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Evaluación Parámetros Principales para Mejorar Combustión en Calderas Quemando Biomasa

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CONTENIDOPag.

1. Introducción ……………………………………………………………………………………… 3

2. Objetivos …………………………………………………………………………………………. 4

3. Procedimientos…………………………………………………………………………………… 5

A. Inspección inicial, registro fotográfico, recolección de planos para definir localización de puertos para toma de muestras…………………………………………………………………

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B. Ingeniería básica para definir un protocolo de medición estableciendo las condiciones actuales de la combustión. Diseño puertos y su localización…......………………………

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C. Registro de gases (O2 y CO) en malla a la salida de la caldera utilizando los puertos instalados según los datos recopilados en los Items A y B.….……...................................

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D. Medición flujo de gases en malla, registrando velocidades para cada área definidas en el Item B……………………………….……………………………………………………………..

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E. Extracción de cenizas en malla para cada área definida……………………………………. 10

F. Medición en un laboratorio certificado de los inquemados, utilizando una muestraresultante de la mezcla de las cenizas extraídas en la malla…………………………………

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4. Ejemplo Resultados Mediciones …………………................................................................ 12 - 18

5. Ejemplo Conclusiones de las Mediciones………………………………………………………. 18 - 21

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Los problemas en la combustión de biomasa son más complejos de resolver quelos problemas en calderas que queman combustibles líquidos y gaseosos.La razón principal por la cual son más complejos, es la dificultad para mezclarhomogéneamente las fibras y partículas de biomasa con los aires decombustión.Las calderas de biomasa presentan varios problemas que afectan esta mezclahomogénea:1. Distribución NO homogénea sobre parrilla2. Descargas diferentes de biomasa entre alimentadores3. Flujos diferentes de aire primario de lado a lado de la parrilla4. Flujos diferentes de aire primario entre el frente, centro y zona posterior5. Turbulencias no controladas por sistemas OFA (Aires Sobre-Fuegos)Estos parámetros son los que identificamos durante una evaluación.Utilizamos las mediciones de gases y cenizas descritas en esta presentación paraidentificar la fuente de los problemas evidenciados.

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1. INTRODUCCIÓN



2. OBJETIVOS� Identificar distribución no homogénea

de biomasa sobre parrilla, observando laacumulación de CO (altas concentración) en los gasessaliendo de caldera

� Identificar descargas diferentes de biomasa entre alimentadores,comparando las concentraciones de CO a lo ancho del ducto de medición

� Identificar flujos diferentes de aire primario de lado a lado de la parrilla,comparando niveles de O2 y flujo de gases a lo ancho del ducto de medición

� Identificar flujos diferentes de aire primario entre el frente, centro y zonaposterior, comparando niveles de O2 y flujo de gases entre niveles del ductode medición

� Identificar turbulencias no controladas por sistemas OFA (Aires Sobre-Fuegos), comparando presiones detrás de las boquillas OFA y observando ladistribución de CO a través de todo el ducto de salida


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� Inspección inicial, registro fotográfico, recolección de planos para definirlocalización de puertos para toma de muestras.

� Ingeniería básica, definiendo un protocolo para medición que establezcla lascondiciones actuales de la combustión. Incluye diseño de puertos y sulocalización.

� Registro de gases (O2 y CO) en malla a la salida de la caldera utilizando lospuertos instalados según los datos recopilados.

� Medición flujo de gases en malla, registrando velocidades para cada áreacorrespondiente a una boquilla de extracción.

� Extracción de cenizas en malla por cada boquilla, de forma isocinética.

� Medición en un laboratorio certificado de los inquemados en las cenizasrecolectadas, utilizando una muestra, resultante de la mezcla de las cenizasextraídas en la malla

� Cálculo de la concentración de partículado, promedio y en malla

3. PROCEDIMIENTO

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A. Inspección inicial, registro fotográfico, recolección de planos para definir localización de puertos para toma de muestras.

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Plano Corte Caldera de Potencia

Ducto Superior, Salida Banco Principal Caldera

Registro Fotográfico de Combustión Biomasa



B. Ingeniería básica para definir un protocolo de medición estableciendo las condiciones actuales de la combustión. Diseño puertos y su localización.

Ingeniería Cálculo de Cantidad, Ubicación de Puertos de Extracción y Profundidad de Sondas

Los puertos se diseñan paracubrir el ancho y alto del ducto,de forma tal que permitanevidenciar las diferenciasocasionadas por losalimentadores y losdistribuidores de biomasa.

Típicamente un puerto por cadaalimentador.

Los niveles varían entre 3 y 5dependiendo del tamaño delducto.



C. Registro de gases (O2 y CO) en malla a la salida de la caldera utilizandolos puertos instalados según los datos recopilados en los Items A y B.

Registro de O2 y CO

Formato Registro de O2 y CO

Instalación de Sondas de Muestreo



D. Medición flujo de gases en malla, registrando velocidades para cada área definidas en el Item B.

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3

2

4

5

Flujo de Gases

Instalación para Medición Flujo de Gases con Sonda Pitot

Formato Registro Flujo de Gases



E. Extracción de cenizas en malla para cada área definida.

Extracción de Cenizas en Malla

Pesaje Cenizas en Filtro



F. Medición en un laboratorio certificado de los inquemados, utilizando una muestra resultante de la mezcla de las cenizas extraídas en la malla


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4.1 Comparación datos mediciones versus diseño

Variable Valor Unidad Valor % / diseño

Generación de Vapor kg/hrPresión Vapor Kg/cm2

Temperatura Vapor °CTemperatura agua alimentación °C

Temperatura agua salida economizador °C

Temperatura aire ambiente °CTemperatura aire salida

precalentador °C

Consumo de bagazo kg/hrAire para combustión kg/hrConsumo de bagazo kg/hr

Tiraje total Gases mmcaExceso de aire %

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4. Ejemplo Resultados Mediciones


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Nivel A(Alim. # 5)

B(Alim. # 4)

C(Alim. # 3)

D(Alim. # 2)

E(Alim. # 1)

1Zona

frontal parrilla

<200ppm

O2 = 5.6 %

500 - 1000ppm

O2 = 5.3 %

<200ppm

O2 = 7.2 %

500 - 1000ppm

O2 = 6.3 %

<200ppm

O2 = 2.5 %

2Zona

central parrilla

> 2000 ppm

O2 = 2.4 %

200 – 500ppm

O2 = 3.2 %

> 2000 ppm

O2 = 1.1 %

200 – 500ppm

O2 = 2.1 %

200 – 500ppm

O2 = 2.3 %

3Zona

trasera parrilla

500 - 1000ppm

O2 = 3.2 %

1000 - 1500ppm

O2 = 2.3 %

1000 - 1500ppm

O2 = 5.4 %

500 - 1000ppm

O2 = 2.9 %

200 – 500ppm

O2 = 4.3 %

4.2 Análisis mediciones O2 y CO

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4.3 Análisis mediciones O2 y COE

DC

BA

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

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Ejemplo:Alimentador # 1 descarga en zonas E1, E2 Y E3Alimentador # 5 descarga en zonas A1, A2 Y A3

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NIVELFlujo (m3/s) Flujos

/nivel % NivelPuertoA B C D E

1 4.0 4.7 4.2 5.2 5.7 23.8 22%2 5.9 7.3 7.4 7.1 7.4 35.2 32%3 6.6 9.2 11.5 11.0 12.1 50.4 46%

Flujos / zona 16.5 21.3 23.1 23.3 25.2 109.4

Porcentaje 15% 19% 21% 21% 23%

4.4 Distribución flujos de gases en ductos salida caldera



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4.5 Concentración de particulado saliendo de caldera

Valor promedio ………………………………………………..… 2,174 mg/m3

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4.6 Mediciones presiones caldera

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4.7 Análisis sistema OFA

“Ojo”OFA

Fron

tal

Tras

era

157

147 170

89Izq.

Der.Fr

onta

l

Tras

era

76

63 38

25Izq.

Der.

Boquillas superioresPromedio 141 mmH20

% Desviación Max. 36%

Boquillas inferioresPromedio 50 mmH20

% Desviación Max. 50%

“Ojo”OFA

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5. Ejemplo Conclusiones de las Mediciones5.1 MEDICIONES GASES

1. Falta de cubrimiento en el frente de parrilla Esta zona muestra altos niveles de O2 y los mas bajos niveles de CO.

2. Deficiente mezcla de gases por el sistema OFA En la pagina 7 se evidencia baja presión de aire, alimentando las boquillas en la esquina izquierda trasera. Esto ocasiona muy alto CO por falta de OFA en esa zona. (CO = 3,500 pmm)

3. Deficiente mezcla en el “ojo” del OFA, tipo ciclónico La zona central, que corresponde al “ojo” del ciclón creado por el OFA, esta permitiendo el paso de gases sin completar su combustión (CO = 2,200 ppm)

4. Acumulación excesiva zona central Los bajos valores de %O2 en toda la zona central, son evidencia de una acumulación excesiva de biomasa, que impide el paso libre del aire a través de la biomasa.

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Nivel Niveles de CO

A B C D E

1

2

3

Nivel

1

2

3

> 2000 ppm

200 – 500 ppm

> 8000 mg

500 - 1000 mg

5.2 Comparación mediciones de CO y pesos recolectados de ceniza

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5. Ejemplo Conclusiones de las Mediciones


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1. La zona central con valores entre 5.9 y 7.4, reflejan el flujo promedio de todo el ducto, 15 zonas, 7.3 [m3/s]/zona.

2. Se encontraron deflectores dentro del ducto, diseñados por el fabricante,para lograr una mayor uniformidad de flujos, lo cual lo se logro.

3. Existe una concentración de flujos hacia el costado derecho del hogar, lo cual refleja un ingreso mayor de aire bajo parrilla en esta zona.

4. Existe una concentración de flujos hacia la zona trasera de la parrilla.

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5.3 CONCLUSIONES FLUJOS GASES

5. Ejemplo Conclusiones de las Mediciones

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