Operación de Calderas

Jorge Castillo Guzmán

Generadores de VaporOBJETIVOS

Generar Vapor de Agua a distintas presiones y temperaturas con la mejor calidad según los requerimientos específicos del servicio.

Entregarlo a una red de distribución y consumos, en el punto óptimo de operación, en forma oportuna, al mejor costo de producción y a la máxima eficiencia del equipo.

Producir el vapor en forma limpia desde el punto de vista de la higiene ambiental, y segura para el personal de la industria y la población.

Transporte de combustibles

Combustión

Transferencia de Calor

Evacuación de gases

Etapas de la Generación de Vapor

Transporte de Vapor Consumo

Importancia relativa de las Etapas

5% Transporte de CombustiblesBombas

20% CombustiónAire

20% Transferencia de CalorIncrustación

5% TransporteAislaciónFugas

50% ConsumoIntercambiadores de CalorFugasTrampas de vaporRetornos de Condensados

Tipos de Calderas

Circulación de los Fluidos :

Acuotubulares y Pirotubulares

Posición de los Tubos :

Verticales y Horizontales

Forma de los Tubos:

Rectos y Curvados

Pirotubulares: Incrustación, Convección , Radiación

Acuotubulares: altas presiones, altos consumos, altos rendimientos

Horizontales, situación óptima operación y construcción

Verticales, ahorro de superficie de piso

Tubos Rectos:

Situación habitual, optima con respecto a una fuente de calor estable

Tubos Inclinados o Curvados:

Mayor recuperación de Calor

Convección Forzada:

Gases limpios de baja Temperatura

Materiales para Calderas

Estructurales y de Transmisión:

Código ASME sección II, Fierro fundido y Aceros

Aislantes:

Elementos en contacto con la combustión y no con el agua, materiales refractarios

Elementos en Contacto con agua y vapor, y con el ambiente o elementos externos

a la caldera, materiales aislantes:

acolchadas, como lana de vidrio o lana mineral,

a granel, tierras, fibras de asbesto, silices aerogel.

Bloques de Asbestos.

QUEMADORES

Carbón Pulverizado, fuel, gas

Carbón pulverizado: molino y corriente de aire de ventilador

Fuel: Mezcla con aire y atomizado, combustión completa con exceso de aire mínimo atomización por aire, gas o Vapor desde 1,75 a 7 Kg/cm2 relativos, atomizador a vaporhasta 3.785 l/hr de fuel. Atomización por medios mecánicos (bombas de Pistón) 14 a 17 Kg/cm2 hasta 18.925 l/hr.

Gas: Para bajas presiones hasta 0,28 Kg/cm2 relativa. Quemador de orificios múltiples.

Quemadores intercambiables para 18 ton/hr 30 min.

Quemadores duales, simple ajuste manual.

SET DE CONTROL EN CALDERAS DE VAPOR

Control por nivel de Agua

Control por encendido del Quemador

Control por Presión de trabajo

Válvula de Evacuación

ELEMENTOS DE CONTROL

Transferencia de Calor en Calderas

hg

hl

K

Tg

Tl

e

Vg

Vl

lnTAUQ

)/1//1(1

lg hkehU

KLh

Nu

nBNu Re 699,0

16,0

B

n

EFICIENCIA DE CALDERAS

La eficiencia combinada de la caldera, del fogón y el quemador, es la relación entre el calor que absorben el agua y el vapor de la caldera con respecto al agua de alimentación por unidad de valor calórico de combustible combustionado.

SO

HCmta 32,4)8

(5,345,11

)100

(769,0)(12

282

2

r

rrffaa

mCmCm

COCON

m

100)( xta

taaaa

mmm

E

Relación óptima de Aire

mta= masa teórica de aire

maa= masa real de aire

mf = masa de combustible quemado

Cf = Carbono Combustible según analisis elemental (%)

mr = masa del residuo procedente del combustible

Cr = Carbono contenido en el residuo (%)

NOMENCLATURA

Recomendaciones para obtener un buen rendimiento y buen análisis de gases

Verificar el correcto funcionamiento de la bomba inyectora de petróleo

Revisando la Presión de inyección, consultar el catálogo del quemador sobre la Presiónóptima, y conectar un Manómetro en el lugar de testeo indicado. Una baja Presión de inyección ocasiona excesos de aire mayores a los normales, debido a que pasa una menorcantidad de combustible en relación al aire de combustión.

Limpieza de Boquillas y Conductos

Limpiar las boquillas y conductos de cobre y bronce que llevan el petróleo desde la bomba inyectora a las boquillas (con pelillos de alambre de cobre para las boquillas y con alambrede cobre para los conductos)

Verificar el estado Físico del Damper en la Chimenea

Luego de algunos años la corrosión los va deteriorando, llegando incluso a quedarsolo la palanca de giro, por lo cual no cumple su misión fundamental que es regular el tiraje del medio especialmente en chimeneas altas.

Exceso de aire en la Combustión

De acuerdo al tipo de combustible y al tipo de quemador existe un exceso de airerecomendado para la combustión. Para tener un quemador a petróleo en buenascondiciones de combustión este no deberá sobrepasar el 20% de exceso de aire, no siendo recomendable excesos menores a un 5%, en que se esta cerca del límite en que se produce ahogamiento o bien una mezcla muy rica (mucho combustibley poco aire)

La regulación del exceso de aire se logra de la siguiente manera:

a) Disminuir el exceso de aire:

Aumentar Presión de inyección, para que pase más combustible, o bien cerrar el

paso del aire, cerrando el damper que regula la entrada de aire al quemador (nunca

cerrar completamente pues se origina ahogo con emisión de humos negros)

b) Aumentar exceso de aire

Basta con abrir el paso de aire del quemador, o bien regular el damper inducido

ubicado en la chimenea. Si esto no da resultado se deberá disminuir la Presión de

inyección de la bomba en un rango que no sobrepase un 10% la Presión de inyección

recomendada por catálogo.

Estas recomendaciones son válidas solo para quemadores presurizados, quedando

fuera los quemadores atmosféricos que no poseen sistema de regulación de aire.

Para un correcto funcionamiento del quemador no debería existir un exceso de aire sobre el 20%, aún cuando en la práctica se puede llegar hasta un 30% de excesoen buen funcionamiento del equipo.

Chimeneas sobre 15 m

En este caso es muy importante el tiraje inducido, producido por la chimenea, ya que al estar muy abierto, aunque tengamos exceso de aire de 20%, la succión de la chimenea ahogará la llama al aumentar al aumentar el caudal de aire.

Equipos sobre 2.000 y 3.000 m.s.n.m.

En el caso de equipos instalados en alturas debe tenerse en cuenta las correcciones a los valores correspondientes a la concentración de Oxígenos en el aire (no es 21%).

Para la verificación del exceso de aire deberán conocerse los 3 productos principales dela combustión , Monóxido de Carbono (CO), Dióxido de Carbono (CO2) y Oxigeno (O 2), esto solo debe hacerse con analizadores de gases continuos con celdas electroquímicas que entregan una respuesta inmediata del estado de la combustión y se debe regularrespecto al Monóxido de Carbono.

Quemadores de gas

El procedimiento de regulación de exceso de aire, para quemadores de gas, esel mismo , pero en vez de bomba de inyección tenemos un sistema que regulael paso de gas hacia los inyectores (no hay boquillas). En este caso el excesomáximo de aire recomendado es 10%.

Estos procedimientos deben ser realizados por personal con experiencia enmantención de quemadores, ya que una mala maniobra podría producir fallas mayores a las que se intenta solucionar. La mayoría de los quemadores modernos son automáticos por lo que su regulación es compleja.

Se recomienda llevar un registro de las condiciones del quemador en las condiciones óptimas de operación y mantenerlas durante el período en que no se realice unamantención o modificación mayor, como cambio de piezas importantes.

En nuestro país la mayoría de las Calderas posee quemadores adaptados, ya sea por cambio de combustible, antigüedad u otros motivos. Lo que trae como consecuencia cambios en las condiciones de combustión.

Regular el exceso de aire depende de:

a) Buen estado del damper inducido (Chimenea)b) Condiciones atmosféricas del lugarc) Buena mantención de filtros de petróleo, boquillas, bombasd) Poseer el valor de la Presión de inyección óptimo del equipoe) No sobrepasar las 100 ppm la Concentración de Monóxido de Carbono (CO) diluido.f) Si se está trabajando con llama alta o llama mínima (el 20% de exceso de aire se calcula a plena carga)g) Que la caldera sea hermética y no existan entradas de aire falsas (transformaciones)h) Que el combustible utilizado sea conocido y certificado (test rápidos)j) La elección del punto de Medición de exceso de aire deberá ser lo más próxima a la cámara de combustión (a la entrada de la chimenea, mínimo 2 diámetros internos hacia arriba)

El buen funcionamiento de una cámara de combustión siempre dependerá de la mantención . En la región metropolitana existe una normativa que obliga a realizarlatrimestralmente en calderas de funcionamiento anual, y durante el transcurso de estos4 períodos, ir verificando que se mantengan los parámetros óptimos de combustión, antes mencionados:

Presión de inyecciónApertura del damper inducido (marca graduada)Apertura damper forzado (Quemador, traen graduación)Analizar los gases de combustión cada 4 meses.

PRODUCTOS DE COMBUSTION