Ahorro de energía, ecología y desarrollo de construcción de calderas en Ucrania

La falta de caldera de las plantas de construcción de calderas que produzcan las instalaciones de calderas para el sector industrial de energía, la escasez de combustibles energéticos y la situación ecológica compleja determinaron las peculiaridades características del sector industrial de energía de Ucrania.

Apoyándose en la experiencia acumulada de trabajo en diversos sectores industriales, a saber, en la metalurgia, en las plantas del coque, las plantas de procesamiento de petróleo y gas, las plantas Ukrtransgaz, en la industria azucarera, en las plantas de extracción de aceite, en las plantas de fabricación de máquinas y en las plantas de producción de alimentos, la ECC “Kotloenergoproekt” desarrolló el concepto de soluciones complejas de los problemas de la ecología y el ahorro de energía en la construcción o la reconstrucción de los objetos de energía en las empresas industriales ucranianas, teniendo en cuenta las características individuales de la base de combustibles, las estructuras de los recursos secundarios de energía y la situación ecológica.

Dentro del marco de este concepto, nuestra empresa elaboró y realizó una serie de soluciones técnicas que permiten obtener el ahorro de combustible y efecto ecológico simultáneamente.

Las principales actividades de la ECC “Kotloenergoproekt” son:

  1. Elaboración, fabricación, montaje e introducción a explotación de nuevas calderas de vapor y agua caliente con alta eficiencia (más del 94%), que permiten el uso tanto de los tipos tradicionales de combustible como de los recursos energéticos secundarios de las empresas.
  2. Reconstrucción de las calderas y salas de calderas existentes con el objetivo de:
    •  aumentar o disminuir la producción de vapor;
    • aumentar la eficiencia;
    • reducción del consumo de agua y escorrentía;
    • garantizar el funcionamiento confiable de calderas con agua de alimentación con alto contenido de sal;
    • reducir las emisiones nocivas a la atmósfera.
  3. Instalación de turbinas de vapor y gas para proporcionar a las empresas su propia energía térmica y eléctrica.
  4. Elaboración y fabricación de calderas-utilizadores.

Ahora es posible hablar acerca de la ausencia de tanto en Ucrania como en Rusia de las calderas de producción masiva, construidos específicamente para el funcionamiento con los gases inflamables de las plantas metalúrgicas, las del coque y las refinerías de petróleo, tales como los gases del coque y los del alto horno, el gas combustible de las refinerías de gas y petróleo, así como con los llamados tipos de combustible “no tradicionales”, como las cáscaras de girasol y de trigo sarraceno. Al mismo tiempo, todos estos tipos de combustible se queman en calderas construidas para funcionar con gas natural y combustóleo, adaptadas de una u otra manera para la quema de los combustibles indicados. En estas condiciones, se hizo eficaz la elaboración individual de los agregados de calderas, diseñados para un consumidor concreto de la energía térmica, que usan todos los recursos energéticos secundarios de la empresa-compradora.

Un ejemplo de otra solución técnica exitosa, que permite obtener a la vez el ahorro de energía y los efectos positivos ambientales, pueden ser los quemadores de antorchas planas multicombustibles con autorregulación, lo que permite quemar tanto por separado como en conjunto una amplia gama de combustibles – del gas del coque, del alto horno y gas natural hasta el polvo de carbón y combustóleo.

En las calderas multicombustibles, para mantener la temperatura nominal del vapor en un amplio diapasón de correlación de combustibles, los quemadores de combustible de densidad baja de calorías, por lo general, se colocan en la parte inferior del horno, y los quemadores de combustible de densidad alta de calorías – en los niveles superiores. Sin embargo, esto conduce al aumento del número de quemadores, complica la estructura de la caldera, y dificulta el mantenimiento del régimen óptimo de combustible y aire del funcionamiento de fogón.

El uso de quemadores vortiginosos de combustible múltiple reduce el número de los quemadores, simplifica el mantenimiento de la caldera, pero al mismo tiempo se limita el diapasón del cambio en la fracción térmica del combustible de la densidad baja de calorías conforme a las condiciones de conservación de la temperatura requerida del vapor sobrecalentado.

Los problemas asociados con la quema de los gases de baja densidad de calorías en conjunto con los combustibles de alta densidad calórica, se resuelven con éxito mediante el uso de los quemadores de antorchas planas multicombustibles con autorregulación (QAPMA) elaborados y optimizados sobre la base de las investigaciones realizadas por los especialistas de la ECC “Kotloenergoproekt”. Los quemadores de antorchas planas optimizados son ampliamente introducidos en las empresas de la metalurgia ferrosa de Ucrania.

La reconstrucción de calderas multicombustibles con la introducción de los quemadores de antorchas planas proporciona:

  • reducción del número de los quemadores de 6-10 a 2 piezas en calderas con la producción de vapor 75-230 t/h (presión de vapor – 39-100 kgf/cm2, temperatura del vapor sobrecalentado – 440-540°C), lo que simplifica el esquema del circuito de gas-aire, la explotación de calderas, aumenta la fiabilidad de funcionamiento y aumenta 1,5-2 veces el periodo entre reparaciones de las calderas;
  • reducción de la corrosión por ácido sulfúrico y la obstrucción con depósitos de las superficies de calefacción de bajas temperaturas (economizador, calentador de aire) en el proceso de quema de los combustibles que contienen azufre – el gas del coque y el combustóleo;
  • estabilización de la temperatura de vapor sobrecalentado en el diapasón amplio de cambio de la fracción de gas de alto horno en el proceso de la quema junto con los gases del coque y natural y combustóleo;
  • aumento de la participación del gas de alto horno quemado con el mantenimiento de la carga nominal de caldera;
  • reducción del 30-40% en las emisiones de óxidos de nitrógeno;
  • aumento de la confiabilidad de las pantallas del fogón debido a la alta capacidad de expulsión de la antorcha general del quemador y la igualación de las cargas térmicas locales;
  • simplificación del esquema de automatización de la caldera y aumento de la eficiencia del funcionamiento del regulador de correlación “aire-combustible” en el proceso de funcionamiento con varios tipos de combustibles;
  • aumento de la eficiencia de la caldera en ~ 2% a cuenta de optimización del proceso de combustión.

Cabe señalar que la producción en serie de las plantas de calderas rusos y extranjeros no está diseñada para los tipos no tradicionales de combustible, tampoco para los recursos hídricos de Ucrania. Ninguno de las calderas de serie con un sobrecalentador de vapor no tiene capacidad de funcionar con el agua de alimentación con la salinidad mayor de 450 mg/kg con el valor normativo de la purga ininterrumpida. La mayor parte del territorio de Ucrania no tiene esa agua. Por ejemplo: Poltava – 600-1000 mg/kg, Donbass – 800-1200 mg/kg, etc.

Por nuestra compañía está elaborada una serie de calderas de vapor sin tambores que funcionan con el agua de alimentación con alto contenido de sal, hasta 2500 mg/kg. Calderas sin tambores con circulación natural del agua están diseñados para funcionar con el agua de alimentación con alto (hasta 2500 mg/kg) contenido de sal durante con el valor normativo de purga ininterrumpida (10%). La separación de la mezcla vapor-agua se realiza en los separadores ciclónicos, con los cuales se cierran los contornos circulantes.

Las principales ventajas de las calderas sin tambores son:

  • posibilidad de funcionamiento con el agua de alimentación con alta salinidad;
  • posibilidad de inicio rápido (entrada a los parámetros funcionales dentro de 10 minutos) debido a la ausencia de elementos de paredes gruesas (tambor);
  • recurso ilimitado en el proceso de funcionamiento;
  • la posibilidad de fabricar todos los componentes de la caldera por parte de las organizaciones de reparación especializadas;
  • inercia térmica mínima.

Para las empresas que consumen vapor de los parámetros altos y bajos (por ejemplo, plantas de extracción de aceite) con un alto contenido de sal del agua de alimentación, puede ser recomendado el esquema de obtención del vapor secundario en el convertidor de vapor del agua de purga. Este esquema de la ECC “Kotloenergoproekt” está diseñado para una de las plantas de extracción de aceite.

Las calderas instaladas en la sala de calderas de una planta, se producen el vapor bajo la presión de 24 kgf/cm2 y la temperatura de 320-350°C. Una parte de dichos parámetros se dirige a la refinación de aceites, otra parte se envía a través de la instalación de reducción y enfriamiento con los parámetros P = 12 kgf/cm2  y t = 200°C, se dirige a la extracción de aceite. La purga continua de las calderas es del 50-60% debido al alto contenido de sal del agua de alimentación: 1000 mg/kg.

La solución óptima del esquema térmico se hizo la introducción en lugar de la instalación de reducción y enfriamiento del convertidor de vapor que genera el vapor secundario del agua de purga de las calderas a cuenta del calor de condensación de vapor de altos parámetros. La condensación del vapor caliente vuelve al ablandamiento del agua de alimentación. Por lo tanto se hace posible reducir el consumo del agua de purga al 2% de la producción total de vapor de las calderas.

A la vez se reduce el consumo de combustible a cuenta de la reducción de las pérdidas del calor con el agua de purga, se reduce el consumo de agua por la sala de calderas, el gasto de reactivos para la purificación química del agua y se reduce la cantidad de efluentes.

En  el área de energía pequeña, por nuestra empresa fue elaborada y se fabrica una serie de calderas de vapor y agua caliente para la sustitución de los agregados de calderas viejas y obsoletas en las salas de calderas existentes (por ejemplo, calderas НИИСТУ) y también para las salas de calderas de nueva construcción.

Las características técnicas de las calderas cumplen con los requisitos normativos y técnicos actuales (eficiencia: más del 93%) y están elaboradas, teniendo en cuenta las características de funcionamiento en Ucrania (fluctuaciones de presión de gas, agua de calidad deteriorada).

La experiencia laboral de nuestra empresa demuestra que actualmente en Ucrania existen todas las posibilidades tecnológicas para la fabricación de calderas de capacidad media para las necesidades de las empresas industriales y las salas de calderas de calefacción.