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

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Sistema de vapor genérico

Usos finales

Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program

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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 1 - Enter temperature

Option 3 - No change

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

vapor

m

vapor

+m  liquid

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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

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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 T3

T2

T1 T4

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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

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Algunas usos finales de vapor comunes  Torres de destilación

 Eyectores e inyectores de vapor

 Secadoras

 Columnas de separación

 evaporadores

 Termocompresores

 Intercambiadores de calor

 Enfriadores por absorción

 Recalentadores  reformadores

 humidificadores  bobinas de climatización para precalentar o recalentar

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Gráfico circular de la distribución de un uso final* de vapor

* Alimentos y Bebidas - Jugos de hortalizas y frutas

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Sistema de vapor Caldera número 1 Carbón

Purga

Caldera número 2 Fuel oil pesado (HFO)

Purga

Caldera número 3 Gas metano

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

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Ejemplo de demanda de vapor (aire precalentado) Flujo de aire: 2.000 m3/min

Ti = 20 ºC

Suministro de vapor al cabezal = 2 bares de BP Te = 80 ºC

En las trampas de vapor entra condensado líquido saturado a 2 bares  El proceso requiere que se caliente en aire a 80 °C  Actualmente, el horno del proceso suministra el aire externo Fuente: US DOE ITP Steam BestPractices Program

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Ejemplo de demanda de vapor (aire precalentado) Ti = 20 ºC

Flujo de aire: 2.000 m3/min

Suministro de vapor al cabezal = 2 bares de BP Te = 80 ºC En las trampas de vapor entra condensado líquido saturado a 2 barg

Qair = mair C p _ air (Tout − Tin )air Qair Qair

1 = 2.000 ×1,188 ×1,006 × (80 − 20 )× 60 = 2.391 kW 11

Ejemplo de demanda de vapor (precalentamiento del aire) Ti = 40 ºC Flujo de aire: 2.000 - 1200 m3/min

Suministro de vapor al cabezal = 2 bares de BP Te = 80 ºC

Qair = mair C p _ air (Tout − Tin )air Qair Qair

En las trampas de vapor entra condensado líquido saturado a 2 barg

1 = 2.000 ×1,188 ×1,006 × (80 − 40 )× 60 = 1.594 kW 12

Ejemplo de demanda de vapor (precalentamiento del aire)  Ahorro de energía = 2.391 - 1.594 ≈ 796 kW

msteamsaved = msteamsaved msteamsaved

AhorrosdeEnergia (hsteam − hcondensate )

796 = × 3.600 (3.181 − 561,5) kg = 1.094 hr

 Vapor ahorrado = 1,094 * 8.760 = 9.582 toneladas/año  Costo unitario de la generación de vapor: $ 91,67 por tonelada  Ahorros de costos anuales = $ 878.000  Se puede hacer el mismo análisis con el proyecto 1 del SSAT Ahorros de la demanda de vapor 13

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) Yes

Do you wish to specify steam demand savings? → → →

If yes, enter HP steam saving If yes, enter MP steam saving If yes, enter LP steam saving

0 t/h 0 t/h 1.094 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

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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) Yes

Do you wish to specify steam demand savings? → → →

If yes, enter HP steam saving If yes, enter MP steam saving If yes, enter LP steam saving

← ← ←

0 t/h 0 t/h 1.094 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 Fuel Cost Make-Up Water Cost Total Cost (in $ '000s/yr)

Current Operation 4,380 110,572 421 115,373

After Projects 4,380 109,696 418 114,494

Reduction 0 875 3 879

0.0% 0.8% 0.8% 0.8%

On-Site Emissions CO2 Emissions SOx Emissions NOx Emissions

Current Operation 221726 t/yr 0 t/yr 439 t/yr

After Projects 219971 t/yr 0 t/yr 435 t/yr

Reduction 1755 t/yr 0 t/yr 3 t/yr

0.8% N/A 0.8%

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Puntos más importantes / Acciones recomendadas

3.

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

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

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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

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