SUSTITUCIÓN DE CARBÓN POR CUESCO DE PALMA AFRICANA EN

BUCARAMANGA

EXPOSITOR: JULIO JOSE CARDONA

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INTRODUCCIÓN

El suministro de energía del mundo está dominado por los combustiblesfósiles, sin embargo en muchos países los residuos de madera, agrícolas ybasura se están utilizando cada vez más para suplir las necesidadesenergéticas, motivado en gran medida por el continuo aumento del preciode los combustibles.

La quema de combustibles sólidos como carbón o biomasa implica un grancosto de inversión de equipos, usualmente más robustos, de mayortamaño, con equipos para el control de contaminación más completos einstrumentación más compleja, lo cual no hacia rentable suimplementación, pero este balance económico comenzó a ponerse a favorde estos, presentándose recuperaciones de inversión entre uno y dosaños.

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TABLA DE CONTENIDO

GENERALIDADES DE LA COMBUSTIÓN DE BIOMASA CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES.

GENERACIÓN DE BIOMASA EN UNA PLANTA PROCESADORA DE PALMA AFRICANA.

CARACTERISTICAS TÉRMICAS DE LA BIOMASA PRODUCIDA.

ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE EL CARBÓN Y EL CUESCO.

EJEMPLO CALDERA 400 BHP 1. PLANTA EXTRACTORA, AUTOCONSUMO DEL CUESCO.

EJEMPLO CALDERA 400 BHP 2. PLANTA EXTERNA, COMPRA DE CUESCO.

VENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA.

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TABLA DE CONTENIDO

DESVENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA

CALDERAS MARCA JCT QUE QUEMAN CUESCO EN LA ZONA DE SANTADER Y PRODUCCIÓN DE CO2.

RESOLUCIÓN 909 DEL 5 DE JUNIO DE 2008MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL

EQUIPOS PARA EL CONTROL DE EMISIONES

CONCLUSIONES.

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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES

Categoría I: Combustibles “limpios”, aquellos que son renovables como la biomasa, los cuales aunque generan CO2, se considera en el balance global que su producción es cero, ya que la palma en su crecimiento tomó este mismo CO2 del ambiente. Adicionalmente baja generación de Nox y SO2.

Categoría II: Gases, con bajo nivel de emisiones de CO2, CO, MP y SOx. Generan emisiones altas de NOx.

Categoría III: Crudos y carbón, con alta generación de SOx, NOx y MP.

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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES

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CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES

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ENERGETICOS UNIDAD BTU VALORCOSTO

MBTU

RELACION

CUESCO VS

OTROS COMB.

ENERGIA KW 3.412 260,0 $76.202 13,94

ACPM GALON 138.500 6.420,0 $46.354 8,48

GLP GALON 91.690 3.593,0 $39.186 7,17

GN M3 35.315 632,0 $17.896 3,27

FUEL OIL GALON 150.000 4.043,0 $26.953 4,93

CARBÓN KG 23.455 180,0 $7.674 1,40

CUESCO KG 11.892 65,0 $5.466 1,00

COSTO POR MILLON DE BTU

EN LOS COMBUSTIBLES

GENERACIÓN DE BIOMASA EN UNA PLANTA PROCESADORA DE PALMA AFRICANA

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CARACTERISTICAS TÉRMICAS DE LA BIOMASA PRODUCIDA

RACIMOS FIBRA CUESCO

Humedad Total % 24.94 28.76 6.16

Cenizas % 8.93 5.55 4.96

Materia Volátil % 57.19 53.14 70.04

Carbono Fijo % 8.94 12.56 18.84

Azufre Total % 0.22 0.24 0.3

P. calorífico, Kcal/kg 1441 2145 3.003

ANÁLISIS ÚLTIMO

Carbono, C % 54.3 58.9 51.8

Hidrogeno, H % 18.7 20.15 25.1

Nitrógeno, N % 3.8 4.21 5.15

Oxigeno, O % 11.02 8.62 12.35

Alto contenido de volátiles: Facilita la combustión.Alto contenido de carbono: Buen poder energético.

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ANALISIS COMPARATIVO ENTRE EL CARBÓN Y EL CUESCO

Propiedades Térmicas:

CARBÓN (Antioquia)

CARBÓN(Cundinamarca)

CUESCO

Humedad Total % 11.65 3.91 6.16

Cenizas % 6.76 10.19 4.96

Materia Volátil % 39.6 28.38 70.04

Carbono Fijo % 41.86 57.52 18.84

Azufre Total % 0.5 0.8 0.3

P. calorífico, Kcal/kg

5.923 7.330 3.003

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ANALISIS COMPARATIVO ENTRE EL CARBÓN Y EL CUESCO

Costos operativos de una caldera, comparando carbón vs cuesco:

OPERACIÓN CALDERA

Combustible CARBÓN CUESCO

Costos Fijos

Consumo de Agua Igual Igual

Mano de Obra Igual Igual

Consumo de Energía Igual Igual

Mantenimiento Igual Igual

Análisis Fuentes Fijas Igual Igual

Costos Variables

Consumo de Combustible Menor Mayor

Costo del Combustible Mayor Menor

Manejo de residuos (cenizas Caldera)

Mayor Menor

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EJEMPLO CALDERA 400 BHP 1. PLANTA EXTRACTORA, AUTOCONSUMO DEL CUESCO

INFORMACIÓN GENERAL

Potencia: 400 BHP

Horas anuales trabajadas: 8.640 h/año

Horas mensuales trabajadas: 720 h/mes

Generación de vapor año 54.196 Ton vapor/año

Generación de vapor Año 119.232.000 lb vapor/año

Carbón Cuesco

Eficiencia global 78% 78%Presión de trabajo: 150 PSI 150 PSI

COSTOS VARIABLES

COMBUSTIBLE

Combustible Carbón Cuesco

Poder Calorifico combustibles 23.758 Btu/kg 11.892 Btu/kg

Consumo de combustible 784 kg/h 1.565 Kg/h

Consumo de combustible mensual 564 Ton/mes 1.127 Ton/mes

Precio del combustible 180 $/kg 0 $/kg

Precio millon de BTU 7.675 $/Mbtu 0 $/Mbtu

Costo del combustible 141.120 $/hora 0 $/hora

Miles $/año 1.219.277 Miles $/año 0 Miles $/año

RESIDUOS

Precio de transporte y disposición 15 $/kg 15 $/kg

Contenido de cenizas 8% 5%

Cantidad de cenizas generadas por la combustión 45 Ton/mes 56.35 Ton/mes

Costo Mensual 675.000 $/Mes 845.250 $/Mes

Miles $/año 8.100 Miles $/año 10.143 Miles $/año

TOTAL COMBUSTIBLE + RESIDUOS 1.227.377 Miles $/año 10.143 Miles $/año

COSTO TON DE VAPOR SOLO COMBUSTIBLE

Precio de la Ton de vapor 22.647 $/ton vapor 187 $/ton vapor

Precio de la Lb de vapor 10,3 $/Lb vapor 0,085 $/Lb vapor

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EJEMPLO CALDERA 400 BHP 2. PLANTA EXTERNA, COMPRA DE CUESCO

INFORMACIÓN GENERAL

Potencia: 400 BHP

Horas anuales trabajadas: 8.640 h/año

Horas mensuales trabajadas: 720 h/mes

Generación de vapor año 54.196 Ton vapor/año

Generación de vapor Año 119.232.000 lb vapor/año

Carbón Cuesco

Eficiencia global 78% 78%Presión de trabajo: 150 PSI 150 PSI

COSTOS VARIABLES

COMBUSTIBLE

Combustible Carbón Cuesco

Poder Calorifico combustibles 23.758 Btu/kg 11.892 Btu/kg

Consumo de combustible 784 kg/h 1.565 Kg/h

Consumo de combustible mensual 564 Ton/mes 1.127 Ton/mes

Precio del combustible 180 $/kg 65 $/kg

Precio millon de BTU 7.576 $/Mbtu 5.466 $/Mbtu

Costo del combustible 141.120 $/hora 101.725 $/hora

Miles $/año 1.219.277 Miles $/año 878.904 Miles $/año

RESIDUOS

Precio de transporte y disposición 15 $/kg 15 $/kg

Contenido de cenizas 8% 5%

Cantidad de cenizas generadas por la combustión 45 Ton/mes 56.35 Ton/mes

Costo Mensual 675.000 $/Mes 845.250 $/Mes

Miles $/año 8.100 Miles $/año 10.143 Miles $/año

TOTAL COMBUSTIBLE + RESIDUOS 1.227.377 Miles $/año 889.047 Miles $/año

COSTO TON DE VAPOR SOLO COMBUSTIBLE

Precio de la Ton de vapor 22.647 $/ton vapor 16.404 $/ton vapor

Precio de la Lb de vapor 10,3 $/Lb vapor 7.5 $/Lb vapor

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VENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA

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• Ahorros en el costo del combustible.

• La granulometría del cuesco es homogénea, lo cual facilita su distribución sobre la parrilla y permite una buena combustión.

• Se requieren de menos equipos para el control de emisiones, debido a sus bajas emisiones de NOx y SO2.

• Menores costos de mantenimiento en la caldera, debido al bajo porcentaje de cenizas.

VENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA

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• Las cenizas y escorias producidas por la combustión se pueden comercializar como abono orgánico debido a su alto contenido de potasio.

• Alimentación automática del combustible, lo que garantiza una combustión eficiente, continua y libre de personal para alimentar el equipos.

• Mezcla pareja del aire con el combustible, lo que permite combustión optima y una llama distribuida en toda la parrilla, manteniendo temperaturas mas uniformes en el hogar.

DESVENTAJAS DE QUEMAR CUESCO EN UNA CALDERA CON PARRILLA VIAJERA

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• Si el contenido de humedad es superior al 10%, se obtiene menospoder calorífico del combustible y el costo de operación aumenta.

• Si las distancia para el transporte del cuesco son mayores a 200 km,el precio del flete aumenta el costo final del combustible, y el valorde operación se incrementa.

• La producción de biomasa depende de la producción del cultivo, lacual no es igual todo el año. Para los meses de baja producción decuesco se deben tener cuesco almacenado o quemar otrocombustible sólido (carbón).

• El costo de la biomasa inicialmente es muy bajo (casi cero), pero amedida que aumenta el consumo, el costo de esta se incrementadebido a la oferta y demanda, y podría llegar a un costo tan altoque ya no sea atractivo económicamente.

CALDERAS MARCA JCT QUE QUEMAN CUESCO EN LA ZONA DE SANTADER Y PRODUCCIÓN DE CO2.

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CLIENTE COMBUSTIBLE CALDERA CIUDADCONSUMO DE

CUESCO MENSUAL (TON/MES)

TON/MES CO2

EMITIDAS (CUESCO)

CONSUMO MENSUAL CARBÓN (TON/MES)

TON/MES CO2

(CARBÓN)

SOLLA CUESCO 200 BHPBUCARAMANGA

/SANTANDER276 387 113 235

SACEITES CUESCO 500 BHPBUCARAMANGA

/SANTANDER456 641 187 389

CAMPOLLO CUESCO 200 BHPSAN GIL

/SANTANDER276 387 113 235

CAMPOLLO CUESCO 300 BHPRIONEGRO

/SANTANDER304 426 124 258

FALCON CUESCO 200 BHPSAN GIL

/SANTANDER276 387 113 235

FALCON CUESCO 200 BHPBUCARAMANGA

/SANTANDER276 387 113 235

LINCO CUESCO 80 BHPBUCARAMANGA

/SANTANDER100 142 42 86

DISTRAVES CUESCO 400 BHPPIE DE CUESTA /SANTANDER

400 568 166 344

FRIGORIFICO VIJAGUAL CUESCO 200 BHP

SAN GIL /SANTANDER

276 387 113 235

FRIGORIFICO VIJAGUAL CUESCO 200 BHP

SAN GIL /SANTANDER

276 387 113 235

AVICOLA DEL MADROÑO CUESCO 80 BHP

SAN GIL /SANTANDER

100 142 42 86

TOTAL 3.016 4.239 1.239 2.571

ANÁLISIS PRODUCCIÓN DE CO2

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De acuerdo con la tabla anterior se tienen los siguientes valores:

• Cantidad total de CO2, para las calderas que operan en la zona de Bucaramanga, que se deja de producir por la combustión de carbón es de 2.571 Ton/mes, lo que equivale a 30.852 ton/año.

• La relación Ton CO2/Ton cuesco: 1.4.

• La relación Ton CO2/Ton carbón: 2.1.

Nota: Estos datos fueron calculados con un 80% de exceso de aire para la combustión y un 78% de eficiencia de la caldera.

RESOLUCIÓN 909 DEL 5 DE JUNIO DE 2008MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO

TERRITORIAL

CAPITULO VII

“Artículo 18. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa existentes que utilicen biomasa como combustible.”

“Tabla 14. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa existentes que utilicen biomasa como combustible a condiciones de referencia (25°C, 760 mm Hg) con oxigeno de referencia del 13%.”

“Artículo 19. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa nuevos que utilicen biomasa como combustible.”

“Tabla 15. Estándares de emisión admisibles para equipos de combustión externa nuevos que utilicen biomasa como combustible a condiciones de referencia (25°C, 760 mm Hg) con oxigeno de referencia del 13%.”

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CombustibleProducción de

vapor (t/h)

Estándares de emisión

admisibles (mg/m3)

MP NOx

Biomasa TODOS 300 350

CombustibleProducción de

vapor (t/h)

Estándares de emisión

admisibles (mg/m3)

MP NOx

Biomasa TODOS 50 350

• Equipos de combustión externa existentes.

• Equipos de combustión externa nuevos.

EQUIPOS PARA EL CONTROL DE EMISIONES

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ContaminanteEvaluado

Emisión Permitidamg/m3 13% O2

Equipo requerido

Material

Particulado300

Sistema de doble multiciclón o filtro

de mangas.

NOx 350Calibración de combustión o sistema de reducción catalítica no selectiva.

ContaminanteEvaluado

Emisión Permitidamg/m3 13% O2

Equipo requerido

Material

Particulado50 Filtro de mangas.

NOx 350Calibración de combustión o sistema de reducción catalítica no selectiva.

EMISIONES CALDERAS QUE QUEMAN CUESCO

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CLIENTE COMB. CALDERA CIUDADEQUIPO DE CONTROL

% O2

CO(mg/m3) 13% O2

NO x(mg/m3) 13% O2

SO2

(mg/m3) 13% O2

MP(mg/m3) 13% O2

CAMPOLLO CUESCO 200 BHPSAN GIL

/SANTANDERMULTICICLON 11,7 115 181 24 111

CAMPOLLO CUESCO 300 BHPRIONEGRO

/SANTANDER MULTICICLON 13,1 226 233

DISTRAVES CUESCO 400 BHPPIE DE CUESTA /SANTANDER

MULTICICLON 12,2 221 174 47 173

FALCON CUESCO 200 BHPSAN GIL

/SANTANDERMULTICICLON 8,5 85 262 18 76

FALCON CUESCO 200 BHPBUCARAMANGA

/SANTANDER MULTICICLON 11,0 157 356 86 124

FRIGORIFICO VIJAGUAL CUESCO 200 BHP

SAN GIL /SANTANDER MULTICICLON 14,3 345 222

SOLLA CUESCO 200 BHPBUCARAMANGA

/SANTANDER MULTICICLON 15,2 162 0 170

PALMAS DEL CESAR

FIBRA DE PALMA 725 BHP

SAN MARTÍN /CESAR MULTICICLON 12,4 453 134 0 565

INDUPALMAFIBRA Y CUESCO

Towler 2800 BHP

SAN ALBERTO /CESAR MULTICICLON 14,88 2729 220 11 393

INDUPALMAFIBRA Y CUESCO Vyncker

SAN ALBERTO /CESAR MULTICICLON 10,73 1734 254 2 287

CURTIMBRES BUFALO CUESCO 400 BHP

BARRANQUILLA /ATLANTICO MULTICICLON 13,3 275 172 12 41

HARINAGRO CARBON 500 BHPBUCARAMANGA

/SANTANDERMULTICICLON 9,4 17 388 685 106

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• El uso de la biomasa es económicamente atractivo, debido a que hay una reducción en el costo de operación.

• El cuesco es un combustible renovable y se esta aumentando el área cultivada de palma africana en todo el país.

• La producción de CO2 cuando se quema biomasa es cero, lo cual no ocurre con los combustibles categoría II y III.

• La producción de SO2 es menor que cuando se queman combustible categoría III.

• La producción de NOx es menor que cuando se queman combustible categoría II y III.

• Las escorias y cenizas subproductos de la combustión del cuesco se pueden utilizar como abono orgánico.

• La combustión de biomasa permite cumplir con los valores exigidos por la reglamentación ambiental a nivel nacional con mayor facilidad que si fuera combustibles categoría III.

CONCLUSIONES

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MUCHAS GRACIAS