RB-21 CONSIDERACIONES SOBRE LA UTILIZACIÓN DE FUELOIL 
BAJO EN AZUFRE EN PLANTAS DE COGENERACIÓN  CON MOTORES DIESEL

rb bertomeu, S.L.
Fecha: 5-diciembre-2002

De acuerdo con el R.D. 287/2001 , el contenido de AZUFRE de los fuelóleos que se utilizarán en España a partir del 1-01-2003, no podrá sobrepasar el 1%, con el fin de que las emisiones de SO2 con los gases de combustión no excedan de 1.700 mg/Nm3 (referenciado a unos gases con 3% de O2). Por este motivo, las Plantas de Cogeneración con motores Diesel que están utilizando fueloil Nº 1, que tiene especificado un contenido máximo de Azufre del 2,7%, deberán sustituir este combustible por otro similar que no tenga más del 1% de Azufre, valor máximo para poder cumplir el R.D.

Este R.D. es consecuencia de la Directiva 1999/32/CE del Consejo, de 26 de Abril de 1999, relativa a la reducción del contenido de azufre de determinados combustibles líquidos, considerando que las emisiones de SO2 (dióxido de azufre) afectan directamente a la salud humana y al medio ambiente y contribuyen de forma significativa al problema de la acidificación existente en la Comunidad Europea.

La reducción prevista del contenido de Azufre del fueloil permitirá que las plantas de Cogeneración reduzcan considerablemente sus emisiones actuales de SO2 y SO3 con los gases de escape, lo que contribuirá a alcanzar los objetivos humanos y medioambientales que persiguen la Directiva y el R.D.

Un aspecto colateral del cambio de fuel Nº 1 actual, con 2,7% azufre,  a un fuel con 1% azufre, es su influencia en el funcionamiento de las plantas de cogeneración con motores Diesel. Pueden ser necesarios algunos ajustes operativos en función del nuevo fueloil, pero de entrada, no se debe caer en el error de pensar o suponer que con un menor contenido de Azufre del fueloil se producirán menos corrosiones en caliente en válvulas de escape, turbos y otros elementos calientes del circuito de gases de escape, ya que el nivel de corrosiones será similar al actual ó incluso superior, debido a que estas corrosiones dependen básicamente de la presencia de Vanadio y Sodio en el fueloil, tal como se indica más adelante.

El menor contenido de Azufre del fueloil, prácticamente solo influirá en los siguientes aspectos :

-          Menores emisiones de SO2 con los gases de escape (máximo de 1700 mg/Nm3, a 3% de O2), que es lo que pretende el R.D. 287/2001.

-          Menor corrosión en frío en las zonas del circuito de gases de escape con temperaturas inferiores a los 150º C  (conductos y chimeneas), debido a la menor condensación de ácido sulfúrico como consecuencia de la menor presencia de SO2  y  SO3.

-          Necesidades de TBN del aceite motor más bajas , debido a la menor presencia de SO2 y SO3 en la combustión, lo que significará una menor formación, en valor absoluto, de sulfato cálcico, que no es corrosivo pero contribuye a la acumulación de residuos en el circuito de gases de escape.

Se requerirá un cambio del tipo de aceite motor utilizado a otro tipo con menor TBN, pero manteniendo la detergencia y la dispersancia al mismo nivel. Esto significa reducción de las cenizas sulfatadas aportadas por el aceite.

Revisemos las posibilidades reales de acceso a un Fuel-oil bajo en Azufre :

A)    Actualmente existe en el mercado español el denominado Fuel Nº 1 BIA (utilizado ya habitualmente en algunas plantas de Cogeneración), que cumple los requisitos de contenido máximo de Azufre del  1%, pero cuyas características físico – químicas conciden prácticamente con las del Fuel Nº 1 utilizado actualmente en la mayoría de las plantas a fueloil. Nos referimos principalmente a :

                                    -    Viscosidad cinemática      ( 24-25 cSt a 100ºC en ambos casos)

-          Residuo Carbonoso        (máximo 15 % en ambos casos)

-          Asfaltenos           (aprox.  1/3  del residuo carbonoso)

-          Vanadio    (máximo 200 ppm  en ambos casos)

-          Sodio        (máximo   50 ppm  en ambos casos)

Estos parámetros corresponden prácticamente a las especificaciones de fuel-oil Marino ISO-F     RME-25  ó  CIMAC  E-25, pero con menor contenido en azufre ( Ambas especificaciones marcan un máximo de 5%  contra 2,7% y 1% del fuel Nº 1 y fuel Nº 1 BIA respectivamente)

Con este tipo de Fuel Nº 1 BIA  actual, que en la práctica tiene algo menos impurezas que el Fuel Nº 1, se han tenido y tienen problemas de corrosiones en las plantas de cogeneración donde se ha utilizado o se está utilizando (véase información específica más adelante), excepto cuando se trata con el aditivo “rb bertomeu” beco F1/ASF, para minimizar esos problemas.

B)    Algunos suministradores de fuelóleos de España estan preparando y comenzando a proponer a las plantas de cogeneración el posible suministro de un nuevo fueloil que cumpla con la especificación de 1 % Azufre, pero con una viscosidad cinemática de 35-37 cSt  a 100º C  y manteniendo los límites máximos de impurezas de los actuales fuel Nº 1  y Fuel Nº 2 , lo que seguramente situará al nuevo fuel bajo en Azufre entre los niveles reales de impurezas de ambos fueles una vez desulfurados u obtenidos a partir de crudos con menos azufre. Las especificaciones máximas serían las siguientes , equivalentes a   ISO-F   RME-25  ó  CIMAC  E-25, desulfurados pero con la viscosidad incrementada hasta la correspondiente a la especificación ISO-F  RMG-35  ó CIMAC G-35 (35 cSt  a 100ºC)

-    Viscosidad cinemática  ( 35-37 cSt a 100ºC)

-          Residuo Carbonoso        (máximo 15 % )

-          Asfaltenos           (aprox.  1/3  del residuo carbonoso)

-          Vanadio    (máximo 200 ppm)

-          Sodio        (máximo   50 ppm)

Este nuevo fueloil bajo en Azufre sería algo mas barato que el Fuel Nº 1 BIA actual, a costa de asumir más dificultades operativas en su utilización, derivadas de su mayor viscosidad y posiblemente de un mayor contenido real de impurezas. En la práctica, su contenido real en impurezasa metálicas (Vanadio, Sodio y otros) , residuo carbonoso y asfaltenos estarán seguramente comprendidos entre los valores habituales del Fuel Nº 1 y el Fuel Nº 2 , con lo que cabe esperar los siguientes efectos inmediatos :

b-1) Corrosiones en caliente : Como mínimo las que se tienen actualmente con el Fueloil Nº 1

b-2) Viscosidad de pulverización : Al ser más viscoso habrá que calentar mas para alcanzar la

     misma viscosidad de pulverización.

b-3) Formación de lodos de fueloil : Como mínimo las cantidades actuales con Fueloil Nº 1

En cualquier caso, el Fueloil (con máximo 1 % de Azufre) , que deberá comenzar a consumirse a primeros del próximo año, tanto si es el Fuel Nº 1 BIA  actual como si es el nuevo fueloil bajo en Azufre con mayor viscosidad, presentarán como mínimo, las dificultades operativas ya conocidas de los actuales Fuel Nº 1 y Nº 1 BIA, en lo que respecta a las consecuencias derivadas de sus características fisico – químicas y de su contenido en impurezas, excepto en lo que se refiere, como se ha comentado antes, a las emisiones de SO2 , a las corrosiones en frío provocadas por el SO2 y SO3 en las zonas frías del circuito de gases de escape ( conductos y chimeneas principalmente), y a la cantidad de depósitos de Sulfato cálcico, no corrosivo, en el circuito de gases de escape.

Demos un repaso a la problemática existente, que ha sido minimizada en muchas plantas, con el uso del aditivo “rb bertomeu” beco F1/ASF .

CORROSIONES EN CALIENTE :

Como es sabido, las corrosiones en caliente en motores Diesel, localizadas en válvulas de escape y turbos fundamentalmente, son debidas a dos causas principales :

1-      Formación de Vanadatos sódicos de bajo punto de fusión, que son corrosivos. Estos compuestos se formarán con cualquiera de los 2 fuelóleos que se usen (Fuel Nº 1 BIA o el nuevo fueloil bajo en Azufre) ya que ambos contienen Vanadio (V) y Sodio (Na), aunque se formarán en mayor cantidad si se usa el nuevo fueloil bajo en Azufre de alta viscosidad (por tener , presumiblemente, más V  y  Na).

2-      Formación de Sulfato sódico, corrosivo a alta temperatura. Este compuesto se seguirá formando, independientemente del contenido en Azufre del fueloil, ya que, por el comparativamente bajo contenido de Sodio del fueloil, basta un contenido de Azufre menor del 0,1 % para que pueda formarse este compuesto corrosivo.

Para evitar los efectos corrosivos anteriores en Válvulas , Turbos y otros puntos del circuito de gases de escape que operan a alta temperatura, se debe seguir aplicando el tratamiento de aditivación que se viene utilizando actualmente, al nuevo fueloil que se utilice a partir del 01-01-03 :  el Aditivo “rb bertomeu” beco F1/ASF.

Si se pasa a utilizar el actual Fueloil Nº 1 BIA, la experiencia nos ha demostrado que en plantas de cogeneración donde se ha utilizado o se utiliza el Fuel Nº 1 BIA actual se tiene una similar problemática de corrosiones en caliente que en las plantas que usan Fuel Nº 1.

A este respecto, anotamos las siguientes plantas, todas clientes de rb bertomeu S.L., como referencia que puede ser consultada por su experiencia en el consumo de Fuel Nº 1 BIA y también en Fuel Nº 1, directamente o en otras Plantas de su Grupo :

            MINERA DE SANTA MARTA – Belorado (Burgos)

            Contacto: D. Juan A. Cejalvo – Director de Fábrica  -  Tel. : 947 585 099

            Motores Deutz  tipo BV 16 M 640

            Ha utilizado Fuel Nº 1 BIA y utiliza Fuel Nº 1 , aditivados con “rb bertomeu” , con

períodos sin aditivar donde se ha verificado la aparición de corrosiones.

            MINERIA Y TECNOLOGIA DE ARCILLAS – Orera (Zaragoza)

            Contacto: D. Luis C. Dieste – Director de Fábrica  -  Tel. : 976 892 250

            Motores Deutz , tipo TBD 645 L9

            Utiliza Fuel Nº 1 BIA , aditivado con “rb bertomeu”

            COGENERACION APROFURSA (ABENER-ABENGOA) – Alcantarilla (Murcia)

            Contacto: D. Jesús Moreno Vigara – Coordinador Técnico Operación y

            Mantenimiento-  Tel. : 954 937 176

            Motores Deutz  tipo BV 16 M 640

            Utiliza Fuel Nº 1 BIA, aditivado con “rb bertomeu” , habiendo probado otros

aditivos de otras marcas, que no dieron los resultados esperados.

En estas plantas se ha podido verificar que el problema de las corrosiones en caliente en los motores Diesel (válvulas y turbos principalmente) es similar utilizando Fuel Nº 1 que utilizando Fuel Nº 1 BIA según especificaciones actuales y en ambos casos se ha resuelto aditivando el combustible con   “rb bertomeu” beco F1/ASF.

Si se pasa a utilizar el nuevo fueloil bajo en Azufre, con alta viscosidad, los problemas de corrosión en caliente serán, en el mejor de los casos, equivalentes a los que presenta el actual Fueloil Nº 1, con tendencia a aumentar si el nivel de  impurezas  metálicas  aumenta  hacia  los  límites  máximos especificados por el suministrador (ya que éstas actúan de catalizador para las corrosiones en frío y en caliente). Tanto  en un caso  como en otro, el aditivo para fueloil  “rb bertomeu” beco F1/ASF, está preparado para evitar satisfactoriamente el problema, que, sin duda, volvería a aparecer si no se aditivara el nuevo fueloil.

Disponemos de numerosos datos respecto a los problemas de corrosión en caliente que se han evitado o minimizado en plantas de cogeneración, al pasar a utilizar el aditivo  “rb bertomeu”  beco F1/ASF.

Por lo tanto, se llega a la conclusión de que, para evitar los problemas de corrosión en válvulas de escape y turbos, hay que continuar aditivando el fueloil con el aditivo “rb bertomeu”  beco F1/ASF, tanto si se cambia al actual Fuel-oil Nº 1 BIA  como al nuevo fueloil bajo en Azufre con alta viscosidad.

CALENTAMIENTO DEL FUELOIL :

Normalmente, en las plantas de cogeneración con motores Diesel a fueloil, se calienta el combustible hasta conseguir una viscosidad cinemática de 10 – 15 cSt  antes de ser inyectado al motor.

Para ello, tanto el actual Fuel Nº 1 como el actual Fuel Nº 1 BIA , ambos con Viscosidad cinemática de 24-25 cSt a 100 ºC , deben ser calentados hasta los 133 - 117 ºC aproximadamente. (Tablas de Viscosidad del fueloil en función de la temperatura)

Por lo tanto, el cambio del Fuel Nº 1 actual por Fuel Nº 1 BIA de especificación actual, no supondrá ningún cambio en las necesidades de calentamiento del combustible para alcanzar el grado de pulverización deseable.

Sin embargo, el cambio del Fuel Nº 1 actual por el nuevo fuel bajo en Azufre con mayor viscosidad (35-37 cSt a 100ºC), si que produciría importantes cambios en el equipo y necesidades de calentamiento :

A modo de ejemplo, el nuevo fuel bajo en Azufre, con Viscosidad cinemática de 35 cSt a 100 ºC , debería ser calentado hasta los 149 - 133 ºC para obtener una Viscosidad de 10-15 cSt. (Tablas de Viscosidad del fueloil en función de la temperatura).

Esto supone, con respecto a la situación actual con Fuel Nº 1 ó Fuel Nº 1 BIA (ambos con 24-25 cSt), tener que analizar la siguiente problemática:

a)      Capacidad de calentamiento de los calentadores actuales, ya que habría que incrementar en una media de 16 ºC la temperatura de calentamiento actual del fuel.

b)      Problemática de aceleración de formación de residuos por rápido envejecimiento del fuel a temperaturas próximas a los 150-152 ºC, que podrían alcanzarse esporádicamente o ser necesarias si la viscosidad supera ligeramente los 35 cSt. :

b-1) Mayor desgaste de inyectores y elementos de bomba.

b-2) Mayor incrustación de residuos en los propios calentadores, con disminución

       progresiva de su capacidad de calentamiento.

La utilización de un nuevo fuel  de mayor viscosidad, deberá ser estudiada en función de las nuevas especificaciones de ese fuel-oil , en lo que respecta a su calentamiento y funcionamiento de bombas inyectoras para conseguir una buena pulverización. En estos aspectos, los puntos más importantes a considerar son :

1-      Viscosidad cinemática

2-      Contenido de Asfaltenos

En todo caso, la utilización del aditivo “rb bertomeu” beco F1/ASF , que ya proporciona buenos resultados con los valores del actual Fueloil Nº 1, será tanto más imprescindible cuanto mayores sean los valores de los dos parámetros anteriores, ya que homogeneiza el combustible y ayuda a conseguir niveles de fluidez y pulverización óptimos, mejorando, por todo ello, la combustión.

CONSIDERACIONES  ECONOMICAS :

Considerando que la problemática que presenta el actual Fueloil Nº 1 al ser utilizado en plantas de cogeneración, no mejorará al pasar a utilizar uno de los dos fuelóleos bajos en azufre que van a proponerse (Fueloil Nº 1 BIA actual  o   nuevo fueloil bajo en Azufre), sino que se mantendrá o incluso puede tener tendencia a empeorar en caso de que se utilice la segunda alternativa, pensamos que es oportuno recordar los beneficios económicos que se vienen obteniendo actualmente con el uso del aditivo para fueloil “rb bertomeu” beco F1/ASF , en las plantas de cogeneración donde se aplica :

·         Reducción de lodos de fueloil (media del 70%)

·         Reducción de consumo de combustible (mínimo del 1,5%)

·         Reducción de gastos de reposición de válvulas de escape (del 69 – 88%)

·         Reducción de soplados de válvulas de escape (media del 80%)

·         Reducción de gastos de reparación de turbos

·         Incremento del TBO de mantenimiento de válvulas de escape  (del 50 a 100%)

·         Incremento del TBO de limpiezas de turbos (del 50 al 100%)

·         Aumento de la vida útil de Válvulas de escape y Turbos por corrosión (mínimo del 100%)

·         Reducción de necesidades de limpieza en filtros, depuradoras y líneas.

·         Reducción del desgaste del equipo de inyección y ahorro adicional de fuel (0,9 – 1,2%)

A todos los beneficios anteriores, muy importantes aún cuando las plantas solo trabajen alrededor de 4.000 horas al año como es el caso actual, hay que añadir los derivados de tener menores paros por averías, limpiezas y mantenimientos no programados, cuando el régimen de trabajo debe ser de 8.000 horas al año.

Efectivamente, cuando se trabaja 4.000 h. al año, se aprovechan los fines de semana y/o días en que las plantas no han de producir, para efectuar esas labores de limpiezas y reparaciones.

Pero, cuando hay que trabajar en contínuo (8.000 h./año), como está previsto en la mayor parte de las plantas, cualquier paro no programado, por avería, soplado, limpieza, etc., representa una disminución del Factor de Servicio y , por tanto, una disminución de la Producción Anual de Energía.  Esto supone un quebranto económico que puede ser muy importante si, además de producir menos energía, hay que pagar algún tipo de penalización a la Compañía Eléctrica a la cual se suministra.

CONCLUSION  FINAL :

Resumiendo, cabría hacer dos hipótesis de utilización de combustible en cuanto a la aditivación del fueloil a partir del  01-01-03 . En las dos hipótesis se mantiene el mismo tratamiento de aditivación para evitar los problemas de corrosión en caliente, minimizar lodos de fueloil, ahorrar combustible, reducir averias y paros, etc. :

A)    Si se utiliza Fuel Nº 1 BIA actual , con Viscosidad 24-25 cSt , hay que seguir aditivando con el aditivo “rb bertomeu” beco F1/ASF.

B)     Si se utiliza un nuevo fuel bajo en Azufre con Viscosidad de 35-37 cSt y mayor contenido de impurezas, debe aditivarse también con “rb bertomeu” beco F1/ASF, ya que los principios activos cubren el máximo contenido de V y Na  especificado por  ISO-F   RME-25  o   CIMAC  E-25.

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