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Agosto de 2011Agosto de 2011Línea Base Línea Base

Central Térmica en ColombiaCentral Térmica en Colombia

LINEA BASECENTRAL TERMICA EN

COLOMBIA

AGOSTO – 2011

Preparado por: Jaime GonzálezAndrés SilvaGabriel Zambrano

Empresa: SCF LTDA

Cel.: 310 688 4136321 371 8334321 371 8291

Correo: [email protected]@[email protected]

11



CONTENIDOCONTENIDO

1. Quemadores…………………………………………….………………………... 3

2. Ejemplos de Modelación CFD ………..………………………………..… 6

3. Definición toma de velocidades aire secundario..…….…….…. 8

4. Anemómetro de alta precisión……………………………………..….… 10

5. Graficas perfil de velocidades aire secundario……………………. 11

6. Evaluación variaciones aire secundario ..…………………………… 12

7. Mediciones Aires primarios en tuberías…………………………. 13

8. Sistema utilizado para medición aire primario …….………….. 14

9. Análisis caracterización para control molino ………………. 15- 17

10. Balance Flujo carbón…………………………………………………………… 18

11. Equipo de medición Carbón Pulverizado - EMCP - …………… 19

12. Importancia del EMCP ……………………………………………………… 20

13. Extracción y análisis in situ de NOx, CO, CO2 y O2..…………… 21

14. Equipo para extracción y análisis de gases……………………….. 22

15. Resultado de pruebas de emisiones …………………………………. 23

16. Análisis de distribuciones emisiones de gases ……..……….. 24-28

17. Material Particulado ………………………………………………………… 29

18. ANEXO A. Propuesta No. 11-441r1

19. ANEXO B. Certificación inquemados

Pág.

22



QUEMADORES QUEMADORES

Se realizaron toma de medidas para elaborar un plano que permita la modelación matemática de flujos.

Imagen original de Manual de Calderas

Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos

33



Plano elaborado con las dimensiones tomadas durante la línea base

Plano original de los quemadores y caja de vientos,

son 2 niveles con un total 6

quemadores


44



INSPECCION Y LEVANTAMIENTO PLANOS QUEMADORES Y CAJA DE VIENTOSINSPECCION Y LEVANTAMIENTO PLANOS QUEMADORES Y CAJA DE VIENTOS

Se inspeccionaron las compuertas (registro aire secundario) dejándolas abiertas para las pruebas de perfil de velocidad

Se tomaron las medidas internas para alimentar el programa CFD (Computerized

Fluid Desing)

55



EJEMPLOS DE MODELACION CFD

- Modelación Quemador Bajo NOx

- Modelación Flujo de Aire secundario en caja de vientos

0 ft/s

150 ft/s


66



- Modelación simultanea aires primarios y secundario

Registers impart swirl to the Secondary air as illustrated by twisted pathlines

Aire Secundario Aire Primario

0 ft/s

150 ft/s


77



Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador.

Se tomaron 24 medidas de velocidad, calculando el promedio y la desviación (+/-) definiendo si el quemador requiere ajuste o no.

Puntos de toma detrás del difusor Gráfica perfil de velocidades

Aire Secundario

Anemómetro

88



DEFINICION PERFIL DE VELOCIDADDEFINICION PERFIL DE VELOCIDAD

Personal de CCA instalando el equipo y registrando los valores de velocidad

Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador

99



SCF Ltda. Adquirió este equipo y

entreno el personal de SCF en la toma

de datos

ANEMOMETRO DE ALTA PRECISION


1010



CCA ELABORO LAS GRAFICAS DE PERFIL DE VELOCIDADES AIRE

SECUNDARIO EN CADA QUEMADOR

Se encontraron variaciones excesivas de aire secundario en los quemadores B2, A2, y A3


1111



Para calcular el flujo en cada quemador multiplicamos cada medida de velocidad por el área correspondiente

a 1/24 del área anular por donde fluye el aire secundario.


EVALUACION VARIACIONES FLUJOS SECUNDARIOS A CADA QUEMADOR

(valores máximos medidos con registradores totalmente

abiertos)

Burners Q [m^3/h] Deviation [%]B1 36937 3.6%B2 36468 2.3%B3 34895 -2.1%A1 34796 -2.4%A2 33721 -5.4%A3 37097 4.1%

promedio flujos

maximos

35600m3/h

1212



MEDICION AIRES PRIMARIOS EN TUBERIAS A QUEMADOR

Se realizaron tomas con el medidor de velocidad flujo Aire/Carbón a 8 puntos transversales en cada tubería

Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores

Posición Completamente Insertado

1313



SISTEMA UTILIZADO PARA MEDICION DE FLUJO DE AIRE PRIMARIO

•El medidor de velocidad es un equipo diseñado paramedir la velocidad del flujo de un gas cargado departículas. (Flujo aire primario + combustible)

• El medidor esta diseñado para ser conectado a unatubería usando un acople de conexión libre de polvo(Dustless Connection DC)

MEDIDOR DE VELOCIDAD FLUJO AIRE/CARBON MEDIDOR DE VELOCIDAD FLUJO AIRE/CARBON


1414



Probe depth [cm]

42.0% 35.0% 25.0%

2.5 15 13 115.5 17 14 139 17 16 13

11.5 18 15 1219 18 17 13

21.5 17 16 1425 17 15 1528 16 16 11

Average 17 15 13PA FAN

[Amperes]168 170 170

Coal bed [mm]

28 31 55

PRIMARY AIR VELOCITY MILL 1, PIPE B3 [m/s]DAMPER POSITION

1715

1310

15

20

25

30

35

40

45

50

25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0%

Air V

eloc

ity [m

/s]

Control Room Damper Position [%]

ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 1 TUBERIA A QUEMADOR B3


42%

35%

25%24%

34%

42%

OBSERVACIONES1. Este pulverizador presenta la peor

respuesta de flujo de los 3 molinos, corroborando las mediciones de bajo O2 correspondientes al costado derecho (ver pg26).

2. Este pulverizador presenta la mejor respuesta del indicador local de posición respecto a la señal del cuarto de control de los 3 molinos.

3. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del damper

RECOMENDACIONES1. Verificar posición de las aletas del damper

contra indicación local, buscando encontrarsi el damper esta quedando mas cerrado delo que el posicionador indica.

2. Cambiar escala de lectura en el DCS parareflejar el porcentaje real de apertura delDamper

Max Vel. Para control de longitud de llama

1515



ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 2


OBSERVACIONES1. La gráfica de control de flujo y las fotos del

indicador local evidencian una falta de respuesta lineal del posicionador a la señal del cuarto de control en mas del 50% del total del recorrido.

2. Se observó una variación de flujo del 85% respecto a la posición inicial con un cambio del 100% en la posición del indicador local

3. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del Damper

RECOMENDACIONES1. Recalibrar el posicionador lubricando sus

componentes para eliminar la observación 1y ajustar aguja para indicar % de aperturareal


42%

POSITIONER INDICATION

42%

35%

25%21%

31%

42%

Probe depth [cm]

42.0% 35.0% 25.0%

2.5 31 27.5 185.5 38 28 17.89 39 27 22

11.5 39 27.4 2119 41 29 23

21.5 41 28.5 2325 41 27 2228 39 25 21


[Amperes]170 170 170

Coal bed [mm]

22 38 29

PRIMARY AIR VELOCITY MILL 2 PIPE B2 [m/s]DAMPER POSITION

39

27

21

10

15

20

25

30

35

40

45

50

25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0%

Air V

eloc

ity [m

/s]



1616



ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 3


42.5%

35%

25%

Probe depth [cm]

42.5% 35.0% 25.0%

2.5 43 27 16.65.5 43 27.6 169 43.1 26 17

11.5 47.4 28.8 1619 47 28.8 17

21.5 46.1 28 16.225 46.7 26 1728 46.4 26 16


[Amperes]170 170 170

Coal bed [mm]

35 35 35

PRIMARY AIR VELOCITY MILL 3 PIPE B1 [m/s]DAMPER POSITION

45

27

16

10

15

20

25

30

35

40

45

50

25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0%Ai

r Vel

ocity

[m/s

]


21%

30%

40%

OBSERVACIONES1. Este pulverizador tiene el mejor control de

flujo de los 3 molinos, 2. La grafica de control de flujo y las fotos del

indicador local evidencian una falta de respuesta lineal del posicionador a la señal del cuarto de control. Se presenta un retraso del 16% máximo respecto a la caracterización lineal

3. Se observó una variación de flujo de 181% respecto a la posición inicial con un cambio del 100% en la posición del indicador local

4. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del Damper

RECOMENDACIONES1. Recalibrar el posicionador lubricando sus

componentes para eliminar la observación 1y ajustar aguja para indicar % de aperturareal


PL


1717



BALANCE FLUJO DE CARBONBALANCE FLUJO DE CARBON

Para el balance de flujo de carbón se utilizó un equipo similar al ROTOR PROBE que cumple la norma ISO 9931 Se extrajo el carbón

isocineticamente por un tiempo determinado, se peso el carbón y se comparó con las demás tuberías para determinar el flujo de carbón.

Día 4. Balance Flujo Carbón

1818



EQUIPO DE MEDICION, EXTRACTOR DE MUESTRA EQUIPO DE MEDICION, EXTRACTOR DE MUESTRA PARA CARBON PULVERIZADO PARA CARBON PULVERIZADO –– EMCP EMCP ––

SCF LTDA posee este equipo y ha

estado capacitando su personal para

ofrecer un servicio

profesional a las centrales en

Colombia


1919



IMPORTANCIA DEL EXTRACTOR DE MUESTRAS PARA IMPORTANCIA DEL EXTRACTOR DE MUESTRAS PARA CARBON PULVERIZADO CARBON PULVERIZADO –– EMCP EMCP ––

1.1 Acople extracción sin polvo 1.2 Sonda de muestreo1.3 Ciclón separador de muestra1.4 Botella para recolectar muestras1.5 Manguera extracción aire del ciclón1.6 Tablero de control con PLC, báscula, filtros, ventury con

sensor de presión diferencial para ajustar flujo isocinetico1.7 Cable de control a cabezal rotatorio 1.8 Cable suministro energía.1.9 Manguera aire para barrido de barrido en acople

extracción sin polvo.

.

El EMCP permite cumplir y exceder los requerimientos de la norma ISO 9931 la cual especifica 4 minutos de muestreo con

4 boquillas localizadas radialmente a distancias exactas determinadas previamente según el diámetro interno de la

tubería que conduce el aire y carbón pulverizado.


2020



EXTRACCION Y ANALISIS IN SITU DE LAS EMISIONES: EXTRACCION Y ANALISIS IN SITU DE LAS EMISIONES: NOxNOx , CO, CO2 Y O2 , CO, CO2 Y O2

El personal de CCA con el equipo TESTO propiedad de SCF Ltda. realizaron

pruebas de emisiones de NOx, CO, O2 y CO2 con 9

sondas colectoras instaladas por SCF

Día 5. Toma medidas emisión de gases

2121



EQUIPO PARA EXTRACCION Y ANALISIS DE GASESEQUIPO PARA EXTRACCION Y ANALISIS DE GASES

SCF Ltda. cuenta con el equipo TESTO 350 el cual mide in situ, con alta precisión la concentración de éstos gases.


El equipo TESTO se calibró en las instalación de SCF Ltda. para validar los sensores de NOx en condiciones

atmosféricas y de altura de Bogotá 2222



RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE EMISIONES


Las mediciones de NOx, CO, O2 y CO2 , se realizaron en 9 puntos simultáneamente permitiendo identificar la

estratificación y/o concentraciones de cada gas en el ducto de entrada al economizador

Vista de planta presentando la localización de las bridas que soportan sondas de muestreo

1 2 3

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C375% 416 458 479 435 468 458 415 475 415100% 622 759 755 698 760 801 716 751 75875% 3.2 2.75 4.65 3.45 2.38 5.25 415 3.4 6.6100% 6.55 4.32 4.86 5.21 4.22 3.84 4.5 3.96 3.5775% 38 55 48 88 265 186 164 317* 221100% 30 24 23 15 18 13 10 10 1275% 9.9 10.17 9.14 9.86 10.4 8.95 9.5 9.95 8.15100% 8.04 9.28 8.98 8.79 9.34 9.55 9.18 9.49 9.7

75%100%

% CARGA

* En este punto se observaron considerables variaciones en la medicion.

17.96LOI% 11.51

PUNTOS DE MUESTREO

NOXppmO2%

COppmCO2

%

GASES

2323



ANALISIS DISTRIBUCION DE NOx EN DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR

NOx [PPM] - 100% LOAD

622

759 755

698

760

801

716

751758

600620640660680700720740760780800820

1 2 3

NO

x [P

PM]

Sampling points

LEVEL A

LEVEL B

LEVEL C


B1 B2 B3

A1 A2 A3

C1 C2 C3

Variaciones respecto al centro Nivel A: -17% (costado izquierdo), Nivel B: +5% (costado derecho)

OBSERVACIONES:Los valores de NOx en la posicion A1, 17 % por debajo del promedio en el centro concuerdan con el incremento del O2 libre en esta zona.

2424




B1 B2 B3

A1 A2 A3

C1 C2 C3

O2 [%] - 100% LOAD

6.55

4.32

4.865.21

4.22

3.84

4.5

3.96

3.57

3

4

5

6

7

1 2 3

O2

[%]

Sampling points

LEVEL A

LEVEL B

LEVEL C

Variaciones respecto al centro Nivel A: +51% (costado izquierdo), Nivel C: -11 % (costado derecho)

ANALISIS DISTRIBUCION DE O2, CARGA AL 100%.DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR

OBSERVACIONES:Se presenta una estratificación vertical que corresponde a la estratificación vertical del CO (ver siguiente pagina). Al parecer, por ingresos parásitos de aire a través de las paredes sobre el nivel superior de quemadores.

2525



ANALISIS DISTRIBUCION DE CO CARGA AL 100%.DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR


B1 B2 B3

A1 A2 A3

C1 C2 C3

OBSERVACIONES:Es evidente la estratificación vertical de CO, ocasionada por la combustión incompleta.El primer nivel de quemadores presenta una combustion mas completa que el segundo nivel

Variaciones respecto al centro Nivel A: +66% (costado izquierdo), Nivel C: -45 % (costado derecho)

CO [PPM] - 100% LOAD

30

24 23

1518

1310 10

12

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3

CO [P

PM]

Sampling Points

LEVEL A

LEVEL B

LEVEL C

2626



ANALISIS DISTRIBUCION DE CO2, CARGA AL 100%.DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR


B1 B2 B3

A1 A2 A3

C1 C2 C3

OBSERVACIONES:Corroborando los datos de O2 y CO en las páginas anteriores se observa que los quemadores de nivel inferior (C) presentan una combustión mas completa que el nivel superior (A).

Variaciones respecto al centro Nivel C: +3% (costado derecho), Nivel A: -14 % (costado izquierdo)

CO2 [PPM] - 100% LOAD

8.04

9.288.98

8.79

9.349.55

9.18

9.499.7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

1 2 3

CO2

[PPM

]

Sampling points

LEVEL A

LEVEL B

LEVEL C

2727



COPIAS DE IMPRESIONES PARA CADA PUNTO COPIAS DE IMPRESIONES PARA CADA PUNTO DE EMISION DE EMISION


2828



MATERIAL PARTICULADOMATERIAL PARTICULADO

Para material particulado se realizó la prueba con un sistema de bomba de vacio y se hizo pasar la muestra

de aire por un filtro que retuviera una cantidad de partículas de carbón en un tiempo establecido,

posteriormente se retira el filtro y se toma la muestra de carbón


2929



ANEXO BANEXO BCERTIFICACION INQUEMADOSCERTIFICACION INQUEMADOS

3030



Description Presion Domo

Temperatura A.A.C.

Nivel Carbon Pulv 2-1

Temperatura Pulv

2-1

Presion Interna Pulv 2-1

Nivel Carbon Pulv 2-2

Temperatura Pulv 2-2

Presion Interna Pulv

2-2

Units kg/cm2 oC mmH2O oC oC mmH2O oC oC

Hour

12:00 54.30 207.07 9.04 67.15 160.79 26.98 67.15 224.6713:00 51.47 190.90 3.62 69.78 28.66 28.28 69.78 217.7614:00 49.82 176.75 3.27 62.88 31.55 31.94 62.88 223.6115:00 48.99 171.75 3.27 58.64 30.53 30.38 58.64 294.10

DescriptionNivel

Carbon Pulv 2-3

Temperatura Pulv

2-1

Presion Interna Pulv 2-3

Temperatura de

Gases Salida

Temperatura de Aire Caliente

Temperatura Gases

Hogar

Oxigeno a la entrada

del pptr

Units mmH2O oC oC oC oC oC %

Hour

12:00 26.17 74.05 233.16 389.26 319.85 900.84 5.3813:00 23.70 66.58 211.72 360.57 279.87 855.61 7.0514:00 2.52 69.35 204.38 333.98 250.35 790.19 8.8815:00 0.52 72.94 211.07 326.41 230.96 748.34 9.40

REPORTE DE OPERACION UNIDAD 2 - VALORES PROMEDIODATOS OPERATIVOS OBTENIDOS DEL DCS DURANTE EL 19 DE

AGOSTO/2011 (horas coinciden con el horario de toma de datos de emisiones)

3131





Description Oxigeno F lujo de Vapo r

F lujo A gua A lim

C aldera

F lujo de A ire

N ivel del D o mo

P resio n H o gar

P resio n C abezal

T emperatura de Vapo r

Units % t/h t/h t/h mmH2O mmH2O kg/cm2 oCHour12:00 0? 153.41 135.36 175.39 -0.23 -4.44 51.25 477.6513:00 0? 109.54 99.38 143.30 -1.94 -3.59 49.72 475.3614:00 0? 79.77 70.94 125.00 0.63 -3.89 49.11 475.2915:00 0? 73.87 64.62 124.72 0.08 -3.83 48.21 478.53

DescriptionN ivel del

D esaireado r

P resio n D esairea

do r

P resio n B A A C

P resio n VA P

F lujo de A temperaci

o n

Eficiencia de la

Unidad

Emisiones de

Material ParticuladUnits cm kg/cm2 kg/cm2 mmH2O t/h % mg/m3

Hour12:00 163.99 4.09 82.43 414.17 3.07 60.82 207.5213:00 161.72 2.91 84.23 395.59 0? 60.82 125.9214:00 164.07 2.08 85.63 383.83 0? 60.82 83.4215:00 164.78 1.90 86.21 448.76 0? 60.82 85.73

3232





DescriptionGases Salida

C himenea

T emp A co ple VT F

T emp Libre VT F

T emp A co ple

VT I

T emp lado Libre VT I

T emp A co ple

VA P

T emp lado Libre VA P

T emperatura B A C 2 -1

Units oC oC oC oC oC oC oC oC

Hour

12:00 191.84 59.66 43.38 67.16 61.68 57.50 81.05 39.2313:00 181.85 59.66 43.70 67.16 62.59 57.57 81.35 40.2214:00 172.35 60.68 43.70 67.16 62.90 58.53 82.07 40.8315:00 165.16 60.69 43.70 66.40 62.90 58.88 84.18 41.41

DescriptionT empera tura B A C

2-2

F lujo de Vapo r P res

P resio n del C o ndensad

o r

T empera tura Vapo r

C arga Unidad

Units oC t/h kg/cm2 mmHg oC MW

Hour

12:00 0? 148.80 57.10 0? 447.46 33.6413:00 0? 106.91 55.06 0? 447.34 24.2114:00 0? 80.38 54.44 0? 445.96 17.4515:00 0? 75.38 53.70 0? 447.48 15.91

3333

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