60294459 calderas
TRANSCRIPT
FORMACIÓN CONCEPTUAL
GENERADORES DE VAPOR
“CALDERAS”
GCM INGENIERÍA
http://www.inggonzalocastro.tk
CONTENIDO
1. ASPECTOS CONCEPTUALES PARA SELECCIONAR UNA
PLANTA A VAPOR
2. FACTORES DETERMINANTES PARA LA SELECCIÓN Y DISEÑO
DE EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN PARA PRODUCIR VAPOR
3. CONCEPTUALIZACIÓN:
4. CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS:
5. TIPOS DE CALDERAS:
6. CALDERAS PIROTUBULARES O TUBOS DE
- Características
- Ventajas
- Desventajas
7. CALDERAS ACUOTUBULARES O TUBOS DE AGUA
- Características
- Ventajas
- Desventajas
8. CARACTERISTICAS TÉCNICAS DE UNA CALDERA.
9. RECOMENDACIÓN PARA LA ADQUISICIÓN DEL GENERADOR DE VAPOR.
10. ALGUNOS FABRICANTES/PROVEEDORES A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL.
11. BIBLIOGRAFÍA
FORMACIÓN CONCEPTUAL GENERADORES DE VAPOR
“CALDERAS”
--------------------------------------------
A continuación, se describen las generalidades en l a transformación exergética del calor usando la trans ferencia de calor al agua con el equipo básico llamado GENERADO R DE VAPOR (steam generator) ó CALDERA (boiler)
1. ASPECTOS CONCEPTUALES PARA SELECCIONAR UNA PLANTA SEA A VAPOR:
� Determinación de la demanda � Ubicación de la planta � Disponibilidad de combustibles � Establecimiento de la tecnología � Estudio de prefactibilidad � Desarrollo del estudio de factibilidad � Elaboración de pliegos de licitación internacional -
nacional (equipos mayores y menores), licitación técnico-económica
� Selección del mejor proponente � Inicio del proyecto en sitio - llave en mano � Terminación del proyecto � Pruebas de funcionamiento � Inauguración de la planta � Inicio de la etapa comercial del proyecto
Venta de vapor o de energía eléctrica 2. FACTORES DETERMINANTES PARA LA SELECCIÓN Y DISEÑO DE
EQUIPOS DE UNA INSTALACIÓN PARA PRODUCIR VAPOR:
� Cantidad requerida de vapor o agua cliente
� Presión, temperatura o clases de vapor que se necesita, producción de vapor
� Previsión de necesidades futuras
� Localización y objeto de la instalación
� Características de la carga
� Clase de equipo que se puede obtener
� Selección de quemadores
� Selección de equipos auxiliares: Incluyendo instrumentos de medición, válvulas de oclusión, tuberías principales de vapor, tuberías de purga y alimentación, columnas de agua y tuberías.
� Válvulas de seguridad y de alivio incluyendo: capacidad de descarga y calibración y método de instalación y tubería.
� Valor calórico y característico del combustible disponible-
� Plazos de entrega de los equipos.
� Limitaciones y condiciones del equipo del espacio disponible en la instalación
� Las condiciones por la calidad del agua de alimentación
� Condiciones existentes en la operación y mantenimiento
� Tiempo de vida
� Clase de Tiro
� Consideraciones sobre costo de la obra.
� El desarrollo de reglas y códigos para la construcción de calderas, aprobadas mediante la inspección por personal competente, es un esfuerzo que necesita el apoyo de tres sectores, precisando la cooperación entre:
- El ASME Boiler and Pressure Vessel Committe, que es la que dicta los reglamentos.
- El National Board, que expide las órdenes a los inspectores, quienes hacen cumplir los reglamentos.
- Los fabricantes de calderas y tanques de presión quienes cumplen con las prescripciones.
3. CONCEPTUALIZACIÓN:
Un generador de vapor (steam generator) se define c omo una combinación compleja de:
� Economizador(economizar)
� CALDERA(boiler)
� Sobrecalentador(superhether)
� Recalentador(reheater)
� Precalentadores de aire(air preheaters)
� Equipos auxiliares:
• Alimentador de horno
• Pulverizadores
• Quemadores
• Ventiladores
• Equipo de control de emisiones
• Chimenea
• Equipo de manejo de cenizas Entonces: Una CALDERA (boiler) es un componente del
GENERADOR DE VAPOR(steam generator) donde el líquido saturado es convertido a vapor saturado.
El término “CALDERA” es usado como significado de “GENERADOR DE VAPOR”, sin embargo un generador de v apor se clasifica en diferentes vías, por ejemplo:
• UTILITY STEAM GENERATORS, son aquellos usados en el servicio de la generación de potencia eléctrica y existen como:
• Subcríticos:
Características:
• Operan entre 130 bar a 190bar.
• Alcanzan hasta 550°C con una o dos etapas de recalentadores.
• Capacidad, en los modernos podemos alcanzar de 1 a 10 millones Lbm/hora de vapor. En la planta eléctrica la potencia de salida está en el rango de 125 a 1300megawatts (MW).
• Supercríticos:
Características:
• Operan por arriba de 3208.2 psia, usualmente con una presión de 3500psia (240bar).
• INDUSTRIAL STEAM GENERATORS, son aquellos que se utilizan en la industria pequeña de generación eléctrica, establecimientos institucionales, industriales, comerciales y en muchos usos más como en:
• Industria Alimentaria
- Conserveras - Embotelladoras - Precocinados - Aceites - Mataderos - Licoreras y alcoholeras
- Cerveceras - Lácteos - Bodegas - Piensos
• Construcción
- Prefabricados de hormigón - Cerámicas
• Industria del Caucho • Valorización de residuos y reciclaje • Plásticos • Lavanderías • Farmacéutica • Química • Papel y Cartón • Industria del Metal
Características:
Estos generadores de vapor pueden alcanzar presione s hasta de 1500Psig y una capacidad de 1 millón Lbm/hora de vapor.
4. CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS:
Las calderas se clasifican basándose en algunas de las características siguientes:
� Uso
� Presión
� Materiales de que están construidas
� Tamaño
� Contenido de los tubos
� Forma y posición de los tubos
� Sistema del fogón
� Fuente de Calor
� Clase de combustible
� Fluido utilizado
� Sistema de circulación
� Posición del hogar
� Tipo de fogón
� Forma general
� Nombre registrado del fabricante
� Propiedades especiales
5. TIPOS DE CALDERAS:
� Calderas de acero
� Calderas de tubos de humo (Pirotubulares) � Convencional
- De fogón externo - Horizontales tubulares de retorno - De fogón de caja corta - Calderas de tipo compacto
- De fogón interno
- Horizontales tubulares - Locomóviles - De fogón corto - Calderas el tipo compacto - Calderas tipo escocés
- De cabezal posterior seco - De cabezal posterior de agua - De cubierta de agua
- Caldera escocesa tipo paquete - De cabezal posterior seco, de cabezal
posterior de agua y de tapa de agua - De dos, tres y cuatro retornos
(pasos) - Calderas verticales tubulares
- Calderas de fuerza, portátil, de cabezal plano o sumergido - De domo recto - Caldera tipo Manning - Caldera de caja de humo cónica
- Calderas tipo residencial
� Recuperadora
� Hibridas
� Calderas de tubos de agua (Acuotubulares) - Calderas horizontales de tubos rectos - Calderas de tubos curvados
• De circulación natural
• De circulación forzada - Calderas de cuerpo de acero - Calderas de presión subcrítica - Calderas de presión supercríticas - Recuperadoras (heat recovery steam generator) - Hibridas
� Calderas de aceite térmico
� Calderas de hierro colado
� Calderas de diseño especial
� Reactores de energía nuclear
6. CALDERAS PIROTUBULARES O TUBOS DE HUMO
Caldera Pirotubular Gráfica No. 1
- Características generales:
- Ver gráfica No.1 - Se construyen en tamaños de hasta 18000lbm/hora
de vapor. - El Calor circula por dentro de los tubos y el
fluido frío, agua, por fuera de ellos. El calor es transferido por medio de los humos o gas de la combustión.
- Los tubos van sumergidos en el agua
- La caldera de baja presión está limitada a 15psig
de presión de vapor . - La caldera de vapor para generar fuerza puede
operar a una presión de 300Psig y una capacidad de 50000Lbm/hora de vapor de agua.
- El diseño de una caldera tubos de humo se basa principalmente en el hogar y en los pasos de los gases a través de los tubos.
- Usan como fluido termodinámico el agua y el aceite térmico.
- Las calderas Pirotubulares se desarrollan en dos modelos: de horno horizontal y de horno interno o tipo escocés.
- Las calderas pueden ser de tubos continuos o de tubos de retorno de acuerdo con la dirección del flujo de gases.
- Pueden tener un hogar interno o estar dotadas de un fogón externo.
- El cuerpo de la calera de tubos de humo puede ser cilíndrica o de forma ovalada. En cada extremo se adaptan cabezales.
- Su operación con la nueva tecnología les permite operar automáticamente.
- La línea del nivel de agua se fijan generalmente en un punto localizado a no menos de 5 cm arriba del borde de la hilera superior de fluses, o de la placa de la corona.
- El espacio comprendido arriba del nivel agua es llamado cámara de vapor.
- Una presión de 250Psig y una producción de 1000 BHP (Boiler Horse Power, es considerada un tope práctico para este tipo de calderas
- Las calderas de tubos verticales son similares a las horizontales de tubos de humo, con la excepción de que los fluses van colocados perpendiculares a la caja del fogón.
- La caldera puede ser de uno, dos y ocasionalmente hasta de cuatro retornos.
- La caldera compacta es una caldera de triple retorno, los límites de su capacidad se encuentran entre 350 a 12500 lbm/hora de vapor de agua.
- La caldera escocesa usa un hogar de tubo corrugado que permite resistir los efectos de de sobre presiones en la combustión.
- Ventajas - Almacenan gran cantidad de agua. - Producen gran cantidad de vapor. - Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda
de vapor. - Su costo instalada es relativamente bajo y
considerablemente menor que la correspondiente caldera Acuotubular de domo.
- Son perfectamente adaptables a la producción estandarizada.
- Se construyen de acuerdo con el código de calderas ASME.
- Son eficientes de 79% a 85%. - La caldera escocesa es económica en su costo
inicial, ocupa un mínimo de material refractario y su instalación es sencilla.
- El hogar de la caldera marina escocesa permite esfuerzos de presión.
- La caldera vertical ocupa poco espacio.
Ing. Gonzalo Castro
- La calera compacta adaptable a toda clase de combustible y para cualquier sistema de combustión.
- Fáciles de transportar - Necesitan relativamente poca área para su
instalación. - Las calderas escocesas pueden ser operadas bien
con aguas contaminadas. - Se les puede instalar un desgasificador térmico. - Pueden convertirse en calderas hibridas. - Permiten instalarles un sobrecalentador de vapor.
- Desventajas: - Su arranque en frío es demasiado lento para
alcanzar la presión de trabajo. - Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitado
y depende del tipo de caldera. - Con el amento de la demanda de vapor, la
temperatura de los gases se eleva rápidamente. - No se utilizan para el accionamiento de turbinas. - El tamaño de la caja del hogar no puede ser
ampliado. - Su operación se torna crítica al operar con
sobrecarga de más del 40%. - Su mantenimiento interior es dificultoso.
7. CALDERAS ACUOTUBULARES O TUBOS DE AGUA
Caldera Acuotubular tipo D: Gráfica No. 2
Banco Generador
Sobrecalentador
Tambor de lodos
Economizador
Zona de Convección
Horno
Chimenea
Salida de vapor
Sobrecalentado
Tambor de vapor
- Características generales: - Ver gráfica No. 2 - EL fluido, agua, circula por el interior de los
tubos y por el exterior los gases producto de la combustión.
- Los tubos que manejan agua y vapor, o tubos descendentes son de acero al carbono
- Los tubos que manejan vapor sobrecalentado o recalentados son de una aleación austenítica.
- Los tubos de vapor sobrecalentado son de menor diámetro que los de agua vapor, llamados tubos de vapor saturado.
- Estas calderas por lo general son de construcción vertical
- Estas calderas se construyen del tipo A, constan de un tambor de vapor superior y dos tambores de lodos inferiores interconectados por haces de tubo laterales, formando una A, la llama de la combustión queda concéntrica.
- Estas calderas se construyen del tipo O, constan de un tambor de vapor localizado directamente encima del tambor de lodos, pero de manera que ambos se encuentran en el centro de la caldera y los tubos que los unen semejan una O. la llama de la combustión queda concéntrica.
- También se construyen del tipo D, el tambor de vapor se localiza directamente encima del tambor de lodos, pero hacia un lado del horno, un haces de tubos une los tambores verticalmente. Ver gráfica No. 1 y 2.Estas calderas son las más utilizadas en un sector de la industria.
- Estas calderas requieren de agua de alimentación con un tratamiento químico exhaustivo.
- Estas calderas pueden ser de circulación natural o forzada.
- Las de circulación forzada supercríticas no utilizan bomba de recirculación, y operan con presiones de diseños cercanas o por encima del punto crítico.
- Calderas de este tipo y grandes potencias utilizan atemperadores.
- Utilizan calentadores de aire que es el último dispositivo en recuperar calor de la caldera y se localiza en la chimenea.
- Utilizan precipitadores a la salida de los humo. - Algunas son de tiro inducido, tiro forzado y de
tiro equilibrado o balanceado.
- Ventajas: - Son de horno propio interior ubicado lejos de la
zona de evaporación - Menor peso por unidad de potencia generada - Son de gran volumen y altura - Admiten gran cantidad de aire en su hogar - La combustión se puede controlar - Son de alto rendimiento y producción de alta
presión, apta para generación de energía eléctrica.
- Menor tiempo para levantar presión. - Entre ms alta es la caldera más se aprovecha la
energía calórica de los gases de combustión - Mayor flexibilidad para variaciones de consumo,
debido a la pequeña cantidad de agua que contienen
- La posición de sus quemadores en diagonal son aptos para quemar carbón
- Puede quemar combustible líquido, gaseoso, sólido
y biomásico . - Producen un vapor seco por lo que en el sistema
de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento.
- Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequeña cantidad de agua que contienen.
- Desventajas - Es de difícil realizar mantenimiento por lo
incomodo el acceso a la zona de convección. - Mantenimiento más costoso. - El coeficiente de evaporación está estrechamente
limitado por la circulación interna. - La superficie limitada para la liberación de
vapor, dificulta la separación correcta del agua y el vapor durante los consumos altos.
- Para su instalación requieren de una extensa área de terreno.
- Su montaje con puesta en servicio pueden tomarse de uno a dos años.
8. CARACTERISTICAS TÉCNICAS DE UNA CALDERA.
Las características técnicas de un generador de vap or o caldera se registran en una placa que aparece en un sitio del cuerpo del equipo.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
PARAMETROS UNIDADES
Tipo de caldera
Modelo
Fabricante
Año de construcción
Combustible
Pr esión de diseño Psia
Presión máxima de trabajo Psia
Capacidad máxima Lbm/hora
Temperatura máxima del vapor °C (°F)
Área de calentamiento m²(ft²)
BHP
Máximo calor de salida MMBTU/HORA
Eficiencia de fabricación %
Ver dimensiones en planos
Ver ma nual
Ejemplo:
Datos tomados de una caldera Acuotubular
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
PARAMETROS UNIDADES
Tipo Caldera Acuotubular
Fabricante FOSTER WHEELER
Modelo 250126
Serie WFD/DAZ
Año de fabricación 1982
Combustible Gas natural ACPM
Presión de diseño 600Psia
Presión máxima de trabajo 500Psia
Capacidad máxima 50000 Lbm/hora
Temperatura máxima del vapor 600°F
Área de calentamiento 3287 ft²)
BHP 1900
Máximo calor de salida 66,4 MBTU/HORA
Eficiencia de fabricación 82%
Ver dime nsiones en planos Nos: 2,3,4,5
Ver manual Nos: 2,3,4
Fecha de instalación 1986
Datos tomados de una caldera Pirotubular
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
PARAMETROS UNIDADES
Caldera Tubos de Humos
Fabricante Continental
Modelo F122B300C- 6
Tipo CCO425
Año de fabricación 1996
Combustible Gas natural
Presión de diseño 153Psia
Presión máxima de trabajo 134Psia
Capacidad máxima 11500 Lbm/hora
Temperatura máxima del vapor 350°F
Área de calentamiento 1500 ft²)
BHP 300
Máximo calor de salida 10, 04 MBTU/HORA
Eficiencia de fabricación 82%
Ver dimensiones en planos Nos: 1,2
Ver manual Nos: 1
Fecha de instalación No registraba
9. RECOMENDACIÓNES PARA LA ADQUISICIÓN DEL GENERADOR DE VAPOR
� Cuando se defina la demanda con proyecciones de crecimiento a largo plazo.
� Cuando esté plenamente definido: - La ubicación - La potencia tecnológica - El combustible o la dualidad de combustión - Los estudios de factibilidad y viabilidad - La producción de costos
- Estimativos: - Cambio de costos fijos
contra costos de capital - Costos de Combustibles - Costos de Operación y
mantenimiento - Estimación inicial del factor operativo de la
planta POF
Si estos fundamentos se cumplen objetivamente todo se direcciona a adquirir los equipos con las especific aciones técnicas determinadas, a través de un crédito nacio nal o internacional, utilizando la modalidad financiera d e “llave en manos”, como la mejor opción.
10. ALGUNOS FABRICANTES/PROVEEDORES A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL:
� Colmáquinas, Barranquilla, con representación en
otras ciudades, Colombia .
� Distral – Zona Franca Barranquilla, Colombia.
� Calderas Continental, Bogotá D.C., Colombia.
� Calderas Industriales Tecnik Ltda, Bogotá D.C.,
Colombia.
� Calderas J.C.T Julio Cardona Tobón & Cía, Medellín,
Colombia .
� Thermodynamics Engineereing Ltda, Bogotá D.C.,
Colombia.
� Incalca-Industria Nacional de Calderas, Caracas,
Venezuela.
� Cerney S.A., Zaragoza, España.
� Caldería López Hermanos S.A., Sevilla, España.
� Pirobloc S.A., Barcelona, España. � Hurst Boiler & Welding Company, Inc. CO, Georgia.
Estados Unidos.
� Mitsubishi Steam Boiler, Japón.
� Westinghouse-Siemens Steam Power, Orlando, Florida,
Estados Unidos.
� Babcock Wanson, Grupo CNIM, representada en varios
países: Francia, Reino Unido, Suiza, España,
Portugal, entre otros.
� Babcock & Wilcox, Washington Operations, Tennessee
Technical Services y otros países.
� Foster Wheeler, Global Engineering & Construction
Group, Philadelphia, Estados Unidos y otros países.
� Cleaver Brooks, Tampa, Florida, Estados Unidos y
otros países.
11. BIBLIOGRAFÍA:
� Power Plant Technology, El-Wakil M.M.
� Apuntes y escritos del Ing. Gonzalo Castro M.
� Calderas, Shield,Carl D.
� Steam Generator, Power and Steam, Vol. 6
� www.cerney.es
� www.lopezhnos.es
� http://cybertesis.ubiobio.cl/tesis/2007/burgos_m/do c/
burgos_m.pdf
GENERADOR DE VAPOR, PIROTUBULAR: Gráfica No.3 USO INDUSTRIAL
Generador de Vapor, Acuotubular, vertical, de alta Capacidad: Gráfica No. 3
GENERADOR DE VAPOR, ACUOTUBULAR: Gráfica No.4 ALTA CAPACIDAD
USO EN LA GENERACIÓN ELÉCTRICA
PROCESO DE INSPECCIÓN A LA TUBERÍA DE UNA CALDERA P IROTUBULAR