Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras de América Latina - EELA CORPORACIÓN AMBIENTAL EMPRESARIAL CAEM

Transcripción

1 Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras de América Latina - EELA CORPORACIÓN AMBIENTAL EMPRESARIAL CAEM Financiado por: Ejecutado por:

2 Seminario Internacional Producción mas eficiente en el sector ladrillero Horno Colmena con Dosificador EELA COLOMBIA 2

3 Información general ESTUDIO DE CASO Implementación Ubicación (2) Hornos Colmena con sistema aire combustible Nemocón, Cundinamarca, Colombia Tipo También conocidos como hornos redondos, bóveda o de llama Invertida, son hornos cerrados, intermitentes y cilíndricos de tiro natural o forzado con punto de descarga de gases o chimenea. Naturaleza de la organización Producción semi-mecanizado Línea de producción semi mecanizado >3 Ton hora/hora Nivel de mecanización Dosificación manual en el inicio y mecanizado en el proceso de quema. Cargue y descargue manual Capacidad de producción Capacidad nominal horno: 125 ton de arcilla/quema Producción mes: 375 ton material cerámico/mes. (75 millares) Tipos de productos Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín Material perforado: Ladrillo rejilla, prensado, Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS Material de fachada y pisos: Tabletas, fachaletas, tejas. ASERDIM Ingeniería y procesos Catalogo maquinaria para la industria cerámica. Pag.15 3 Distribución geográfica Latino América: Colombia, Perú y Brasil. Colombia: Cundinamarca, Boyacá, Norte de Santander (349 hornos. CAEM 2013).

4 Descripción técnica Tipo de Cocción Combustión cerrada Traslado de la corriente calor a través del horno Carga fija durante la quema. Inicio de quema por hornilla. Tiraje Natural o inducido Tiro invertido Llama ascendente Modo de carga Piso parrilla Cargue: Acomodación manual del material cerámico ocupando el área útil del horno. Descargue manual CAEM Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras EELA. Identificación de equipos de quema y/o de inyección de combustible para la industria ladrillera. Pág Combustible Carbón mineral (Granulado), Biomasa (Leña, cascarilla de café). Etapas de la cocción Encendido y calentamiento Inyección manual de combustible por hogares laterales. (Alcanzar una Temperatura 400 C) 12 a 24 horas. Cocción Inyección de combustible mecanizada (4 a 6 dosificadores. (45-75 horas a 800 a 1050 C) Enfriamiento Periodo de tiempo en que suspenden la inyección de combustible 4 CAEM, Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras Artesanales. Validación de horno Colmena.

5 Información Técnica Consumo de energía Índice de consumo: 2 4 MJ/Kg cerámico 113 kg carbón/ Ton arcilla Capacidad de producción Pequeña industria (1 a 5 hornos): 500 a 1000 millares de ladrillos Mediana industria (> 5 hornos): 1001 a 5000 millares de ladrillos Eficiencia Eficiencia térmica: 33 % 9 Kg arcillas/kg carbón Swisscontact,2013, Factsheets, Horno Abovedado. Pág.. 3 Emisiones 5 Medición Material Particulado (condicion es de referencia ( mm Hg) Combustibl e sólido) Parámetro Estándares de emisión admisibles de contaminantes (mg/m3). Resolución 909 de Resultado horno cámaras valido (mg/m3) Partículas en suspensión ,59 totales (TSP) Dióxido de azufre (SO2) ,1 Óxidos de nitrógeno (NOX) ,13 O2 de referencia (%) 18 % 14,27 % Temperatura salida-max C ,62 CAEM Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras EELA, Simulación por elementos finitos de horno tipo colmena. Pág. 7

6 Información financiera Costo Construcción horno Desempeño financiero Costo producción Capacidad: 375 ton material cerámico /mes $ 30 a 50 mil (USD). Construcción horno. $ mil (USD). Sistema de dosificación. TIR: 48 % VAN: Tiempo de recuperación: 06 1,7 años Tiempo de recuperación de la inversión: 1 año $ 80 COP/kg material cerámico = 0,040 USD/Kg material cerámico. 8 a 10 operarios. (315 UDS 1 quema) Combustible: 13 Ton/carbón 720 USD 1 quema DESCRIMINACIÓN DE COSTOS ÍTEM COSTOS USD % Diseño - plano $ ,7 Materiales de construcción $ ,2 Material cerámico - construcción $ ,3 Mano de obra construcción $ ,7 Infraestructuras de alimentación $ ,9 (Molino) Instrumentación $ ,3 Alquiler de maquinaria $ ,0 Equipamiento dosificador $ ,9 17,7 1,3 $ 780 Costos de construcción 2 1,7 5,2 16,3 Costos de Operación $ 50 $ 315 Diseño - plano Materiales de construcción Material cerámico - construcción Mano de obra construcción Infraestructuras de alimentación (Molino) Instrumentación Alquiler de maquinaria Mano de obra Combustbible (Carbón) Mantanimiento Costo de operación por quema (125 Ton/Material cerámico) 6 Ítem UDS Mano de obra $ 315 Combustible (Carbón) $ 780 Mantenimiento $ 50

7 Calidad del producto 7 CALIDAD DE PRODUCTO (Bloque No 4) Resultados de laboratorio cerámico Validación horno Figura 46: Bloque N 4 Percepción mercado local Tipos de productos pueden se cocinados en el horno Parámetro Tipo Pasta Valor laboratorio Rango óptimo (NTC 4205) Densidad aparente Pasta 2 (kg/cm3) 1,6-2 reformulada validación (PRV) Resistencia mecánica a PRV 26,38 Mayor a 20 la compresión (Kg/cm2) Contracción secado PRV 5,34 NA Contracción cocción PRV 1000 C -0,26 Menor 1,5 Absorción PRV 1000 C Menor a 16 11,96 Pérdidas por calcinación PRV 1000 C 5,74 Menor a 10 Parámetro coloquial Descripción Calificación Dimensiones Que cumpla con las dimensiones Excelente estándar (30*20*10). Alabeo Las caras y ángulos del material Excelente cerámico mantengan la ortogonalidad permitida (deformaciones mínimas). Timbre Refiere al sonido generado por Excelente el material cerámico, que a mayor agudeza del sonido se determina la calidad de cocción del material. Tipo Nombre Macizo Adoquín estructural y tipo corbatín Hueco Bloque No 4, Bloque No 5, Bloque No3 Perforado Ladrillos portante, rejilla, estructural perforado Fachada y teja Teja rustica, teja cuadrada, fachadas y tableta

8 Seminario Internacional Producción mas eficiente en el sector ladrillero Horno Cámaras Continuas EELA COLOMBIA 8

9 Información general ESTUDIO DE CASO Reconversión Ubicación (2) Hornos Colmena a uno (1) Cámaras (Semi-continuo) Nemocón Tipo Semi-continuo (>8 cámaras) Continuo (<8 cámaras) Naturaleza de la organización Producción industrial Línea de producción semi mecanizado Capacidad de instalada >6 ton/hora. Nivel de mecanización Dosificación mecanizado Cargue y descargue manual Capacidad de producción Capacidad por cámara (12 a 20 ton de arcilla) Horno semi- continuo (6 cámaras) = 75 ton/quema ton/año. (1440 millares) Horno continuo : (24 cámaras) = 556 ton/quema, ton/año (5345 Millares) Tipos de productos Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín Material cerámico perforado: Ladrillo rejilla, prensado, portante, multi- perforado, perforación vertical, y estructural. Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS 9 Distribución geográfica Latino América: Colombia y Brasil. Colombia: Cundinamarca, Boyacá y Huila. (15 hornos).

10 Descripción técnica Tipo de Cocción Tiraje Combustión cerrada Traslado de la corriente calor a través del horno Carga fija durante la quema. Inicio de quema por hornilla. Forzado Controlado por válvulas independientes en cada cámaras ubicadas sobre el ducto principal de gasa de salida Inyección manual de combustible por hogares laterales. (Alcanzar una Temperatura 400 C Encendido y precalentamiento Etapas de la cocción Cocción Inyección de combustible mecanizada por las brameras superiores. (8 horas a 950 a 1050 C) Trasladar la corriente de calor a la cámara contigua Transferencia de calor Enfriamiento Periodo de tiempo en que suspenden la inyección de combustible Modo de carga Piso parrilla Cargue: Acomodación de material cerámico con perforaciones u orificios en orientación vertical Distancia de 5 cm de la paredes del horno. Chimenea Equipo dosificador Brameras Muro corta fuego Cámara 4 Cámara 3 Cámara 2 Cámara 1 Extractor Puerta cámara Cámara de cocción Hornilla Ducto Gases 10 Flujo de calor Dámper Ducto pasa fuego Flujo de gases Inyección combustible

11 Información Técnica Emisiones Consumo de energía Capacidad de producción Eficiencia Índice de consumo: 2,37 MJ/Kg cerámico 74 kg carbón/ Ton arcilla 12,5 Kg arcillas/kg carbón Semi-continuo: 600 ton material cerámico mes, equivalente a 120 millares de unidades cerámicas. Continuos: 2200 Ton material cerámico mes, 445 millares Eficiencia térmica: 22 % Eficiencia de combustión: 63,5 % Parámetro Estándares de emisión admisibles de contaminantes para la fabricación de productos cerámicas (mg/m3). Resolución 909 de Resultado horno cámaras valido prueba Isocinético de gases. (6 febrero 2014) (mg/m3) Partículas en suspensión ,66 totales (TSP) Dióxido de azufre (SO2) Óxidos de nitrógeno (NOX) ,32 Ácido clorhídrico (HCL) 8 2,85 Ácido fluorhídrico (HF) 410 1,53 O2 de referencia (%) 18 % 17,60 % Temperatura de salida- Max C

12 Información financiera Costo Construcción horno Capacidad: 600 ton material cerámico /mes $ (USD). Desempeño financiero TIR: 216 % Tiempo de recuperación de la inversión: 1 año Costo producción $70 COP/kg material cerámico = 0,035 USD/Kg material cerámico. 12

13 Calidad del producto CALIDAD DE PRODUCTO (Bloque No 4 PH: Perforación horizontal) Parámetro Tipo Pasta Valor laboratorio Rango óptimo (NTC 4205) Resultados de laboratorio cerámico Validación horno Densidad aparente Pasta reformulada validación (PRV) 1,87 (kg/cm3) 1,6-2 Resistencia mecánica a la compresión PRV 19.9 (Kg/cm2) Mayor a 20 Contracción PRV 900 C- 0, C -0,52 Menor 1,5 Absorción PRV 1000 C 14,93 Menor a 16 Percepción mercado local Pérdidas por calcinación PRV 1000 C 7,72 Menor a 10 Parámetro coloquial Descripción Calificación Dimensiones Alabeo Que cumpla con las dimensiones estándar (30*20*10). Las caras y ángulos del material cerámico mantengan la ortogonalidad permitida (deformaciones mínimas). Bueno Bueno 13 Timbre Refiere al sonido generado por el material cerámico, que a mayor agudeza del sonido se determina la calidad de cocción del material. Bueno

14 Seminario Internacional Producción mas eficiente en el sector ladrillero Horno Hoffman EELA COLOMBIA 14

15 Información general ESTUDIO DE CASO Reconversión Ubicación Hoffmann con equipo de dosificación y micronización Cogua Tipo Continuo Naturaleza de la organización Nivel de mecanización Producción industrial Línea de producción mecanizada Dosificación mecanizado Cargue y descargue manual Capacidad de producción Horno continuo : (134 Líneas) = 310 ton arcillas por ciclo Tipos de productos Material macizo: Ladrillo tolete y adoquín Material cerámico perforado: Ladrillo rejilla, prensado, portante, multi- perforado, perforación vertical, y estructural. Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, vertical, BIS 15 Distribución geográfica Colombia: Uso generalizado

16 Descripción técnica Tipo de Cocción Combustión cerrada Frente de llama móvil. Inicio de quema por hornilla con carbón grueso y/o madera Tiraje Forzado Controlado por válvulas ubicadas sobre el ducto principal de gasa de salida obturadas independiente mente Modo de carga Cargue: Endague de material cerámico con orientación axial, espacio de cargue de combustible en cada bramera 16

17 Descripción técnica Flujo de material Fluor de aire de combustion 17

18 Información Técnica Consumo de energía Índice de consumo: 1.09 MJ/Kg cerámico 36.2 kg carbón/ Ton arcilla Kg arcillas/kg carbón Capacidad de producción Continuos: 3100 Ton material cerámico mes, 720 millares OJO exceso de aire < 600% 18

19 Ventajas del Horno Hoffmann Alto rendimiento de combustible Aprovechamiento del calor residual Versatilidad en referencias y tipos de producto Disponibilidad de calor residual para secadero Cumplimiento Normativo de emisiones 19

20 Seminario Internacional Producción mas eficiente en el sector ladrillero Horno Zig Zag EELA COLOMBIA 20

21 Información general ESTUDIO DE CASO Reconversión Ubicación Zig Zag Nemocón Tipo Semi - Continuo Naturaleza de la organización Producción industrial Línea de producción mecanizada Nivel de mecanización Dosificación mecanizado Cargue y descargue manual Capacidad de producción Horno semicontinuo : 2 cámaras = = 310 ton arcillas por ciclo Tipos de productos Material Cerámico hueco: Bloque, Bloquelon, 21 Distribución geográfica Colombia: Cundinamarca y Antioquia

22 Descripción técnica Tipo de Cocción Combustión cerrada Frente de llama móvil. Inicio de quema por hornilla con carbón grueso y/o madera Tiraje Forzado dámper y válvula de cruce de fuego Modo de carga Cargue: Endague de material cerámico con orientación similar a Hoffman 22

23 23 Descripción técnica

24 24 Descripción técnica

25 Información Técnica Variable Zona 3 Máximos según resolución 909 Consumo de energía Capacidad de producción Índice de consumo: 4.2 MJ/Kg cerámico 139 kg carbon / ton arcilla Continuos: 342 Ton material cerámico mes, 76 millares Temperatura Zigzag 1007 Temperatura máx Velocidad %O % referencia %CO Ppm SO máx. Ppm NOx máx ppm CO 1.53 Parámetros de combustión Exceso Aire 313% Masa Combustible (Kg/s) 0.08 Masa Aire (Kg/s) 2.77 AFR AFR stoic 8.20 Fi Eficiencia de combustión 91%

26 Ventajas del Horno Zig Zag Menores perdidas en envolvente Versatilidad en referencias y tipos de producto Cumplimiento normativo de emisiones Corto ciclo de 3 días de quema Posibilidad de adicionar cámaras según disponibilidad de recursos Perdidas considerables en caldeo Estructura vulnerable a dilataciones y contracciones terminals 26

27 Conclusiones kg Carbon/ton Arcilla Pampa (Árabe) Fuego Dormido Baúl Colmena Semicontinuo MK3 Vagón Zigzag Hoffmann sin techo Hoffmann Túnel Rodillos BTK (Chimenea Móvil) BTK (Chimenea Fija) Vertical 36 kg/ton 74 kg/ton 113 kg/ton 134 kg/ton 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 MJ/ton Arcilla Cocida 27

28 Conclusiones Rango de producción (Ton arcilla/día) Gráfica 1. Tipo de horno para solución Artesanal Vs Rango Operativo Estimado [Ton de Arcilla máxima procesada/día] Gráfica 2. Tipo de horno para solución Industrial Vs Rango Operativo Estimado [Ton de Arcilla máxima procesada/día] 28

29 Conclusiones Mediante rutina de inspección con instrumentación especializada es posible diagnosticar el estado del horno, condiciones de combustión determinar posibilidades de optimización de combustible y aplicar buenas practicas de operación. Resultados de estas rutinas de diagnostico arrojan beneficios de entre 5 20% de ahorro de combustible en un escenario conservador Mejoras recurrentes en las diferentes evaluaciones muestran oportunidades en Control de temperatura máxima Optimización del exceso de aire Mejoramiento de características del combustible Ajuste de la dosificación del combustible Mejoras en endagado Reducción de aire infiltrado En pruebas en hornos Cámaras y Hoffmann se ha encontrado viable la sustitución de carbón por biomasa en fracción de 30% sin afectar temperatura máxima, reduciendo considerable emisiones. 29

30 Gracias Victor Garcia, Andres Gonzalez, Financiado por: Ejecutado por: