Mediciones aires y gases combustión Planta Ecudos - Calderas Fives 1, 2 y 3. Numero pedido ECUDOS: K Junio

(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

(3)

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.

(4)

METODOLOGIA UTILIZADA

SECCION A. REGISTRO DE DATOS

SCF recopilo la siguiente información durante la semana del 22 de Septiembre 2014:

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

(5)

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.

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

(6)

Observación

Esta hoja de calculo servirá para analizar todas las calderas con varios % de aire forzado.

Elaboración hoja de calculo referencia diseño

(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

(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

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 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

(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 Fl u jo A ir e b aj o p ar ri lla (t on /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.

(12)

SECCION C. CONCLUSIONES GENERALES

CURVAS RELACION AIRE – BAGAZO

40 50 60 70 80 90 100 110 120 13 18 23 28 Flujo ai re ( to n /h r) 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 C O (P PM )

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

(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

(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.

(16)

Caldera 3 - Condiciones de máxima capacidad – Dámper 75%

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/Kg 1850 Energia requerida 201834324 KJ/hr Alimentador 1 2 3 4 5 Poder calorifico

KJ/Kg 7746 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. Carbon 2.19 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

(17)

Caldera 3 - Dámper 50%

Anexo 1 HOJA DE CALCULO EFICIENCIA TERMICA

KJ/Kg 7746 RPM 5.3 4.9 4.4 4.4 3.4

Masa aire

Ingenio ECUDOS - Ecuador FIVES Penhoet

Aire bajo parrilla (primario)

kg/hr Aire de distribucion

Aire de turbulencia

Total aire para combustion KJ/kg RPM promedio 4 Ton. vapor / Ton. Carbon 2.07 Kg/hr kg/RPM promedio 4040 ALIMENTACION COMBUSTIBLE m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible

3.5 Entalpia del agua 440.27 Temperatura agua alimentacion

aliment. (kg/hr) 4779 4419 3968 3968 Total combustible consumido (ton/hr) 18099

18099

salida precalentador 11.4 m/s

% CUARTO DE CONTROL: 32%

(18)

KJ/Kg 7746 RPM 3.9 3.8 3.8 3.7 2.2

Masa aire

Aire de turbulencia

Total aire para combustion KJ/kg RPM promedio 3 Ton. vapor / Ton. Carbon 1.98 Kg/hr kg/RPM promedio 4040 m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible

ALIMENTACION COMBUSTIBLE % CUARTO DE CONTROL: 19%

(19)

Caldera 2 – Dámper 75%

HOJA DE CALCULO EFICIENCIA TERMICA

Anexo 1

KJ/Kg 7746 RPM 4.8 4.6 5.5 6.6 5.4

Masa aire

Exceso de aire por O2 45 % 5.1 Aire con 45 % exceso 112308 kg/hr

m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible 3.5 Ton. vapor / Ton. Bagazo 2.05 Kg/hr

Temperatura agua alimentacion Aire bajo parrilla (primario)

kg/hr

FIVES Penhoet

RPM promedio 5

ALIMENTACION COMBUSTIBLE % ALIMENTACION: 62%

(20)

KJ/Kg 7746 RPM 3.3 3.4 3.7 4.9 3.5

Masa aire

Area ducto (m2) 2.25 Medicion de O2 6 %

Aire de turbulencia Total aire para combustion KJ/kg RPM promedio 4 Ton. vapor / Ton. Carbon 2.04 Kg/hr kg/RPM promedio 4040 ALIMENTACION COMBUSTIBLE m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible

aliment. (kg/hr) 3526 3641 3999 5229 Total combustible consumido (ton/hr) 15184

% CUARTO DE CONTROL: 35%

(21)

Anexo 1

KJ/Kg 7746 RPM 2.9 3.1 3.5 4.8 2.7

Masa aire

Aire de turbulencia

Total aire para combustion KJ/kg RPM promedio 3 Ton. vapor / Ton. Carbon 2.02 Kg/hr kg/RPM promedio 4040 m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible

ALIMENTACION COMBUSTIBLE % Alimentacion: 19%

(22)

Caldera 1 – Dámper 75%

KJ/Kg 7746 RPM 4.25 4.50 4.50 4.00 4.50

Masa aire

ALIMENTACION COMBUSTIBLE % ALIMENTACION: 50%

RPM promedio 4

kg/hr

FIVES Penhoet

m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible 3.5 Ton. vapor / Ton. Carbon 2.09 Kg/hr

Temperatura agua alimentacion

(23)

Anexo 1

KJ/Kg 7746 RPM 3.7 3.7 4.1 3.2 3.8

Masa aire

% ALIMENTACION: 31%

5513 5359 6000 4718

Total combustible consumido (ton/hr) 19949

salida precalentador 15.3 m/s KJ/kg RPM promedio 4 Ton. vapor / Ton. Carbon 2.11 Kg/hr kg/RPM promedio 5390 ALIMENTACION COMBUSTIBLE m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible

aliment. (kg/hr) 5359 Energia / Kg vapor 3108 KJ/kg

Aire de turbulencia Total aire para combustion Aire bajo parrilla (primario)

DATOS DISEÑO CALDERA AIRE PARA BIOMASA

(24)

KJ/Kg 7746 RPM 3.3 3.3 3.9 2.8 3.2

Masa aire

Total combustible consumido (ton/hr) 17750

salida precalentador 10.6 m/s Ingreso bagazo / aliment. (kg/hr) 5434 5434 6351 4517 5214 KJ/kg RPM promedio 3 Ton. vapor / Ton. Carbon 2.01 Kg/hr kg/RPM promedio 5390 m3 /kg Aire estandar estequi. Req. / Kg mezcla combustible

ALIMENTACION COMBUSTIBLE % ALIMENTACION: 19% Energia / Kg vapor 3108 KJ/kg

Aire de turbulencia Total aire para combustion Aire bajo parrilla (primario)

DATOS DISEÑO CALDERA AIRE PARA BIOMASA

(25)

REGISTRO FLUJO AIRE FORZADO 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

(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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 18 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -1.5 y +10 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho variaba entre -5 y +8 mmH2O

(27)

REGISTRO FLUJO AIRE FORZADO 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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 33 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -3 y +5 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho variaba entre -4 y +4 mmH2O

(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 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.

(29)

REGISTRO FLUJO AIRE FORZADO Caldera 2 – Dámper al 75% 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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 13 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -2.5 y +8 mmH2O costado izquierdo, mientras que el costado derecho variaba entre -1.3 y +11 mmH2O

(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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 19 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -2.5 y +8 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho variaba entre -2.5 y +8 mmH2O

(31)

REGISTRO FLUJO AIRE FORZADO Caldera 2 – Dámper al 25% 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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 38 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -13 y +5 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho variaba entre -6 y +5 mmH2O.

(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 Damper 50% Damper 75% SCF Ltda. realizó medición en malla de O2 y

(33)

REGISTRO FLUJO AIRE FORZADO Caldera 1 – Dámper al 75% 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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 17 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -0.5 y +7 mmH2O costado izquierdo, mientras que el costado derecho variaba entre -2.5 y +8 mmH2O

(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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 25 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -5.5 y +7 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho variaba entre -3.5 y +4.3 mmH2O

(35)

REGISTRO FLUJO AIRE FORZADO Caldera 1 – Dámper al 25% 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

La presión a la salida del pre-calentador estaba en 41 mmH2O, mientras que la presión bajo parrilla fluctuaba entre -13 y +9 mmH2O costado izquierdo y el costado derecho variaba entre -5 y +13 mmH2O.

(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 Damper 50% Damper 75% SCF Ltda. realizó medición en malla de O2 y

(37)

TABULACION RPM DE ALIMENTADORES SEGÚN % DE ALIMENTACION

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

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.

(38)

SEGÚN % DE ALIMENTACION 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.

(39)

REGISTRO DATOS AIRES DE DISTRIBUCION

Anexo 4

Puert o Punt o Inserc ion 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

(40)

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) CALDERA 2 DIFERENCIAL PRESION (∆P InH2o) 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) CALDERA 3 DIFERENCIAL PRESION (∆P InH2o) 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)

SCF Ltda. registro los flujos de aire de turbulencia en para cada una de las calderas, con el dámper totalmente abierto

(41)

REGISTRO DATOS PRESIONES BAJO PARRILLA

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

(42)

Caldera 1

Dámper a 25%

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)

REGISTRO FOTOGRAFICO PANTALLAZOS CUARTO DE CONTROL

Anexo 7

Caldera 2

Dámper a 25%

(44)

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)

Anexo 8

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 Vista parcial parrilla

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)

Anexo 8

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

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

humedad % 50

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

Temp. Agua entrada econo. 105 °C Temp. Agua salida econo. 173 °C Temp. Salida gases caldera 346 °C Temp. Gases salida econo. 224 °C

(51)

Anexo 8

_{DATOS ORIGINALES PARA REALIZACION DEL PROYECTO} 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

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)

Anexo 8

_{DATOS ORIGINALES PARA REALIZACION DEL PROYECTO} 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.

(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)

Anexo 8

_{DATOS ORIGINALES PARA REALIZACION DEL PROYECTO} 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.

(56)

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.

(57)

Anexo 8

_{DATOS ORIGINALES PARA REALIZACION DEL PROYECTO} 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 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

(58)

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

(59)

Anexo 8

_{DATOS ORIGINALES PARA REALIZACION DEL PROYECTO} 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.

(60)

INDICACION EXTERNA POSICION PLATINAS DE LANZAMIENTO

INDICACION EXTERNA

PLATINA DE LANZAMIENTO ARRIBA PLATINA DE LANZAMIENTO INDICACION EXTERNA

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.