precalentamiento de aire de combustion en un sistema con

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MEJORES PRACTICAS PARA EFCIENCIA ENERGETICA: CASO PRACTICO
PRECALENTAMIENTO DE AIRE DE COMBUSTION EN UN
SISTEMA CON QUEMADORES DE GAS NATURAL
ATMOSFERICOS, INSTALADO EN PAILA DE DEZINCADO # 3 DE
LA PLANTA REFINERIA DE PLOMO
Ing. Luis Lauro Rodríguez
Ing. Ignacio Holguín
Ing. Luis Burgos M.
Ing. Gerardo Pérez
Ing. Ismael Chávez
Gerente planta refinería.
Superintendente operación
Superintendente mantto.
Coordinador de energéticos
Apoyo procesos térmicos de ahorro de energía

Resumen
Con el objetivo de eficientar el consumo del
energético “ Gas natural”, dentro de los
procesos operativos, y de propiciar un mejor
ambiente de trabajo laboral al disminuir el
nivel de ruido, se definió aprovechar el calor
de los gases calientes generados por la
combustión de estos quemadores,
precalentando el aire de combustión al
instalar un recuperador de calor en el fogón
3 de dezincado, el cual cuenta con
quemadores atmosféricos como fuente de
energía para el proceso, logrando una
disminución de un 8.32% del consumo de
gas en forma anualizado equivalente a
$10,642 dlls/año.
Introducción.
El presente proyecto de ahorro energético en
este tipo de quemadores, se origina dentro
del comité de ahorro de energía de la
planta a partir de la necesidad de:

Disminuir el consumo de
energía (gas natural) en
estos equipos de combustión
del tipo atmosféricos .
Mejorar la eficiencia de
operación
Reducir el impacto ambiental
(disminuir los gases de
combustión al disminuir el
exceso de aire durante la
misma , ruido etc.)
Cumplimiento de la NOM
ECOL-085 en emisión de
gases y PST
Siendo necesario recopilar la siguiente
información:
a).- Dibujo o plano del arreglo general del
fogón.
b).-Diagrama de tubería e instrumentación
del equipo
c).-Capacidad operacional actual del
FOGON, con respecto a
Número de quemadores instalados (Arreglo
y localización).
d).-Curva del quemador instalado.
Con la finalidad de:
1).-Evaluar las condiciones actuales de
operación del equipo.
2).-Establecer su potencial de ahorro
energético en función de sus
3).-Recomendar modificaciones técnicas y
económicamente viables
Desarrollo del tema:
Ubicación física y potencial dentro de la
planta.
Con un potencial de veinte pailas mas, se
muestra la ubicación de la aplicación.
Met-Mex Peñoles S.A. De C.V.
** Análisis/composición de los gases de
combustión
** Temperatura de los gases de combustión a
la salida de la chimenea
** Consumo, composición y poder calorífico
del combustible empleado. Dicha
información deberá ir acompañada con el
costo ($) del referido servicio.
** Perfil de presión (tiro) de los gases de
combustión a lo largo del fogón de la paila.
**Perfil de temperatura de los mismos gases
en su recorrido a través del equipo
** Análisis termográfico
NAVE AFINACION
bullion
bullion
2
4
6
1
3
5
FUNDIDORAS
1 H. GRASA
H. GRASA
2
H. SUAVIZADOR
1
P. MIXTURAS
4
BASCULA
2
ANTES RECIBIDORA
FOSA
PAILA 1
1
1B
1A
2B
2A
3B
PAILAS P/
DESPLATADO
Condicional inicial antes de
instalar el precalentador
“Diagrama de Sankey”.
OCTAGONALES
PAILA 2
PAILA DECINCADO
MEJORADA
P. SIN USO
6
1
BASE DE AG.
3A
3
DECINCADO
BRITANIA
7
4
9
8
CLORINACION
5
P. LICUACION
DESPLATADO
Balance de calor inicial.
DESBIMUTIZADO
10
6
7
8
9
4
MOL. AUT. ALEAC.
11
10
11
8B
REFINADORAS
12
14
12A
15
13
16
B
8
5
7
C
10
P. QUEMADO
BISMUTO
PAILAS DE
INTRCAMBIO IONICO
RUEDO MOLDEO 15
MOL. AUT. 14
MOLDE0
3
A
2
12
11
6
MOL. AUT. 16
Un balance de calor es una forma simple de
cuantificador en donde se consume el calor
en un proceso.
Calor requerido en la entrada =Calor
requerido por la carga + Pérdidas de calor,
permitiendo definir el tamaño del equipo de
combustión requerido (BTU/hr )
Calor de gas de combustión
(40%)
Calor perdido por
radiación en paredes
(5 %)
Equipo requerido para la recopilación de
información.
a).-Termómetro de resistencia
b).-Termopares
c).-Infrarrojos
d).-Analizador de gases de combustión
e).-Manómetro de tiro
f).-Medidor de flujo de aire
g).-Medidor de flujo de gas natural
Combustión
incompleta (
2 %)
2,810,568 Btu/hra
Información detallada operacional y de
diseño de esta paila necesario para el
análisis energético.
Información operacional:
Calor disponible A LA
CARGA ( 53 %)
Condicion inicial antes de instalar
el recuperador de calor “analisis
de combustion de gases”
Típico de la instalación del sistema de
recuperación de calor.
SALIDA DE
GASES DE
COMBUSTION
Típico de instalación del sistema de
recuperación de calor.
Resumen de mediciones:
(kgs/cm2)
Consumo
Gas
(SMCH)
Calor
Liberado
(BTU/h)
Fogueo
Bajo
1.4
58
2,328,950
Fogueo
Alto
1.8
70
2,810,568
Presión
(Condiciones Estandar de 20°c @
14.73 psia ) PCS= 1047 Btu/ pie3= 9307
Kcal/m3
EVIDENCIA FOTOGRAFICA DE LA
APLICACION
ATMOSFERICOS
DE 4 “ MARCA
HAUK

PARA MEDICION DE PRESIÓN
COSTO DE LA INVERSION:
EQUIPOS: $ 11,565 USD;
INSTALACION:$9,290 USD
TOTAL INVERSION : $ 20,855 USD
1. Ventilador Centrífugo Marca VIMECA, con motor de
3HP a 3600 RPM.
2. Caja de Aire para los Quemadores, fabricada en
lámina de acero al carbón cal. 12 y 14, y perfil de 1”
de 80” x 48” x 20”, con dos puertas al frente, y
recubierto al interior con una colcha de 3” de fibra
cerámica, anclada y cubierta con rigidizante.
3. Ducto de Interconexión entre Recuperador de Calor y
Caja de Aire, fabricado en tres partes bridadas entre
sí, y al recuperador y la caja de aire. Hecho de lámina
cal. 18 de 14” x 10”. Este ducto se encuentra con
colcha de vidrio aislante en el exterior de 2” .
4.
Paquete de intercambio de calor gases-aire, con ducto
de succión rectangular con área de intercambio de calor
2
de aprox. 10 m . Este lleva aislamiento externo formado
Características del recuperador y
materiales empleados.
RECUPERADOR DE CALOR TIPO :
ESTÁTICO AIRE /GAS DE
COMBUSTION
DISEÑO DE FLUJO: CRUZADO
PARA MAYOR EFICIENCIA Y

TRANSFERENCIA DE CALOR
TIPO:
PLACAS PLANAS
VOLUMEN DE AIRE A MANEJAR:
1,074 ACFM DE GASES DE
COMBUSTIÓN
TEMPERATURA LADO GASES
DE COMBUSTIÓN: 500 A 600
OC .
TEMPERATURA DE
INTERCAMBIADOR: T=120 A
200°C
VENTILADOR CENTRIFUGO
incluido DE 3 HP A 3600 rpm
ACCESORIO DE LIMPIEZA :
LADO GASES DE COMBUSTIÓN. Y
TOMAS
con 2” de fibra de vidrio y lamina cal. 16 ac. carbón.
5.
Ducto de descarga de gases a trinchera con válvula de
control de flujo
Calculo del recuperador.
Gases de Combustion
TEMPERATURA
Tg = 516 °C
516°C
gases de combustion
336°C
Qa=1,078 afcm
aire atmosferico
Ta= 40 °C
Tm =326°C promedio
Qa=
Ta= 160 °C
aire precalentado
a quemadores
160°C
aire para quemadores
40°C
TIEMPO
Calculo del
Tg =
Tm prom (516-40) +
336 °C
CALCULO DEL CALOR RECUPERADO Qa = Ma* Cpa* Ta
datos :
Ma= 1,078afcm * (0 .0618 lbs/pie3
66.6 lbs/min =
Cpa=
0.24 kcal/kgs-°c
Ta(160-40 )
120 °c
Qa=
52,479 kcal/hra
2
3996 lbs/hra =
CALCULO DEL AREA DE TRANSFERENCIA
At = Qa/ Uo* Tm
datos :
= 52,479/16*326
Qa = 52,479
kcal/hra
Uo= 16
kcal/hra*m2*°c (coeficiente total de transferencia de calor )
Tm= 326
°C
At=
10 m2
( 336-160) Tm
= =326°C
1822.176 kgs/hra
** El calor disponible a la carga se
incrementa del 53% al 64 %
** El calor bruto aplicado al sistema
disminuye de 2,810,568 a 2,007,594
btu/hra.
**El ciclo operativo no sufrió modificación
en tiempo y capacidad de producción
Calor de gas de combustión
(30%)
Calor perdido por radiación en
paredes ( 5 %)
INTERCAMBIADOR DE CALOR
AIRE PRECALENTADO A 140 ªC
Combustión incompleta ( 1 %))
Resumen de mediciones después de
la aplicación.
Calor Bruto
CONSUMO DE GAS NAT.
2,007,594 Btu/hra. ( 100%)
(kgs/cm2)
Consumo
Gas
(SMCH)
Calor
Liberado
(BTU/h)
Fogueo
Bajo
1.0
30
1,204,630
Fogueo
Alto
1.8
50
2,007,594
Presión
Calor disponible A LA
CARGA (64 %)
Típico con variables de proceso
CAJA DE
AIRE
En el fogueó alto de la combustión del
quemador, el aire se precalienta a 160 °C,
recuperando entre el 8 y 10 % del calor
liberado en la combustión
Tout=160 oC (aire)
Dp=2-4”wc
RECUPERADOR
DE CALOR
Tin=516 oC.
PAILA
Qg=2,007,594 Btu/hra
250 TON
0.04
“W
C
Qc= 1,078 acfm
Tin=40 oC (aire)
NPT
Trinchera subterranea
VALV. CTL TIRO
Tout=336 oC.
Debido a que el aire entra caliente a los
quemadores atmosféricos, se obtiene una
mejor combustión, más controlada, que
permite reducir el consumo de gas en un
promedio de todo un ciclo de 14.26
SCMH.
DIAGRAMA DE SANKEY DESPUES
DE LA APLICACIÓN
EVALUACION ECONOMICA DEL
PROYECTO
Sin intercambiador de calor:
CONSUMO DE GAS NATURAL REGIMEN BAJO
CONSUMO DE GAS NATURAL REGIMEN ALTO
46.00 sM3/HR
70.00 sM3/HR
APLICACIÓN DE HRS /DIA B AJO
APLICACIÓN DE HRS /DIA ALTO
10.00 HRS
6.00 HRS
TIEMPO OPERADO AL AÑO
Conclusiones:
240.00 DIAS
CONSUMO TOTAL DE GAS NATURAL
CONSUMO = " 46*10*240 + 70*6*240
COSTO DEL GAS NATURAL
COSTO ANUAL EN USD @ $ 11.2 / USD
COSTO ANUAL POR FOGON
211,200.00
$2.70
$50,914
$50,914.29
sM3 /año
M3
USD/año
USD
ANALISIS ECONOMICO CON RECUPERADOR DE
CALOR
CONSUMO DE GAS NATURAL REGIMEN BAJO
CONSUMO DE GAS NATURAL REGIMEN ALTO
30.00
50.00
sM3/HR
sM3/HR
APLICACIÓN DE HRS /DIA B AJO
APLICACIÓN DE HRS /DIA ALTO
10.00
6.00
HRS
HRS
TIEMPO OPERADO AL AÑO
255.00
DIAS
CONSUMO TOTAL DE GAS NATURAL
1.- Aprovechamiento del calor recuperado, e inyectado a los quemadores
atmosfericos logrando una disminución de consumo de gas natural del 8.32%
168,187
Operación promedio de 16 Hrs/dia y 255 dias /año
(Si el precio = 2.7 $/m3)
MANTENIMIENTO Y CONSUMO ELECTRICO
AHORRO DOLARIZADO:
2.-
Disminución de nivel de ruido de 95 dbs a 79 dbs
3.-
Mayor flexibilidad en la operación al existir control de temperatura
153,000.00 sM3/año
$2.70 M3
$36,884 USD/AÑO
COSTOS DE MTTO INTERCAMB.
COSTOS DE ENERGÍA ELÉCTRICA
UN MOTOR DE 5 HP POR 3 EQUIP.
COSTO DE E.E.
COSTO TOTAL ANUAL CON INTERCAMBIADOR
$1,859.00 USD/AÑO
Datos Generales
5.-
quemadores atmosfericos
Dissminuir el exceso de aire en la combustion de valores de 100 % a 10%
Estando dentro de norma que nos marca un maximo de 40.
Referencias:
•
MET-MEX-PEÑOLES S.A DE C.V.
INSTALACION DE CAMBIADORES DE CALOR
2005
Año de Desembolso
2005
Año Inicial Operación
Equipo por Adquirir
Vida Útil (años)
5
Producción Anual
0
Tasa de Descuento 15.0%
Vida Útil (años)
5
Valor de Rescate (dls.)
0
Producción Anual
0
Valor de Reposición (dls.)
0
Costo de Inversión (dls.)
20,885
Valor por Depreciar (dls.)
0
Valor de Rescate (dls.)
0
Tasa de Depreciación 6.0%
•
Tasa de Depreciación 6.0%
Costos de Operación dls./año
Equipo por Reemplazar
Incremento
50,914.00
Sumado Anual
Multiplicado Anual
Equipo por Adquirir
Incremento
0.00
40,272.00
Sumando Anual
Multiplicado Anual
Resultados de la Evaluación
C.A.U.E. Equip. Actual (dls./año)
Ahorro de C.A.U.E (dls./año)
-28,512 C.A.U.E. Equip. por Adquirir (dls./año)
2,047
Dlls/año.
4.- Implementar este sistema a otras veinte pailas que emplean
•
Equipo por Reemplazar
10,642
34,241.4 KW / AÑO
$1,528.63 USD/AÑO
$40,272 USD/AÑO
AHORRO ANUAL EN CONSUMO DE GAS NATURAL ( 50,914 -40,272) usd
Proyecto
Btu/hra PROMEDIO
M3/hra. PROMEDIO
M3/año PROMEDIO
pesos/año.
pesos/año.
reducuiendo tiempos operativos y mayor durabilidad de la paila
CONSUMO = " 30*10*255 + 50*6*255
COSTO DEL GAS NATURAL
COSTO ANUAL EN USD @ $ 11.2 / USD
Empresa y/o Unidad
14.26
58,166.40
$ 157,049
-37,858
V. P. N. Ahorros (dls.)
TIR ( % )
-26,465
7,892
37.22%
Reporte de análisis de gases de
combustión inicio y posterior a la
implementación proporcionado por
equipo bacharach.
Reporte entregado de mediciones de
parámetros como presión de tiro,
temperatura, consumos de gas,
realizado por la compañía Vimeca
Calculo de diseño y desarrollo de
recuperador de calor, compañía
Vimeca.