Agosto de 2011Agosto de 2011Línea Base Línea Base
Central Térmica en ColombiaCentral Térmica en Colombia
LINEA BASECENTRAL TERMICA EN
COLOMBIA
AGOSTO – 2011
Preparado por: Jaime GonzálezAndrés SilvaGabriel Zambrano
Empresa: SCF LTDA
Cel.: 310 688 4136321 371 8334321 371 8291
Correo: [email protected]@[email protected]
11
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CONTENIDOCONTENIDO
1. Quemadores…………………………………………….………………………... 3
2. Ejemplos de Modelación CFD ………..………………………………..… 6
3. Definición toma de velocidades aire secundario..…….…….…. 8
4. Anemómetro de alta precisión……………………………………..….… 10
5. Graficas perfil de velocidades aire secundario……………………. 11
6. Evaluación variaciones aire secundario ..…………………………… 12
7. Mediciones Aires primarios en tuberías…………………………. 13
8. Sistema utilizado para medición aire primario …….………….. 14
9. Análisis caracterización para control molino ………………. 15- 17
10. Balance Flujo carbón…………………………………………………………… 18
11. Equipo de medición Carbón Pulverizado - EMCP - …………… 19
12. Importancia del EMCP ……………………………………………………… 20
13. Extracción y análisis in situ de NOx, CO, CO2 y O2..…………… 21
14. Equipo para extracción y análisis de gases……………………….. 22
15. Resultado de pruebas de emisiones …………………………………. 23
16. Análisis de distribuciones emisiones de gases ……..……….. 24-28
17. Material Particulado ………………………………………………………… 29
18. ANEXO A. Propuesta No. 11-441r1
19. ANEXO B. Certificación inquemados
Pág.
22
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QUEMADORES QUEMADORES
Se realizaron toma de medidas para elaborar un plano que permita la modelación matemática de flujos.
Imagen original de Manual de Calderas
Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos
33
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Plano elaborado con las dimensiones tomadas durante la línea base
Plano original de los quemadores y caja de vientos,
son 2 niveles con un total 6
quemadores
Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos
44
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INSPECCION Y LEVANTAMIENTO PLANOS QUEMADORES Y CAJA DE VIENTOSINSPECCION Y LEVANTAMIENTO PLANOS QUEMADORES Y CAJA DE VIENTOS
Se inspeccionaron las compuertas (registro aire secundario) dejándolas abiertas para las pruebas de perfil de velocidad
Se tomaron las medidas internas para alimentar el programa CFD (Computerized
Fluid Desing)
55
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EJEMPLOS DE MODELACION CFD
- Modelación Quemador Bajo NOx
- Modelación Flujo de Aire secundario en caja de vientos
0 ft/s
150 ft/s
Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos
66
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- Modelación simultanea aires primarios y secundario
Registers impart swirl to the Secondary air as illustrated by twisted pathlines
Aire Secundario Aire Primario
0 ft/s
150 ft/s
Día 1. Inspección y levantamiento planos quemadores y Caja vientos
77
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Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador.
Se tomaron 24 medidas de velocidad, calculando el promedio y la desviación (+/-) definiendo si el quemador requiere ajuste o no.
Puntos de toma detrás del difusor Gráfica perfil de velocidades
Aire Secundario
Anemómetro
88
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DEFINICION PERFIL DE VELOCIDADDEFINICION PERFIL DE VELOCIDAD
Personal de CCA instalando el equipo y registrando los valores de velocidad
Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador
99
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SCF Ltda. Adquirió este equipo y
entreno el personal de SCF en la toma
de datos
ANEMOMETRO DE ALTA PRECISION
Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador
1010
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CCA ELABORO LAS GRAFICAS DE PERFIL DE VELOCIDADES AIRE
SECUNDARIO EN CADA QUEMADOR
Se encontraron variaciones excesivas de aire secundario en los quemadores B2, A2, y A3
Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador
1111
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Para calcular el flujo en cada quemador multiplicamos cada medida de velocidad por el área correspondiente
a 1/24 del área anular por donde fluye el aire secundario.
Día 2. Definición perfil de velocidades aire secundario por quemador
EVALUACION VARIACIONES FLUJOS SECUNDARIOS A CADA QUEMADOR
(valores máximos medidos con registradores totalmente
abiertos)
Burners Q [m^3/h] Deviation [%]B1 36937 3.6%B2 36468 2.3%B3 34895 -2.1%A1 34796 -2.4%A2 33721 -5.4%A3 37097 4.1%
promedio flujos
maximos
35600m3/h
1212
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MEDICION AIRES PRIMARIOS EN TUBERIAS A QUEMADOR
Se realizaron tomas con el medidor de velocidad flujo Aire/Carbón a 8 puntos transversales en cada tubería
Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores
Posición Completamente Insertado
1313
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SISTEMA UTILIZADO PARA MEDICION DE FLUJO DE AIRE PRIMARIO
•El medidor de velocidad es un equipo diseñado paramedir la velocidad del flujo de un gas cargado departículas. (Flujo aire primario + combustible)
• El medidor esta diseñado para ser conectado a unatubería usando un acople de conexión libre de polvo(Dustless Connection DC)
MEDIDOR DE VELOCIDAD FLUJO AIRE/CARBON MEDIDOR DE VELOCIDAD FLUJO AIRE/CARBON
Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores
1414
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Probe depth [cm]
42.0% 35.0% 25.0%
2.5 15 13 115.5 17 14 139 17 16 13
11.5 18 15 1219 18 17 13
21.5 17 16 1425 17 15 1528 16 16 11
Average 17 15 13PA FAN
[Amperes]168 170 170
Coal bed [mm]
28 31 55
PRIMARY AIR VELOCITY MILL 1, PIPE B3 [m/s]DAMPER POSITION
1715
1310
15
20
25
30
35
40
45
50
25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0%
Air V
eloc
ity [m
/s]
Control Room Damper Position [%]
ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 1 TUBERIA A QUEMADOR B3
Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores
42%
35%
25%24%
34%
42%
OBSERVACIONES1. Este pulverizador presenta la peor
respuesta de flujo de los 3 molinos, corroborando las mediciones de bajo O2 correspondientes al costado derecho (ver pg26).
2. Este pulverizador presenta la mejor respuesta del indicador local de posición respecto a la señal del cuarto de control de los 3 molinos.
3. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del damper
RECOMENDACIONES1. Verificar posición de las aletas del damper
contra indicación local, buscando encontrarsi el damper esta quedando mas cerrado delo que el posicionador indica.
2. Cambiar escala de lectura en el DCS parareflejar el porcentaje real de apertura delDamper
Max Vel. Para control de longitud de llama
1515
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ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 2
Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores
OBSERVACIONES1. La gráfica de control de flujo y las fotos del
indicador local evidencian una falta de respuesta lineal del posicionador a la señal del cuarto de control en mas del 50% del total del recorrido.
2. Se observó una variación de flujo del 85% respecto a la posición inicial con un cambio del 100% en la posición del indicador local
3. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del Damper
RECOMENDACIONES1. Recalibrar el posicionador lubricando sus
componentes para eliminar la observación 1y ajustar aguja para indicar % de aperturareal
2. Cambiar escala de lectura en el DCS parareflejar el porcentaje real de apertura delDamper
42%
POSITIONER INDICATION
42%
35%
25%21%
31%
42%
Probe depth [cm]
42.0% 35.0% 25.0%
2.5 31 27.5 185.5 38 28 17.89 39 27 22
11.5 39 27.4 2119 41 29 23
21.5 41 28.5 2325 41 27 2228 39 25 21
Average 39 27 21PA FAN
[Amperes]170 170 170
Coal bed [mm]
22 38 29
PRIMARY AIR VELOCITY MILL 2 PIPE B2 [m/s]DAMPER POSITION
39
27
21
10
15
20
25
30
35
40
45
50
25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0%
Air V
eloc
ity [m
/s]
Control Room Damper Position [%]
Max Vel. Para control de longitud de llama
1616
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ANALISIS CARACTERIZACION PARA CONTROL MOLINO 3
Día 3. Medición aires primarios en tuberías a quemadores
42.5%
35%
25%
Probe depth [cm]
42.5% 35.0% 25.0%
2.5 43 27 16.65.5 43 27.6 169 43.1 26 17
11.5 47.4 28.8 1619 47 28.8 17
21.5 46.1 28 16.225 46.7 26 1728 46.4 26 16
Average 45 27 16PA FAN
[Amperes]170 170 170
Coal bed [mm]
35 35 35
PRIMARY AIR VELOCITY MILL 3 PIPE B1 [m/s]DAMPER POSITION
45
27
16
10
15
20
25
30
35
40
45
50
25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0%Ai
r Vel
ocity
[m/s
]
Control Room Damper Position [%]
21%
30%
40%
OBSERVACIONES1. Este pulverizador tiene el mejor control de
flujo de los 3 molinos, 2. La grafica de control de flujo y las fotos del
indicador local evidencian una falta de respuesta lineal del posicionador a la señal del cuarto de control. Se presenta un retraso del 16% máximo respecto a la caracterización lineal
3. Se observó una variación de flujo de 181% respecto a la posición inicial con un cambio del 100% en la posición del indicador local
4. Los operadores del cuarto de control informaron que el 42% en DCS correspondía a la máxima apertura permisible del Damper
RECOMENDACIONES1. Recalibrar el posicionador lubricando sus
componentes para eliminar la observación 1y ajustar aguja para indicar % de aperturareal
2. Cambiar escala de lectura en el DCS parareflejar el porcentaje real de apertura delDamper
PL
Max Vel. Para control de longitud de llama
1717
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BALANCE FLUJO DE CARBONBALANCE FLUJO DE CARBON
Para el balance de flujo de carbón se utilizó un equipo similar al ROTOR PROBE que cumple la norma ISO 9931 Se extrajo el carbón
isocineticamente por un tiempo determinado, se peso el carbón y se comparó con las demás tuberías para determinar el flujo de carbón.
Día 4. Balance Flujo Carbón
1818
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EQUIPO DE MEDICION, EXTRACTOR DE MUESTRA EQUIPO DE MEDICION, EXTRACTOR DE MUESTRA PARA CARBON PULVERIZADO PARA CARBON PULVERIZADO –– EMCP EMCP ––
SCF LTDA posee este equipo y ha
estado capacitando su personal para
ofrecer un servicio
profesional a las centrales en
Colombia
Día 4. Balance Flujo Carbón
1919
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IMPORTANCIA DEL EXTRACTOR DE MUESTRAS PARA IMPORTANCIA DEL EXTRACTOR DE MUESTRAS PARA CARBON PULVERIZADO CARBON PULVERIZADO –– EMCP EMCP ––
1.1 Acople extracción sin polvo 1.2 Sonda de muestreo1.3 Ciclón separador de muestra1.4 Botella para recolectar muestras1.5 Manguera extracción aire del ciclón1.6 Tablero de control con PLC, báscula, filtros, ventury con
sensor de presión diferencial para ajustar flujo isocinetico1.7 Cable de control a cabezal rotatorio 1.8 Cable suministro energía.1.9 Manguera aire para barrido de barrido en acople
extracción sin polvo.
.
El EMCP permite cumplir y exceder los requerimientos de la norma ISO 9931 la cual especifica 4 minutos de muestreo con
4 boquillas localizadas radialmente a distancias exactas determinadas previamente según el diámetro interno de la
tubería que conduce el aire y carbón pulverizado.
Día 4. Balance Flujo Carbón
2020
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EXTRACCION Y ANALISIS IN SITU DE LAS EMISIONES: EXTRACCION Y ANALISIS IN SITU DE LAS EMISIONES: NOxNOx , CO, CO2 Y O2 , CO, CO2 Y O2
El personal de CCA con el equipo TESTO propiedad de SCF Ltda. realizaron
pruebas de emisiones de NOx, CO, O2 y CO2 con 9
sondas colectoras instaladas por SCF
Día 5. Toma medidas emisión de gases
2121
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EQUIPO PARA EXTRACCION Y ANALISIS DE GASESEQUIPO PARA EXTRACCION Y ANALISIS DE GASES
SCF Ltda. cuenta con el equipo TESTO 350 el cual mide in situ, con alta precisión la concentración de éstos gases.
Día 5. Toma medidas emisión de gases
El equipo TESTO se calibró en las instalación de SCF Ltda. para validar los sensores de NOx en condiciones
atmosféricas y de altura de Bogotá 2222
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RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE EMISIONES
Día 5. Toma medidas emisión de gases
Las mediciones de NOx, CO, O2 y CO2 , se realizaron en 9 puntos simultáneamente permitiendo identificar la
estratificación y/o concentraciones de cada gas en el ducto de entrada al economizador
Vista de planta presentando la localización de las bridas que soportan sondas de muestreo
1 2 3
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C375% 416 458 479 435 468 458 415 475 415100% 622 759 755 698 760 801 716 751 75875% 3.2 2.75 4.65 3.45 2.38 5.25 415 3.4 6.6100% 6.55 4.32 4.86 5.21 4.22 3.84 4.5 3.96 3.5775% 38 55 48 88 265 186 164 317* 221100% 30 24 23 15 18 13 10 10 1275% 9.9 10.17 9.14 9.86 10.4 8.95 9.5 9.95 8.15100% 8.04 9.28 8.98 8.79 9.34 9.55 9.18 9.49 9.7
75%100%
% CARGA
* En este punto se observaron considerables variaciones en la medicion.
17.96LOI% 11.51
PUNTOS DE MUESTREO
NOXppmO2%
COppmCO2
%
GASES
2323
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ANALISIS DISTRIBUCION DE NOx EN DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR
NOx [PPM] - 100% LOAD
622
759 755
698
760
801
716
751758
600620640660680700720740760780800820
1 2 3
NO
x [P
PM]
Sampling points
LEVEL A
LEVEL B
LEVEL C
Día 5. Toma medidas emisión de gases
B1 B2 B3
A1 A2 A3
C1 C2 C3
Variaciones respecto al centro Nivel A: -17% (costado izquierdo), Nivel B: +5% (costado derecho)
OBSERVACIONES:Los valores de NOx en la posicion A1, 17 % por debajo del promedio en el centro concuerdan con el incremento del O2 libre en esta zona.
2424
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Día 5. Toma medidas emisión de gases
B1 B2 B3
A1 A2 A3
C1 C2 C3
O2 [%] - 100% LOAD
6.55
4.32
4.865.21
4.22
3.84
4.5
3.96
3.57
3
4
5
6
7
1 2 3
O2
[%]
Sampling points
LEVEL A
LEVEL B
LEVEL C
Variaciones respecto al centro Nivel A: +51% (costado izquierdo), Nivel C: -11 % (costado derecho)
ANALISIS DISTRIBUCION DE O2, CARGA AL 100%.DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR
OBSERVACIONES:Se presenta una estratificación vertical que corresponde a la estratificación vertical del CO (ver siguiente pagina). Al parecer, por ingresos parásitos de aire a través de las paredes sobre el nivel superior de quemadores.
2525
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ANALISIS DISTRIBUCION DE CO CARGA AL 100%.DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR
Día 5. Toma medidas emisión de gases
B1 B2 B3
A1 A2 A3
C1 C2 C3
OBSERVACIONES:Es evidente la estratificación vertical de CO, ocasionada por la combustión incompleta.El primer nivel de quemadores presenta una combustion mas completa que el segundo nivel
Variaciones respecto al centro Nivel A: +66% (costado izquierdo), Nivel C: -45 % (costado derecho)
CO [PPM] - 100% LOAD
30
24 23
1518
1310 10
12
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3
CO [P
PM]
Sampling Points
LEVEL A
LEVEL B
LEVEL C
2626
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Central Térmica en ColombiaCentral Térmica en Colombia
ANALISIS DISTRIBUCION DE CO2, CARGA AL 100%.DUCTO SALIDA ZONA DE CONVECCION, ENTRADA A ECONOMIZADOR
Día 5. Toma medidas emisión de gases
B1 B2 B3
A1 A2 A3
C1 C2 C3
OBSERVACIONES:Corroborando los datos de O2 y CO en las páginas anteriores se observa que los quemadores de nivel inferior (C) presentan una combustión mas completa que el nivel superior (A).
Variaciones respecto al centro Nivel C: +3% (costado derecho), Nivel A: -14 % (costado izquierdo)
CO2 [PPM] - 100% LOAD
8.04
9.288.98
8.79
9.349.55
9.18
9.499.7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
1 2 3
CO2
[PPM
]
Sampling points
LEVEL A
LEVEL B
LEVEL C
2727
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COPIAS DE IMPRESIONES PARA CADA PUNTO COPIAS DE IMPRESIONES PARA CADA PUNTO DE EMISION DE EMISION
Día 5. Toma medidas emisión de gases
2828
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MATERIAL PARTICULADOMATERIAL PARTICULADO
Para material particulado se realizó la prueba con un sistema de bomba de vacio y se hizo pasar la muestra
de aire por un filtro que retuviera una cantidad de partículas de carbón en un tiempo establecido,
posteriormente se retira el filtro y se toma la muestra de carbón
Día 5. Toma medidas emisión de gases
2929
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ANEXO BANEXO BCERTIFICACION INQUEMADOSCERTIFICACION INQUEMADOS
3030
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Description Presion Domo
Temperatura A.A.C.
Nivel Carbon Pulv 2-1
Temperatura Pulv
2-1
Presion Interna Pulv 2-1
Nivel Carbon Pulv 2-2
Temperatura Pulv 2-2
Presion Interna Pulv
2-2
Units kg/cm2 oC mmH2O oC oC mmH2O oC oC
Hour
12:00 54.30 207.07 9.04 67.15 160.79 26.98 67.15 224.6713:00 51.47 190.90 3.62 69.78 28.66 28.28 69.78 217.7614:00 49.82 176.75 3.27 62.88 31.55 31.94 62.88 223.6115:00 48.99 171.75 3.27 58.64 30.53 30.38 58.64 294.10
DescriptionNivel
Carbon Pulv 2-3
Temperatura Pulv
2-1
Presion Interna Pulv 2-3
Temperatura de
Gases Salida
Temperatura de Aire Caliente
Temperatura Gases
Hogar
Oxigeno a la entrada
del pptr
Units mmH2O oC oC oC oC oC %
Hour
12:00 26.17 74.05 233.16 389.26 319.85 900.84 5.3813:00 23.70 66.58 211.72 360.57 279.87 855.61 7.0514:00 2.52 69.35 204.38 333.98 250.35 790.19 8.8815:00 0.52 72.94 211.07 326.41 230.96 748.34 9.40
REPORTE DE OPERACION UNIDAD 2 - VALORES PROMEDIODATOS OPERATIVOS OBTENIDOS DEL DCS DURANTE EL 19 DE
AGOSTO/2011 (horas coinciden con el horario de toma de datos de emisiones)
3131
Agosto de 2011Agosto de 2011Línea Base Línea Base
Central Térmica en ColombiaCentral Térmica en Colombia
REPORTE DE OPERACION UNIDAD 2 - VALORES PROMEDIODATOS OPERATIVOS OBTENIDOS DEL DCS DURANTE EL 19 DE
AGOSTO/2011 (horas coinciden con el horario de toma de datos de emisiones)
Description Oxigeno F lujo de Vapo r
F lujo A gua A lim
C aldera
F lujo de A ire
N ivel del D o mo
P resio n H o gar
P resio n C abezal
T emperatura de Vapo r
Units % t/h t/h t/h mmH2O mmH2O kg/cm2 oCHour12:00 0? 153.41 135.36 175.39 -0.23 -4.44 51.25 477.6513:00 0? 109.54 99.38 143.30 -1.94 -3.59 49.72 475.3614:00 0? 79.77 70.94 125.00 0.63 -3.89 49.11 475.2915:00 0? 73.87 64.62 124.72 0.08 -3.83 48.21 478.53
DescriptionN ivel del
D esaireado r
P resio n D esairea
do r
P resio n B A A C
P resio n VA P
F lujo de A temperaci
o n
Eficiencia de la
Unidad
Emisiones de
Material ParticuladUnits cm kg/cm2 kg/cm2 mmH2O t/h % mg/m3
Hour12:00 163.99 4.09 82.43 414.17 3.07 60.82 207.5213:00 161.72 2.91 84.23 395.59 0? 60.82 125.9214:00 164.07 2.08 85.63 383.83 0? 60.82 83.4215:00 164.78 1.90 86.21 448.76 0? 60.82 85.73
3232
Agosto de 2011Agosto de 2011Línea Base Línea Base
Central Térmica en ColombiaCentral Térmica en Colombia
REPORTE DE OPERACION UNIDAD 2 - VALORES PROMEDIODATOS OPERATIVOS OBTENIDOS DEL DCS DURANTE EL 19 DE
AGOSTO/2011 (horas coinciden con el horario de toma de datos de emisiones)
DescriptionGases Salida
C himenea
T emp A co ple VT F
T emp Libre VT F
T emp A co ple
VT I
T emp lado Libre VT I
T emp A co ple
VA P
T emp lado Libre VA P
T emperatura B A C 2 -1
Units oC oC oC oC oC oC oC oC
Hour
12:00 191.84 59.66 43.38 67.16 61.68 57.50 81.05 39.2313:00 181.85 59.66 43.70 67.16 62.59 57.57 81.35 40.2214:00 172.35 60.68 43.70 67.16 62.90 58.53 82.07 40.8315:00 165.16 60.69 43.70 66.40 62.90 58.88 84.18 41.41
DescriptionT empera tura B A C
2-2
F lujo de Vapo r P res
P resio n del C o ndensad
o r
T empera tura Vapo r
C arga Unidad
Units oC t/h kg/cm2 mmHg oC MW
Hour
12:00 0? 148.80 57.10 0? 447.46 33.6413:00 0? 106.91 55.06 0? 447.34 24.2114:00 0? 80.38 54.44 0? 445.96 17.4515:00 0? 75.38 53.70 0? 447.48 15.91
3333