7-eficiencia térmica del generador de vapor

8/10/2019 7-Eficiencia Térmica Del Generador de Vapor

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CURSO TEÓRICO/PRÁCTICO:

“Puesta a Punto de la Combustión en Generadores de Vapor”

Eficiencia Térmica

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EFICIENCIA TÉRMICA DELGENERADOR DE VAPOR





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EFICIENCIA TÉRMICA DEL GENERADOR DE VAPOR.

Contenido.

1. Introducción.

2. Simbología.

3. Descripción del proceso.

4. Objetivo y alcance del procedimiento.





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1. Introducción.

La operación de una generador de vapor como la de cualquier otro tipo de equipo depotencia, se debe mantener dentro de límites económicos razonables.

Para esto, es necesario verificar en forma periódica que el régimen térmico de la unidadse encuentra dentro de los valores especificados de diseño.

La energía total de entrada a la unidad (Energía del combustible) convierte en energíaútil de salida y energía no aprovechable (rechazada o pérdida). El cálculo del régimentérmico de la planta de potencia requiere del conocimiento de dos de estos tresparámetros relacionados a través de la eficiencia térmica del generador de calor.

La eficiencia térmica de una generador de calor, definida como la relación de calor desalida sobre el calor de entrada a la unidad, es un factor de gran importancia tantodurante la etapa diseño de la misma, ya que influye en forma directa en la evaluacióneconómica para la selección de los equipos auxiliares y sistemas de recuperación decalor de la Unidad (economizador, precalentador de aire o ambos). Comoposteriormente durante la etapa de operación, la eficiencia térmica del generador, es elfactor económico de mayor impacto, debido a que representa la parte de energía útil dela liberada del combustible quemado. Es decir, es una medida indirecta del consumo decombustible y por lo tanto del costo de operación de la unidad de generación.

En el proceso de generación de energía eléctrica a partir de la energía calorífica delvapor de agua, la operación eficiente del generador de calor ayuda a mantener loscostos de operación de la unidad en el valor más bajo posible. Por lo anterior,determinar la eficiencia térmica del generador en forma periódica y compararla con elvalor garantizado por diseño, es un medio para saber si la operación del generador semantiene en el punto óptimo económico.

Por otro lado, del análisis de los resultados que se obtienen durante las mediciones y elcálculo de la eficiencia, en ocasiones, es posible detectar algunos problemas quesuelen presentarse en el generador de vapor como puede ser, mala combustión, bajarecuperación de calor, fugas de aire excesivas, etc., y en su caso, tomar medidas

preventivas o correctivas para lograr que la eficiencia térmica se mantenga en el valormás alto posible.

Para el cálculo de la eficiencia térmica de generadores de vapor, la Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos (A.S.M.E.) ha editado el código PTC-4.1 con loslineamientos necesarios para aplicar dos métodos alternos de obtención de laeficiencia, los cuales son:





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a) MÉTODO DE ENTRADAS Y SALIDAS

b) MÉTODO DE PÉRDIDAS DE CALOR

El método de entradas y salidas, para obtener resultados confiables, necesita que losflujos de agua de alimentación, vapor y combustible, se midan con precisión. Estosparámetros en la actualidad, debido al tamaño de las unidades y la consiguientecantidad de flujo asociada a ellos, tienen altos grados de dificultad para ser medidoscon exactitud. Por lo tanto, los resultados que se obtienen con la instrumentaciónconvencional, que se utiliza en las plantas, no son confiables para una medición de talimportancia.

Para obtener mediciones con el grado de exactitud requerido, es necesario invertir eninstrumentación de calidad diferente a la convencional y contar con mayordisponibilidad del personal de operación para estas mediciones.

Por otro lado, el método de pérdidas de calor para el cálculo de la eficiencia, además demenos costoso, es de mayor sencillez en su aplicación y tiene algunas otras ventajassignificativas, por ejemplo: Proporciona más información sobre el estado de operaciónde la unidad, al comparar los valores individuales de las pérdidas con los valoresesperados. Con respecto a la exactitud de los resultados, las pérdidas totalesrepresentan del 10 al 15% del calor total de entrada, por lo que un error o imprecisiónen las mediciones, afecta solo ligeramente el resultado final, a diferencia del método deentradas y salidas en donde un error o imprecisión similar tiene un efecto 4 o 5 vecesmayor.

Adicionalmente, como un factor más para preferir el uso del método de pérdidas decalor sobre el método de entradas y salidas, está la simplicidad para realizar lasmediciones básicas que se utilizan para el cálculo de las pérdidas, dichas medicionesson:

(1) Análisis y poder calorífico del combustible.(2) Temperatura de gases de salida.(3) Temperatura de bulbo seco.(4) Bulbo húmedo del aire a la entrada.

(5) EL Análisis de gases a la salida.

En las secciones siguientes, se tiene una breve descripción del sistema, se detalla elprocedimiento que recomienda el código ASME, Norma PTC-4 1, para el cálculo de laeficiencia de generadores de vapor por el método de pérdidas de calor y por último seincluye un ejemplo con la información y mediciones requeridas para la aplicación delprocedimiento descrito.





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2. Simbología.

SÍMBOLO DESCRIPCIÓN UNIDADES

CContenido de carbón en el combustible

(análisis de laboratorio).Kg carb/Kg comb

CAC Calor de entrada en el aire combustión Kg carb/Kg comb

CCCréditos de calor adicionado al generador

de vapor.Kg carb/Kg comb

Cc Consumo de combustible. Kg/hr

CCC Calor sensible de entrada en el combustible Kg carb/Kg comb

CEC Consumo específico de combustible. Kg carb/Kw-H

CO2 Porciento de bióxido de carbón por vol. de gas seco. %

CO Porciento de monóxido de carbono por vol. de gas seco. %

Cp Calor específico Kcal/Kg°C

Cpa Calor específico del aire. Kcal/Kg °C

Cpar Concentración de Partículas en los gases de combustión. mg/m3

N

Cpc Calor específico del combustóleo. Kcal/Kg °C

Cpg Calor específico del gas de combustión. Kcal/Kg °C

Cpv Calor específico del vapor de agua. Kcal/Kg °C

Cq Carbón quemado por unidad de combustible. Kg carb/Kg comb

CVA Créditos de calor adicionado con el vapor de atomización. Kg carb/Kg comb

Cvat Consumo de vapor de atomización Kg vap/hr

G Gases de combustión.

GB Generación bruta. KW-Hr

H Contenido de hidrógeno en el combustible (análisis de lab.) Kg H/Kg comb

Haa Entalpía del agua a la temperatura de referencia Kcal/kg

Hv12Entalpía del vapor de agua a la temperatura de Gases a la salida delprecalentador.

Kcal/Kg





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Hva Entalpía de vapor de agua a la temperatura de referencia. Kcal/Kg

Hvat Entalpía del vapor de atomización Kcal/Kg

ha Humedad en el aire para combustión. Kg H2O/kg aire seco

hc Humedad en el combustible Kg H2O/Kg comb

hg Humedad en los gases de combustión Kg H2O/Kg G

N Contenido de nitrógeno en el combustible (análisis de laboratorio). Kg N2O/Kg comb

N2 Porciento de nitrógeno por vol. de gas seco. %

ni Componente de los gases de combustión

OContenido de oxígeno en el combustible

(análisis de laboratorio).Kg O

2/Kg comb

O2 Porciento de oxígeno por vol. de gas seco. %

Pat Presión atmosférica MmHg

PCSP Poder calorífico superior del combustible a presión constante. Kcal/Kg comb

PCSv Poder calorífico superior del combustible a volumen constante. Kcal/Kg comb

PCH Pérdidas de calor por combustión de hidrógeno Kcal/Kg comb

PCO Pérdidas de calor por formación de CO Kcal/Kg comb

PGS Pérdidas de calor por gases secos. Kcal/Kg comb

PHA Pérdidas de calor por humedad en el aire Kcal/Kg comb

PHC Pérdidas de calor por humedad en el Combustible Kcal/Kg comb

PMG Peso molecular de los gases de combustión gr/gr mol

PPI Pérdidas de calor por partículas inquemadas Kcal/Kg comb

R Pérdidas de calor por radiación Kcal/Kg abs

PVA Pérdidas de calor por vapor de atomización. Kcal/Kg abs

Pvat Presión de vapor de atomización Kg/cm2

abs

QE Calor total de entrada. Kcal/Kg comb

QP Pérdidas de calor totales. Kcal/Kg comb

QS Calor de salida. Kcal/Kg comb





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RTB Régimen térmico bruto. Kcal/Kw-H

S Contenido de azufre en el combustible. Kg azuf/Kg comb

T Temperatura °C

T1 Temperatura del combustóleo a la salida del tanque de día. °C

T2 Temperatura del combustóleo a la salida del calentador de baja presión. °C

T3

Temperatura del combustóleo a la salida del gas de calentador de altapresión.

°C

T12

Temperatura de gases de combustión a la salida del precalentadorregenerativo

°C

T A5 Temperatura del aire a la entrada del calentador de aire. °C

T A6 Temperatura del aire a la salida del calentador de aire vapor. °C

Tbh Temperatura del bulbo húmedo del aire. °C

Tbs Temperatura del bulbo seco (Temp. amb.) °C

Tdía Temperatura del tanque de día °C

Tref Temperatura de referencia (temperatura ambiente, TA5 o TA6) °C

Tvat

Temperatura del vapor de atomización. °C

W' A Kg. de aire seco por Kg de combustible quemado Kg aire/Kg comb

Wvat Kg de vapor de atomización de comb. Kg vat/Kg comb

W'G Kg de gases de combustión por Kg de combustible quemado. Kg gas/Kg comb

η Eficiencia del sistema.

ηG Eficiencia global de una Unidad de generación (prima) Aire seco o gas seco.

Δ Diferencial.





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3. Descripción del proceso.

En el diagrama de flujo que se muestra en la figura No. 1 se pueden observar loscomponentes de un generador de vapor, que produce vapor de agua por el calorgenerado de la combustión de combustibles fósiles, es decir: Carbón,

3.1. Circuito aire-gases de combustión.

3.1.1 Aire.El aire para la combustión se introduce al sistema por medio de los ventiladores de tipoforzado (VTF), línea (4), circula por el calentador de aire con vapor, (línea 5) y llega alprecalentador regenerativo, línea (6), para extraer parte del calor que llevan los gases

de combustión, calor que se recupera para el sistema al precalentar el aire que se envíaal hogar para quemado del combustible, líneas (7) y (8).

3.1.2 Gases de Combustión.Los gases de combustión se forman con los productos que generaran las reaccionesentre los componentes del combustible (C, H, S, N, etc) y el oxígeno (O

2) del aire que

se mezcla con el combustible. Estos gases transfieren la mayor parte del calor,generado durante la combustión, al agua que circula por las paredes del hogar. Cabemencionar que la mayor parte del calor transferido es por radiación.

Los gases de combustión salen del hogar y atraviesan los bancos de tubos del

sobrecalentador y del recalentador, donde intercambian su calor con el vapor de aguaque circula por los tubos. Después de pasar por estos equipos, los gases siguen através del economizador, líneas (9) y (10), donde el agua de alimentación aumenta sutemperatura recuperando parte del calor que llevan estos gases.

Los productos de combustión continúan su trayectoria hacia la salida, línea (11),pasando por el precalentador de aire y cediendo por última vez una fracción más delcalor que todavía llevan, el cual se recupera al precalentar el aire de combustión.

Finalmente, los gases de combustión, con el calor que conservan después de pasar porel precalentador de aire, salen hacia la chimenea, línea (12), para ser arrojadas al

medio ambiente. En este último paso, se tiene la mayor cantidad de pérdidas de calorque disminuyen la eficiencia del sistema.





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3.2. Circuito Agua-Vapor de agua.

3.2.1 Agua.El agua proveniente de las bombas de agua de alimentación, línea (13), entra eleconomizador y eleva su temperatura, con el calor que llevan los gases de combustión,hasta un valor ligeramente inferior a la de saturación correspondiente a la presión detrabajo del domo. El agua de alimentación sale del economizador, línea (4), para llegaral domo y distribuirse las paredes de agua del hogar. El agua circula por las paredes delhogar y se evapora parcialmente absorbiendo parte del calor generado en la cámara decombustión.

La mezcla agua-vapor regresa al domo para que el vapor producido se separe de la

mezcla, y el agua se retorne junto con el agua de alimentación a los cabezales dedistribución de las paredes de agua del hogar.

3.2.2 Vapor de agua.El vapor de agua producido se separa en el domo y sale del mismo, pasando primeropor un sistema de purificación y secado que elimina al máximo la humedad que searrastra en la separación. El vapor, casi seco, entra a los tubos del sobrecalentadorlínea (17) donde aumenta su temperatura hasta el valor especificado por lascondiciones de operación de la turbina. El calor que se transfiere al vapor, proviene delos gases de combustión que circulan por el exterior de los tubos del sobrecalentador.El vapor sobrecalentado sale del generador de vapor, línea (18), hacia la turbina, dondeserá utilizado para generar energía eléctrica.

Como parte del circuito de vapor de agua se tiene el vapor recalentado, este vapor hasido expandido en las primeras etapas de la turbina, sale por una extracción de lamisma y entra al recalentador, línea (19), para elevar su temperatura con calorrecuperado de los gases de combustión. El vapor recalentado sale con una temperaturasimilar a la del vapor sobrecalentado línea (20), para regresar a la turbina y generarenergía eléctrica, mejorando la eficiencia del ciclo. Cabe mencionar que uno de losmedios para controlar la temperatura del vapor sobrecalentado y recalentado, es elagua de atemperación que se suministra al sobrecalentador y al recalentador, líneas(15) y (16), respectivamente.

3.2 Factores y variables que afectan la eficiencia.

A continuación se enlistan los factores y variables más importantes que tieneninfluencia sobre la eficiencia térmica de el generador de calor.





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3.3.1 Condiciones Climatológicas.Un aspecto importante a considerar en el momento de realizar la prueba son lascondiciones climatológicas del sitio, sabiendo que estas tendrán influencia en mayor omenor grado sobre la eficiencia del generador.

3.3.1.1 Temperatura ambiente.Es la temperatura de referencia con la cual se realizan los cálculos de las pérdidas decalor más significativas (PGS, PCH, etc.).

3.3.1.2. Humedad relativa del aire.Incrementa las pérdidas de calor por humedad en el aire.

3.3.1.3. Velocidad del viento.Las pérdidas por radiación se incrementan considerablemente cuando la velocidad delviento es superior a la especificada por diseño.

3.3.2 Sistema de Combustión.

3.3.2.1 Exceso de aire.El exceso de aire para la combustión es uno de los responsables de la calidad de lamisma. Una mala combustión produce mayor cantidad de partículas inquemadas ymonóxido de carbono, dos de los constituyentes del total de pérdidas de calor. Por otrolado, el exceso de aire también incide directamente en el flujo de gases a la salida de launidad, los cuales llevan la mayor cantidad del calor que se pierde en el generador(PGS).

3.3.2.2 Condiciones de operación del sistema de combustión.Las condiciones de operación, es decir, la presión de vapor de atomización, latemperatura del combustible y la presión diferencial cajas de aire-hogar (unidadestangenciales), junto con el diseño y estado en que se encuentran los quemadores, sonlos responsables directos de la calidad de la combustión, que de manera similar alexceso de aire, si causan mala combustión estarán incrementando las pérdidas de calorpor combustible inquemado.

3.3.3 Equipo de transferencia de calor.3.3.3.1 Grado de ensuciamiento de la unidad.El ensuciamiento de las superficies de transferencia de calor (sobrecalentador,recalentador, economizador y precalentador de aire) origina una transferencia de calorpobre y da como resultado mayor temperatura de gases a la salida de la unidad,incrementando así las pérdidas por gases secos.

3.3.3.2 Ensuciamiento y corrosión del precalentador de aire.





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El ensuciamiento y la corrosión del precalentador de aire, disminuye la eficiencia deoperación de este equipo, con el impacto que esto tiene en la eficiencia global de launidad, debido a que empobrece la transferencia de calor y, además, incrementa lasfugas de aire que salen por la chimenea con los gases de combustión.

4. Objetivo y alcance del procedimiento.

El procedimiento de cálculo de la eficiencia de un generador de vapor por el método depérdidas de calor, está basado en el código ASME, Norma PTC-4.1.

4.1 Objetivo.

Determinar la eficiencia global de un generador de vapor, así como el régimen térmico

bruto y el consumo específico del combustible.

4.2 Definiciones.

4.2.1 Eficiencia Global.La eficiencia global determinada, dentro del alcance de este procedimiento, es larelación de calor absorbido por el fluido o fluidos de trabajo al calor total de entrada a launidad,

Donde:

4.2.2 Calor total de entrada (QE).Es el calor desprendido durante las reacciones químicas de combustión del combustible(poder calorífico superior a presión constante (PCSp) más créditos por calor adicionadoal fluido o fluidos de trabajo (aire, combustible, vapor, etc). que cruzan los límites delbalance de materia y energía del sistema (Fig. No. 1).





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4.2.3 Calor de salida (QS).Se define como calor absorbido por el fluido o fluidos de trabajo.

4.2.4 Créditos de calor (CC).Son aquellas cantidades de calor adicionado a la unidad de generación, diferentes delcalor producido en la combustión del combustible. Estos créditos incluyen cantidadestales como calor sensible en el combustible, en el aire de entrada y en el vapor deatomización, además de calor por conversión de potencia en equipos auxiliares(pulverizador de carbón, bombas de agua de circulación, ventiladores de aire yrecirculación, etc.).

4.2.5 Calor perdido (QP).Es el calor que se rechaza o que no se absorbe por el fluido o fluidos de trabajo y quefinalmente está constituido por todas las pérdidas de calor que disminuyen la eficienciadel generador de calor.

4.2.6 Régimen térmico bruto (RTB).Para propósitos de este procedimiento, el régimen térmico bruto se define como larelación del calor total de entrada (QE) a la potencia generada por la unidad (PG).

Calor de salida = Calor de entrada – pérdidas

Definición de eficiencia por ciento:





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4.2.7 Consumo específico de combustible (CEC)Se define como la cantidad de combustible consumido para producir 1 kilowatt depotencia,

CEC = Cs / PG (6)

4.3 Condiciones de Prueba

4.3.1 Capacidad de prueba.Con el objeto de tener referencia de los resultados de la prueba con el valor deeficiencia garantizado, la prueba de eficiencia debe llevarse a cabo a la capacidad dediseño de la unidad o lo más cercano posible a ella, cuidando que los parámetros de

operación del sistema de combustión exceso de aire, presión de vapor de atomización,presión diferencial cajas de aire-hogar, en unidades tangenciales,) y la carga de launidad permanezcan constantes durante la prueba.

4.3.2 Confiabilidad de los resultados.

a) Personal que participara en la prueba de eficiencia.

Para asegurar la obtención de resultados confiables, el personal queparticipe en las pruebas debe tener los conocimientos apropiados para suentendimiento y aplicación, de manera que realice correctamente la

función que se le asigne durante las mediciones y los cálculos.

b) Frecuencia de las lecturas y su consistencia.

Se deben tomar al menos tres lecturas de temperaturas y presionesdurante el tiempo que dura la prueba las lecturas de consumo decombustible y generación de potencia integrada se deben tomar cadahora durante la prueba.





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Los valores que se tomarán para los cálculos, serán el promedio de laslecturas y en caso de existir una diferencia mayor de 5% entre las lecturasde temperatura y presión, se tomarán otras dos o tres lecturas más paraobtener el promedio a usar en el procedimiento de cálculo.

c) Limpieza de la unidad.

La prueba debe realizarse después de un procedimiento rutinario delimpieza de las superficies de transferencia de calor de la unidad(programa de limpieza con sopladores de hollín).

Durante la prueba es preferible evitar la aplicación del procedimiento delimpieza del generador.

d) Duración de la prueba.

Para determinar la eficiencia con la mayor confiabilidad posible, el tiempode duración de la prueba no debe ser menor de 2 horas después que seha estabilizado la carga de la unidad y que los parámetros del sistema decombustión permanezcan constantes.

e) Créditos de calor.

Antes de iniciar la prueba, es necesario confirmar la existencia o ausenciade créditos de calor, debido a entradas al sistema, diferentes del calorliberado por el combustible utilizado.

4.3.3 Rechazo de la prueba.Si se detectan serias inconsistencias en los datos observados o si se tieneresultados fuera de lógica en los cálculos, la corrida debe rechazarse y, en sucaso, se debe repetir para obtener el objetivo deseado.

4.3.4 Reporte de la prueba.Todas las observaciones, mediciones y lecturas de instrumentos, requeridos parala prueba, deben registrarse como se observaron. Las correcciones y valores

corregidos deben listarse por separado.





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4.4 Procedimiento de calculo.

4.4.1 Generalidades.El método de cálculo de la eficiencia del generador de calor por pérdidas de calor, sebasa en la información segura y completa, que hace posible calcular las pérdidas y loscréditos de calor para la unidad.

La secuencia de cálculo, parte de los datos y mediciones que se obtienen durante laprueba y en el laboratorio, así como de la información necesaria para realizar loscálculos que darán los resultados, planteados como objetivo en el principio del capítulo.

Al final del capítulo se tiene un ejemplo de cálculo. Se utiliza, para resolverlo, enformato diseñado para aplicar con mayor simplicidad el procedimiento que se detalla acontinuación

4.4.2 Datos y Mediciones

4.4.2.1 Análisis de combustible (% en peso).Se debe tomar una muestra del combustible que se está quemando durante laprueba y se efectúa su análisis para obtener la composición (% en peso) delcombustible, esto es, obtener el contenido del C, H, S, N, H

2O, cenizas, etc. La

exactitud del método de pérdidas depende del buen muestreo y correcto análisisque se realice.

4.4.2.2. Poder calorífico superior de combustible, PCS.El PCS se obtiene a volumen constante (PCSv) en una bomba calorimétrica.

4.4.2.3 Análisis de los gases de salida del generador de vapor. (% volumen de lachimenea).

El análisis de gases de combustión se debe realizar con los aparatos demedición y técnicas de muestreo que se utilizan para el diagnóstico decombustión. Con este análisis se determina el contenido de O

2, CO

2, CO,

Partículas y N2

(por diferencia).

Considerando que en planta, la medición de CO2

se realiza con un aparato de

Orsat, se recomienda utilizar en su lugar la ecuación que relaciona el análisis delcombustible y el O

2presente en los gases de combustión, con la concentración

de CO2en los mismos, dicha ecuación es la siguiente:





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4.4.2.4 Consumo de vapor de atomización por kilogramo de combustible. (Wvat)Este dato de obtiene del manual del diseño del generador de calor, en los datosde funcionamiento, de no obtenerse por este medio, se debe medir o estimar deacuerdo con la experiencia de operación de la planta.

4.4.2.5 Temperaturas.a) Temperatura de gases de combustión (TG12). Se toma en el mismo punto de

muestreo utilizado en el análisis de los gases, para minimizar el efecto deestratificación de los gases en el ducto.

b) Temperatura de aire para combustión (Tbs, Tbh, TA5 y TA6 ).Las lecturas de temperatura de bulbo seco (Tbs) y bulbo húmedo (Tbh) se toman enla succión de los ventiladores de tiro forzado.

Las temperaturas de aire a la entrada y salida del calentador de aire-vapor seobtienen para el caso de tener créditos de calor por calentamiento de aire.

c) Temperatura de combustible (T día , T1, T

2y T

3).

Las temperaturas de combustóleo se toman en los puntos que se indican en lafigura del párrafo 4.2.6.3. que corresponde al cálculo de créditos de calor portemperatura del combustible.

d) Temperatura de vapor de atomización (Tvat).Esta temperatura se obtiene en un punto localizado después de la válvula decontrol que regula la presión del vapor auxiliar a quemadores.

4.4.2.6 Presiones.

a) Presión de vapor de atomización (Pvat).Es la presión que se indica en el cabezal de vapor de atomización.f) Presión atmosférica (Pa).

4.4.2.7 Análisis de partículas inquemadas (% de C).Las partículas que se recolectan con el equipo isocinético, se deben analizarpara obtener el contenido de carbón (C) que se utiliza en el cálculo de pérdidaspor partículas inquemadas. Si no se dispone de los medios para efectuar elanálisis de partículas, se toma como referencia la gráfica No. 9, donde se obtiene





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el % de C en las partículas, a partir del exceso de oxígeno en gases decombustión que se mide a la salida del economizador.

4.4.3 Información Necesaria.La información que se lista a continuación se incluye al final del procedimiento enel anexo A.

• Tablas de vapor saturado y sobrecalentado.• Carta psicométrica a nivel del mar, en el caso de presión diferente a ladel nivel del mar se emplea la tabla para corrección por altura de lugar.• Gráficas de poder calorífico del aire (Cpa), del combustóleo (Cpc), delvapor de agua (Cpv) y de los gases de combustión (Cpg). (Figuras 3, 4, 5y 6).• Gráfica de pérdidas de calor por radiación PR (figura No. 7).• Calor de combustión del carbón = 8056.0 kcal/kg carbón.• Análisis estadístico del combustible que se ha utilizado en la Centralincluyendo el PCS.

Este análisis es una buena aproximación. Cuando no se cuenta con la facilidadde realizar el análisis del combustible que se esta quemando.

• Análisis de las partículas (figura No.9).

Es una gráfica que da como información el contenido de carbono en laspartículas (%Cpar) en función del exceso de oxígeno en los gases decombustión. para utilizar esta gráfica será necesario medir la concentración deoxígeno a la salida del economizador como se recomienda en el procedimientode diagnóstico de combustión.

4.4.4 Cálculos Preliminares.

4.4.4.1 Poder calorífico superior a presión constante, (PCSp).

PCSp= PCSv+ 146.9 H, (Kcal/Kg comb)

4.4.4.2 Kg de gases de combustión por kg de combustible (W'G)





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Las pérdidas por partículas inquemadas (PPI) se calculan con la ecuación que se da enel punto 6.5.6, tomando Cq = C para el primer cálculo de W'

Gque se requiere

para calcular las PPI.4.4.4.3 Kg de aire seco por kg de combustible (W'A).

4.4.4.4 Calor específico de los gases de combustión (Cpg).Se obtiene de la figura No. 6 con:

4.4.4.5 Calor específico de aire (Cpa).

Se obtiene de la figura 3 con:

4.4.4.6 Calor específico del vapor de agua en el aire (Cpv).

Se obtiene de la figura No. 5 con:

4.4.4.7 Humedad del aire a la entrada corregida por altitud (ha).Se obtiene de carta psicométrica para presión igual a 1 atm, con tbs y tbh y se

corrige por la altura del lugar sobre el nivel del mar, (figura 10 y tabla 3).

ha= ha nivel mar + corrección altitud, (Kg H2O/Kg G)

4.4.4.8 Humedad en los gases de combustión (hg).

hg = 8.963 (H) + W'A ha + hc





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4.4.4.9 Entalpía del vapor de agua en los gases de combustión.

a: P= 1 PSIA y T=TG12; HV12 en Kcal/Kg

Se obtiene de la tabla 2, vapor sobrecalentado.

4.4.4.10 Entalpía del vapor de agua saturado (Hva).

Hva en (kcal/kg) se obtiene de la tabla 1 (vapor saturado), con la temperatura dereferencia (Tref).

4.4.4.11 Entalpía del agua saturada (haa).

A temperatura de referencia (Tref), haa en (kcal/kg).Se obtiene de la tabla 1, vapor saturado.

4.4.4.12 Entalpía del vapor de atomización (Hvat).

Hvat en (Kcal/kg) se obtiene de la tabla 2 (vapor sobrecalentado) con:

T vapor atom (Tvat), y presión vapor atom (Pvat)





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4.4.5 Cálculo de las pérdidas de calor (QP).

NOTA: La temperatura de referencia para los cálculos de la eficiencia, es la temperatura del aire a laentrada de los ventiladores de tiro forzado (Tbs) o la temperatura del aire a la entrada o salida delprecalentador de aire-vapor (TA5, TA6).

4.4.5.1 Por gases secos a la salida de la chimenea (PGS).

PGS = W'G Cpg (TG12-Tref) (Kcal/kg comb)

4.4.5.2 Por humedad en el aire (PHA).

PHA = hAW'A (Hv12 - Hva) (Kcal/kg comb)

4.4.5.3 Por humedad en el combustible (PHC).

PHC = hc (Hv12 - Haa) (Kcal/kg comb)

La ecuación anterior es para combustible sólido o líquido si el combustible es gaseoso:

PHC = hc (Hv12 - Hva) (Kcal/kg comb)

4.4.5.4 Por combustión del hidrógeno (PCH).

PCH = 8.936 (H) (Hv12 - Haa) (Kcal/Kg comb)4.4.5.5 Por formación de CO (PCO).

4.4.5.6 Por partículas inquemadas (PPI).

% Cpar = Porcentaje de carbón en las partículas colectadas





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4.4.5.7 Por vapor de atomización (PVA).

PVA = Wvat (Hv12 - Hva) (Kcal/kg comb)Wvat = Cvat/Cc (kg

vapor /kg comb)

4.4.5.8 Por radiación (PR).

El % PR se toma de las especificaciones de diseño de la unidad. Si no se cuentacon esta información, el % PR se obtiene de la fig. No. 7, con el calor total deentrada en millones de BTU/hr multiplicado por la eficiencia de diseño.

PR = QE (% PR) (kcal/kg comb)

QE = PCSp + CC

Los cálculos que se necesitan para obtener los créditos de calor, se indican en elinciso 4.4.6

4.4.5.9 Las pérdidas de calor por combustible o hidrógeno inquemado, así como laspérdidas por radiación en cenizas y polvos.

Estas no son significativas para la obtención de la eficiencia global, a menos quela determinación de esta eficiencia sea para pruebas de garantía o aceptación dela unidad, en cuyo caso, será necesario efectuar estas determinacionessiguiendo las recomendaciones que se indican en la norma

PTC 4.1 del ASME, incluyendo las correcciones necesarias para comparar losresultados con los valores garantizados.

4.4.6 Créditos de calor (CC).

4.4.6.1 Por aire caliente (CAC).

CAC = W'A Cpa ( TA5, TA6- Tbs). (kcal/kg comb)

Si los precalentadores de aire-vapor usan vapor de otra unidad, se utiliza TA6.





Eficiencia Térmica

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4.4.6.2 Por vapor de atomización (CVA).Sólo si el vapor de atomización proviene de otra unidad.

CVA = Wvat (Hvat - Hva) (kcal/kg comb)

4.4.6.3 Por calor sensible en el combustible (CSC).

CSC = (1kg) Cpc (Tdía, 1,2,3 - Tbs) (kcal/kg comb)

Si el vapor de calentamiento proviene de otra unidad usar T1, T2 ó T3. Si no hayvapor de otra unidad usar T día.

4.4.6.4 Por auxiliares dentro de los límites del sistema (CMA).

4.4.6.5 Por humedad en el aire de combustión (CHA).

4.4.6.6 Créditos de calor totales (CC).

CC = CAC + CVA + CSC + CMA*

+ CHA*

(kcal/kg comb)

NOTA: Los créditos de calor por auxiliares y por la humedad en el aire decombustión son cantidades poco significativas para la determinación de laeficiencia global, a menos que esta determinación se necesite para una pruebade aceptación o garantía de la unidad, en cuyo caso, los créditos mencionadosse calcularán de acuerdo con las recomendaciones del código PTC4. 1, ASME.

4.4.7 Resultados Finales.

4.4.7.1 Calor total entrada (QE).

QE = PCSp + CC (kcal/kg comb).





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4.4.7.2 Pérdidas de calor en por ciento (QP).

(PGS/QE) (100) =(PHS/QE) (100) =(PHC/QE) (100) =(PCH/QE) (100) =(PCO/QE) (100) =(PPI/QE) (100) =(PVA/QE) (100) =(PR/QE) (100) =

% TOTAL DE PERDIDAS = (QP/QE) (100)

4.4.8 Eficiencia global ηG

4.4.9 Régimen térmico bruto (RTB).

4.4.10 Consumo Específico Combustible (CEC).

Referencias.

1. ASME Power test Code PTC 4.1 – 1964, Reaffirmed 1979 ANSI PTC 4.1, 1974.2. Combustion Engineering: A reference book for fuel Burning Equipment and Steam Generation.

Revised Edition. Ed Glenn, R. Fryling, M.E., published by Combustion Engineering, NY 1966.3. Steam/lts generation and use. 39th Edition, Ed. Babcock at Wilcox, NY 1978.

4. EPRI Proceedings: 1986 Power Plant Performance monitoring and system dispatonconference. EPR CS / EL – 5251 – SR Research Projects 1681, 2153, published by Encor America, Inc., Cal., 1987.

5. Chemical Engineering Handbook: Robert H Perry / Cecil H. Chilton; 5th edition; ed. McGraw –Hill –Kogakusha, ltd 1973.

6. Steam Tables, Properties of Saturated and Superheated Steam; 3th printing Ed. CombustionEngineering, Inc.





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7-eficiencia térmica del generador de vapor

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