ANLISIS DE LOS FACTORES DE EMISIN DE UNA CALDERA

GARY ACEVEDO OCHOA JUAN DAVID COHEN

ING. LESLY TEJEDA

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE INGENIERA QUMICA CARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C. MARZO DE 2011

CLCULOS DEL PODER CALORFICO DE LOS DISTINTOS COMBUSTIBLES

Se calcula, a partir de la siguiente tabla de poder calorfico de diferentes combustibles, la cantidad de combustible a usar para suplir la necesidad de 1x106 BTU/da.

Poder Calorfico Combustible Gas natural 8540 Kcal/m3 33889 BTU/m3 10680 Diesel Kcal/Kg 42381.66 BTU/Kg 8359.606 Carbn Kcal/Kg 33173.03 BTU/Kg 10400 Fuel Oil Kcal/Kg 41270.53 BTU/kg

Gas Natural El gas natural es una mezcla de diversos hidrocarburos gaseosos y livianos ,los cuales encontramos en el subsuelo, cuyo componente principal es el metano es una fuente de energa primaria tal como el carbn y el petrleo. Dentro de sus propiedades se destacan que es un combustible fsil, incoloro e inodoro, es un gas liviano y seco, ms ligero que el aire Rombo de Clasificacin de Riesgos NFPA-704 Nombre del Producto Gas Natural Nombre Qumico Metano Familia Qumica Hidrocarburos del Petrleo Frmula Molecular Mezcla (CH4 + C2H6 + C3H8)

Cantidad en volumen de gas natural para generar 1MBTU/Da:

De la norma AP-42 para la combustin de gas natural, tenemos la siguiente

tabla:

Tabla de factor de emisiones de NOx y CO tomada de la norma AP-42 para la combustin de gas natural

Tabla de factor de emisiones para PM tomada de la norma AP-42 para la combustin de gas natural Tomando los datos necesarios para una caldera pequea de menos de 100MM BTU/hr nos quedara: Gas natural Contamina nte factor de emisin lb/106 ft3 NOx 50 PM10 CO SO2 Para el NOx tenemos: 7.6 84 0.6

Kg/m3 0.0008 0.0001 14 0.0012 6 0.0000 09

Para el PM10 tenemos:

Para el CO tenemos:

Y finalmente para el SO2 tenemos:

Nos quedara en resumen, la siguiente tabla: Gas natural Emisiones contamina nte NOx 0.0236 PM10 0.00336 CO 0.03718 SO2 0.0002655 Diesel Es un lquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kg/m3 (0,850 g/cm3), compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diesel y en calefaccin. Su poder calorfico es de 8.800 kcal/kg. Cuando es obtenido de la destilacin del petrleo se denomina petrodiesel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodiesel.

Rombo de Clasificacin de Riesgos NFPA

De la norma AP-42 para la combustin de Diesel, tenemos la siguiente tabla:

Tabla de factor de emisiones tomada de la norma AP-42 para la combustin de Diesel

contamina nte NOx PM10 CO SO2

Diesel factor de emisin lb/MM BTU 1.9 0.1 0.85 1.515

Kg/BTU 0.000000 855 0.000000 045 3.825E-07 6.8175E07

Tomando los datos necesarios para la caldera seleccionada, tenemos:

Para el NOx tenemos:

Para el PM10 tenemos:

Para el CO tenemos:

Y finalmente para el SO2 tenemos:

Resumiendo, tendramos la siguiente tabla:

Diesel contaminan Emisiones te Kg/dia NOx 0.855 PM10 0.045 CO 0.3825 SO2 0.6817 CARBON (BITUMINOSO) Combustible fsil con una riqueza en carbono entre 75 y 90% y un contenido en voltiles que oscila entre 20 y 35%. Tiene un poder calorfico que oscila entre 7.000 y 8.500 kcal/kg. Es negra, mate, y arde con dificultad con una llama amarillenta. Procede, como los otros tipos de carbones, de la acumulacin de vegetales que vivieron durante el periodo carbonfero sometidos a grandes presiones y temperaturas por la acumulacin de sedimentos posteriores y por las fuerzas tectnicas.

El carbn seleccionado fue el bituminoso, debido a su alto poder calorfico. Para este tipo de carbn, se consumiran:

Tabla de factor de emisiones para PM tomada de la norma AP-42 para la combustin de carbn bituminoso

Tomando los datos necesarios para una caldera PC, dry bottom wall-fired, nos quedara: Carbn (Bituminoso) Contamina nte NOx PM10 CO SO2 Factor de emisin lb/Ton 38 10 0.5 12 Kg/Ton 17.236 8 4.536 0.2268 5.4432

Para el NOx tenemos:

Para el PM10 tenemos:

Para el CO tenemos:

Y finalmente para el SO2 tenemos:

Nos quedara resumido en la siguiente tabla:

Carbn (Bituminoso) Emisiones Contamina nte NOx 0.5195 PM10 0.1367 CO 0.006811 SO2 0.16405

FUEL OIL El fuel oil es una fraccin del petrleo que se obtiene como residuo luego de la destilacin topping. De aqu se obtiene entre un 30 y un 50% de esta sustancia. Es el combustible ms pesado de los que se puede destilar a presin atmosfrica. Est compuesto por tomos con ms de 20 tomos de carbono, y su color es negro. El fuel oil se usa como combustible para plantas de energa elctrica, calderas y hornos.

El fueloil se clasifica en seis clases, enumeradas del 1 al 6, de acuerdo a su punto de ebullicin, su composicin y su uso. El punto de ebullicin, que vara de los 175 a los 600 C; la longitud de la cadena de carbono, de 9 a

70 tomos; y la viscosidad aumentan con el nmero de carbonos de la molcula, por eso que los ms pesados debe calentarse para que fluyan. El precio generalmente decrece a medida que el nmero aumenta.

Rombo de Clasificacin de Riesgos NFPA

Realizando los clculos para el Fuel Oil:

Segn la norma AP-42, tenemos la siguiente tabla que muestra los diferentes factores de emisin para calderas menores de 100 millones de BTU/hr:

Tabla de factor de emisiones tomada de la norma AP-42 para la combustin de Fuel Oil

Tomando los datos necesarios para una caldera de menos de 100 millones de BTU/hr, nos quedara:

Contamina nte NOx PM10 CO SO2

Fuel Oil Factor de emisin lb/106 gal 55 2.85 5 157

Kg/m3 6.6*10-3 0.42*10-3 0.6*10-3 18.84*10-3

Para el NOx tenemos: E = (6.6*10-3)Kg/m3 * (24.2306) m3/Dia = 0.15992 Kg/Dia

Para el PM10 tenemos: E = (0.42*10-3)Kg/m3 * (24.2306) m3/Dia = 0.010176 Kg/Dia

Para el CO tenemos: E = (0.6*10-3)Kg/m3 * (24.2306) m3/Dia = 0.014538 Kg/Dia

Y finalmente para el SO2 tenemos: E = (18.84*10-3)Kg/m3 * (24.2306) m3/Dia = 0.4565 Kg/Dia

Nos quedara resumido en la siguiente tabla: Fuel Oil Emisiones Contamina nte NOx PM10 CO SO2

0.15992 0.010176 0.014538 0.4565

ANLISIS DE RESULTADOS

Primero se realiza un anlisis comparativo por Kg/Da de contaminante para determinar el tipo de combustible que ms emisiones arroja de dicho material, como se observa en las grafican siguiente:

La grafica muestra que el combustible diesel es el que mas arroja NOx a la atmosfera mientras que el gas natural emite mucho menos contaminante.

En esta grafica se ilustra que el carbon es el combustible con mas emisiones de material particulado PM 10, esto se debe a que el carbon bituminoso o hulla posee de 70 a 90% de carbono el resto son impurezas, mientras que el gas natural es el que menos particulas arroja por su estado natural en que se encuentra que le permite estrar limpio de impurezas.

En esta grafiaca se observa que el diesel arroja muxcho mas material contaminante producto de combustiones incompletas, mientras que elos otros combustibles arrojan valores moderados.

Se observa que el diesel nuevamente es el mas contaminante, ya que por ser un combustible pesado tiende a tener mayor contenido de azufre que los combustibles ligeros. Se puede concluir que el combustible que mas contamina es el diesel y el que menos materiales arroja a la atmosfera es el gas natural.

A continuacion se muestra un analisis de Kg de emisiones/Dia por combustible:

Se observa que el contaminante que mas arroja el gas natural es el CO aunque en proporciones muy pequeas comparado con otros combustibles, esto es debido a combustiones incompletas y demuestra que es el combustible mas limpio (rango de emisiones menor a 0.04Kg/Dia).

El diesel es un combustible aceitoso pesado y con gran cantidad de materiales e impurezas que alk momento de las combustiones son arrojadas a la atmosfera demostrando ser el mas contaminante ya que los rangos en los que

se encuentran las emisiones de NOx, SOx, Y CO son bastante altos (mayores a 0.35Kg/Dia).

Este combustible arroja gran cantidad de emisiones al ambiente con rangos por debajo de 0.55Kg/Dia de emisiones.

Este combustible es muy eficiente en cuanto a requerimientos energticos pero arroja gran cantidad de material particulado al ambiente con rangos por debajo de 0.5Kg/Dia.