Sección 11 Optimización de sistemas de vapor Conclusiones Conclusiones Herramientas y recursos
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Conclusiones
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas Nociones fundamentales 1. Usar el enfoque de los sistemas para optimizar los sistemas de vapor 2. Los sistemas de vapor tienen cuatro áreas principales Generación, distribución, usos finales y recuperación 3.
Para analizar un sistema de vapor, hay que entender las leyes de la termodinámica, la transferencia de calor y las propiedades de los flujos fluidos y del vapor
4.
Utilice un enfoque sistemático (análisis de las deficiencias, comparación con las mejores prácticas) para identificar las oportunidades potenciales de ahorro de energía que puede haber en el sistema de vapor 3
Puntos más importantes / Acciones recomendadas Eficiencia de la caldera 1. Determine los costos operativos de la planta de calderas 2. Determine el costo unitario de la generación de vapor 3. Determine la eficiencia operativa de la caldera
ηboiler = 4.
msteam (hsteam − h feedwater ) m fuel HHV fuel
×100
La generación de vapor tienen tres tipos de pérdidas principales: de la carcasa, de la purga y de la chimenea
Puntos más importantes / Acciones recomendadas - Pérdidas de la carcasa 1. Busque los "puntos calientes" 2. Mida las temperaturas de la superficie de la caldera Termografía infrarroja La temperatura típica de la superficie debería oscilar entre 55 °C y 70 °C 3.
Repare el material refractario
4.
Vigile el buen estado del plaqueado de la superficie
5.
La reducción de la carga de la caldera puede ser una oportunidad
minimice la cantidad de calderas en funcionamiento
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas - Pérdidas de la purga 1. Estime la cantidad de purga a partir de la conductividad del agua de la caldera y del agua de alimentación 2. Cuantifique las pérdidas de energía a nivel de la caldera y del sistema causadas por la purga 3.
Evalúe qué pasa si se instala un controlador automático de purga
4.
Evalúe e instale un equipo de recuperación de vapor evaporado súbitamente y de calor
5.
Trabaje en colaboración con los químicos del agua de la planta para mantener y gestionar una purga adecuada
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas Pérdidas de la chimenea 1. Vigile y registre la temperatura de los gases de la combustión con respecto a: la carga de la caldera la temperatura ambiente Contenido de oxígeno de los gases de la combustión 2.
Compare la temperatura de los gases de la combustión con las condiciones operativas anteriores y similares
3.
Mantenga los tubos de humo limpios
4.
Mantenga una adecuada composición química del agua
5.
Evalúe los ahorros potenciales del componente de recuperación del calor 7
Puntos más importantes / Acciones recomendadas Pérdidas de la chimenea 1. Principios de gestión de la combustión
Agregue el oxígeno que haga falta para que todo el combustible reaccione Minimice la cantidad de aire extra Vigile los combustibles no quemados, para identificar los problemas
2. 3.
Mida el contenido de oxígeno en los gases del escape de la caldera Controle que el contenido de oxígeno permanezca entre el rango mínimo y el máximo
4.
control continuo - automático del ajuste de O2 control de posicionamiento
Cuestione el rango de control
Actualice el control Haga una puesta a punto de la combustión
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas- Optimizació de la planta de calderas 1. Use el modelo del sistema de vapor basado en las leyes de la termodinámica para cuantificar las oportunidades de ahorros de energía y de costos
2.
El cambio de combustible y el funcionamiento de la planta de calderas son área excelentes para optimizar los sistemas de vapor - si se aplican estrategias operativas óptimas, se pueden lograr ahorros significativos
3.
Hay que evaluar cada aplicación de manera independiente. ¡No hay una regla general!
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas - Fugas 1. Todas las plantas tienen fugas de vapor y todas las plantas industriales tendrían que tener un programa de gestión de fugas de vapor basado en la mejora continua 2. Estimando un "orden de magnitud" de las pérdidas de vapor se puede determinar si la reparación tiene que hacerse inmediatamente, durante la siguiente parada, o si puede hacerse sin desconectar la parte afectada
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas Aislamiento 1. Hay varias razones por las que el aislamiento se estropea o falta 2. Esas áreas provocan pérdidas significativas de energía. Habría que implementar un programa de evaluación (auditoría) del aislamiento basado en la mejora continua en todas las plantas industriales 3.
Para cuantificar el impacto económico provocado por el aislamiento faltante o dañado, se necesitan algunos instrumentos básicos, modelos de transferencia de calor y datos de los procesos
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas Usos finales
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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Puntos más importantes / Acciones recomendadas Intercambiadores de calor 1.
La eficiencia de los intercambiadores de calor con respecto a la primera ley es de ~ 100 %
2.
La falta de eficiencia de los intercambiadores de calor provoca pérdidas de energía significativas a nivel del sistema
3.
Vigile y controle la tendencia de la efectividad de los intercambiadores de calor, midiendo las temperaturas de la entrada y la salida, y calculando los valores U
4.
Limpie los intercambiadores de calor de forma periódica para minimizar la formación de incrustaciones
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas Integración de procesos y suministros 1.
Mejore el vapor de baja presión (o de residual) para que pueda satisfacer las demandas de los procesos
2.
Hay muchas plantes que necesitan calentamiento y enfriamiento para sus procesos
3.
La integración de los procesos puede generar oportunidades de ahorros de energía significativos y lograr una optimización de la planta
4.
Estas oportunidades requieren procesos intensivos de debida diligencia
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Puntos más importantes / Acciones recomendadas Trampas de vapor 1.
Hay distintos tipos de trampas de vapor y, por lo tanto, hay que comprender bien sus funciones y principios de funcionamiento
2.
Tipos principales de fallas de las trampas de vapor - en la apertura / en el cierre
3.
Cree un programa efectivo de gestión de trampas de vapor
4.
Se consiguen varias herramientas para investigar las trampas de vapor
5.
Realice una auditoría de las trampas de vapor por lo menos una vez al año y repare o remplace las trampas defectuosas
6.
Los fabricantes de trampas de vapor son colaboradores muy valiosos 15
Puntos más importantes / Acciones recomendadas Recuperación de condensado 1.
Retorno de condensado
reduce el consumo de energía
reduce el agua de reposición
reduce los productos químicos para tratamiento del agua
reduce el agua que va al desagüe
es posible que reduzca la purga
2.
A menudo se descuida el la recuperación de condensado, pero puede generar ahorros energéticos significativos
3.
Cuantifique la cantidad de condensado que la planta recupera usando el balance de masa de todo el sistema de vapor
4.
Identifique las áreas potenciales de recuperación de condensado 16
Puntos más importantes / Acciones recomendadas – Turbinas de contrapresión 1.
Se usan turbinas de contrapresión en lugar de estaciones de descarga de presión
2.
La eficiencia de la turbina NO es la eficiencia con respecto a la primera ley, sino que es una comparación de la turbina real con la turbina ideal
3.
Cuando hay operaciones continuas con demandas térmica y eléctrica simultáneas conviene poner una turbina de contrapresión
4.
El análisis de cada instalación es algo único y depende de varios factores económicos y operativos
5.
Para analizar una turbina, hace falta un buen modelo termodinámico del sistema de vapor 17
Puntos más importantes / Acciones recomendadas Turbinas de condensación 1.
Condensación las turbinas se utilizan estrictamente para generar energía eléctrica o para impulsar equipos mecánicos grandes
2.
Sirven para determinadas aplicaciones industriales
3.
Las turbinas de condensación son las que brinda mayor potencia del eje por unidad de flujo de vapor
4.
El análisis de cada instalación es algo único y depende de varios factores económicos y operativos
5.
Para analizar una turbina, hace falta un buen modelo termodinámico del sistema de vapor
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Herramientas y recursos
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Instrumentos Para poder evaluar correctamente los sistemas de vapor, hay que entender todos los procesos • Termodinámica • Transferencia de calor • Flujo de fluido US DOE Tools Suite • Steam System Survey Guide • Steam System Scoping Tool (SSST) • Steam System Assessment Tool (SSAT) • Software de evaluación del aislamiento 3E Plus Se pueden conseguir otros programas para sistemas de vapor Mediciones de los procesos 20
¿De dónde se pueden descargar estas herramientas?
US DOE website -http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/software.html
Steam System Survey Guide Guía técnica Comprende 5 áreas: • Perfil del sistema de vapor • Identificación de las propiedades del vapor • Mejora de las calderas • Mejora de la utilización de los recursos • Mejora de la distribución de vapor
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Steam System Sourcebook Incluye tres secciones principales: • Conceptos básicos sobre los sistemas de vapor • Oportunidades de mejora del rendimiento • Programas, contactos y recursos
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Steam Energy Tips Una página de consejos para mejorar las áreas de los sistemas de vapor Disponible en el sitio web de BestPractices y en el Steam Sourcebook
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Hoja de consejos del DOE de los EE. UU. Compare el costo del combustible necesario para generar vapor con los valores de referencia Limpie las superficies de transferencia de calor de los tubos de agua de la caldera Considere la instalación de un economizador de condensación Considere la instalación de calderas de alta presión con generadores-turbinas de contrapresión Considere la instalación de turbuladores en las calderas de tubos de humo de dos y tres pasos Considere el uso de turbinas de vapor para impulsar el equipo rotatorio Consideraciones a tener en cuenta para elegir un economizador de condensación Tape las vasijas calentadas y abiertas Desgasificador en los sistemas de vapor industrial Evapore súbitamente el condensado de alta presión para regenerar el vapor de baja presión Inspeccione y repare las trampas de vapor Instale un sistema de control automático de la purga Instale aislamiento desmontable en las válvulas y en los empalmes Aísle las líneas de distribución de vapor y de retorno de condensado
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Hoja de consejos del DOE de los EE. UU.
Mejore la eficiencia de la combustión de la caldera Minimice la purga de la caldera Minimice las pérdidas de la caldera por alternancia en ciclos cortos Recupere el calor de la purga de la caldera Remplace las válvulas de alivio de presión por turbogeneradores de contrapresión Haga que el condensado regrese a la caldera Mejore las calderas poniéndoles quemadores energéticamente eficientes Use economizares de agua de alimentación para la recuperación del calor residual Use el vapor residual de grado bajo para alimentar los enfriadores por absorción Use eyectores de chorro de vapor o termocompresores para reducir el venteo de vapor de baja presión Use recompresión de vapor para recuperar el vapor residual de baja presión Use un condensador de venteo para recuperar la energía del vapor evaporado súbitamente
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Documentos técnicos del DOE de los EE. UU. Improving Steam System Performance: A Sourcebook for Industry Achieve Steam System Excellence: Industrial Technologies Program BestPractices Steam Overview Fact Sheet BestPractices Steam Technical Brief: Steam Pressure ReductionOpportunities and Issues BestPractices Steam Technical Brief: How to Calculate the True Cost of Steam BestPractices Steam Technical Brief: Industrial Heat Pumps for Steam and Fuel Savings BestPractices Steam Technical Brief: Industrial Steam System Heat-Transfer Solutions
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Documentos técnicos del DOE de los EE. UU. BestPractices Steam Technical Brief: Industrial Steam System ProcessControl Schemes Guide to Combined Heat and Power Systems for Boiler Owners and Operators Guide to Low-Emission Boiler and Combustion Equipment Selection Review of Orifice Plate Steam Traps Save Energy Now in Your Steam Systems Steam Digest: Volume IV (2003) Steam Digest 2002 Steam Digest 2001 Steam Systems Energy Efficiency Handbook Steam Systems Survey Guide
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Evaluación del curso y comentarios Les agradezco muchos sus aportes que servirán para mejorar el programa de capacitación y para adaptarlo mejor a los proyectos de asistencia técnica de la ONUDI en Sudáfrica