Análisis energético de una Caldera Bagacera

INTRODUCCIÓN

Las calderas modernas de la industria azucarera son unidades productoras de vapor que permiten la quema de una amplia gama de combustibles con características diferentes, entre ellos, los combustibles fibrosos tales como bagazo de caña, "chips" de madera, residuos forestales u otros derivados de biomasa. Estos combustibles pueden ser quemados aisladamente o en combinación con carbón, petróleo o gas natural.
La industria azucarera de Tucumán ha incorporado calderas modernas que consumen bagazo como único combustible; dada su relativamente elevada altura, el aire caliente de turbulencia, que se distribuye estratégicamente a distintos niveles de elevación, y la alimentación neumática permiten que la biomasa se queme en suspensión cumpliendo las etapas del proceso de combustión en forma progresiva: evaporación de la humedad, destilación y oxidación de los componentes volátiles y finalmente del carbono fijo, con un consecuentemente mayor tiempo de permanencia del combustible y un factor de dilución bajo. Esto implica un mejor aprovechamiento de este y la posibilidad de quemar bagazo con relativamente alta humedad, sin la necesidad de emplear combustibles adicionales.

Estas mejoras, que permiten una mayor producción de vapor y de energía eléctrica, en el caso de cogeneración para venta a la red pública, a partir de la misma cantidad de biomasa y sin el aporte de combustibles de origen fósil, hacen de las calderas modernas una importante tecnología de producción más limpia, entendiéndose como tal aquella tecnología que permite producir sin el uso de materias primas tóxicas, ahorrando recursos y minimizando la cantidad y toxicidad de todas las emisiones y desechos.
El objetivo del presente trabajo fue evaluar energéticamente tres calderas bagaceras modernas de ingenios, mediante ensayos de mediciones y cálculos de balances de masa y energía.

PARTE I: GENERALIDADES DE CALDERAS.

1. ¿QUE ES UNA CALDERA?

Es un generador de vapor en donde el agua pasa de su estado líquido, al estado gaseoso que es el vapor, gracias al calor proporcionado por un combustible al arder.
Para que una caldera funcione necesita 3 elementos fundamentales que son:

Agua: se transforma en vapor.

Combustible: nos proporciona el calor necesario para cambiar el agua de líquido a vapor.

Aire: es el comburente que necesita el combustible para arder.

2. CLASIFICACION DE LA CALDERA SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO.

• DE TUBOS DE AGUA:

En este tipo el agua circula por dentro de los tubos y por fuera los gases de la combustión.

• DE TUBOS DE HUMO:

En este tipo los gases van por dentro de los tubos y el agua por fuera de ellos.

3. ¿QUE ES EL TIRO FORZADO?

Es la introducción de aire a presión en la cámara de combustión u hogar por medios mecánicos para hacer más eficiente la quema del combustible.

• ¿QUE PASA SI HAY EXCESO DE TIRO FORZADO?

Ocasionaríamos doble perdida:

1.- por el calentamiento innecesario del aire que entra y el enfriamiento correspondiente al hogar y esto nos lleva a consumo de un combustible secundario para cumplir con la demanda del proceso.

2.- y el aumento del volumen de los gases que van a la chimenea y su pérdida de calor utilizable.

      - ¿QUE PASA SI NO ES SUFICIENTE?

La combustión sería deficiente y necesitaríamos un combustible secundario para cumplir con la demanda del proceso.

• ¿QUE ES EL TIRO INDUCIDO?

Es la corriente de succión de aire que se obtiene en una chimenea, al provocar un vacío en su base por medio natural o por medio mecánico (ventilador).

• ¿QUE PASA SI HAY EXCESO?

Tendríamos un enfriamiento de la cámara de combustión y una mayor velocidad del recorrido de gases de combustión y no aprovecharíamos al 100% su transferencia de calor.

• ¿QUE PASA SI NO ES SUFICIENTE?

Tendríamos una combustión deficiente, se nos ahogaría la caldera por exceso de gases en la cámara de combustión y harían corto circuito con el aire. Provocando pérdidas de capacidad de generación y aumento en los costos de operación.

Nota: estos dos tiros se emplean para tener una mejor combustión, y deben estar balanceados o mejor dicho tener una presión equilibrada en la entrada de aire y la salida de gases.

• ¿QUE ES EL AIRE FLUIDIZADO Y QUE PROVOCA?

Es un equipo auxiliar que se utiliza para aumentar la presión de aire en la cámara de combustión para agilizarla y romper más fácilmente las celdas del bagazo aumentando la eficiencia de la caldera.

3.     EQUIPO BASICO DE LA CALDERA.

Son las partes en que está constituida la caldera, a continuación se resumen y se da una breve explicación para su mejor entendimiento.

1. HORNO.

Es la parte de la caldera donde se lleva a cabo la combustión, o la quema del bagazo en nuestro caso, y el adicionamiento del combustible secundario (combustoleo).

2. QUEMADOR.

Es un equipo auxiliar para la atomización y combustión de un combustible secundario (combustoleo). Que es requerido cuando las condiciones la fábrica y la demanda de vapor lo requieran.

3. ECONOMIZADOR.

Es un conjunto de tubos conectados por un cabezal, por los que circula agua de alimentación en su interior y por el exterior son aprovechados los gases de combustión.

4. DOMO SUPERIOR.

Es un cilindro en la parte superior de la caldera donde se entrega el agua de alimentación y están conectados a la fluxería del banco de generación, por la cual desciende el agua de alimentación al domo inferior, y vuelve ascender ya funcionando como colector de vapor, y entregarlo a unos separadores de humedad, al finalizar el recorrido por los separadores el domo superior entrega vapor saturado al cabezal de admisión de vapor del sobre-calentador.

...