No es posible saber si una caldera de vapor es económica o no sólo mirando su consumo de combustible por hora. Se deben evaluar juntos la presión del vapor producido, la temperatura del agua de alimentación, la eficiencia de la caldera, la tasa de retorno de condensado, la cantidad de purga y cómo funciona el quemador bajo carga. Por tanto, «¿Cuántos metros cúbicos de gas natural se necesitan para 1 tonelada de vapor?» No existe una respuesta única a la pregunta válida para todas las instalaciones.
El enfoque correcto es encontrar el calor neto necesario para convertir una tonelada de agua de alimentación en vapor a la presión deseada y dividir este valor por la eficiencia real de la caldera. Cuando se divide el resultado por el poder calorífico inferior del combustible, se obtiene el consumo de combustible aproximado.
Variables clave que determinan el coste de producción de vapor
Presión de vapor
A medida que aumenta la presión de vapor, la temperatura del vapor saturado y el contenido de energía cambian. En el cálculo, no sólo se debe utilizar «hervir una tonelada de agua», sino también la diferencia de entalpía necesaria para convertir el agua de alimentación de su temperatura actual en vapor a la presión deseada.
Temperatura del agua de alimentación
No es lo mismo dar agua a 20 °C a la caldera que dar agua en el rango de 90-105 °C con condensado caliente y soporte de desaireador. La caldera consume menos energía para agua de alimentación más caliente. Por esta razón, el tanque de condensado y el tanque desaireador no son solo equipos auxiliares, sino partes del sistema que afectan el costo operativo.
Eficiencia real de la caldera
El rendimiento del catálogo puede indicar condiciones de prueba ideales o definidas. La eficiencia operativa real se ve afectada por la relación de carga, el exceso de aire, la temperatura de los gases de combustión, la limpieza de las superficies de transferencia de calor, la calidad del combustible y el número de paradas y arranques. El caudal de combustible medido y la producción de vapor deben tomarse como base para un cálculo preciso de los costos.
Tasa de retorno de condensado
El condensado caliente que regresa del proceso devuelve tanto el agua como el calor que contiene. A medida que aumenta el retorno de condensado, puede disminuir la necesidad de agua de reposición, productos químicos para la preparación del agua y combustible. Sin embargo, el condensado con riesgo de contaminación por aceite o productos químicos de proceso no debe enviarse directamente a la caldera; Debe ser sometido a control de calidad.
Faroles y pérdidas de línea
Una alta tasa de purga significa pérdida de agua caliente y energía. Las fugas de vapor, un aislamiento inadecuado, trampas defectuosas y vapor flash liberado a la atmósfera también provocan que la energía producida en la caldera se pierda antes de llegar al proceso.
Fórmula de cálculo del consumo de combustible
Se puede realizar un cálculo aproximado con el siguiente balance energético:
Cantidad de combustible requerida = [Caudal de vapor × (Entalpía de vapor − Entalpía del agua de alimentación)] / [Eficiencia de la caldera × Poder calorífico inferior del combustible]
Aquí:
- Caudal de vapor kg/h,
- Valores de entalpía kJ/kg,
- Eficiencia de la caldera como valor decimal,
- El poder calorífico inferior del combustible se toma como kJ/Nm³ o kJ/kg.
El poder calorífico inferior real del combustible debe obtenerse del análisis del proveedor. El uso de un valor fijo de Internet para el gas natural solo proporciona una estimación preliminar, ya que la composición del gas y las condiciones de facturación pueden cambiar.
Ejemplo: Cálculo de gas natural para 1 tonelada/hora de vapor
Por ejemplo, supongamos que se produce vapor saturado a unos 10 bares, que el agua de alimentación está a 80 °C y que la eficiencia de la caldera se acepta como del 90 por ciento. Los valores exactos de entalpía a utilizar deben tomarse de la tabla de vapor actual. Aproximadamente:
- Se determina la entalpía del vapor deseado.
- Se extrae la entalpía del agua de alimentación a 80 °C.
- La diferencia se multiplica por el caudal de vapor de 1.000 kg/h.
- El resultado se divide por el 90 por ciento de eficiencia.
- La energía del combustible obtenida se divide por el poder calorífico inferior del gas natural, que es la base de facturación.
Este método muestra claramente las suposiciones y no sólo el consumo teórico del cuerpo de la caldera. En las instalaciones reales, también se deben agregar al costo de la tonelada de vapor ventiladores, bombas, preparación de agua, consumo de químicos, electricidad, personal, mantenimiento y costos de tiempo de inactividad no planificados.
¿Cómo encontrar el coste real de una tonelada de vapor?
El método más fiable es utilizar datos medidos durante un período específico:
| Valor a medir | ¿Por qué es necesario? |
|---|---|
| Producción total de vapor | Denominador del coste unitario del producto |
| Consumo de combustible y precio unitario | Muestra el mayor costo variable |
| Retorno de agua de reposición y condensado | Indica pérdida de agua, productos químicos y calor |
| Cantidad de purga | Indica pérdida de agua caliente y energía |
| Consumo de electricidad | Incluye ventiladores, bombas y sistemas auxiliares |
| Gastos de mantenimiento y productos químicos | Complementa el coste total de propiedad |
| Horas de funcionamiento y tasa de carga | Revela pérdidas de carga parcial |
Costo en toneladas de vapor = Gasto total del sistema de vapor para el período / Tonelada neta de vapor producida en el período
Es importante que los medidores se lean en el mismo intervalo de tiempo. Si el combustible se mide mensualmente y el vapor diariamente, la comparación puede ser engañosa.
¿Por dónde deberíamos empezar a reducir el consumo de combustible?
El primer paso no es comprar una caldera nueva, sino medir la ubicación de la pérdida. La temperatura alta de los gases de combustión indica superficies de transferencia de calor sucias o posibilidad de recuperación de calor; Un valor alto de oxígeno significa más aire; El bajo retorno de condensado puede indicar pérdidas en el lado del proceso.
Las principales áreas de mejora son:
- Ajuste aire-combustible del quemador y modulación de carga,
- Limpieza periódica de las superficies de transferencia de calor,
- Evaluación del calor de los gases de combustión con economizador,
- Recuperación de condensado y vapor flash,
- Correcto aislamiento de líneas de vapor y condensado,
- Eliminación de trampas y fugas defectuosas,
- Evitar la producción a alta presión innecesaria,
- Gestión controlada de la calidad del agua y tasa de purga.
¿Qué información de consumo se debe solicitar al comparar ofertas?
No se deben comparar dos calderas únicamente según el porcentaje de eficiencia nominal. En las ofertas conviene preguntar claramente en qué condiciones se indican la capacidad de vapor, la presión de trabajo, la temperatura del agua de alimentación, el poder calorífico inferior del combustible, la norma de prueba, la carga mínima, el rango de modulación del quemador y el consumo eléctrico auxiliar.
Los modelos de calderas de vapor de Hisarmak se evalúan según la capacidad, la presión y la estructura del combustible de la instalación. Los datos del proceso se pueden compartir en el formulario de solicitud de caldera de vapor para su preselección.
Preguntas frecuentes
¿Existe una cantidad exacta de gas natural por 1 tonelada de vapor?
No. La presión, la temperatura del agua de alimentación, la eficiencia de la caldera, el menor poder calorífico del gas, la purga y las pérdidas del sistema cambian el resultado.
¿La eficiencia del catálogo es suficiente para el cálculo de costes?
Se puede utilizar para cálculos preliminares; Los valores de combustible, vapor y gases de combustión medidos en el campo son más confiables para tomar decisiones presupuestarias y de ahorro.
¿Por qué es tan importante el retorno de condensado?
El condensado es agua caliente y purificada. Reciclarlo con la calidad adecuada puede reducir los costos de combustible, así como de agua, productos químicos y aguas residuales.
¿El economizador proporciona los mismos ahorros en todas las instalaciones?
No. No se debe dar la proporción exacta sin examinar la temperatura de los gases de combustión, las horas de funcionamiento, el perfil de carga, la temperatura del agua de alimentación y los límites de corrosión y condensación.
Recursos técnicos
- T.R. Ministerio de Energía y Recursos Naturales, Optimización en Sistemas Industriales — Sistemas de Vapor.
- T.R. Ministerio de Energía y Recursos Naturales, Tecnologías Energéticamente Eficientes en la Industria.