Economizadores de caldera: Recuperación del calor de los gases de combustión para la eficiencia es el estudio del intercambiador de calor instalado en la trayectoria de escape de una caldera que captura el calor residual de los gases de combustión calientes y lo usa para precalentar el agua de alimentación entrante.
Al elevar la temperatura del agua de alimentación antes de que alcance el tambor de la caldera, el economizador reduce el combustible necesario para llevar esa agua a saturación, aumentando la eficiencia térmica global en varios puntos porcentuales en una caldera industrial o de servicio público típica.
Los gases de combustión que salen de los bancos convectivos principales de la caldera todavía transportan un calor sensible considerable, a menudo de 200 a 350 grados Celsius. El economizador es un haz de tubos con aletas o sin aletas colocado en esta corriente de gas.
El agua de alimentación circula por los tubos mientras los gases de combustión pasan por su exterior, transfiriendo calor en contracorriente para que el agua más fría encuentre el gas más frío. Esta energía recuperada de otro modo saldría por la chimenea como una pérdida.
Debido a que el economizador se sitúa en el extremo frío del recorrido de los gases, opera a las temperaturas metálicas más bajas de la caldera, lo cual es precisamente la razón por la que el control de la corrosión rige su diseño.
Una aproximación de uso común en campo establece que la eficiencia de la caldera mejora aproximadamente un punto porcentual por cada 20 grados Celsius de reducción de la temperatura de los gases de combustión. En una caldera que evacua a 300 °C, disminuir la temperatura en la chimenea en 100 grados puede por tanto devolver alrededor de un cinco por ciento en ahorro de combustible. La relación no es perfectamente lineal, pero es lo bastante precisa para dimensionar una modernización o para juzgar si vale la pena limpiar un economizador ensuciado.
| Reducción de temperatura de los gases (°C) | Ganancia aproximada de eficiencia (%) |
|---|---|
| 20 | 1,0 |
| 40 | 2,0 |
| 60 | 3,0 |
| 100 | 5,0 |
El límite estricto de hasta dónde puede caer la temperatura de los gases de combustión es el punto de rocío ácido. Cuando los combustibles contienen azufre, la combustión produce dióxido de azufre, una fracción del cual se oxida a trióxido de azufre y se combina con vapor de agua para formar ácido sulfúrico gaseoso. Si cualquier superficie metálica baja por debajo del punto de rocío ácido, ese ácido se condensa y ataca el acero. Esta es la corrosión en el extremo frío. El punto de rocío aumenta bruscamente con el contenido de azufre del combustible, por lo que el fuelóleo pesado exige temperaturas mínimas de metal mucho mayores que el gas natural limpio.
| Combustible | Azufre típico | Punto de rocío ácido aproximado (°C) |
|---|---|---|
| Gas natural | Prácticamente nulo | Por debajo de 100 (predomina el punto de rocío del agua) |
| Gasóleo ligero | Bajo | 120 a 130 |
| Fuelóleo pesado | Alto | 140 a 160 |
| Carbón | Variable | 120 a 150 |
Un economizador no condensante se dimensiona para mantener cada superficie metálica por encima del punto de rocío ácido, por lo que solo recupera calor sensible y deja intacto el vapor de agua en los gases de combustión.
Un economizador condensante baja deliberadamente la temperatura de los gases por debajo del punto de rocío del agua para liberar el calor latente de vaporización, lo que ofrece un aumento adicional de eficiencia pero exige una construcción resistente a la corrosión, como acero inoxidable o tubos recubiertos, y un drenaje para el condensado ácido.
Los diseños condensantes son más prácticos con combustibles de bajo contenido de azufre, sobre todo el gas natural, donde el punto de rocío ácido es bajo y el calor latente recuperado es importante.
Dos problemas de depósito dominan el mantenimiento del economizador:
Los sopladores de hollín, la limpieza periódica fuera de servicio del lado de los gases y un tratamiento disciplinado del agua son las defensas rutinarias. La limpieza con sopladores también debe equilibrarse frente al lavado por condensado ácido sobre metal frío.
La fiabilidad del economizador es inseparable de la química del agua de alimentación. El oxígeno disuelto acelera la corrosión en el extremo frío, por lo que una desaireación adecuada es esencial, como se detalla en nuestra guía sobre el desaireador y el agua de alimentación de la caldera .
El control de la dureza evita la formación de incrustaciones en el lado del agua, y un purgado de caldera controlado mantiene los sólidos disueltos dentro de límites para que no se depositen en las superficies del economizador.
Trate el economizador, el desaireador y el régimen de purgado como un único circuito químico en lugar de componentes aislados.
La condición del economizador se sigue mejor mediante datos con tendencia: la temperatura de la chimenea, la caída de presión en el lado de los gases y la temperatura de salida del agua de alimentación revelan juntos el ensuciamiento o la formación de incrustaciones mucho antes de que las pérdidas de eficiencia sean evidentes.
Los equipos que registran estas lecturas junto con los hallazgos de inspección en un GMAO como Fabrico pueden programar la limpieza basándose en evidencias en lugar de en un calendario fijo, y pueden señalar cualquier deriva hacia el punto de rocío ácido antes de que comience la corrosión.
Solicite una demostración de Fabrico para ver cómo se vinculan las tendencias de condición y las órdenes de trabajo.
Depende de cuánto calor esté disponible en los gases de combustión y de hasta qué punto se pueda bajar la temperatura con seguridad. Usando la regla de aproximadamente un punto porcentual por cada 20 °C de reducción de la temperatura de los gases, un economizador bien aplicado suele devolver entre cuatro y siete por ciento, siendo los diseños condensantes en gas natural los que recuperan más mediante el calor latente.
Porque el punto de rocío ácido fija un límite. Con combustibles que contienen azufre, enfriar cualquier superficie metálica por debajo de ese punto condensa ácido sulfúrico y provoca corrosión en el extremo frío. Solo los economizadores condensantes fabricados con materiales resistentes a la corrosión, normalmente en combustibles de bajo contenido de azufre, pueden bajar con seguridad por debajo de ese punto.
Ensuciamiento por el lado de los gases debido al hollín y la ceniza, incrustaciones por el lado del agua por la dureza del agua de alimentación y corrosión en el extremo frío cuando el metal baja del punto de rocío ácido. La limpieza con sopladores, la limpieza fuera de servicio y un buen tratamiento del agua abordan los tres problemas.
Sí, y a menudo más que con combustibles con alto contenido de azufre. El gas natural tiene un contenido de azufre prácticamente nulo, por lo que el punto de rocío ácido es bajo y un economizador condensante puede recuperar calor latente además del calor sensible, proporcionando una mayor ganancia de eficiencia global.
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