CALDERASCALDERAS

GENERALIDADESGENERALIDADES

Subdirección de calidad del aire, auditiva y visual

Bogotá D.C., Marzo de 2010

¿¿Que es una caldera? Que es una caldera?

ES UN RECIPIENTE A PRESION DISEES UN RECIPIENTE A PRESION DISEÑÑADO PARA GENERAR VAPOR DE ADO PARA GENERAR VAPOR DE AGUA, ABSORBIENDO EL CALOR LIBERADO EN LA COMBUSTION DE UN AGUA, ABSORBIENDO EL CALOR LIBERADO EN LA COMBUSTION DE UN COMBUSTIBLE O TAMBIEN DE GASES CALIENTES PROVENIENTES DE UN COMBUSTIBLE O TAMBIEN DE GASES CALIENTES PROVENIENTES DE UN

PROCESO EXTERNO O DE ELEMENTOS ELECTRICOSPROCESO EXTERNO O DE ELEMENTOS ELECTRICOS

PARTES DE UNA CALDERAPARTES DE UNA CALDERA

PARTES DE UNA CALDERAPARTES DE UNA CALDERA

�Partes de presión, incluyendo superficies de calentamiento

�Conexiones para entradas y salidas tanto de agua como vapor

�Hogar

�Conexiones para el manejo de aire y gases

�Aislamientos y refractarios

�Soportes estructurales

�Estructura de soporte para el equipo de combustión y auxiliares

�Tapas para inspección y accesos

�Válvulas y accesorios

�Sistemas de control

�Chimenea

CAPACIDAD DE PRODUCCION DE UNA CALDERA

• La capacidad de generacion de vapor se da frecuentemente en libras de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energia, este sistema no mide exactamente la energia producida.

• Por lo anterior la capacidad de una caldera de vapor se expresa mas concretamente en forma de calor transmitido a traves de sus superficie en BTU/Hora

• Para unidades pequeñas se utiliza el concepto de caballo de calderas o o BHP (Boiler Horse Power), EL CUAL EQUIVALE A 33.475 BTU/h definido por la ASME en el año de 1889.

TIPOS DE CALDERASTIPOS DE CALDERAS

PIROTUBULARESPIROTUBULARES

�� CAMARACAMARA

�� PARRILLAPARRILLA

ACUATUBULARESACUATUBULARES

��CIRCULACION NORMALCIRCULACION NORMAL��CIRCULACION CONTRALADACIRCULACION CONTRALADA

��CIRCULACION FORZADACIRCULACION FORZADA

CALDERAS PIROTUBULARESSe denominan pirotubulares por que los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera.

PRINCIPIO

El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión de calor por radiación, y los gases resultantes, se les hace circular a través de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor por conducción y convección.

CALDERA PIROTUBULARCALDERA PIROTUBULAR

CALDERAS PIROTUBULARESCALDERAS PIROTUBULARES

�� Se fabrican en capacidades que van desde 1 BHP hasta Se fabrican en capacidades que van desde 1 BHP hasta aproximadamente 900 BHP, en unidades estandarizadas de 5, 10, 20aproximadamente 900 BHP, en unidades estandarizadas de 5, 10, 20, 40, , 40, 100, 200 y mas BHP.100, 200 y mas BHP.

��Las presiones de operaciLas presiones de operacióón mn máás comunes son de 150 Psi y 250 Psi s comunes son de 150 Psi y 250 Psi aun cuando pueden trabajar a presiones mas bajas.aun cuando pueden trabajar a presiones mas bajas.

��Son de bajo costo ya que su fabricaciSon de bajo costo ya que su fabricacióón es muy sencilla y se utilizan n es muy sencilla y se utilizan para quemar combustibles gaseosos, lpara quemar combustibles gaseosos, lííquidos y squidos y sóólidos lidos

CALDERAS ACUATUBULARESCALDERAS ACUATUBULARES

�En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la caldera.

�Constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y refractario, o solamente refractario, en el cual se produce la combustión del combustible y constituyendo la zona de radiación de la caldera.

�Cuando se requieren presiones superiores a 300 Psi se hace indispensable la utilización de las calderas acuatubulares aun cuando pueden operar des de 120 Psi en adelante.

CALDERAS ACUATUBULARESCALDERAS ACUATUBULARES

�Las capacidades de estas calderas se acercan a los 10 millones de libras por hora y presiones de 2500 Psi.

�Las capacidades de estas calderas no se acostumbran a medirlas en BHP, normalmente se expresan en lb/hr de vapor producido o en MBTU/HORA

CALDERAS ACUATUBULARESCALDERAS ACUATUBULARES

COMBUSTIBLES COMBUSTIBLES

TEORIA BASICA DE COMBUSTION TEORIA BASICA DE COMBUSTION

COMBUSTIBLES PARA CALDERAS:

�CARBON

�FUEL OIL

�CRUDO DE RUBIALES

�COMBUSTOLEOS

�GAS NATURAL

�PROPANO

�BAGAZO

�RESIDUOS VEGETALES

CARBONES CARBONES -- ANALISIS ANALISIS

ÁREA FUENTE

ANALISIS PROXIMO

�Humedad�Materia volátil �Carbono fijo�Cenizas �Poder calorífico

CARBONES CARBONES -- ANALISIS ANALISIS

ÁREA FUENTE

ANALISIS ULTIMO % EN PESO DE

�CARBONO�HIDROGENO�OXIGENO�NITROGENO�AZUFRE�HUMEDAD�CENIZAS

ANALISIS TIPO CARBON MINA CUNDINAMARCAANALISIS TIPO CARBON MINA CUNDINAMARCA

Promedio MPromedio Mááximo Mximo Míínimonimo

ÁREA FUENTE

Humedad,% 1.2 1.5 0.11

Volátiles 32.6 36.2 30.5

Cenizas 8.7 10.4 6.4

Azufre 0.64 1.0 0.45

Poder Calórico, Cal/gr 7.781 8219 7538

COMBUSTIBLES LIQUIDOS COMBUSTIBLES LIQUIDOS PROPIEDADESPROPIEDADES

ANALISIS ULTIMO

Gravedad API.Poder calorífico.ViscosidadPunto de escurrimientoPunto de inflamaciónAguaSedimentosRelación H/C

ESQUEMA BASICO DE COMBUSTION ESQUEMA BASICO DE COMBUSTION

AIRE COMBUSTIBLE GASES SECOS

O2

N2

H2O

CHONSW

CO2COO2N2

SOXNOX

Vapor de agua

PTS

FUNDAMENTO DE COMBUSTION FUNDAMENTO DE COMBUSTION � La combustión puede ser definida como la combinación química

rápida del oxigeno con elementos combustibles.� Los tres elementos químicos mas importantes en la combustión son :

Carbono – Hidrogeno - Azufre � El azufre aunque como fuente de calor no tiene mucha importancia ,

su incidencia se debe a los problemas generados por emisión de Óxidos de azufre y por lo tanto corrosión en los equipos de combustión.

� El aire es la principal fuente de oxigeno para la combustión tanto para calderas como hornos de diferentes tipos.

� El objetivo de una buena combustión es liberar todo el calor, tratando de minimizar perdidas debido a las imperfecciones de combustión y aire falso en el sistema.

� Lo anterior se consigue mediante la regla de las tres tes suficiente temperatura de inicio, turbulencia que permita mezcla entre el oxigeno combustible y tiempo suficiente para completar la combustión

Concentración en los gases de combustión para optimo desempeño

APLICACIONES TIPICAS DE LAS CALDERAS

Combustible % O2 % CO2 Exceso de aire %

Eficiencia %

Gaseoso (1 -2) %

(11,9 -12,3) %

(5-10)%

(85.2-85.4)%

Fuel Oíl (2-6) (2 -3) %

(15,4 -15,8) %

(10-15)%

(89,0-89,2) %

Carbón (Stoker) (3.5 -5) %

(17,2-17,4) %

(20-30)%

(81,0-82,0)%

Carbón (Pulverizado(

(3 -3.5) %

No Disponible

(15-20) %

(85,0-86,5)%

APLICACIONES TIPICAS DE LAS CALDERAS

� Para el Monóxido de carbono : la Steam, Its Generation and use. Babcok & Wilcox, 40 Ed., 1992 (Generación de vapor y su uso) el rango de medición recomendado para una buena operación de calderas debe estar entre un 150 ppm a 400 ppm.

APLICACIÓN A PARTIR DE UN ANALISIS DE COMBUSTION EN CALDERA

Nombre de la planta Acabados

Informales

Fecha Diciembre de 2008

localización Caldera Proyecto Revisión calderas

Operador SDA – Jorge

Toro

Puertos usados 1

Tipo de combustible Carbón Mineral Factor mínimo

Combustión

1.083

Factor

máximo

1.230

Analizador ECOM –A- PLUS Chequeado

antes

SI Después SI

Tiempo Dióxido de carbono% CO2

Oxigeno%O2

Monóxido de carbonop.p.m CO

Nitrógeno% N2

09:49 3,2 17,4 2404 79,409:52 3,4 17,2 2959 79,409:55 3,6 16,9 3241 79,5

Promedios 3,4 17,2 2868 79,4Factor de combustión 1.1%Porcentaje Exceso de aire 451.31

CASO DE APLICACIÓN COMBUSTION

Tiempo Dióxido de Azufre)mg/m3

Monóxido de carbonomg/m3

09:49 24 2805

09:52 133 3452

09:55 281 3781Promedios

146 3346

Gracias