Controles de Caldera2012 La Caldera y el Vapor que Llega al Equipo • • • • • Cantidad correcta Presión y Temperatura correcta Libre de aire y gases incondensables Limpio Seco Calderas de Vapor • La caldera es el equipo que convierte agua en vapor aplicando calor o energía proveniente de la combustión en el quemador. • De su correcta elección y equipamiento depende en buena parte el rendimiento total del sistema. Tipos de Calderas • Pirotubulares • Acuotubulares . . Son económicas. de alto rendimiento y fácil mantenimiento.Calderas Pirotubulares • Calor por el interior de los tubos • Agua por el exterior de los tubos Para presiones máximas de 20 bar y consumos hasta 16 T/h. Caldera Pirotubular de dos pasos Gases combustión Vapor 2º paso (tubos) 1º paso (tubo(s) horno o cañón) Quemador . . Son más seguras.Calderas Acuotubulares • Calor por el exterior de los tubos • Agua por el interior de los tubos Se usan normalmente para presiones altas. Caldera Acuotubular Alimentación agua Vapor Agua Salida gases Calor . Equipamiento Caldera Los objetivos del equipamiento son: • Funcionamiento • Seguridad • Eficiencia . Equipamiento por Funcionamiento • Sistema control nivel de agua • Bomba agua alimentación • Quemador de combustible • Presostatos • Válvulas interrupción o de corte • Manómetros . ubicación y operación .Equipamiento por Seguridad • Indicadores y alarmas de nivel • Válvulas de seguridad • Válvulas de retención • Presostatos • Normas de construcción. Equipamiento por Eficiencia • Tratamiento del agua de alimentación • Control de purgas de caldera • Recuperación de calor en las purgas • Control de la combustión • Alimentación de combustible . • Las alarmas de nivel detectan niveles bajo o alto y paran la caldera. .Control de Nivel y Alarmas • El control de nivel regula la alimentación de agua a la caldera. abierta 1ª Alarma de nivel bajo 2ª Alarma de nivel bajo .Niveles de Operación para Control de Nivel y Alarmas Nivel agua normal Control modulante Alarma de nivel alto Paro bomba o válvula alim. cerrada Marcha bomba o válvula alim. Tipos de Control de Nivel Control todo/nada: Actúa sobre la bomba de alimentación en dos niveles de agua preestablecidos. . Control modulante: Actúa sobre una válvula eléctrica o neumática en forma proporcional. para mantener un nivel de agua preestablecido. Control de Nivel On/Off Sonda de conductividad Bomba Agua Alimentación . .Control de Nivel Modulante Sensor de Nivel Válvula con actuador eléctrico Bomba Agua Alimentación Recirc. Control de Nivel Modulante Ventajas • Presión y caudal de vapor estable • Mayor eficiencia en la operación del quemador • Menor fatiga térmica sobre la pared de la caldera • Menor arrastre de agua con el vapor • Puede usar una estación central de bombeo . Control de Nivel Calderas y Generadores de vapor Control Modular – Válvula RTK con puerto de recirculación Válvula RTK MV5391-P Puerto de Recirculación . Control de Nivel Calderas y Generadores de vapor Control Modular – Sensor de Nivel RTK NI 1331 Sensor de Nivel . Control de Nivel Calderas y Generadores de vapor Control Modular – Sensor de Nivel RTK NI 1331 Válvula de Control Agua de alimentación . Paquete RTK Control de Nivel Modular Control Modular – Control de nivel RTK Señal de Control 3 puntos 4-20 mA Señal 4-20 mA Suministro Controlado 24 V DC • Sensor de Nivel NI1331 • Controlador de Nivel RE3072 • Válvula RTK MV5391-P Control Modular . Tipos de Control Modular Calderas y Generadores de vapor Esquema de trabajo de caldera en condiciones estables . Tipos de Control Modular Calderas y Generadores de vapor Esquema de trabajo de caldera en condiciones de aumento repentino de carga . Tipos de Control Modular Calderas y Generadores de vapor Control de Nivel Modular – Control Doble Interface unit Level transducer El control doble se basa en el monitoreo de dos variables: Nivel y Flujo de Vapor (Sensor de flujo a la salida de la caldera). El controlador recibe señales tanto del sensor de nivel como del sensor de flujo para controlar la válvula de agua de alilmentación. Este tipo de control modular se recomienda para instalaciones con incrementos de carga continuos y mayores a un 25% de la carga nominal de la caldera Controller Steam flow meter Feed water control valve Feed water Pump Bottom Blowdown . Control de Nivel Calderas y Generadores de vapor Instalación directa Controles y Sensor de Nivel RTK NI1331 – Caldera 288 BHP . .Sensor de Nivel RTK Calderas y Generadores de vapor Caracteristicas NI 1331 Configuración básica: • Medición Lineal Rango 150 – 4000 mm • Densidades de Fluido 500 – 1500 kg/m³ • Resistencia al desgaste • Calibración digital • LED display • Outputs 4.20 mA .. . con el fin de obtener un vapor limpio y seco. en el sistema de distribución del vapor y retorno de condensados. • Para minimizar la formación de espumas y arrastres de agua de caldera con el vapor. • Para evitar la formación de incrustaciones en la caldera.Agua de Alimentación de Caldera El agua de alimentación debe ser tratada: • Para minimizar la corrosión en la caldera. superficie. Precipitaciones Humedad atmosférica Evaporación de los Océanos Consumidores Total Surface and Ground Water Flow to Oceans Pozo Rios y afluentes Oceano Manantiales Interfase Agua subterránea salina .Ciclo típico del agua Evaporación y transpiración de lagos. etc. En áreas industriales puede haber dióxido de azufre que produce ácido sulfúrico (H2SO4).El agua de lluvia “pura” contiene: Gases disueltos (oxígeno. . nitrógeno. Tormentas eléctricas generan ozono y ácido nítrico absorbidos por el agua lluvia. dióxido de carbono) que producen ácido carbónico (H2CO3). Impurezas minerales que generalmente contienen soda (Na) en forma de carbonatos.Sustancias que forman lodos en suspensión (minerales sólidos o partículas orgánicas) . Los principales son carbonatos y sulfatos de CA y Mg. Sustancias Formadoras de Espumas .Sustancias que forman incrustaciones. No todos los SDT forman incrustaciones. cloruros o sulfatos.Corrosivos.Impurezas comunes en el agua Sólidos disueltos . Sólidos suspendidos . Oxigeno y dióxido de carbono. No es un problema generalizado en la mayoría de las aguas. Gases disueltos . . • Química para mantener condiciones un poco alcalinas y prevenir la corrosión.Técnicas del Tratamiento del Agua Externo • Reducción del nivel de sólidos disueltos por desmineralización. • Eliminación térmica o química del oxígeno para evitar oxidaciones. Interno • Química para evitar incrustaciones. ósmosis inversa. . Agua de alimentación a calderas Make up (Agua Tratada) Retorno de condensado Tanque Vapor Purga Caldera Equipo de tratamiento de agua Bomba . Ablandador de agua Salmuera Ca(HCO3)2 = Bicarbonato de Ca MgCl2 = Cloruro de Mg Na2SO4 = Sulfato de Na Agua cruda SDT = 200 ppm Resina (Na+) 2NaHCO3 = Bicarbonato de Na 2NaCl = Cloruro de Na 2Na2SO4 = Sodium Sulphate Agua ablandada SDT = 200 ppm . SDT <5 ppm 4 .Desmineralizador Acido para regeneración Agua cruda SDT 300 ppm Base p/ regeneración CO2 1 Resina catiónica Resina aniónica SAC (H+) SBA (OH-) 3 2 Agua tratada con todas las sales removidas. Contenido de Oxigeno (ppm) Temperatura del Agua de Alimentación Temperatura del Agua (oC) . Tanque de condensado Agua de make-up Retorno de condensado . Tanque de condensado Agua de Alimentacion Retorno Condensado . Venteo Tanque de Alimentación Cabezal mezclador y desaireador Control de nivel Agua de Make-up Retorno de Condensados Revaporizado de las Purgas Control de temperatura Sistema de recirculación A Caldera . Requires 9.Enthalpy of Evaporation 2000 kJ Formation of 1 kg of steam at 10 bar g feed water 70 oC.feed water 10 oC 2000 kJ 42 kJ Enthalpy of Saturated Water 740 kJ Enthalpy of Saturated Water Enthalpy of Saturated Steam 489 kJ 293 kJ .2% less fuel Enthalpy of Evaporation Formation of 1 kg of steam at 10 bar g . Producción de Vapor Vapor limpio y seco Agua de Alimentación con impurezas Acumulación de impurezas en la caldera Eliminación de impurezas . 25 gr/litro Acumulación de impurezas: 1ª Hora: 0.000 kg/h Agua alimentación con: 250 ppm = 0.Producción de Vapor (Ejemplo) Producción vapor: 10.25 x 10.5 x 10 = 100ª Hora: 2.000 = 2.5 x 100 = 25 kg 250 kg ¿Cómo evitarlo? PURGANDO ¿Cuanto? ¿Cómo? .5 kg 10ª Hora: 2. 000 2 .Pasos.500 2. presión media Generadores •Consultar siempre con el fabricante •Figuras de referencia solamente 1. paquete Aquatubular.3.000 .500 2.000 .3.500 3 .000 Aquatubular.000 .Pasos 4.Requerimiento de TDS en el agua de calderas Tipo de caldera TDS (ppm). máximo Lancashire 10. baja presión 3. Calculo de la cantidad de purga Sabiendo que: F. TDS en la caldera (ppm) S. S/cm . Producción de vapor (kg/h) Cantidad a purgar = (F x S) / (B – F) Esta ecuación es válida para unidades consistentes por ej. lb/h. TDS agua de alimentación (ppm) B. 000 ppm (deseado) – ppm (entrada) · Pérdidas de energía – Purga · Pérdidas de agua · Pérdidas de tratamiento = 3000 – 250 = 909 kg/h · Aumento de sales · Aumento de espumas · Arrastres de agua con vapor .¿Cuanto Purgar? (Ejemplo) Producción vapor: Agua alimentación con: 10.000 kg/h 250 ppm = 0.25 gr/litro Valor deseado: Dependiendo de la caldera Entre 2000 y 4000 ppm ppm(entrada) x Producción Cantidad purga = + Purga 250 x 10. Alta Concentración de Sólidos en Caldera Valor alto de sólidos en suspensión (TDS) Suciedad en Válvulas de Control Ensuciamiento de intercambiadores Bloqueo de trampas . Purga Manual Maximum Allowable TDS Boiler Water TDS Average TDS 0 12 Time in Hours 24 . La conexión a la caldera es sencilla tanto para el sensor como para la válvula. la válvula se mantiene cerrada. Cuando la concentración es baja. Reducción del flujo de purga y ahorro de energía .Control TDS Calderas y Generadores de vapor Control Automático Purga de Sales Monitoreo continuo concentración de de la sólidos disueltos. No hay pérdidas. Ahorro en el uso de químicos para el tratamiento de agua. es posible utilizar un sensor en la línea de purga de lodos para el control de TDS En este tipo de control se debe permitir un flujo continuo para que el sensor pueda detectar la concentración de los sólidos en suspensión. el controlador abre la válvula para purgar y alcanzar valores de operación.Control TDS Calderas y Generadores de vapor Control de sólidos disueltos Alternativa Si no se tiene conexión lateral en la caldera. TDS Controller . Para válores próximos al límite de concentración de sóidos disueltos. Control TDS Calderas y Generadores de vapor . Control Automático de SDT Maximum Allowable TDS Boiler Water TDS Average TDS 0 12 Time in Hours 24 . 28% Porcentaje de combustible ahorrado por cada 1 % de disminucion de la purga. En función de la presión de la caldera.Ahorros de Combustible Boiler pressure (bar g) 7 % Fuel Saved for 1% Saving in Blowdown 0. .19% 10 0.25% 26 0.21% 17 0. cerca del valor máximo permitido para minimizar pérdidas de calor y costos de tratamiento. • Proporciona estas ventajas con el mínimo de atención manual. • Previene un valor de TDS demasiado alto que causaría vapor con arrastre de suciedad. .Control Automático de Sólidos Disueltos • Mantiene el nivel de sólidos disueltos (TDS) en caldera. Como tomar una muestra de caldera La muestra debe ser representativa Enfriar la muestra para eliminar el vapor flash que se desprendería por razones de exactitud y seguridad . Muestra fría .Enfriador de Muestra Muestra caliente Agua de enf. Agua de enf. en ppm. son aproximadamente: TDS = (Conductividad en S.cm) x 0.SDT por medición de la conductividad de la muestra Los SDT.7 Esta relación solo es valida para una muestra neutra a 25 oC . Control TDS Calderas y Generadores de vapor Enfriador de muestra Sistema de control TDS Instalación T2 . Proyecto: Recuperacion Energia Purga 10 000 kg/h de vapor Agua de alimentación con 250 ppm de SDT Máx. concentración de sólidos en la caldera TDS = 2 500 ppm Presión de operación = 10 bar g Temperatura de saturación = 184 oC Ejemplo Información dada F = TDS en alimentación (ppm) = 250 ppm B = TDS deseados (ppm) = 2,500 ppm = 10,000 kg/h Cantidad a purgar = FxS B-F = 250 x 10,000 2,500 - 250 = 1,111 kg/h S = Generación de vapor (kg/h) Cuanta energía hay en la purga? Energia en la purga (kW) = 1111kg/h x 782 kJ/kg 3600 segundos = 241kW Un sistema de calentamiento típico consume 13 kW, así que es calor suficiente para: 241 13 = Aprox. 19 calentadores. 141 o 14.liquid a 0.liquid at 10 bar = 782 kJ/kg Entalp.1 % .Vapor Flash Entalp.5 bar = 468 kJ/kg Exceso de energía = 314 kJ/kg = 314kJ/kg Entalp. 2226 kJ/kg Exceso de energía de evaporación Fracción o porcentaje de vapor flash = 0. 0435 x 2694 = 117 kW .0435 kg/s) Energía en el vapor = 2694 kJ/kg Energía en flash = 0.1% 157 kg/h (0.Vapor Flash Cantidad de flash = = 1111 kg/h x 14. Tanque de separación de flash Vapor flash Purga Drenaje libre Velocidad de separación baja Agua contaminada . Utilización del vapor flash Agua de Make Up Tanque flash Purga Tanque de alimentación . de calor .Utilización del Calor en el Agua Agua de Make Up Purga Tanque flash Tanque de alimentación Agua de makeup Intercamb. se puede causar sobrecalentamiento y daños en los tubos de transferencia de calor. Esto se puede hacer manual o automaticamente. La no-remoción de estos provocará acumulación y disminuirán la eficiencia térmica de la caldera (Bajas transferencias de calor) Además. . La purga de lodos se lleva a cabo a través de la apertura rápida e instantánea de una válvula en el fondo de la caldera.Control Purga de Lodos Calderas y Generadores de vapor Sólidos en suspensión Purga de lodos Los sólidos en suspensión se precipitarán al fondo de la caldera. Control Purga de Lodos Calderas y Generadores de vapor Válvula de Purga RTK PV 6291 . La Caldera y el Vapor que Llega al Equipo Veamos en el video “La Información Desde el Interior” cuales son los principales factores que afectan la calidad del vapor que se está generando…. . [email protected] By: Luis Guillermo Marquez Latin American Sales Manager Cell: +57 3147006481 Luis.com 81 .