Balance térmico de una caldera de vapor[1]

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  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    1/13

    Tecnologa Energtica 1

    Balance trmico de una calderade vapor

    Manuel Celso Jurez Castell

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    2/13

    Tecnologa Energtica2

    Calores Calores entrantes:

    Combustin Calor sensible del combustible Calor sensible del comburente (aire) Calor sensible del agua de alimentacin

    Calores salientes: Calor de los gases hmedos de la combustin

    Calor de inquemados Radiacin y conveccin Purgas Calor til

    Tecnologa Energtica3

    Kg/h14.000Retorno decondensados

    Kg/h36.188Caudal de humos de lacombustin

    Kcal/kg665,6Entalpa del vaporIB4ndice de Bacharach

    Kg/h22.115Produccin de vaporC296Temperatura de humos

    Kcal/kg193,6Entalpa agua depurga

    p.p.m.1.350Porcentaje de CO

    Kg/h3.200Caudal de purga%10,94Porcentaje de CO2

    C59Temperatura aguaalimentacin

    %7Porcentaje de O2

    Kp/cm212Presin de servicio%48Exceso de aire

    C15Temperaturaambiente

    C15Temperatura aire

    Kcal/h m2 C0,025Coeficiente medio detransmisin total

    Kg/h34.412Caudal aire

    C31Temperaturasuperficial

    C80TemperaturaCombustible

    m2260Superficie total deradiacin

    Kcal/kg9.600(PCI)h

    Kcal/kg C0,243Calor especficomedio de los humos

    Kg/h1.767Consumo de fuel-oil

    UnidadDatosConceptoUnidadDatosConcepto

    Datos

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

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    Tecnologa Energtica4

    Q1 = Calor de combustin

    Q2 = Calor sensible del combustible

    Q3

    = Calor sensible del comburente (aire)

    Q4 = Calor sensible del agua de alimentacin

    Q5

    = Calor de gases de combustin

    Q6 = Calor de inquemados

    Q7 = Calor de radiacin + conveccin

    Q10 = Otros calores

    Q1 = F(kg/h) (PCI)h(kcal/kg)

    Q2

    = F c(kcal/kg C) (tc -tb)

    Q3

    = F Ga(kg/kg comb) Ca(kcal/kg C) (ta - tb)

    Q4 = Ma(kg/h) ha(kcal/kg)

    Q8

    = P(kg/h) hp(kcal/kg)

    Q7 = h S (tp - tb)+4,8 . 10-8e S (Tp4- Tb4)

    Q8 = Calor de purgas

    Q5 =F Gf(kg/kg comb) Cg(kcal/kg C) (tg -tb)

    QO

    CO CH OP F PCI h6

    2

    21

    21 3100 1000 65 100=

    + +

    ( )

    ( ) ( ) ( ) ( )

    Q9

    = Calor til

    Q9

    = W(kg/h) hv(kcal/kg)

    CALDERA

    Balance Trmico

    EW hv ha

    F PCI h=

    ( )

    ( )Rendimiento (Eficiencia)

    Balance Trmico

    Tecnologa Energtica5

    Calor de los gases de combustinQ5 = F. Gt(kg/kg combust.) . Cg. (tg tb)Q5 = 1.767 . 20,48 . 0,25 . (296 15) = 2.542.218 kcal/hCalor inquemados

    = 627.638 kcak/h

    Calor de radiacinQ7 = 4,8 . 10-8 . e. S. (Tc4- Tb4)Q7 = 4,8 . 10-8 . 0,09 . 260 . (3044 - 2884) = 328 kcal/hCalor de purgasQ8 = P(kg/h) . hp(kcal/kg) = 3.200 . 193,6 = 619.520kcal/hCalor tilQ9 = W( kg/h) . hp(kcal/kg)

    Q9 = 22.115 . 665,6 = 14.719.744 kcal/hOtros caloresQ10 = 4.765 kcal/h

    QS = 18.514.213 kcal/h

    Calor del combustibleQ1 = F(kg/h) . (PCI)h(kcak/kg)Q1 = 1.767 . 9.600 = 16.963.200 kcal/h

    Calor sensible del combustibleQ2 = F. Ca(kcal/kg C) . (tc tb)=

    Q2 = 1.767 . 0,5 . (80 15) = 57.428 kcal/h

    Calor sensible del comburente (aire)Q3 = F. Ga(kg aire/kg combust.) . Ca. (ta tb)Q3 = 1.767 . 19,48 . 0,24 . (15 15) = 0

    Calor agua de alimentacinQ4 = Ma(kg/h de agua) . ha(kcak/kg)Q4 = 25.315 . 59 = 1.493.585 kcal/h

    QE = 18.514.213 kcal/h

    Calores salientesCalores entrantes

    QO

    CO CH OP F PCI h6

    21

    21 3100 1000 65 1002=

    + +

    ( )

    ( ) ( ) ( ) ( )

    Q621

    21 7

    1350

    3100

    1350

    1000

    44

    65

    1767 9600

    100=

    + +

    Clculo de calores

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

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    Tecnologa Energtica6

    Propuestas de ahorro

    Aumentar la temperatura del aire(precalentamiento del comburente)

    Reducir el caudal de purgaAjustar el quemadorAumentar la temperatura del combustible Precalentar el agua de alimentacin

    Tecnologa Energtica7

    Precalentamiento del aire.Efectos

    Disminucin del caudal de combustible Disminucin del caudal de aire Disminucin del caudal de gasesAumento de la temperatura de humos

    Aumento del rendimiento de la caldera

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    5/13

    Tecnologa Energtica8

    2.475.080 kcal/h610.600 kcal/h

    328 kcal/h619.520 kcal/h14.719.744 kcal/h

    -2.587 kcal/hQS = 18.422.685 kcal/h

    E = 81 %

    Q5 = 1.439 . F = 20,48 . F . 0,25 . (296 15)Q6 = 3,6975 . F . 9.600/100 = 355 F

    Q7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10QS = 15.339.592 + 1.794 F

    QE = QS F = 1.720 kg/h

    Q5 = 2.542.713 kcal/hQ6 = 627.285 kcal/h

    Q7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10 = 4.623 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    F = 1.767 kg/hE = 79 %

    Calores salientes

    16.512.000 kcal/h55.900 kcal/h

    361.200 kcal/h1.493.585 kcal/h

    QE = 18.422.685 kcal/h

    Q1 = 9.600 . FQ2 = F . 0,5 . (80 15) = 32,5 FQ3 = 19,48 . F . 0,24 . (60 15) = 210 FQ4 = 1.493.585 kcal/h

    QE = 1.493.585 + 9.842,5 . F

    Q1 = 16.963.200 kcal/hQ2 = 57.428 kcal/hQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/h

    QE =18.514.213 kcal/h

    Calores entrantes

    1.720 kg/h33.506 kg/h35.266 kg/h

    ta = 60 CF19,48 F20,48 F

    ta = 15 CFlujo de combustible = 1.767 kg/hFlujo de aire = 34.421 kg/hFlujo de humos = 36.188 kg/h

    Posterior a la mejoraActual

    Precalentamiento del aire

    Tecnologa Energtica9

    Precalentamiento del aire.ResultadosAhorro de 47 kg/h de combustible Disminucin del caudal de aire: 33.506

    frente a 34.421 kg/h Disminucin del caudal de humos:

    35.226 frente a 36.188 kg/hAumento del rendimiento: 81 % frente al

    79 % Nota: Se ha mantenido constante la relacin

    aire/combustible

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

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    Tecnologa Energtica10

    Reduccin del caudal de purga.

    Efectos Disminucin del caudal de combustible Disminucin del caudal de aire Disminucin del caudal de gases Disminucin de la temperatura de humosAumento del rendimiento de la caldera

    Tecnologa Energtica11

    2.319.113 kcal/h610.600 kcal/h

    328 kcal/h169.013 kcal/h

    14.719.744 kcal/h3.342 kcal/h

    QS = 17.818.235 kcal/h

    E = 81,7 %

    Q5 = 20,48 . F . 0,25 . (280 15) = 1.357 . FQ6 = 3,6975 . F . 9.600/100 = 355 FQ7 = 328 kcal/hQ8 = 873 . 193,6 = 169.013 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10QS = 14.889.085 + 1.712 F

    QE = QS F = 1.709 kg/h

    Q5 = 2.542.713 kcal/hQ6 = 627.285 kcal/hQ7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10 = 4.623 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    F = 1.767 kg/h E = 79 %

    Calores salientes

    16.406.400 kcal/h55.534 kcal/h

    0 kcal/h1.356.292 kcal/h

    QE =17.818.235 kcal/h

    Q1 = 9.600 . FQ2 = F . 0,5 . (80 15) = 32,5 FQ3 = 0Q4 = 22.988 . 59 = 1.356.292 kcal/hQE = 1.356.292 + 9.632,5 . F

    Q1 = 16.963.200 kcal/hQ2 = 57.428 kcal/hQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/hQE =18.514.213 kcal/h

    Calores entrantes

    1.709 kg/h33.291 kg/h35.000 kg/h

    P = 873 kg/hMa = 25.315 3.200 + 873 = 22.988 kg/hF19,48 F20,48 F280 C

    P = 3.200 kg/hFlujo de agua = 25.315 kg/hFlujo de combustible = 1.767 kg/hFlujo de aire = 34.421 kg/hFlujo de humos = 36.188 kg/hTemperatura de humos = 296 C

    Posterior a la mejoraActualReduccin del caudal de purga

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

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    Tecnologa Energtica12

    Reduccin del caudal de purga.

    ResultadosAhorro de 58 kg/h de combustible Disminucin del caudal de aire: 33.291

    frente a 34.421 kg/h Disminucin del caudal de humos:

    35.000 frente a 36.188 kg/hAumento del rendimiento: 81,7 % frente

    al 79 % Nota: Se ha mantenido constante la relacin

    aire/combustible

    Tecnologa Energtica13

    Ajuste del quemador. Efectos

    Disminucin del caudal de combustible Disminucin del caudal de aire Disminucin del caudal de gases Disminucin de la opacidad y de los

    porcentajes de CO y O2 en los humos

    Aumenta el porcentaje de CO2 en los humos Disminucin de la temperatura de humosAumento del rendimiento de la caldera

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    8/13

    Tecnologa Energtica14

    1.791.427 kcal/h

    154.744 kcal/h

    328 kcal/h619.520 kcal/h

    14.719.744 kcal/h-4.510 kcal/h

    QS = 17.281.253 kcal/hE = 85 %

    Q5 = 17,14 . F . 0,25 . (270 15) = 1.093 . F

    = 355 F

    Q7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10QS = 15.339.592 + 1.185 F

    QE = QS F = 1.639 kg/h

    Q5 = 2.542.713 kcal/h

    Q6 = 627.285 kcal/h

    Q7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10 = 4.623 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    F = 1.767 kg/h E = 79 %

    Calores salientes

    15.734.427 kcal/h53.268 kcal/h

    0 kcal/h1.493.585 kcal/h

    QE = 17.281.253 kcal/h

    Q1 = 9.600 . FQ2 = F . 0,5 . (80 15) = 32,5 FQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/hQE = 1.493.585 + 9.632,5 . F

    Q1 = 16.963.200 kcal/hQ2 = 57.428 kcal/hQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    Calores entrantes

    1.693 kg/h26.453 kg/h28.092 kg/h

    F16,14 F17,14 F270 C41.2213.30

    4150

    Flujo de combustible = 1.767 kg/hFlujo de aire = 34.421 kg/hFlujo de humos = 36.188 kg/hTemperatura de humos = 296 COpacidad = 4Coef. Exceso de aire: m = 1,48CO2 = 10,94 %

    O2 = 7 %CO = 1.350 p.p.m.

    Posterior a la mejoraActualAjuste del quemador

    Q

    F

    6

    21

    21 4

    150

    3100

    150

    1000

    44

    65

    9600

    100=

    + +

    '

    Tecnologa Energtica15

    Ajuste del quemador.Resultados Importante ahorro de 128 kg/h de

    combustible Disminucin del caudal de aire: 26.435

    frente a 34.421 kg/h Importante disminucin del caudal de

    humos: 28.092 frente a 36.188 kg/h

    Notable aumento del rendimiento: 85 %frente al 79 % Nota: Se ha mantenido constante la relacin

    aire/combustible

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    9/13

    Tecnologa Energtica16

    Aumento de la temperatura delcombustible. Efectos Disminucin del caudal de combustible Disminucin del caudal de aire Disminucin del caudal de gases Disminucin de la opacidad y de los

    porcentajes de CO y O2 en los humosAumenta el porcentaje de CO2 en los humos Disminucin de la temperatura de humosAumento del rendimiento de la caldera

    Tecnologa Energtica17

    2.044.856 kcal/h

    244.112 kcal/h

    328 kcal/h619.520 kcal/h

    14.719.744 kcal/h4005 kcal/h

    QS = 17.632.565 kcal/hE = 83,5 %

    Q5 = 18,12 . F . 0,25 . (285 15) = 1.223 . F

    = 146 F

    Q7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10QS = 15.339.592 + 1.369 F

    QE = QS F = 1.672 kg/h

    Q5 = 2.542.713 kcal/h

    Q6 = 627.285 kcal/h

    Q7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10 = 4.623 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    F = 1.767 kg/h E = 79 %

    Calores salientes

    16.051.200 kcal/h87.780 kcal/h

    0 kcal/h1.493.585 kcal/h

    QE = 17.632.565 kcal/h

    Q1 = 9.600 . FQ2 = F . 0,5 . (1200 15) = 52,5 FQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/hQE = 1.493.585 + 9.652,5 . F

    Q1 = 16.963.200 kcal/hQ2 = 57.428 kcal/hQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    Calores entrantes

    1.672 kg/h28.625 kg/h30.297 kg/h

    120 CF17,12 F18,12 F285 C35500

    Temperatura combustible = 80 CFlujo de combustible = 1.767 kg/hFlujo de aire = 34.421 kg/hFlujo de humos = 36.188 kg/hTemperatura de humos = 296 COpacidad = 4O2 = 7 %CO = 1.350 p.p.m.

    Posterior a la mejoraActualAumento temperatura combustible

    QF

    621

    21 5

    500

    3100

    500

    1000

    33

    65

    9600

    100=

    + +

    '

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    10/13

    Tecnologa Energtica18

    Ajuste del quemador.Resultados Importante ahorro de 95 kg/h de

    combustible Disminucin del caudal de aire: 28.625

    frente a 34.421 kg/h Importante disminucin del caudal de

    humos: 30.297 frente a 36.188 kg/h Notable aumento del rendimiento: 83,5 %frente al 79 % Nota: Se ha mantenido constante la relacin

    aire/combustible

    Tecnologa Energtica19

    Precalentamiento del agua dealimentacin (sin economizador).Efectos

    Disminucin del caudal de combustible Disminucin del caudal de aire Disminucin del caudal de gasesAumento de la temperatura de humos

    Aumento del rendimiento de la caldera

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    11/13

    Tecnologa Energtica20

    2.091.520 kcal/h

    580.070 kcal/h328 kcal/h619.520 kcal/h

    14.719.744 kcal/h6.673 kcal/h

    QS = 18.017.855 kcal/h

    E = 82 %

    Q5 = 20,48 . F . 0,25 . (265 15) = 1.280 . F

    Q6 = 3,6975 . F . 9.600/100 = 355 FQ7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10QS = 15.339.592 + 1.635 F

    QE = QS F = 1.634 kg/h

    Q5 = 2.542.713 kcal/h

    Q6 = 627.285 kcal/hQ7 = 328 kcal/hQ8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10 = 4.623 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    F = 1.767 kg/h; E = 79 %

    Calores salientes

    16.512.000 kcal/h55.900 kcal/h

    361.200 kcal/h2.278.350 kcal/h

    QE = 18.017.855 kcal/h

    Q1 = 9.600 . FQ2 = F . 0,5 . (80 15) = 32,5 FQ3 = 0Q4 = Ma . ha = 25.315 . 90 = 2.278.350 kcal/h

    QE = 2.278.350 + 9.632,5 . F

    Q1 = 16.963.200 kcal/hQ2 = 57.428 kcal/hQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/h

    QE = 18.514.213 kcal/h

    Calores entrantes

    1.720 kg/h33.506 kg/h35.266 kg/h

    90 CF19,48 F20,48 F265 C

    Temperatura agua = 59 CFlujo de combustible = 1.767 kg/hFlujo de aire = 34.421 kg/hFlujo de humos = 36.188 kg/hTemperatura de humos = 296 C

    Posterior a la mejoraActual

    Precalentamiento del agua(sin economizador)

    Tecnologa Energtica21

    Importante ahorro de 133 kg/h decombustible

    Disminucin del caudal de aire: 31.830frente a 34.421 kg/h

    Disminucin del caudal de humos: 33.464frente a 36.188 kg/h

    Aumento del rendimiento: 82 % frente al79 % Nota: Se ha mantenido constante la relacin

    aire/combustible

    Precalentamiento del agua dealimentacin (sin economizador).Resultados

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    12/13

    Tecnologa Energtica22

    Precalentamiento del aguamediante economizador. Efectos

    Disminucin del caudal de combustible Disminucin del caudal de aire Disminucin del caudal de gasesAumento de la temperatura de humosAumento del rendimiento de la caldera

    Tecnologa Energtica23

    1.387.490 kcal/h582.910 kcal/h

    328 kcal/h

    619.520 kcal/h14.719.744 kcal/h158 kcal/h

    QS = 17.310.150 kcal/h

    E = 85 %

    Q5 = 20,48 . F . 0,25 . (180 15) = 845 . FQ6 = 3,6975 . F . 9.600/100 = 355 FQ7 = 328 kcal/h

    Q8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10QS = 15.339.592 + 1.200 F

    QE = QS F = 1.642 kg/h

    Q5 = 2.542.713 kcal/hQ6 = 627.285 kcal/hQ7 = 328 kcal/h

    Q8 = 619.520 kcal/hQ9 = 14.719.744 kcal/hQ10 = 4.623 kcal/hQE = 18.514.213 kcal/h

    F = 1.767 kg/h; E = 79 %

    Calores salientes

    16.512.000 kcal/h53.365 kcal/h

    0 kcal/h1.493.585 kcal/h

    QE = 17.310.150 kcal/h

    Q1 = 9.600 . FQ2 = F . 0,5 . (80 15) = 32,5 FQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/h

    QE = 1.493.585 + 9.632,5 . F

    Q1 = 16.963.200 kcal/hQ2 = 57.428 kcal/hQ3 = 0Q4 = 1.493.585 kcal/h

    QE = 18.514.213 kcal/h

    Calores entrantes

    1.720 kg/h33.506 kg/h35.266 kg/h

    95 C180 CF19,48 F20,48 F

    Temperatura agua = 59 CTemperatura de humos = 296 CFlujo de combustible = 1.767 kg/hFlujo de aire = 34.421 kg/hFlujo de humos = 36.188 kg/h

    Posterior a la mejoraActual

    Instalacin de un economizador

  • 8/4/2019 Balance trmico de una caldera de vapor[1]

    13/13

    Tecnologa Energtica24

    Importante ahorro de 125 kg/h decombustible

    Disminucin del caudal de aire: 31.986frente a 34.421 kg/h

    Disminucin del caudal de humos: 33.628

    frente a 36.188 kg/h Notable aumento del rendimiento: 85 %frente al 79 % Nota: Se ha mantenido constante la relacin

    aire/combustible

    Precalentamiento del aguamediante economizador.

    Resultados

    25

    Precalentar el aire: del 79 al 81 % Reducir el caudal de fugas:del 79 al 81,7 %Ajustar el quemador: del 79 al 85 % Precalentar el combustible: del 79 al 83,5 % Precalentar el agua: del 79 al 82 % Instalar un economizador: del 79 al 85 %

    Resumen de mejoras en elrendimiento por cada actuacinaislada