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

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Tecnologa Energtica 1

Balance trmico de una calderade vapor

Manuel Celso Jurez Castell


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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


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


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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


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


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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


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


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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


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


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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


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


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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


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


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1.791.427 kcal/h

154.744 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


QE = QS F = 1.639 kg/h

Q5 = 2.542.713 kcal/h

Q6 = 627.285 kcal/h


F = 1.767 kg/h E = 79 %

Calores salientes

15.734.427 kcal/h53.268 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=

+ +

'


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


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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


2.044.856 kcal/h

244.112 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


QE = QS F = 1.672 kg/h

Q5 = 2.542.713 kcal/h

Q6 = 627.285 kcal/h


F = 1.767 kg/h E = 79 %

Calores salientes

16.051.200 kcal/h87.780 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=

+ +

'


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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


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


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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


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


Precalentamiento del agua(sin economizador)


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


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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


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


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


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


Instalacin de un economizador


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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