Calderas 6n5ae

CALDERAS

Calderas Industriales  ¿Qué es una Caldera?  Tipos de Calderas  Componentes de un Generador de Vapor

 Especificaciones Calderas de HOLASA  Actividades de Mantenimiento  Normas de seguridad

DEFINICIÓN Intercambiador que transfiere calor desde los gases calientes, productos de la combustión, al agua para evaporarse o a un fluido térmico para elevar su temperatura; y ser utilizado en una aplicación o proceso industrial.

FLUJOGRAMA DE UNA CALDERA Combustible o Electricidad

Fluido caliente Agua o aceite

Mover una turbina

Calentar

FUENTE

MEDIO

UTILIDAD

Tipos de Calderas  Calderas pirotubulares o de tubos de humo  Calderas del tipo acuotubular o de tubos de

agua

Pirotubular

Acuotubular

Por la disposición de los fluidos

AGUA GASES

GASE S AGUA

Calderas Igneotubulares o Pirotubulares: Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión pasan por tubos que se encuentran sumergidos en el agua. Ventajas:  Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseño.  Mayor flexibilidad de operación  Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación. Inconvenientes:  Mayor tamaño y peso.  Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.  No son empleables para altas presiones

Esquema de una caldera pirotubular

Vapor

Entrada de aire

Quema de carbón

Bomba reguladora de agua

Regulador de tiro

Calderas Acuotubulares: Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión rodean tubos por cuyo interior circula agua. Ventajas: Pueden ser puestas en marcha rápidamente. Son pequeñas y eficientes. Trabajan a 30 o mas atm. Inconvenientes: Mayor costo Debe ser alimentadas con agua de gran pureza.

Esquema de una caldera acuatubular

Componentes de las Calderas Cámara de vapor Cámara de agua Tubería

Cámara de combustión

Cañón

PARTES DE UNA CALDERA DE CARBON Chimenea Válvula Nivel

Desaireador V. Seguridad

Agua

Vapor

Tubos de humo

Hogar

Alimentación de Carbón

Aire Primario

Manhole

Cenizas

Parrilla Purgas

PARTES DE UNA CALDERA (combustible liquido o gaseoso) Vapor

Aire Quemador

Humo

OTROS ELEMENTOS QUE COMPONEN UN SISTEMA DE VAPOR • Válvulas de seguridad • Válvulas reguladoras de flujo • Bomba de alimentación

• Tanque de condensados • Trampas de vapor • Redes de distribución • Equipos consumidores • Sistemas de recuperación de calor

Por su configuración

VERTICALES OBLICUAS

HORIZONTALES

Por la circulación del agua Circulación natural Circulación asistida Circulación forzada

Por el mecanismo de transmisión de calor dominante Convección Radiación Radiación y Convección

Por el combustible empleado De carbón (de parrilla mecánica o de carbón pulverizado Combustibles líquidos Combustibles gaseosos Combustibles especiales (Licor negro, bagazo, etc.) De recuperación de calor de gases

Mixtas Nucleares (uranio natural, uranio enriquecido, etc.

Por La presión de trabajo

De baja presión P < 20 Kg/cm2 De media presión 20 < P < 64 Kg/cm2

De Alta presión P > 64 Kg/cm2

Por el tiro

De tiro natural De tiro mecánico

Tiro Natural  Se produce por el

efecto generado por una chimenea. Su valor depende de la altura de la boca de la chimenea sobre el nivel del emparrillado del hogar

Tiro Mecánico  Es el tiro creado por la

acción de inyectores de aire, vapor o mediante ventiladores, el cual se requiere cuando deba mantenerse un determinado tiro con independencia de las condiciones atmósféricas y del régimen de funcionamiento de la caldera

Por el modo de gobernar la operación De operación manual Semiautomáticos Automáticos

PASOS DE CALDERAS Y TEMPERATURAS DE GASES

260-288 º C

93-149 º C

AGUA

AGUA

GASES

Caldera de tres pasos

177-233 º C AGUA GASES GASES Caldera de dos pasos

Caldera de un paso

ELEMENTOS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA CALDERA Fuego: Debe existir un buen proceso de la Combustión . Agua: Debe existir rigurosos controles de su calidad. Áreas de Intercambio de Calor: Debe existir limpieza de los tubos y superficies de intercambio.

FUEGO

COMBUSTIÓN Y OBTENCIÓN DE CALOR PROCESO DE LA COMBUSTIÓN

C H2 S OTROS

O2 (Aire)

CO2 H2O SO2

ENERGÍA

COMBUSTIBLES INDUSTRIALES SOLIDOS

LIQUIDOS

NATURALES

ARTIFICIALES

MADERA, TURBAS, LIGNITOS, HULLAS ANTRACITA, RESIDUOS VEGETALES

COQUES, BRIQUETAS, AGLOMERADOS, CARBON VEGETAL

GASEOSOS

DERIVADOS DEL PETROLEO

GAS NATURAL

RESIDUALES

G.L.P

GASES ARTIFICIALES

CALIDAD DEL COMBUSTIBLE Contenido de azufre Contenido de Cenizas Temperatura de fusión Contenido de vanadio, sodio y otras sales Poder Calorífico

PARÁMETROS QUE RIGEN LA COMBUSTIÓN Exceso de aire Longitud de la llama Turbulencia del Aire-Combustible a la salida del quemador Turbulencia en el hogar Temperatura de combustión Distribución del aire

EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN PRODUCE: Gases: CO2, CO, NOx, SO2, CxHy Material Partículado Residuos sólidos: cenizas más inquemados Energía en forma de calor Energía en forma de trabajo

EFECTOS DE LOS CONTAMINANTES CO2  CO  SO2



Posible Alteración del Clima.



Altamente Tóxico.



Enfermedades Respiratorias, Corrosión, ataca las plantas.

NOx



Enfermedades Respiratorias, Corrosión, ataca las plantas, irritante ocular, smog fotoquímico.





Especificaciones Calderas de HOLASA FICHA TECNICA CALDERA # 1

CALDERA # 2

Power Master Pirotubular 3-3WBS 3 300 BHP (10,350 lb/h Vapor saturado@212°F) 150 psi

Power Master Pirotubular 3 WBS 3 300 BHP (10,350 lb/h Vapor saturado@212°F) 150 psi

Presión máxima de trabajo

142 psi

142 psi

Presión normal de trabajo Presión de vapor saturado a 212 °F, 1 atm. y agua de alimentación a 212 °F Año de fabricación N° Serie Quemador Superficie de calefacción

125 psi

125 psi

10.350 lbs/h

10.350 lbs/hr

1969 PM 6930901 (A-316) Voriflow 3H 1500 ft2

1980 PM10-8001-3-300-3 (A-1628) Voriflow 3LHG 1582 ft 2 Crudo de castilla, Fuel No. 6, AM y Gas Natural

DATOS DEL EQUIPO Marca Tipo Modelo N° de pasos Potencia Presión de diseño

Tipo de combustible Consumo combustible (Fuel Oil No6)

Fuel No. 6, AM 81.0 gal/h

81.2 gal/h

Especificaciones Calderas de HOLASA (cont.) FICHA TECNICA CALDERA # 1 Presión de atmomización Presión combustible Potencia Voltaje

CONDICIONES DE TRABAJO DEL QUEMADOR 15 psi 15 psi 30-35 psi 30-35 psi 6 kw 6 kw 440 v Trifásico 440 v Trifásico TUBERÍA DE CALEFACCIÓN

Especificación

N° de tubos Diámetro interior tubos Espesor de pared

Tapas delanteras Tapas traseras

CALDERA # 2

Seamless boiler pipe, cold drawn, OD 3", wall thickness 0.120", 4.3 meters long., ASTM-192, JIS G3461, STB35 136 3" 0.120" EMPAQUES 9m empaque de asbesto cuadrado de 1" 6 m cordón de asbesto de 3/8"

MANTENIMIENTO EN CALDERAS Desarrollar un programa de mantenimiento permite que la caldera funcione con un mínimo de paradas en producción, minimiza costos de operación y permite un seguro funcionamiento.

MANTENIMIENTO DIARIO Ciclo de funcionamiento del quemador 2) Control de la bomba de alimentación 3) Ubicación de todos los protectores de seguridad 4) Control rígido de las purgas 5) Purga diaria de columna de agua 6) Procedimiento en caso de falla de suministro 7) Tipo de frecuencia de lubricación de suministro de motores y rodamientos 1)

MANTENIMIENTO DIARIO Limpieza de la boquilla del quemador y del electrodo de encendido 9) Verificación de la temperatura de agua de alimentación 10) Verificación de limpieza de mallas a la entrada del aire al ventilador, filtro de aire en el compresor, filtros de combustible, área de la caldera y sus controles. 8)

MANTENIMIENTO DIARIO Precauciones al dejar la caldera fuera de servicio, en las noches o fines de semana. 12) Verificación de combustión 13) Verificación de presión, producción de vapor y consumo de combustible 11)

MANTENIMIENTO MENSUAL Limpieza de polvo en controles eléctricos y revisión de os 2) Limpieza de filtros de las líneas de combustible, aire y vapor 3) Mantenimiento a todo el sistema de agua: filtros, tanques, válvulas, bomba, etc. 4) Engrasar motores 1)

MANTENIMIENTO MENSUAL Desmonte y limpieza del sistema de combustión 6) Verificar estado de la cámara de combustión y refractarios 7) Verificar estado de trampas de vapor 8) Limpieza cuidadosa de columna de agua 9) Verificar acoples y motores 5)

MANTENIMIENTO MENSUAL Verificar asientos de válvulas y grifos 11) Verificar enclavamientos de protección en el programador 12) Dependiendo del combustible incluir limpieza del sistema de circulación de gases 10)

MANTENIMIENTO SEMESTRAL Se incluye el programa mensual, adicionando:

Lavado interior al lado del agua, removiendo incrustaciones y sedimentos. 2) Verificar si hay indicios de corrosión, picadura o incrustación al lado del agua. Análisis periódico del agua 3) Utilizar empaques nuevos en tapas de inspección de mano y hombre 4) Cambiar correas de motor si es necesario. Revisar su tensión. 1)

MANTENIMIENTO SEMESTRAL Limpiar los tubos del lado de fuego, pues el hollín es un aislante térmico. 6) Verificar hermeticidad de las tapas de inspección al llenar la caldera 7) Verificar el funcionamiento de las válvulas de seguridad. Ver procedimiento correspondiente 5)

MANTENIMIENTO ANUAL Se incluye el programa semestral, adicionando:

Cambio de la empaquetadura de la bomba de alimentación si es necesario 2) Mantenimiento de motores en un taller especializado. Desarme total con limpieza y prueba de aislamientos y bobinas 3) De acuerdo a un análisis de formación de espuma y oleaje se determina si es necesario realizar una limpieza química de la caldera 1)

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD

CONTENIDO - Controles para manejo y seguridad de • Agua • Combustible • Atomización aire - vapor • Aire de combustión • Damper de tiro forzado

• Llama • Tanque de condensados

CONTENIDO • Tanque diario de combustible • Gases en chimenea • Vapor de la caldera • Ignición • Purgas - Pautas operativas - Pruebas de seguridad en una caldera

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE AGUA (Calderas Pirotubulares) 1) Control de nivel por flotador y/o Macdonnell Habilita el or de la bomba por intermedio de un switch de mercurio para controlar el agua en la caldera. Los hay de dos y tres vías. Alarma bajo nivel de agua or Bomba agua

Al control de combustión

MACDONNELL Este control muestra una línea horizontal, la cual indica el nivel mínimo de agua en la caldera. Este nivel debe ubicarse a 2” de distancia sobre el ultimo tubo en las calderas horizontales y a 3/4” del nivel de agua en las calderas verticales.

CONTROL DE NIVEL AUXILIAR WARRICK Se acciona cuando el control Macdonnell falla. Protege la caldera por bajo nivel de agua apagando el quemador. Posee un electrodo que al dejar de sensar agua inhabilita el quemador. Al control de combustión 110 v

300 v

1” Nivel de agua

H2O

IMPORTANTE ! Si se detecta el nivel de agua por debajo de la mitad del volumen total, no suministrar agua fría a la caldera porque implotaría por choque térmico brusco.

Componentes del equipo para manejo de combustible  Filtro: Protección de cuerpos extraños  Bomba: mecanismo de transporte  Precalentador eléctrico y a gas: Elevar la

temperatura del combustible.  Válvula desaireadora: Sacar el aire en el precalentador eléctrico  Válvula termostática: Localizada a la entrada del calentador de vapor. Si baja la temperatura del combustible se abre.

Componentes del equipo para manejo de combustible  Válvula Reductora: Reduce la presión de vapor de

la línea al precalentador según lo requerido por este.  Trampa: Desalojar los condensados a la salida del precalentador  Manómetro y termómetro: Se instalan después del filtro y muestran presión de atomización y temperatura.  Válvula Modulante: Regula la presión y la cantidad de combustible al quemador principal.

Componentes del equipo para manejo de combustible  Válvulas Solenoides: Abren y cierran el flujo de

combustible  Trampa: Desalojar los condensados a la salida del precalentador  Manómetro y termómetro: Se instalan después del filtro y muestran presión de atomización y temperatura.  Válvula Modulante: Regula la presión y la cantidad de combustible al quemador principal.

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE COMBUSTIBLE

PRECALENTADOR DE COMBUSTIBLE

Quemador combustible liquido

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD EN LA ATOMIZACION AIRE-VAPOR “EL PRESURETROL N.O”, Es el dispositivo que controla la existencia de atomización, cerrando o abriendo las válvulas solenoides del sistema de combustión

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD AIRE COMBUSTION Control que garantiza la existencia de flujo de aire y habilita el control de combustión, para que siga la secuencia de encendido R Swith aire combustión

Aire a la ignición

W Switch aire combustión

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE CALDERAS MODULADAS QUE ES UN SISTEMA MODULADO Sistema que permite aumentar o disminuir la generación de vapor, variando la cantidad de energía de la llama en el hogar

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE CALDERAS MODULADAS Medición de presión Presuretrol

Señal eléctrica

Damper de aire Válvula regulado de combustible

Modutrol

Transmisión mecánica

Damper manejado por el modutrol

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DEL DAMPER DE TIRO FORZADO El damper es manejado mecánicamente por el motor modutrol. Garantiza que la caldera no encienda en una posición distinta a bajo fuego. De lo contrario provocaría explosiones en el encendido por exceso de aire y combustible (encendido brusco)

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE LLAMA EL CONTROL DE COMBUSTIÓN Permite que se produzca y sostenga la llama. El sistema tiene una secuencia de encendido y operación automática para habilitar o deshabilitar el sistema de combustión, mediante el censo de variables como: existencia de llama, presión de atomización, demanda necesaria, etc.

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE TANQUES DE CONDESADOS Para controlar el nivel de fluido en los tanques de condensado se usa válvulas flotador, generalmente. Es aconsejable utilizar controladores Warrick, electrodos y válvulas solenoides, para incrementar la seguridad.

CONTROLES PARA MANEJO Y SEGURIDAD EN EL TANQUE DIARIO DE COMBUSTIBLE Se usan como recipiente de calentamiento de fuel oil No.6, para ser manejado fácilmente por la bomba y apresurar la elevación de la temperatura realizada posteriormente por el precalentador. Deben estar provisto de: - Control de nivel - Control de temperatura - Bomba de trasiego - Termómetro

-

Resistencia eléctrica Venteo Drenaje

Entrada y salida de combustible

CONTROL PARA SEGURIDAD DE GAS EN CHIMENEA Es ubicado en algunas calderas un termómetro a la salida de los gases, en cual es enclavado directamente con el quemador pera desactivarlo cuando la temperatura supera el set point indicado. Esta elevada temperatura puede originarse por falta de agua, hollinamiento e incrustaciones al lado del agua, etc.

CONTROL PARA MANEJO Y SEGURIDAD DE VAPOR DE LA CALDERA Limita la presión de trabajo, deshabilitando el control de combustión cuando censa la presión de seteo. Es un sistema de diafragma y switch de mercurio.

CONTROL PARA MANEJO Y SEGURIDAD IGNICION A GAS O AM Lo mas importante de este control es el regulador de gas pues debe ser su salida de menos de media libra, de lo contrario estaríamos mandando mucho caudal de gas y habría una posible explosión

VALVULAS DE SEGURIDAD Se accionan a determinada presión de trabajo, desalojando cierta cantidad de libras de vapor/ hora. Se accionan en cascada. Debe ser manipulada solo por personal autorizado, y contener los sellos de seguridad luego de manipulada.

Válvulas de seguridad

PURGAS 1) Columna de agua. Se hace por lo menos cada turno. Si la cámara de Macdonnell se queda con lodos, el flotador se queda pegado dando una falsa señal de que la caldera si tiene agua. 2) Purga de fondo. Para desalojar los lodos de la caldera en la parte inferior. Si hay sedimentación se generan puntos calientes que agrietan y queman las laminas de la caldera.

PURGAS 3) Purga continua: Desaloja los lodos que circulan en el agua, las espumas y las grasas. Es continua al mantener la válvula con una proporción de apertura. Válvula globo

Filtro Válvula. Aguja

Purga continua

Purga de fondo

Purga continua

PAUTAS OPERATIVAS Cuidados en el arranque Revisión antes de encendido Control de la combustión Purgas o extracciones de la caldera Control del Impacto ambiental y ahorro de energía. Control del nivel de agua en el tambor.

PRUEBAS DE SEGURIDAD EN UNA CALDERA Prueba Hidrostática. Prueba de humos. Prueba de bridas. Pruebas del sistema de combustión Control del nivel del tambor de vapor. Pruebas de válvulas de seguridad. Sistema de aire de combustión.

AGUA

EL AGUA EN LAS CALDERAS El agua obtenida de ríos, pozos y lagos es denominada agua bruta y no debe utilizarse directamente en una caldera. De su buen tratamiento depende el correcto funcionamiento de la caldera, evitando así paros innecesarios por limpiezas o por reparaciones no planeadas.

IMPUREZAS EN EL AGUA Sólidos suspendidos Sólidos disueltos Dureza Alcalinidad Sílice Material orgánico. Gases disueltos: CO2 y O2. Hierro.

EFECTOS POR MALA CALIDAD DEL AGUA PARA CALDERAS Depósitos o incrustaciones Corrosión Arrastres de sólidos en el vapor

TRATAMIENTOS DE AGUA PARA CALDERAS • Descarbonatación y ablandamiento (Caderas de baja y media presión) • Desmineralización total (Calderas de alta presión)

SUPERFICIES DE INTERCAMBIO

SUPERFICIES DE INTERCAMBIO De la buena combustión y tratamiento de agua, depende que la trasferencia de calor a través de las paredes de los tubos sea eficiente.

FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE UNA CALDERA Ensuciamiento de los tubos Interna y Externamente Abombamiento por calor

Energía aprovechada Eficiencia = -----------------------Energía aportada

GASES GASES AGUA

FIN GENERALIDADES CALDERAS

Calderas en Centrales Térmicas

Funcionamiento de una Caldera

Funcionamiento de una Caldera

Hence: one boiler horse power is equal to an evaporation rate of 34.5 pounds of water per hour from and at 212 degrees Fahrenheit.

Funcionamiento de una Caldera SOME USEFUL CONVERSION FACTORS

MULTIPLY

BY

TO OBTAIN

Boiler Horse Power

33,472.119

Btu/hour

Boiler Horse Power

9.810 x 1010

ergs/second

Boiler Horse Power

434,116.247

foot pounds/minute

Boiler Horse Power

140,580.539

gram calories/minute

Boiler Horse Power

13.150

horse power electric

Boiler Horse Power

13.337

horse power metric

Boiler Horse Power

13.155

horse power (UK)

Boiler Horse Power

9.810

kilowatts

Boiler Horse Power

9,809.709

watts (joules/sec)