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III SEMINARIO INTERNACIONALSISTEMAS DE AHORRO DE ENERGÍA Y AUTOMATIZACIÓN DE

PLANTAS PESQUERAS INDUSTRIALES Lima, 19 y 20 de julio de 2007

Tema:

“BENEFICIOS DE LA SUSTITUCIÓN DE PETRÓLEO RESIDUAL POR GAS NATURAL EN

CALDERAS DE VAPOR “

Expositor :

ING. VICTOR ARROYO CH.

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1. Conceptos generales sobre

Gas Natural

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Propano

C3H8Metano

CH4

Etano

C2H6

Hexano

C6H14

Pentano

C5H12

Compuestos que contienen átomosde Carbono e Hidrógeno

Hidrocarburos

Butano

C4H10

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¿Qué es el Gas Natural?

Mezcla de gases hidrocarburos y no hidrocarburos.

El principal componente del gas natural es el Metano.

METANO

Gas combustible, incoloro, inodoro, no tóxico e insípido

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Gas Natural - componentes

HIDROCARBUROS :

Metano

Etano

Propano

Butanos

Pentanos

Hexanos

Heptanos y superiores

Vapor de agua

GASES INERTES :

N2

CO2

OTROS :

O2

H2S

Mercaptanos

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Gas Natural – contaminantes

N2

O2

Agua

CO2

H2S

Otros compuestos con azufre

Hidrocarburos condensados

Partículas sólidas y líquidas

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Composición del Gas Natural (Camisea)

Composición del gas entregado al usuario:

Metano : 88.22 % vol

Etano : 10.81

Propileno : 0.02

Nitrógeno : 0.59

Dióxido Carbono : 0.36

PCS @ 15°C : 9634 kcal/m3

Densidad @ 15°C : 0.751 kg/m3

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2. Combustibles Tradicionales de la Industria Pesquera

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Petróleo Residual y Aceite de Pescado

0.50.8Agua (%)1S (%)

0.2N (%)11.41O (%)11.511H (%)76.686C (%)

3340038052PCS (kcal/gal)3.186.7Residuo Carbon (%)284105Punto Inflamación (°C)

615Viscosidad @ 100 °F (cSt)155Viscosidad @ 100 °F (SSU)20.115.2API @ 60 °F

Aceite PescadoPR-6Propiedad

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3. Ventajas económicas y ambientales del uso de gas natural

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Ventajas del Gas Natural

Ha reemplazado paulatinamente a otros combustibles porque:

Es más económico que los combustibles líquidos (D-2, Residuales)

Produce mejor combustión.

Tiene poder calorífico elevado.

Es menos contaminante del ambiente.

Es menos agresivo en los equipos de combustión.

No requiere almacenamiento (se entrega por tubería de manera

segura y confiable).

Es más limpio en el manejo.

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Ventajas del Gas Natural

El Gas Natural es más económico por unidad de energía entregada:

Diesel 2 : 15.8 US$/Millon BTU

Residual 6 : 9.2 “

Gas Natural : ∼ 5.0 “

Nota: Precios sin IGV según OSINERGMIN al 9 Julio 2007

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Los combustibles fósiles contienen principalmente Carbono e Hidrógeno y en menor proporción Azufre, Nitrógeno y otros elementos.

La facilidad de combustión y las emisiones varían en función de la relación C/H :

Gas natural Diesel 2 Residuales CarbónA mayor relación C/H :

Mayor dificultad en la combustión (mayor producción de CO y hollín).

Mayor emisión de contaminantes (SO2, NOx, CO, partículas).

Mayor emisión de CO2 (gas de efecto invernadero).

Ventajas del Gas Natural

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0.211186Residual 67.8

1.51.58.077.0Carbón9.6

0.0060.312.986.6Diesel 6.7

0.93023.7574.67Gas Natural3.1

N%

S%

H%

C%

CombustibleC/H

Ventajas del Gas Natural

COMPOSICIÓN DE COMBUSTIBLES

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26.6

0.91

0.13

0.07

Partículaskg/h

16253.612.2Residual 6

24354.422.9Carbón

14901.32.8Diesel

11300.9~ 0Gas Natural

CO2

kg/hNOxkg/h

SO2

kg/hCombustible

Ventajas del Gas Natural

EMISIONES DE UNA CALDERA DE 500 BHP

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4. Sustitución de Petróleo Residual por Gas natural en Calderas de Vapor

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Para quemar el nuevo combustible es necesario tender una tubería desde el empalme con el Suministrador hasta la caldera.

Diseño de tuberías y accesorios.

Diseño de estaciones reductoras primarias y secundarias.

Sistemas de medición, control y seguridad.

Soportes y cimentación.

El diseño debe ser realizado de acuerdo a normas.

Conversión a gas de calderas de vapor

SUMINISTRO DE GAS A LA CALDERA

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PROCESO DE CONVERSIÓN EN CALDERAS PIROTUBULARES

1) Revisión de transferencia de calor entre zonas radiante yconvectiva ante nueva realidad.

2) Determinación de nuevas exigencias de los materiales.

3) Estudio de dilataciones estructurales frente a nuevas exigencias.

4) Revisión y adecuación de equipos de la caldera :• Quemador• Ventilador• Economizador • Controles

Conversión a gas de calderas de vapor

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1. Revisión de transferencia de calor entre zonas radiante y convectiva

El Residual transmite mayor calor de forma radiante que el Gas

Natural, por lo que la temperatura de salida del hogar se

incrementa.

La masa de gases de combustión es mayor para el Gas Natural

que para el Residual.

Conversión a gas de calderas de vapor

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2. Determinación de nuevas exigencias de materiales

Determinación de nuevas temperaturas en paredes de tubos.

Determinación de nuevas temperaturas en economizador.

Comparación con diseño.

Evaluación de la habilidad de los materiales para las nuevas

temperaturas.

Conversión a gas de calderas de vapor

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3. Estudio de dilataciones estructurales

Se analizarán las dilataciones diferenciales producidas

por las nuevas temperaturas en el hogar y tubos de zona

convectiva.

Se revisarán los sistemas existentes para absorción de

dilataciones y su habilidad para los nuevos requerimientos.

Se deberá revisar la habilidad de la chimenea existente

(diámetro y altura) para el mayor caudal de gas.

Conversión a gas de calderas de vapor

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4. Revisión y adecuación de equipos de la caldera

Quemador : posibles modificaciones o cambio total. Potencia,

modulación, sistema de encendido, controles, caja de aire, etc.

Ventilador : capacidad, presión.

Economizador : diseño, temperaturas.

Controles : combustión, presión de aire/gas, lazos existentes.

Conversión a gas de calderas de vapor

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5. Análisis Adicionales

a) Emisiones de contaminantes :Gases ( NOx, CO, SO2)PartículasRuido

b) Capacidad de producción de vapor de la caldera.

c) Eficiencia térmica.

d) Combustible de Back-Up.

e) Costos de mantenimiento.

Conversión a gas de calderas de vapor

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ACCIONES A REALIZAR

Los procesos de conversión a gas de calderas toman tiempo, por lo cual es recomendable :

Iniciar ya el estudio de factibilidad técnica-económica de la

conversión.

Especificaciones de nuevos equipos y modificaciones.

Diseño del sistema de suministro de gas por tuberías.

Adquisición de equipos y materiales.

Implementación y puesta en marcha.

Conversión a gas de calderas de vapor

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VENTAJAS DE LA CONVERSIÓN A GAS NATURAL

Incremento de eficiencia de la caldera.

Reducción de costos de mantenimiento.

Reducción de demanda de vapor para atomización de

combustible líquido.

Reducción de emisiones de contaminantes.

Reducción de costos operativos en planta.

Conversión a gas de calderas de vapor

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5. Casos de Conversión a Gas natural en Calderas de Vapor

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Caso 1:

Caldera Pirotubulares 600 y 900 BHP

Caso 2:

Caldera Acuotubular

50 t/h

CASOS DE CONVERSIÓN A GAS NATURAL

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CASO 1 : PLANTA PESQUERA DE PAITA

Proyecto de conversión: empresa extranjera (USA)

Demostración de uso de gas natural y eficiencia energética:

CONAM – PA Consulting – CINYDE S.A.C.

Empresa pesquera:

• 100 t/h procesamiento

• Consumo PR-6 : 1.2 Millones gal/año

• N° calderas : 6

• N° horas de operación planta: 1 750 h/año

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CARACTERISTICAS DEL GAS NATURAL USADO

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DATOS DE LAS CALDERAS

Dato

Caldera N° 2 Caldera N° 6

Marca Distral Cleaver Brooks Potencia nominal (BHP) 900 800 Número de pasos 3 4 Año de fabricación 1997 1995 Procedencia Colombia USA Combustible Residual 6 / gas natural Residual 6 / gas natural Presión de operación (psig)

120 120

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PROYECTO DE CONVERSIÓN DE LA CALDERA

Consistió básicamente en:

• Adaptación del quemador actual mediante “kit” de conversión.

• Instalación de tren de válvulas y controles.

• Tendido de tuberías de gas.

• Se dejó la línea de PR-6 (respaldo).

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RESULTADOS DE MEDICIONES

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BENEFICIOS AMBIENTALES DE LA CONVERSIÓN

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BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS

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BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS

Tanque.General

40ºC 60 000

gal

h=10 m Ø=5 m

TanqueDiario

6 200 gal70 °C

vapor

PR-6 1 280 236 gal/año

50HP

2.4 HP

EE

VAPOR

1h

15kw

CALDERAS

DISTRAL

2 HP

EE7.5kw

CALDERAS

C-B

100ºC

110ºC

5HP

AIRE

h=4 m Ø=2 m

Calentadores

vapor

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BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS

Energía dejada de consumir por el cambio a gas natural en 6 calderas

Concepto

Explicación del ahorro PR-6 (gal/año)

Electricidad(kWh/año)

1 Calentamiento de PR-6 en tanque diario

No se consume vapor de caldera para mantener caliente el PR-6

2 337 --

2 Calentamiento de PR-6 en calentadores de calderas Distral

No se consume vapor de caldera para elevar la temperatura del PR-6 de 70 a 100 °C

1 686 --

3 Calentamiento de PR-6 en calentadores de calderas C-B

No se consume electricidad para elevar la temperatura del PR-6 de 70 a 110 °C

-- 27 992

4 Compresión de aire de atomización en calderas C-B

No se consume electricidad para compresor de aire de atomización

-- 13 055

5 Bombeo de PR-6 en tanque general y calderas

No se consume electricidad en bombas de transferencia de PR-6 en tanques y las propias calderas

-- 83 030

6 Pérdida de calor en tanque general

1 923 --

7 Pérdida de calor en tanque diario

Se evita las pérdidas de calor por convección y radiación, lo cual tiene que ser compensado con aporte de vapor en serpentines

986 --

8 Vapor de atomización en calderas Distral

Se deja de consumir vapor de caldera para atomizar el PR-6

12 482

TOTAL 19 364 124 077

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BENEFICIOS ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS

En resumen, los ahorros son:

• Ahorro por costo de combustible : 118 780

• Ahorro por energía dejada de consumir: 28 830

• Ahorro por limpieza de tubos : 7 200

Total : 154 810 US$/año

La inversión total de las instalaciones para el quemado del gas natural

fue de US$ 145 500, entonces el retorno simple de la inversión es de:

Retorno de inversión = 145 500 / 154 810 = 0,94 año

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CASO 2 : PLANTA DE FIBRAS

Proyecto de conversión: SAACKE – CINYDE S.A.C.

Empresa :

• Lima

• Consumo PR-6 : 6.5 Millones gal/año

• N° calderas : 3

• N° horas de operación planta: 8000 h/año

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DATOS DE LA CALDERA

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TRABAJOS DE CONVERSIÓN

Consistió básicamente en:

• Cambio del quemador de petróleo COEN por otro de gas de alta eficiencia marca SAACKE.

• Cambio del ventilador de aire y ductos.

• Modificación de la caja del quemador.

• Nuevos controles, totalmente electrónicos y automáticos.

• Instalación de trenes de válvulas y controles.

• Instalación de tuberías de gas internas.

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QUEMADOR SAACKE DE GAS

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CALDERA B&W CON QUEMADOR DE PETROLEO RESIDUAL-6 COEN.

CALDERA B&W CON QUEMADOR DE GAS SAACKE

Modelo DDG 14710 de 42,2 MMkcal/h

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CALDERA B&W CON QUEMADOR DE PR-6. REQUERÍA DESHOLLINADOR.

CALDERA B&W CON QUEMADOR DE GAS SAACKE:

NO REQUIERE DESHOLLINADOR.

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RESULTADOS DE LA CONVERSIÓN A GAS

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BENEFICIOS LOGRADOS

• Mejora de eficiencia térmica.

• Reducción de emisiones.

• Mayor vida útil de la caldera

• Mejor control y supervisión de la caldera.

• Reducción de costo de operación: 300 000 US$/mes de ahorro!

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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION!

ING. VICTOR ARROYO CHALCO

Natalio Sanchez 220 Of. 307 Lima 11

Tel. 332-5624victor.arroyo@cinydesac.com