Audit de l'efficacité énergétique des systèmes de vapeur industriels par des experts

Las auditorías energéticas en equipos de proceso de producción de vapor, válvulas, purgadores, sistemas de combustión y salas de calderas buscan optimizar su funcionamiento y adaptarlos a la regulación correspondiente, según los estándares. Estas auditorías proporcionan una visión global del experto auditor, a través de un conocimiento profundo del funcionamiento de las instalaciones, lo que permite definir las mejores propuestas de acciones de mejora para el ahorro.

Por otro lado, llevar a cabo una auditoría energética del sistema de vapor permite avanzar en la implementación de un sistema energético eficiente, lo que constituye un elemento estratégico para la competitividad de las plantas industriales.

Beneficios de una auditoría en eficiencia energética para calderas de combustión

Reducción de costes:

• Las calderas industriales son responsables de un porcentaje significativo del consumo de energía en el sector industrial.
• Las auditorías de eficiencia energética pueden identificar oportunidades para mejorar la eficiencia de la caldera, lo que puede conducir a una reducción significativa de los costes de combustible.
• En algunos casos, la reducción de costes puede ser tan significativa como para pagar el coste de la auditoría en menos de un año.

Mejora de la eficiencia:

• Las auditorías de eficiencia energética pueden identificar áreas donde se pierde energía en la caldera.
• Se pueden implementar medidas para mejorar la eficiencia de la caldera, como la instalación de controles de combustión más eficientes o la reparación de fugas de aire.
• La mejora de la eficiencia de la caldera puede llevar a una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Mayor confiabilidad:

• Las auditorías de eficiencia energética pueden identificar problemas potenciales con la caldera antes de que causen fallos.
• Se pueden implementar medidas para prevenir estos fallos, lo que puede mejorar la confiabilidad de la caldera y reducir el tiempo de inactividad.

Mejor toma de decisiones:

• Las auditorías de eficiencia energética pueden proporcionar información valiosa sobre el rendimiento de la caldera.
• Esta información puede ser utilizada para tomar decisiones informadas sobre la operación y el mantenimiento de la caldera.

CONTENIDO ÚTIL – AUDITORÍA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE VAPOR INDUSTRIAL

Ejemplos de mejora gracias a la información aportada por una auditoría de eficiencia energética en calderas de vapor

• Una empresa industrial que realiza una auditoría de eficiencia energética en su caldera de vapor descubre que la caldera está funcionando al 70% de su eficiencia potencial.
• La empresa implementa medidas para mejorar la eficiencia de la caldera, como la instalación de controles de combustión más eficientes y la reparación de fugas de aire.
• Como resultado de estas medidas, la eficiencia de la caldera aumenta al 85%.
• Este aumento en la eficiencia da como resultado una reducción anual de los costes de combustible de $100.000.

Las auditorías de eficiencia energética pueden proporcionar una serie de beneficios para las empresas que operan calderas de combustión. Estos beneficios incluyen la reducción de costes, la mejora de la eficiencia, la mayor confiabilidad y la mejor toma de decisiones.

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Acciones para mejorar la eficiencia en calderas de vapor

Mantén limpia la caldera

Excepto el gas natural, prácticamente todos los combustibles dejan cierta cantidad de depósitos en el lado de la llama de los tubos. Esto se llama ensuciamiento y reduce drásticamente la transferencia de calor. Las pruebas muestran que una capa de hollín de apenas 0.8 mm (0.03 pulgadas) de espesor reduce la transferencia de calor en un 9.5 por ciento, ¡y una capa de 4.5 mm (0.18 pulgadas) en un 69 por ciento! Como resultado, la temperatura de los gases de combustión aumenta, al igual que el costo energético.

Las calderas que queman combustibles sólidos (como carbón y biomasa) tienen una alta tendencia al ensuciamiento, mientras que las que queman combustibles líquidos (especialmente aceites refinados) tienen una baja tendencia al ensuciamiento. Mantener la caldera en su máxima eficiencia requiere mantener las superficies de la caldera lo más limpias posible. Las calderas grandes y las que queman combustibles con una alta tendencia al ensuciamiento tienen sistemas de limpiadores de hollín que limpian las superficies del lado de la llama mientras la caldera está en funcionamiento. También se pueden usar cepillos y lanzas manuales. Las calderas pequeñas, incluidas las que funcionan con gas natural y las que no tienen sistemas de limpiadores de hollín, deben abrirse regularmente para revisar y limpiar.

Los depósitos (llamados incrustaciones) en el lado del agua de los tubos de la caldera pueden afectar la transferencia de calor. También pueden reducir la eficiencia de la caldera, restringir la circulación del agua y provocar problemas mecánicos y operativos graves. Las incrustaciones hacen que la temperatura del metal de los tubos aumente, lo que aumenta la temperatura de los gases de combustión. En casos extremos, los tubos fallan por sobrecalentamiento.

Recuerda, un milímetro de acumulación de incrustaciones puede aumentar el consumo de combustible en un dos por ciento.

En lugar de cerrar y vaciar las calderas para inspeccionar visualmente la limpieza de las superficies de la caldera en el lado del agua, las condiciones del lado del agua se pueden estimar mediante pruebas del agua de la caldera mientras esta está funcionando. Luego se pueden inyectar ciertos productos químicos para el tratamiento del agua dependiendo de los resultados. El agua de la caldera se prueba diariamente en plantas de calderas pequeñas y de baja presión y cada hora en plantas grandes y de alta presión. El programa de tratamiento y pruebas de agua es fundamental para garantizar la eficiencia máxima y el funcionamiento confiable de cualquier planta de calderas.

Una tendencia al alza en las temperaturas de los gases de combustión durante semanas o meses generalmente indica que se ha acumulado un depósito en el lado de la llama o en el lado del agua de las superficies de intercambio de calor de la caldera. La caldera debe ser inspeccionada de inmediato.

Mantén el aire no deseado fuera

Un control efectivo del exceso de aire de combustión (discutido anteriormente) también implica protegerse contra la infiltración de aire no deseado en la cavidad de combustión de la caldera o en el sistema de gases de combustión. El aire entra a través de fugas en la cubierta, puertos de observación, juntas defectuosas y otras aberturas.

Agua de purga: dinero por el desagüe

Incluso el agua de alimentación de la caldera tratada («demineralizada») contiene pequeñas cantidades de sales minerales disueltas. La evaporación continua del agua en las calderas de vapor y la adición de agua de alimentación fresca aumenta la concentración de estos minerales y conduce a la formación de incrustaciones. Para prevenir esto, el agua de la caldera debe purgarse periódicamente. Por lo general, el purgado es excesivo, «solo para estar seguros». El agua purgada se calienta, desperdiciando así calor, agua y productos químicos para el tratamiento del agua. Como medidas preventivas mínimas, prueba periódicamente el agua de la caldera para medir el nivel de sólidos disueltos y ajusta la tasa de purga.

Cuando el purgado se realiza una vez al día o una vez por turno, el contenido de sólidos disueltos inmediatamente después del purgado está muy por debajo del máximo aceptable. Si el purgado se puede hacer más a menudo y con menos agua, o de manera continua, el contenido de sólidos disueltos totales (TDS) se puede mantener más cerca del nivel máximo deseado de seguridad. La clave es un buen control de los TDS.

Veamos un ejemplo: Considera una caldera de 23 t/h operando a 860 kPa (aproximadamente 50,000 lb./h a 125 psig). El agua de purga contiene 770 kJ/kg (330 Btu/lb.). Si el sistema de purga continua está configurado al usual cinco por ciento de la capacidad máxima de la caldera, entonces el flujo de purga sería de 1150 kg/h que contiene 885,500 kJ (alrededor de 2500 lb./h que contiene 825,000 Btu). Con una eficiencia de caldera del 80 por ciento, este calor requiere aproximadamente 29.7 m3/h (1050 cu. ft./h) de gas natural, con un valor aproximado de 32,100 € por año (basado en 300 días por año a 0.15 €/m3).

Aumenta la tasa y temperatura de retorno del condensado

Maximizar la tasa y temperatura de retorno del condensado ofrece una serie de beneficios, desde la reducción de las tasas de reposición de agua fría hasta importantes ahorros en agua, energía y costos de tratamiento. Dado que el condensado generalmente contiene bajos niveles de sólidos disueltos, también facilita tasas de purga más bajas, lo que conduce a ahorros adicionales. La eficacia del diseño del sistema de vapor y la utilización del vapor determinan el volumen de condensado que se puede recuperar. Teniendo en cuenta que los ahorros potenciales a menudo superan los 30 € por cada 3,5 m3 condensado, existe una justificación económica convincente para invertir en el equipo necesario para mejorar el retorno del condensado en sistemas de vapor o corregir cualquier falla en la red que esté causando pérdidas de condensado.

Además, optimizar el contenido de energía dentro del condensado devuelto es fundamental. Devolver el condensado a presión mitiga eficazmente las pérdidas por destello y aumenta el ahorro energético general. Además, el aislamiento de las tuberías de retorno minimiza la disipación de calor en el entorno circundante, mejorando aún más la eficiencia y la rentabilidad.

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Selección de Tuberías de Vapor

La selección incorrecta de tamaños de tubería y el enrutamiento de la tubería pueden causar muchos problemas en el proceso, como baja presión de vapor, baja cantidad de vapor, distribución desigual de vapor, acumulación de condensado y golpeteo en las tuberías, entre otros.

Estos afectarían adversamente la eficiencia y la productividad de la planta.

Considera la velocidad del vapor y la salida de la caldera: Al diseñar la tubería de vapor, tenga en cuenta la velocidad del vapor y la salida de la caldera.

La velocidad debe mantenerse lo más baja posible para minimizar la posibilidad de rebotes en los niveles de agua y cortes de agua frecuentes.

Esto también permitirá un margen de error para condiciones de química del agua de la caldera alteradas con un alto nivel de sólidos totales disueltos en el agua de la caldera.

Distribución de Vapor

Un sistema de distribución de vapor diseñado incorrectamente puede tener los siguientes efectos:

• Presión de vapor incorrecta en varios puntos.
• Disponibilidad insuficiente de vapor en las máquinas.
• Aumento de la formación de condensado.
• Mayores caídas de presión.
• Mayor costo inicial para tuberías, válvulas y accesorios.

Es importante obtener un diseño detallado antes de la instalación del sistema de tuberías. Esto se basa en los patrones de consumo de vapor en su planta. Debe prestarse atención a:

• Cantidad de vapor en diferentes puntos.
• Requerimientos de presión de vapor en diferentes puntos.

Un cabezal de distribución de vapor con un regulador de presión de vapor puede ayudar en la distribución y utilización adecuadas del vapor.

Calentamiento previo del aire de combustión

Cualquier pérdida de calor desde la superficie de la caldera hacia la sala de calderas puede ser utilizada nuevamente para la combustión. Al precalentar el aire de admisión, la combustión en el horno se vuelve más eficiente.

Cambio de Atomización de Vapor a Aire

Para quemadores con atomización de vapor, cambiar a atomización de aire naturalmente resultará en un menor consumo de vapor en general y en una mejor eficiencia de la caldera. Esto solo es aplicable para quemadores de aceite combustible pesado.

Cambio a un Combustible de Menor Costo

Cuando se compara el gas natural y el combustible de aceite, si el costo es el mismo o mayor por BTU entregado, cambie al aceite combustible.

La razón de esto es que en el proceso de combustión, el hidrógeno se combina con el oxígeno para formar agua. El calor latente de vaporización se pierde cuando el vapor de agua sale por la chimenea de la caldera.

Los combustibles como el gas natural con una relación hidrógeno-carbono más alta perderán este calor más que aquellos con una relación hidrógeno-carbono más baja como el aceite combustible.

Sin embargo, también se debe reconocer que habrá un aumento en el mantenimiento, los costos operativos y una mayor necesidad de más aire en exceso para lograr una combustión completa para el aceite combustible. Además, los depósitos de hollín y la combustión incompleta también podrían afectar los costos totales.