Download - Balance térmico de una caldera de vapor[1]
-
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]
3/13
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]
4/13
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]
6/13
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]
7/13
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