Calderas de vapor con Biomasa en la industria

Calderas de vapor con Biomasa en la industria

Este es el primero de varios artículos relacionados con el uso del vapor en la industria y las posibilidades de adaptación de las calderas para la utilización con biomasa (pellet, astilla u otras biomasas).

Comencemos con algunas definiciones:

¿Qué es el Vapor? 

Según la RAE: “Fluido gaseoso cuya temperatura es inferior a su temperatura crítica. Su presión no aumenta al ser comprimido, sino que se transforma parcialmente en líquido; p. ej., el producido por la ebullición del agua”
En la industria generalmente utilizamos Vapor de agua.
¿Para qué se utiliza? 
  • Vapor para Calentamiento
  • Vapor para Impulso/Movimiento
  • Vapor como Fluido Motriz Vapor para Atomización
  • Vapor para Limpieza
  • Vapor para Hidratación
  • Vapor para Humidificación
Ejemplos prácticos de utilización
Calentamiento 
Puede ser de presión positiva (mayor a 100ºC) o al vacío (menor a 100ºC),ajustando la presión. Lo usamos por ejemplo en plantas procesadoras de alimentos, plantas químicas y refinerías.
Impulso/Movimiento 
Lo usamos en turbinas de vapor, como propulsión para la generación de electricidad, compresores de gas o bombas para las torres de enfriamiento.
Fluido Motriz 
Mediante eyectores de vapor para crear el vacío en torres de destilación generalmente.
Atomización 
Cuando separamos mecánicamente un fuido, por ejemplo en calderas y quemadores que utilizan como combustible petróleo. Para romper el aceite viscoso enpequeñas gotas que permitan una combustión más eficiente.
Limpieza 
Usamos vapor para limpiar el hollín de las paredes en calderas, por ejemplo Hidratación Se usa en la producción de papel para que cuando los rollos se mueven a granvelocidad no sufran rupturas o en la producción de bolitas de alimento paraanimales, tanto para hidratar como para calentar, lo cual suaviza y gelatiniza el almidón.
Humidificación 
Usamos vapor saturado para el acondicionamiento del aire en instalaciones industriales y comerciales
¿Cómo se produce el vapor? 
El vapor lo producimos gracias a la utilización de calderas industriales. Según la ITC-MIE-AP01, “caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor”.
¿Qué combustibles utilizan las calderas para la producción de vapor?
Actualmente los más usados son:
  • Carbón: Turba, lignito, bituminoso, antracita. Aprox. Se necesita 1 kg de carbón para producir 8 kg de vapor.
  • Fuel-oil: gasoil, fueloil pesado, medio o ligero. Aprox. Se necesita 1 kg de fuel para producir 15 kg de vapor.
  • Gas: gas natural o GLP (propano o butano). Aprox. Se necesita 1 termia para producir 42 kg de vapor (a 10 bar y rend. 80%.
  • Electricidad. Aprox. Se necesita 1 kWh para producir 1,4 kg de vapor.
  • Biomasa. Aprox. se necesita 1 kg de biomasa para producir 7 kg de vapor.
Dependiendo del tipo de caldera, el tipo de suministro del que se dispone en la localización de la caldera y el uso que se le va a dar, cada industria valora el combustible que más le conviene.
El coste de cada 1000 kg de vapor según el tipo de combustible es el siguiente:
Carbón: 8 €
Fuel-oil: 47 €
Gas natural: 35€
Electricidad: 85,78 €
Biomasa: 20 €
¿Cuáles son las ventajas de la utilización de biomasa?
  • Periodo de amortización de instalación muy corto debido al ahorro que conseguimos en el combustible, como el gas o el gasoil.
  • Energía renovable y segura.
  • Disminuimos las emisiones que contribuyen a crear efecto invernadero. Siendo su balance de CO2 y CO neutro.
  • Evitamos la dependencia energética con el exterior, en concreto con combustibles fósiles. Existe gran excedente de biomasa.
  • Ayudamos a evitar incendios forestales, la limpieza de los montes mejora con las necesidades de biomasa.
  • Tiene precios competitivos y mas estables que cualquier combustible fósil.
  • Contribuimos a la generación de empleo local.

En este segundo artículo hablaremos de un caso concreto donde se ha hecho una transformación en el proceso de generación de vapor cambiando el combustible, de gasoil a biomasa. Dando como resultado un importante ahorro económico.

Datos de partida

Se trata de una fábrica con demanda de vapor en su proceso industrial y que antes de la actuación utilizaba una caldera de gasoil.

La caldera que sustituimos tiene las siguientes especificaciones:

Potencia: 1.345 kW
Producción de vapor: 2000 kg/h
Consumo: 138 l/h
Gasto medio en gasoil: 22.830 €/mes

Diseño

Siendo el vapor uno de los costes que más repercuten en el precio final de los productos que se fabrican en estas instalaciones, hemos hecho un estudio energético específico en este apartado llegando a la conclusión de que el cambio de la caldera existente por una nueva que utilizara como combustible la biomasa, daría como resultado un gran ahorro en la producción de vapor, una rápida amortización de la nueva instalación y un mayor margen de beneficio en los productos que vende la empresa.

Dadas las características de la sala de calderas, el espacio disponible y el consumo de la caldera, hemos optado por elegir pellet como combustible principal, diseñando un silo a medida de 32 tn de capacidad. Siendo el pellet transportado hasta la caldera a través de un sinfín también realizado a medida.

La caldera utilizada para satisfacer las necesidades de vapor tiene las siguientes características:

Potencia: 1.100 kW
Producción de vapor: 1.500 kg/h
Pirotubular con multiciclón en la salida de humos
Recuperador de gases de escape
Limpieza automática de los tubos de humos
Encendido automático mediante cañón-soplador

Se ha optado por pellet como combustible por varias razones, por una parte se trata de un combustible normalizado, lo que garatiza valores máximos de humedad, cenizas y calidad mínima de la madera utilizada para su fabricación. Por otra parte por su densidad, que no permite almacenar 3 veces más combustible en el mismo espacio que otros tipos de biomasa, como la astilla. También por su facilidad de almacenaje en altura, flexibilidad y transporte hasta la caldera. Ideal para instalaciones como la que nos ocupa ya que el espacio disponible es muy limitado.

Recepción de materiales e instalación
Antes de comenzar la nueva instalación, retiramos la caldera de vapor existente:
Aquí tenemos la recepción de los materiales necesarios para la instalación de la nueva caldera:

Una vez recepcionados todos los materiales, comenzamos con la instalación.

Para ello fue necesario introducir todos los materiales dentro de la sala de calderas e ir posicionando cada uno en el lugar correspondiente con ayuda de una grúa:

Mientras acabamos de ensamblar todos los componentes en la sala de calderas, también procedemos al montaje y colocación del silo en el exterior:
Y, por supuesto, el sinfín que une el silo con la tolva de entrada de pellet en la caldera:
Puesta en marcha
Una vez los componentes en su sitio, las instalaciones eléctricas e hidráulicas finalizadas y el silo cargado de combustible, procedemos a la puesta en marcha de la instalación.
  • Para ello probamos el funcionamientos de los motores, vávulas, sinfín, sondas, etc. antes del primer encendido de la caldera.
  • Precalentamos el hogar de la caldera de biomasa durante un día para poner el refractario en temperatura.
  • Ajustamos los parámetros necesarios en función del combustible y el régimen de funcionamiento de la instalación.
  • Comprobamos que la potencia máxima, así como la producción deseada se alcanza y que la caldera trabaja de manera automática en el régimen deseado
Operación y mantenimiento
Este tipo de calderas tienen que cumplir el RD 2060/2008 en cuanto a materia de mantenimientos y revisiones periódicas para mantener la seguridad en la instalación.
Además, el fabricante tiene su propio manual de mantenimiento, especificando cada tipo de actuación y la frecuencia con la que se debe realizar.
Una vez instalada la caldera, hemos entregado al responsable de la empresa el manual de mantenimiento y el libro de registro de las revisiones.
Resultados
Actualmente la caldera de vapor instalada trabaja 24 horas al día, 5 días a la semana, cubriendo el 100% de la demanda de vapor en la fábrica. Las emisiones de CO2 para la generación de vapor se han reducido un 100%, siendo la elaboración de los productos que fabrica más respetuosas con el medio ambiente. Según las mediciones y datos recibidos hasta el momento el ahorro medio en combustible es de 11.000 €/mes desde la instalación de la nueva caldera. La amortización de la instalación ha sido inferior a un año debido al alto ahorro en el combustible y a la concesión de una subvención que conseguimos para este tipo de instalaciones.



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