagazo que acumular para paradas cortas, se requiere una operación clificada con la instalación apropiada. Con un esquema de alta eficiencia se puede acumular bagazo para períodos de refinación que dependen de la capacidad de la refinería pero pueden ser suficientes para justificar algunos gastos en tratar el bagazo como combustible y no como residuo, mejorar esquemas o mejorar las calderas. Tampoco es ocioso recordar que los Centrales Azucareros, la mayoría de las veces, se encuentran cerca de fuentes de otras biomasas combustibles, morfológicamente mas cercanas al bagazo que los DP como pueden ser residuos agrícolas, de extracción de aceites, de procesos arroceros, madereros o incluso residuos urbanos.

William Manso, Consulta y Diseño. Página 5 de 5

Hay otras razones, pero, lo anterior parece suficiente para tener separados las dos combustiones o, al menos eliminar los quemadores en las calderas bagaceras.

Lo ideal: Siempre regido por las estrictas leyes de la economía –no del economicismo-- lo que parece mas adecuado es que: Se elimine la práctica de quemar DP simultáneamente en una misma caldera. Retirar los quemadores parece ser la vía segura para evitar que los operadores echen mano, bajo cualquier excusa, a los DP. Como los quemadores y sus accesorios son costosos, mantener varias calderas bagaceras con quemadores, bombas, conducto y demás componentes para quema de DP es, la mayor parte de las veces, mas costoso que comprar una caldera compacta e instalarla en paralelo con las de bagazo. Cuando por razones ciertas (Campañas prolongadas de refinación, regadíos en zonas aisladas, etc.) hay que quemar DP conviene tener calderas compactas, diseñadas y construidas apropiadamente para DP. Alternativamente se puede tener alguna(s) caldera(s) bagacera(s) destinadas a ese fin que cumplan:

Quemadores de alta eficiencia y bajas emisiones.

Superficies de recuperación adecuadas para evitar la corrosión de extremo frío (cold

end corrosion)

Debidamente protegidas para evitar el deterioro de las partes exclusivas del bagazo.

William Manso Enero de 2007