Beneficios del gas natural
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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
15
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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
38
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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
40
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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. [email protected]