BENEFICIOS DE LA SUSTITUCIÓN DE PETRÓLEO RESIDUAL POR GAS NATURAL EN CALDERAS DE VAPOR

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1 III SEMINARIO INTERNACIONAL SISTEMAS DE AHORRO DE ENERGÍA Y AUTOMATIZACIÓN DE PLANTAS PESQUERAS INDUSTRIALES Lima, 19 y 20 de julio de 2007 Tema: BENEFICIOS DE LA SUSTITUCIÓN DE PETRÓLEO RESIDUAL POR GAS NATURAL EN CALDERAS DE VAPOR Expositor : ING. VICTOR ARROYO CH. 1 1

2 1. Conceptos generales sobre Gas Natural 2 2

3 Hidrocarburos Metano CH 4 Propano C 3 H 8 Pentano C 5 H 12 Compuestos que contienen átomos de Carbono e Hidrógeno Etano C 2 H 6 Butano C 4 H 10 Hexano C 6 H

4 Qué es el Gas Natural? Mezcla de gases hidrocarburos y no hidrocarburos. El principal componente del gas natural es el Metano. METANO Gas combustible, incoloro, inodoro, no tóxico e insípido 4 4

5 Gas Natural - componentes HIDROCARBUROS : Metano Etano Propano Butanos Pentanos Hexanos Heptanos y superiores Vapor de agua GASES INERTES : N 2 CO 2 OTROS : O 2 H 2 S Mercaptanos 5 5

6 Gas Natural contaminantes N 2 O 2 Agua CO 2 H 2 S Otros compuestos con azufre Hidrocarburos condensados Partículas sólidas y líquidas 6 6

7 Composición del Gas Natural (Camisea) Composición del gas entregado al usuario: Metano : % vol Etano : Propileno : 0.02 Nitrógeno : 0.59 Dióxido Carbono : C : 9634 kcal/m3 15 C : kg/m3 7 7

8 2. Combustibles Tradicionales de la Industria Pesquera 8 8

9 Petróleo Residual y Aceite de Pescado Propiedad 60 F 100 F (SSU) 100 F (cst) Punto Inflamación ( C) Residuo Carbon (%) PCS (kcal/gal) C (%) H (%) O (%) N (%) S (%) Agua (%) PR Aceite Pescado

10 3. Ventajas económicas y ambientales del uso de gas natural 10 10

11 Ventajas del Gas Natural Ha reemplazado paulatinamente a otros combustibles porque: Es más económico que los combustibles líquidos (D-2, Residuales) Produce mejor combustión. Tiene poder calorífico elevado. Es menos contaminante del ambiente. Es menos agresivo en los equipos de combustión. No requiere almacenamiento (se entrega por tubería de manera segura y confiable). Es más limpio en el manejo

12 Ventajas del Gas Natural El Gas Natural es más económico por unidad de energía entregada: Diesel 2 : 15.8 US$/Millon BTU Residual 6 : 9.2 Gas Natural : 5.0 Nota: Precios sin IGV según OSINERGMIN al 9 Julio

13 Ventajas del Gas Natural Los combustibles fósiles contienen principalmente Carbono e Hidrógeno y en menor proporción Azufre, Nitrógeno y otros elementos. La facilidad de combustión y las emisiones varían en función de la relación C/H : Gas natural Diesel 2 Residuales Carbón A mayor relación C/H : Mayor dificultad en la combustión (mayor producción de CO y hollín). Mayor emisión de contaminantes (SO 2, NO x, CO, partículas). Mayor emisión de CO 2 (gas de efecto invernadero)

14 Ventajas del Gas Natural COMPOSICIÓN DE COMBUSTIBLES C/H Combustible C H S N % % % % 3.1 Gas Natural Diesel Residual Carbón

15 Ventajas del Gas Natural EMISIONES DE UNA CALDERA DE 500 BHP Combustible SO 2 kg/h NOx kg/h Partículas kg/h CO 2 kg/h Gas Natural ~ Diesel Residual Carbón

16 4. Sustitución de Petróleo Residual por Gas natural en Calderas de Vapor 16 16

17 Conversión a gas de calderas de vapor SUMINISTRO DE GAS A LA CALDERA Para quemar el nuevo combustible es necesario tender una tubería desde el empalme con el Suministrador hasta la caldera. Diseño de tuberías y accesorios. Diseño de estaciones reductoras primarias y secundarias. Sistemas de medición, control y seguridad. Soportes y cimentación. El diseño debe ser realizado de acuerdo a normas

18 Conversión a gas de calderas de vapor PROCESO DE CONVERSIÓN EN CALDERAS PIROTUBULARES 1) Revisión de transferencia de calor entre zonas radiante y convectiva ante nueva realidad. 2) Determinación de nuevas exigencias de los materiales. 3) Estudio de dilataciones estructurales frente a nuevas exigencias. 4) Revisión y adecuación de equipos de la caldera : Quemador Ventilador Economizador Controles 18 18

19 Conversión a gas de calderas de vapor 1. Revisión de transferencia de calor entre zonas radiante y convectiva El Residual transmite mayor calor de forma radiante que el Gas Natural, por lo que la temperatura de salida del hogar se incrementa. La masa de gases de combustión es mayor para el Gas Natural que para el Residual

20 Conversión a gas de calderas de vapor 2. Determinación de nuevas exigencias de materiales Determinación de nuevas temperaturas en paredes de tubos. Determinación de nuevas temperaturas en economizador. Comparación con diseño. Evaluación de la habilidad de los materiales para las nuevas temperaturas

21 Conversión a gas de calderas de vapor 3. Estudio de dilataciones estructurales Se analizarán las dilataciones diferenciales producidas por las nuevas temperaturas en el hogar y tubos de zona convectiva. Se revisarán los sistemas existentes para absorción de dilataciones y su habilidad para los nuevos requerimientos. Se deberá revisar la habilidad de la chimenea existente (diámetro y altura) para el mayor caudal de gas

22 Conversión a gas de calderas de vapor 4. Revisión y adecuación de equipos de la caldera Quemador : posibles modificaciones o cambio total. Potencia, modulación, sistema de encendido, controles, caja de aire, etc. Ventilador : capacidad, presión. Economizador : diseño, temperaturas. Controles : combustión, presión de aire/gas, lazos existentes

23 Conversión a gas de calderas de vapor 5. Análisis Adicionales a) Emisiones de contaminantes : Gases ( NO x, CO, SO 2 ) Partículas Ruido b) Capacidad de producción de vapor de la caldera. c) Eficiencia térmica. d) Combustible de Back-Up. e) Costos de mantenimiento

24 Conversión a gas de calderas de vapor ACCIONES A REALIZAR Los procesos de conversión a gas de calderas toman tiempo, por lo cual es recomendable : Iniciar ya el estudio de factibilidad técnica-económica de la conversión. Especificaciones de nuevos equipos y modificaciones. Diseño del sistema de suministro de gas por tuberías. Adquisición de equipos y materiales. Implementación y puesta en marcha

25 Conversión a gas de calderas de vapor VENTAJAS DE LA CONVERSIÓN A GAS NATURAL Incremento de eficiencia de la caldera. Reducción de costos de mantenimiento. Reducción de demanda de vapor para atomización de combustible líquido. Reducción de emisiones de contaminantes. Reducción de costos operativos en planta

26 5. Casos de Conversión a Gas natural en Calderas de Vapor 26 26

27 CASOS DE CONVERSIÓN A GAS NATURAL Caso 1: Caldera Pirotubulares 600 y 900 BHP Caso 2: Caldera Acuotubular 50 t/h 27 27

28 CASO 1 : PLANTA PESQUERA DE PAITA Proyecto de conversión: empresa extranjera (USA) Demostración de uso de gas natural y eficiencia energética: CONAM PA Consulting CINYDE S.A.C. Empresa pesquera: 100 t/h procesamiento Consumo PR-6 : 1.2 Millones gal/año N calderas : 6 N horas de operación planta: h/año 28 28

29 CARACTERISTICAS DEL GAS NATURAL USADO 29 29

30 DATOS DE LAS CALDERAS Dato Caldera N 2 Caldera N 6 Marca Distral Cleaver Brooks Potencia nominal (BHP) Número de pasos 3 4 Año de fabricación Procedencia Colombia USA Combustible Residual 6 / gas natural Residual 6 / gas natural Presión de operación (psig)

31 PROYECTO DE CONVERSIÓN DE LA CALDERA Consistió básicamente en: Adaptación del quemador actual mediante kit de conversión. Instalación de tren de válvulas y controles. Tendido de tuberías de gas. Se dejó la línea de PR-6 (respaldo)

32 32 32

33 RESULTADOS DE MEDICIONES 33 33

34 BENEFICIOS AMBIENTALES DE LA CONVERSIÓN 34 34

35 BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS 35 35

36 BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS PR gal/año vapor Tanque. General 40º C gal h=10 m Ø=5 m 50HP Tanque Diario gal 70 C h=4 m Ø=2 m vapor Calentadores 2.4 HP 1h EE 15kw 100ºC CALDERAS DISTRAL VAPOR 2 HP EE 7.5kw 110ºC CALDERAS C-B AIRE 5HP 36 36

37 BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS Energía dejada de consumir por el cambio a gas natural en 6 calderas Concepto Explicación del ahorro PR-6 (gal/año) Electricidad (kwh/año) 1 Calentamiento de PR-6 en tanque diario No se consume vapor de caldera para mantener caliente el PR Calentamiento de PR-6 en calentadores de calderas Distral 3 Calentamiento de PR-6 en calentadores de calderas C-B 4 Compresión de aire de atomización en calderas C- B 5 Bombeo de PR-6 en tanque general y calderas 6 Pérdida de calor en tanque general 7 Pérdida de calor en tanque diario No se consume vapor de caldera para elevar la temperatura del PR-6 de 70 a 100 C No se consume electricidad para elevar la temperatura del PR-6 de 70 a 110 C No se consume electricidad para compresor de aire de atomización No se consume electricidad en bombas de transferencia de PR-6 en tanques y las propias calderas Se evita las pérdidas de calor por convección y radiación, lo cual tiene que ser compensado con aporte de vapor en serpentines Vapor de atomización en Se deja de consumir vapor de calderas Distral caldera para atomizar el PR-6 TOTAL

38 BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS En resumen, los ahorros son: Ahorro por costo de combustible : Ahorro por energía dejada de consumir: Ahorro por limpieza de tubos : Total : US$/año La inversión total de las instalaciones para el quemado del gas natural fue de US$ , entonces el retorno simple de la inversión es de: Retorno de inversión = / = 0,94 año 38 38

39 CASO 2 : PLANTA DE FIBRAS Proyecto de conversión: SAACKE CINYDE S.A.C. Empresa : Lima Consumo PR-6 : 6.5 Millones gal/año N calderas : 3 N horas de operación planta: 8000 h/año 39 39

40 DATOS DE LA CALDERA 40 40

41 TRABAJOS DE CONVERSIÓN Consistió básicamente en: Cambio del quemador de petróleo COEN por otro de gas de alta eficiencia marca SAACKE. Cambio del ventilador de aire y ductos. Modificación de la caja del quemador. Nuevos controles, totalmente electrónicos y automáticos. Instalación de trenes de válvulas y controles. Instalación de tuberías de gas internas

42 QUEMADOR SAACKE DE GAS 42 42

43 CALDERA B&W CON QUEMADOR DE PETROLEO RESIDUAL-6 COEN. CALDERA B&W CON QUEMADOR DE GAS SAACKE Modelo DDG de 42,2 MMkcal/h 43 43

44 CALDERA B&W CON QUEMADOR DE PR-6. REQUERÍA DESHOLLINADOR. CALDERA B&W CON QUEMADOR DE GAS SAACKE: NO REQUIERE DESHOLLINADOR

45 RESULTADOS DE LA CONVERSIÓN A GAS 45 45

46 BENEFICIOS LOGRADOS Mejora de eficiencia térmica. Reducción de emisiones. Mayor vida útil de la caldera Mejor control y supervisión de la caldera. Reducción de costo de operación: US$/mes de ahorro! 46 46

47 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION! ING. VICTOR ARROYO CHALCO Natalio Sanchez 220 Of. 307 Lima 11 Tel

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