MONITOREO DE EMISIONES DE CHIMENEA EN CALDERAS

SEMINARIO INDECOPI
NORMALIZACIÓN DE LA GESTIÓN AMBIENTAL
Tema:
MONITOREO DE EMISIONES DE CHIMENEA
EN CALDERAS
Expositor :
ING. VICTOR ARROYO CH.
Consultor Energético y Ambiental
Lima, Diciembre del 2003
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ALGUNOS DATOS SOBRE LAS
CALDERAS EN EL PERU
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INVENTARIO DE CALDERAS DE VAPOR
Cantidad de empresas y calderas de vapor del sector productivo - 1999
Sector productivo
N° empresas
existentes
N° calderas
existentes
Empresas
Industriales
528
1150
Empresas Pesqueras
115
541
TOTAL
643
1691
Fuente : ENC-2000 y elaboración propia
En 1990 en Estados Unidos habían unas 60000 calderas industriales
y unas 3000 calderas de potencia.
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PROYECCIÓN DE LAS CALDERAS DE VAPOR
En base al N° de calderas de 1999, y una tasa de crecimiento
del 2,1% anual, se ha estimado que para el año 2010 el
número de calderas industriales existentes sería de 2128, es
decir un 26% mas.
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2010
N°
1691
Calderas
1727
1763
1800
1838
1877
1917
2128
Año
4
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LOCALIZACIÓN DE LAS CALDERAS DE VAPOR
Las calderas están localizadas en 19 departamentos del
Perú.
El mayor número de calderas están en:
• Lima (37,4 %)
• Ancash (14,9 %)
• La Libertad (7,7%)
Las normas deben considerar esta realidad.
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TIPOS DE CALDERAS DE VAPOR
Caldera Pirotubular
84% (434 BHP prom)
Caldera Acuotubular
16% (1120 BHP prom)
Las normas deben orientarse mas a las calderas pirotubulares.
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CALDERAS POR RANGOS DE POTENCIA
POTENCIA DE CALDERAS DE VAPOR
BHP
%
< 500
56,2
500 – 1000
33,4
> 1000
10,4
< 3000
96
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CALDERAS POR TIPO DE COMBUSTIBLE
Los combustibles de mayor consumo en las calderas son :
• Petróleos Residuales (PR-500, PR-6, PR-5 y PR-4) : 65,4%
• Diesel 2 : 25,4%
Los combustibles derivados del petróleo representan el 94% del
consumo total de combustibles en las calderas industriales.
Se estima que al 2010 sólo un 15% de las calderas se habrán
convertido a gas natural.
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CONSUMO DE ENERGÍA DE LAS CALDERAS
Consumo de energía de las calderas industriales - 1999
Combustible
Número
Calderas
Capacidad
(MW)
Consumo de
Combustible
(TJ/año)
Residuales (4, 5, 6, 500)
940
6239
41533
Diesel 2
652
968
3164
Otros
99
710
6384
TOTAL
1691
7917
51081
Las calderas consumen el 46% del total de energía de
la industria peruana (112 217 TJ/año)
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ANTIGÜEDAD DE LAS CALDERAS
La antigüedad promedio de las calderas industriales es
de 24 años (referido al 2003), aunque existen calderas
desde 3 hasta 78 años.
El mayor número (27,9%) tiene una antigüedad entre 3
y 12 años.
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EMISIONES DE LAS CALDERAS DE VAPOR
Las emisiones de chimenea típicas de una caldera son :
• NOX, SO2, CO y partículas (cenizas + hollín) :
contaminantes
• H2O (vapor) : inerte
• O2 y N2 remanentes del exceso de aire : inertes.
• CO2 : gas de efecto invernadero (GEI)
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CONCENTRACION DE LAS EMISIONES DE CALDERAS
Concentraciones promedio de gases emitidos por calderas
de vapor a través de chimeneas
Combustible
Concentración promedio de gases a 3% O2 (ppm)
CO
SO2
NOx
Diesel 2
59
173
140
Residual 5
---
436
-----
Residual 6
135
447
296
Residual 500
143
471
298
Bagazo de
caña
4535
0,5
138
Fuente : elaboración propia en base a mediciones en 141 calderas de vapor
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EMISIONES DE LAS CALDERAS INDUSTRIALES
Emisiones de las calderas industriales - 1999
Emisión
Toneladas/año
CO2
4 057 445
CO
1 334
NOx
7 695
SO2
26 251
Particulas
8 290
Las emisiones de CO2 de las calderas representan el
47% de las emisiones del sector productivo.
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EMISIONES DE LAS CALDERAS Y OTROS SECTORES
Emisiones comparativas de CO2 de las calderas
Las emisiones de CO2 de las calderas industriales (4 057 445 ton/año 1999) representan:
• El 18% de las emisiones de todos los sectores
• El 47 % del sector productivo
• El 38 % de las emisiones del transporte
Las emisiones de CO2 del Perú representan el 2,7% de las emisiones
de America Latina y el Caribe......y casi nada a nivel mundial!
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EL PROTOCOLO DE MONITOREO DE EMISIONES
ATMOSFÉRICAS
R.M. N° 026-2000-ITINCI/DM (Febrero 2000)
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ALCANCES DEL PROTOCOLO DE PRODUCE
Contiene pautas básicas para la ejecución de monitoreos en
fuentes de combustión y procesos.
En lo referente a fuentes de combustión (incluye calderas)
menciona:
1) Parámetros que deben monitorearse :
•
•
•
•
•
SO2, NOx, CO (Analizador electrónico portátil)
Temperatura de gases (Termocupla tipo K)
Partículas (Opacidad – Smoke Test)
Caudal (Metodo 2 EPA – Tubo Pitot)
Hidrocarburos totales (Espectrofotometría UV, cromatografía)
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ANALIZADOR ELECTRÓNICO DE GASES
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TUBO PITOT
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PROBADOR DE HUMOS
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ALCANCES DEL PROTOCOLO DE PRODUCE
2) Frecuencia de muestreo
Dice: se llevará a cabo un monitoreo de los puntos de emisiones,
con un minimo de 3 veces, en periodos representativos de la
fuente.
Falta precisar:
•
3 veces en una corrida?
•
3 veces en que frecuencia? (mensual, anual, etc.)
•
Duración de cada corrida?
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ALCANCES DEL PROTOCOLO DE PRODUCE
3) Selección de puntos de muestreo (gases y partículas)
De acuerdo al Método 1 EPA : ubicar como minimo a 2 D de la
última restricción y a 0,5 D de la salida de la chimenea.
0,5 D
Chimenea
2D
D
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ALCANCES DEL PROTOCOLO DE PRODUCE
4) Número y ubicación de puntos de muestreo
Dependerá de las características de la chimenea. Se hará en base
al Método 1 – EPA.
Los puntos pueden variar entre 12 a 24 por ejemplo. Esto
encarece el costo de monitoreo. Alternativa: muestra compuesta.
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ALCANCES DEL PROTOCOLO DE PRODUCE
5) Pruebas manuales en chimeneas
Actividades de pre-muestreo:
•
•
•
Calibración de equipos
Preparación de equipos, materiales, formularios, etc.
Embalaje y traslado
Actividades de muestreo y mediciones In situ:
•
•
Mediciones con analizador de gases
Mediciones de velocidad con Tubo Pitot
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ALCANCES DEL PROTOCOLO DE PRODUCE
5) Pruebas manuales en chimeneas
Actividades de post-muestreo:
•
•
•
Chequear calibración de los equipos
Cálculos con datos de campo
Elaboración de informe
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METODOS EPA PARA MONITOREO DE EMISIONES
EN CALDERAS
CODE OF FEDERAL REGULATIONS
40 PART 60 (July, 1995)
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ESTANDARES APLICABLES A CALDERAS - EPA
SUBPART Db : Standards of Performance for Industrial-CommercialInstitutional Steam Generating Units
• Aplicable a calderas de 3000 hasta 7500 BHP (4% de las calderas en
Perú)
• Establece niveles permisibles de emisión de SO2, NOx y Particulas
en calderas que queman Gas, Diesel, Residual, otros combustibles
• No establece limites para CO ni Hidrocarburos.
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ESTANDARES APLICABLES A CALDERAS - EPA
SUBPART Dc : Standards of Performance for Small IndustrialCommercial-Institutional Steam Generating Units
• Aplicable a calderas de 300 hasta 3000 BHP (96% caso Perú)
• Para calderas que queman combustibles líquidos establece
niveles permisibles de emisión para SO2 (0,5 Lb/MMBtu) y Opacidad
(20% opacidad).
• No hay restricciones para emisiones de CO, NOx, Hidrocarburos.
• No hay restricciones para calderas que queman gas.
• Hay restricciones para otros combustibles.
PODEMOS SER MAS EXIGENTES QUE ESTADOS UNIDOS PARA
NUESTRAS CALDERAS?
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METODOS DE ANALISIS EN CALDERAS - EPA
SUBPART Dc : las mediciones en calderas de 300 a 3000 BHP
deben hacerse de la siguiente manera:
1) Selección de puntos de muestreo:
• Metodo 1 EPA (Sample and velocity traverses for stationary
sources)
2) Monitoreo de SO2
•
Mediante CEMs
•
Alternativa : Método 6B (Determination of SO2 – daily average
emissions from fosil fuel combustion sources)
3) Opacidad
•
Mediante CEMs
• Determinación Visual (Metodo 9 EPA)
DE QUE SE TRATA ESTO?
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METODOS DE ANALISIS EN CALDERAS – EPA
MONITOREO DE SO2 MEDIANTE CEMS
Resulta muy costoso en inversión (> US$ 50000) y mantenimiento. Se
requiere personal muy especializado.
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METODOS DE ANALISIS EN CALDERAS – EPA
MONITOREO DE SO2 MEDIANTE METODO 6B
PARED DE LA
CHIMENEA
IMPINGER CON H2O2 AL 6%
CaSO2 Desecante
T
Sonda
calefaccionada
Absorbedor de CO2
(Ascarita)
Filtro
1 Lt/min
Agua fria
VALVULA DE
AGUJA
ROTAMETRO
BOMBA DE VACIO
TREN DE MUESTREO DE SO2 y CO2 - Metodo 6B EPA
Requiere un volumen de muestra de 25-60 lt en un período de 24h.
Es tedioso y comparativamente mas caro que el analizador de gases
Ciertas calderas solo trabajan 8 h (inaplicable)
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METODOS DE ANALISIS EN CALDERAS – EPA
MONITOREO DE OPACIDAD MEDIANTE CEM
Resulta costoso el equipo, no soporta condiciones severas. Requiere constante
mantenimiento y calibración. Se cuenta con personal especializado?
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QUE ES LO MAS ADECUADO PARA
NUESTRA REALIDAD?
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REFLEXIONES SOBRE LAS CALDERAS PERUANAS
La realidad de las calderas en cuanto a su contribución a la
contaminación ambiental y su estado tecnologico, nos permiten hacer
las siguientes reflexiones:
1) Hasta donde debe llegar el control de las emisiones en las
calderas?
2) Qué métodos son los más convenientes para un monitoreo de
sus emisiones?
3) Hasta qué punto es bueno tomar la experiencia extranjera?
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REFLEXIONES SOBRE LAS CALDERAS PERUANAS
Algunas ideas (personales) que se desprenden del análisis:
1) Las calderas peruanas requieren métodos sencillos de monitoreo
de sus emisiones.
2) El control de las emisiones debería ser escalonado, en función
del tamaño de la caldera, tipo de combustible y hasta el tipo de
problema existente (global, local).
3) Métodos como los de EPA para las calderas peruanas resultan
costosos, no son prácticos y se carece de suficientes recursos
para su implementación y mantenimiento (CEMS).
4) El analizador de gases de combustión resulta una herramienta
versátil, relativamente económica y confiable (si está calibrada).
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REFLEXIONES SOBRE LAS CALDERAS PERUANAS
5) El Protocolo de Emisiones del PRODUCE tiene aciertos, pero
requiere ser ampliado para el caso especifico de monitoreo en
calderas. Por ejemplo:
• Procedimientos para obtención de muestras en condiciones
modulantes de las calderas
• Cantidad de muestras
• Muestreos simples y compuestos
• Interpretación de resultados
• Precauciones en el muestreo y análisis
• Procedimiento de calibración del analizador
• Validación de datos.
• Medicíon de opacidad
• Alternativas al Metodo 2 – EPA, etc.
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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Ing. Victor Arroyo Chalco
[email protected]
Tel. 3325624
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