Estudio del proceso de recuperación de energía en calderas acuotubulares bagaceras en la Empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.C.

Abstract

El objetivo de este trabajo fue avalar el desempeño termodinámico de la caldera bagacera y reducir el costo de su sistema de recuperación de energía de los gases de combustión. Para eso, fue realizada la caracterización del bagazo después que se determinó la velocidad terminal y el coeficiente de arrastre. Asimismo, las propiedades del bagazo como el poder calorífico superior, la exergía, la temperatura de inicio y la temperatura de auto – ignición fueron determinadas. El rendimiento de la caldera fue determinada a través de la aplicación de la Primera y Segunda Ley de Termodinámica en el Análisis de la primera Ley, la eficiencia de la caldera fue determinada a través de los métodos (I) las entradas y salidas y (II) el balance de energía, ambos calculados en la base del poder calorífico inferior (PCI) y superior (PCS). En el análisis de la segunda ley, el método de los insumos y productos y del balance de exergía fueron aplicados. Una metodología del balance de exergía, específica para cara calderas de combustible húmedo, fue desarrollada y aplicada en este trabajo. A través de estos análisis, se desarrolló cuatro sistemas de generación de vapor fueron estudiados. Estos sistemas consistieron en: (I) generador de vapor, economizador de alta temperatura, precalentador de aire y economizador de baja temperatura; (II) generador de vapor, precalentador de aire y economizador; (III) generador de vapor, precalentador de aire y secador de bagazo y (IV) generador de vapor, economizador, precalentador de aire y secador de bagazo. Los resultados mostraron que el efecto de la humedad del bagazo es el factor más importante en el rendimiento de la caldera, el cual puede ser mejorado con una inserción de secadores. Además, el sistema de generación de vapor, compuesto por el generador de vapor, economizador, precalentador de aire y secador de bagazo representa el mejor rendimiento termodinámico y también el menor costo del sistema de recuperación de los gases de escape.

The objective of this work was to validate the thermodynamic performance of the bagasse- fired boiler and reduce the cost of its flue gas energy recovery system. For this purpose, the

characterization of the bagasse was carried out after determining the terminal velocity and drag coefficient. Likewise, bagasse properties such as higher heating value, exergy, ignition temperature, and auto-ignition temperature were determined. The boiler efficiency was determined through the application of the First and Second Laws of Thermodynamics. In the First Law analysis, boiler efficiency was determined using two methods: (I) input-output method and (II) energy balance method, both calculated on the basis of lower heating value (LHV) and higher heating value (HHV). In the Second Law analysis, the input-output method

and exergy balance method were applied. A specific exergy balance methodology for wet- fuel boilers was developed and applied in this work. Through these analyses, four steam

generation systems were studied. These systems consisted of: (I) steam generator, high- temperature economizer, air preheater, and low-temperature economizer; (II) steam

generator, air preheater, and economizer; (III) steam generator, air preheater, and bagasse dryer; and (IV) steam generator, economizer, air preheater, and bagasse dryer. The results showed that the effect of bagasse moisture is the most important factor in boiler performance, which can be improved by incorporating dryers. Furthermore, the steam generation system composed of the steam generator, economizer, air preheater, and bagasse dryer represent the best thermodynamic performance and also the lowest cost of the flue gas recovery system.