Sección 8. Optimización de sistemas de vapor - Demanda de vapor (usos finales)

Transcripción

1 1 Sección 8 Optimización de sistemas de vapor - Demanda de vapor (usos finales) Impacto de las condiciones de generación de vapor Demanda de vapor (usos finales) Proyectos de ahorros de la demanda de vapor del SSAT

2 2 Sistema de vapor genérico Usos finales Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program

3 3 Proyecto 6 del SSAT - Condiciones de la generación de vapor Project 6 - Change Steam Generation Conditions Existing Conditions : 25 barg. Superheated steam at 375 C Do you wish to change the HP steam generation conditions? Option 3 - No change Option 1 - Enter temperature 320 C Note: Saturation temperature at specified HP pressure (25 barg) is 226 C Option 2 - Enter thermodynamic quality 99.9 % dry Calidad = x = m m vapor vapor + m liquid

4 4 Proyecto 6 del SSAT - Condiciones de la generación de vapor El proyecto 6 del SSAT permite cambiar las condiciones de generación de vapor El objetivo principal de este proyecto es investigar el funcionamiento de una caldera que descargue vapor de una calidad menor En este caso, el término calidad hace referencia a la calidad termodinámica Fracción de masa de vapor de la descarga de la caldera Se puede conseguir otro impacto importante cambiando el sobrecalentamiento de un sistema determinado para ver el impacto económico sobre el combustible y la generación de energía eléctrica Es posible que se necesiten algunas de las características de rendimiento de la turbina La carga térmica de la demanda de vapor permanece constante

5 5 Proyecto 6 del SSAT - Condiciones de la generación de vapor En el modelo del SSAT el líquido saturado que sale de la caldera no transfiere energía a las cargas de los procesos El líquido saturado que sale de la caldera pasa por las turbinas de vapor y por las válvulas de alivio de presión La pérdida principal se encuentra en el sistema de condensado Por el sistema de condensado pasa una cantidad adicional de masa Aumento de las pérdidas de transferencia de calor Aumento de las demandas de agua de reposición a causa de la pérdida de condensado T 3 T 1 T 2 T 4

6 6 Demanda de vapor La demanda de vapor presenta distintas formas Una de las oportunidades de reducción de la energía más significativas es la reducción del consumo de vapor Elimina el uso inapropiado de vapor Reduce el uso apropiado de vapor De todos modos, en un curso genérico, es extremadamente difícil abarcar los usos finales específicos de todos los procesos industriales Por lo tanto, describimos los métodos generales y las herramientas del curso para capturar y cuantificar los ahorros de la demanda de vapor

7 7 Algunas usos finales de vapor comunes Torres de destilación Eyectores e inyectores de vapor Secadoras Columnas de separación evaporadores Termocompresores Intercambiadores de calor Recalentadores reformadores Enfriadores por absorción humidificadores bobinas de climatización para precalentar o recalentar

8 8 Gráfico circular de la distribución de un uso final* de vapor * Alimentos y Bebidas - Jugos de hortalizas y frutas

9 Sistema de vapor Caldera número 1 Carbón Caldera número 2 Fuel oil pesado (HFO) Caldera número 3 Gas metano Purga Purga Purga Electricidad comprada Demanda de vapor de AP del proceso Demanda eléctrica del sitio Venteo Descarga al desagüe Agua de reposición Condensado del proceso Condensado de la turbina Indica la instalación de un caudalímetro 9

10 Ejemplo de demanda de vapor (e precalentado) Flujo de e: m 3 /min T i = 20 ºC Suministro de vapor al cabezal = 2 bares de BP T e = 80 ºC En las trampas de vapor entra condensado líquido saturado a 2 bares El proceso requiere que se caliente en e a 80 C Actualmente, el horno del proceso suministra el e externo Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program 10

11 11 Ejemplo de demanda de vapor (e precalentado) Flujo de e: m 3 /min T i = 20 ºC Suministro de vapor al cabezal = 2 bares de BP T e = 80 ºC Q Q Q = = = m C p _ 2.391kW ( T T ) out in ,188 1,006 En las trampas de vapor entra condensado líquido saturado a 2 barg ( 80 20) 1 60

12 12 Ejemplo de demanda de vapor (precalentamiento del e) T Flujo de e: i = 40 ºC m 3 /min Suministro de vapor al cabezal = 2 bares de BP T e = 80 ºC Q Q Q = m C = p _ kw ( T T ) out in = ,188 1,006 En las trampas de vapor entra condensado líquido saturado a 2 barg ( 80 40) 1 60

13 Ejemplo de demanda de vapor (precalentamiento del e) Ahorro de energía = kw m m m steamsaved steamsaved steamsaved = = AhorrosdeEnergia ( h h ) steam 796 ( ,5 ) kg = hr condensate Vapor ahorrado = 1,094 * = toneladas/año Costo unitario de la generación de vapor: $ 91,67 por tonelada Ahorros de costos anuales = $ Se puede hacer el mismo análisis con el proyecto 1 del SSAT - Ahorros de la demanda de vapor 13

14 14 Proyecto 1 del SSAT - Ahorros de la demanda de vapor Project 1 - Steam Demand Savings (Changing the process steam requirements) Current use - HP: 20 t/h (12273 kw) MP: 40 t/h (26660 kw) LP: 70 t/h (50091 kw) Do you wish to specify steam demand savings? Yes If yes, enter HP steam saving 0 t/h If yes, enter MP steam saving 0 t/h If yes, enter LP steam saving t/h Note: A negative saving can be entered to model an increase in steam demand Note: The savings have been converted to heat duties of 0 kw (HP), 0 kw (MP) and 783 kw (LP) based on current header enthalpies Note: These heat duties are then used to determine the actual flow change in the Projects Model based on the calculated header enthalpies El cambio de la demanda de vapor se basa en entalpía del flujo del vapor con las propiedades del modelo inicial Las propiedades del vapor cambian cuando se inicia el proyecto El flujo de entalpía del cambio de la demanda reduce el flujo de entalpía del proceso

15 Proyecto 1 del SSAT - Ahorros de la demanda de vapor Project 1 - Steam Demand Savings (Changing the process steam requirements) Current use - HP: 20 t/h (12273 kw) MP: 40 t/h (26660 kw) LP: 70 t/h (50091 kw) Do you wish to specify steam demand savings? Yes If yes, enter HP steam saving 0 t/h If yes, enter MP steam saving 0 t/h If yes, enter LP steam saving t/h Note: A negative saving can be entered to model an increase in steam demand Note: The savings have been converted to heat duties of 0 kw (HP), 0 kw (MP) and 783 kw (LP) based on current header enthalpies Note: These heat duties are then used to determine the actual flow change in the Projects Model based on the calculated header enthalpies Results Summary SSAT 3 Header Experts Training Example Model Status : OK Cost Summary ($ '000s/yr) Power Cost Current Operation 4,380 After Projects 4,380 Reduction 0 0.0% Fuel Cost 110, , % Make-Up Water Cost % Total Cost (in $ '000s/yr) 115, , % On-Site Emissions Current Operation After Projects Reduction CO2 Emissions t/yr t/yr 1755 t/yr 0.8% SOx Emissions 0 t/yr 0 t/yr 0 t/yr N/A NOx Emissions 439 t/yr 435 t/yr 3 t/yr 0.8% 15

16 16 Puntos más importantes / Acciones recomendadas 1. Hay varios usos finales de vapor en plantas industriales 2. Haga un balance de los usos finales de vapor de la planta industrial e identifique los usuarios finales de vapor más grandes de la planta 3. Reduzca el uso final de vapor Mejore la eficiencia de los procesos Desvíe la demanda de vapor a una fuente de calor residual o de al vapor de baja presión que está disponible en la planta

17 Mejores prácticas habituales de los usos finales Reducir el uso de vapor por parte de los procesos Mejorar la eficiencia de los procesos Cubrir la demanda de vapor con una fuente de calor residual Reducir la presión de vapor que necesitan los procesos, especialmente en los sistemas de cogeneración Mejorar el vapor de baja presión (o de residual) para que pueda satisfacer las demandas de los procesos Integrar los procesos para lograr una optimización de la energía de la planta en su conjunto Fuente: US DOE BestPractices Steam System Sourcebook 17