Negocio Generación Energía PROYECTO REDUCCIÓN DE NOx TERMO

Negocio Generación Energía PROYECTO REDUCCIÓN DE NOx TERMO SIERRA Encuentro técnico - Subcomité de Plantas Térmicas Bogotá, agosto 21 de 2012 0 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

CONTENIDO • ¿Que son? • ¿Como se forman? • ¿De donde proceden? • ¿Como se propagan? • ¿Como afectan? NOx REGULACIÓN • MEDICIÓN • RESULTADOS ALTERNATIVAS DE REDUCCIÓN ANALIZADAS ANTECEDENTES TERMO SIERRA PROYECTO LA SIERRA • Sistema de inyección de agua • Planta de agua desmineralizada 1 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

CONTAMINANTES EN CHIMENEA AIRE: O 2, N 2 CHIMENEA: CO 2, CO, NOX, SOX, COV, MP, O 2, N 2, AGUA(g) COMBUSTIBLE: C, O , N. S. OTROS AGUA 2 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿Qué son los NOx? Gas Oxido nitroso (g) (N 2 O) Val 1 incoloro Trióxido de nitrógeno (NO 3) Oxido nítrico (g) (NO) Val 2 Incoloro Sesquióxido de nitrógeno (S) (N 2 O 3) Val 3 Pentoxido de nitrógeno (s) (N 2 O 5) Val 5 Blanco Gas Bióxido de nitrógeno (g) (NO 2) Val 4 Café rojizo Tetroxido de nitrógeno (g) (N 2 O 4) Val 4 Café rojizo También pueden encontrarse en el aire, el ácido nítrico (HNO 3) y el ácido nitroso (HNO 2). De todos ellos son los tres primeros los que se encuentran en cantidades apreciables. son los óxidos de nitrógeno más abundantes en el aire. La EPA regula sólo el bióxido de nitrógeno (NO 2), porque es la forma más predominante de NOx en la atmósfera que es generada por actividades antropogénicas (humanas). GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012 3

¿De donde proceden los NOx? Antropogénico Biogénico • • Vehículos Térmico Industria Incineradores Volcanes Relámpagos Incendios forestales Vegetación La principal fuente emisora de óxidos de nitrógeno a la atmósfera urbana son los vehículos (especialmente los motores diesel) y en menor medida instalaciones de combustión como las calefacciones. El NO en su mayor parte es de origen antropogénico 90 %. El N 2 O es biogénico en su mayor parte, y como tal no está sujeto a regulación 4 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿De donde proceden los NOx? Fuentes Móviles 50% Plantas Termo Eléctricas 20% Todas las Demás 30% 5 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿Cómo se forman los NOx? Formación de NOx de la combustión: 1. NOx Térmicos - La temperatura de combustión. 1, 300 -C (2, 370 -F) 2. NOx Combustibles- Los combustibles que contienen nitrógeno (como el carbón) crean "NOx combustibles” Las altas temperaturas alcanzadas en las combustiones provocan la combinación directa del oxígeno y el nitrógeno del aire para dar óxido nítrico (NO), y éste luego se oxida parcialmente a NO 2. Las emisiones de NOx provenientes de la combustión son principalmente en la forma de NO. De acuerdo a las ecuaciones Zeldovich, el NO es generado hasta el límite del oxígeno disponible. Las ecuaciones Zeldovich son: N 2 + O - NO + N N + O 2 - NO + O N + OH - NO + H 6 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿Cómo afectan la salud? Una exposición breve al NO 2 puede provocar irritación del sistema respiratorio y ocular. A largo plazo, los principales efectos pueden ser un desarrollo pulmonar más lento en los niños y la aparición de enfermedades respiratorias crónicas y cerebro vasculares. El NO 2 es uno de los contaminantes más peligrosos, en primer lugar por su carácter irritante y, en segundo lugar, porque se descompone por medio de la luz solar según la reacción: NO 2 + hv = NO + O (Oxigeno reactivo forma ozono); Cuando hay acumulación de este gas ozono o bien de otros oxidantes, como peróxidos, en las capas bajas de la atmósfera se producen efectos nocivos para la salud: irritación en los ojos y membranas mucosas. 7 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿Cómo afectan el ambiente? El NO 2 se encuentra presente en la atmósfera y en la lluvia ácida. Produce ácido nítrico (HNO 3) al disolverse en agua. Nuestra concentración actual de ozono es el producto de la contaminación tanto de NOx como de COV. El N 2 O es una sustancia agotadora de nitrógeno que reacciona con el O 3 tanto en la tropósfera (o sea, por debajo de los 10, 000 pies sobre el nivel del mar) como en la estratósfera (50, 000 - 150, 000 pies). El N 2 O tiene un largo período de vida, estimado entre 100 y 150 años. El ozono es el constituyente principal del smog El N 2 O 5 es altamente reactivo, y forma ácido nítrico (HNO 3) cuando se descompone en el agua. 8 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SINERGIAS 9 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿Cómo se miden? La EPA ha establecido las National Ambient Air Quality Standards - NAAQS (Normas Nacionales de Calidad del Aire Ambiental), para el NO 2 y el ozono troposférico Resolución 909 de 2008 y el “Protocolo para el Control y Vigilancia de la Contaminación Atmosférica generada por Fuentes Fijas”, Ministerio del Medio Ambiente. EMISIÓN E INMISIÓN NORMAS RELATIVAS AL MUESTREO, MEDICIÓN Y ANÁLISIS PARA FUENTES FIJAS EMISIÓN - MÉTODO NORMA / LEGISLACIÓN APLICABLE Análisis de gas. Preparación de las mezclas de gases para calibración UNE 77 238: 1999 Toma de muestra EPA 7 (1986 Y 1990) Muestreo no isocinetico DIN 33962 Método de Quimioluminiscencia en fase gaseosa. (NO, NO 2) ISO - 7996/85. EPA 40 CFR Pt. 50 App. F Determinación de óxidos de nitrógeno (NOx) por espectrofotometría UV-VIS EPA 7 (1986 Y 1990) Determinación en sitio mediante celdas electroquímicas DIN 33962 10 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿Cómo se miden? PRINCIPIO: ELECTROQUÍMICO – CATALITICO, ENTREGA DE MUESTRA POR SONDA. . 11 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

ANTECEDENTES – PROYECTO NOx TERMO SIERRA Cuando se desarrolló el proyecto de la termoeléctrica La Sierra, el combustible de emergencia (ACPM) no contemplaba ningún tipo de tratamiento para sus emisiones. Las turbinas de gas de la central emiten entre 480 y 350 mg/Nm 3 de NOx cuando están trabajando con fuel oil, y no se tiene instalado ningún tipo de sistema para reducirlas o controlarlas. La resolución 909 de 2008 exige que con combustibles líquidos se deben emitir máximo 300 mg/Nm 3 de NOx. 25 ° C y 760 mm de Hg 450 -380 mg/Nm 3 NOx 12 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

¿Como se regula? 13 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

METODOS DE CONTROL - ALTERNATIVAS PARA LA REDUCCIÓN DE LA GENERACIÓN O DE LA EMISIÓN DE NOx Principio o Método de Reducción o de Control de Emisiones 1. Reducir la temperatura máxima. 2. Reducir el tiempo de residencia a la temperatura máxima. Tecnologías Exitosas Recirculación del Gas de Chimenea (RGC) Requemado del Gas Natural Quemadores de Bajo NOx (QBN) Optimización de la Combustión Quemadores Fuera de Servicio (QFS) Menos Exceso de Aire (MEA) Inyectar Agua o Vapor Aire de Sobre fuego (ASF) Escalonificación del Aire Reducción del Precalentamiento del Aire Combustión Catalítica Inyectar Aire Inyectar Combustible Inyectar Vapor Requemado de Combustible (RC) Quemadores de Bajo NOx (QBN) Reducción Catalítica Selectiva (RCS) Reducción No Catalítica Selectiva (RNCS) 4. Oxidación de los NOx con Absorción Subsecuente Reactor de Plasma No Térmico Inyectar Oxidante 5. Remoción de Oxígeno en Vez de Aire Nitrógeno Combustible Ultra Bajo en Nitrógeno 6. Utilizando un Sorbente en Cámaras de Combustión Sorbente (amoníaco, cal en polvo, óxido de aluminio, o carbón) Sorbente en Ductos 7. Combinaciones Todos los Productos Comerciales de estos Métodos 3. Reducción Química de los NOx FUENTE: Hojas de datos EPA_ Técnicas de control de contaminantes del aire - Óxidos de Nitrógeno (NOx), ¿Por Qué y Cómo Se Controlan. mht 14 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

ALTERNATIVAS ANALIZADAS ALTERNATIVA Equipo inyección agua, accesorios, instalación Equipo inyección agua y accesorios + Tanque agua de reserva TIEMPO EJECUCIÓN 8 meses Equipo inyección agua y accesorios + Tanque agua + 12 meses Planta agua Equipo inyección agua y accesorios + Tanque agua + *Leasing Planta agua 12 meses 8 meses SISTEMA OBRAS COSTO PROVEEDORES AUTONOMÍA CONTROL CIVILES EQUIPOS si si si no GE, Alstom, ESI, Wood Group si GE, Alstom, ESI, Wood Group, Tepsa si GE, Alstom, ESI, Wood Group 2. 5 días Ilimitada $ 5, 000, 000 COSTO PLANTA AGUA COSTO TANQUE COSTO TOTAL $ 1, 100, 000 $ $ $ 5, 000 2, 700, 000 1, 100, 000 Ilimitada $ $ 5, 000 2, 700, 000 limitada $ 5, 000 * DESVENTAJAS * Costo * Tiempo instalación $ 5, 000 * Autonomía Limitada * Cantidad equipos * Intervención en planta * Costo * Tiempo * Autonomía Limitada $ 6, 100, 000 instalación * Obra civil * Cantidad equipos $ 8, 800, 000 $ 7, 700, 000 $ 1, 100, 000 VENTAJAS * Autonomía Ilimitada * Costo * Tiempo instalación * Cantidad equipos * Intervención en planta * Costo * Autonomía * Tiempo instalación $ 6, 100, 000 Ilimitada en verano * Proceso de contratacion 15 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PROYECTO REDUCCIÓN NOx EQUIPOS DE INYECCIÓN DE AGUA Diseño, suministro, instalación y puesta en servicio de un sistema completo de inyección de agua para controlar las emisiones de NOx cuando se opere con acpm, para cada una de las dos turbinas de gas General Electric MS 7001 FA de la central termoeléctrica La Sierra. PLANTA DE AGUA DESMINERALIZADA Diseño, suministro y puesta en servicio de una planta de agua desmineralizada tipo modular que produzca 200 gpm con una resistividad de 17 -18 mega ohm-cm, en la central termoeléctrica La Sierra. OBRAS ADICIONALES Obras complementarias en la central termoeléctrica La Sierra. 16 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PROYECTO REDUCCIÓN NOx Componentes constitutivos del proyecto para el suministro y puesta en servicio de un sistema completo de inyección de agua desmineralizada 17 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SISTEMA INYECCIÓN AGUA GENERACIÓN DE NOx EN TURBINAS 18 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SISTEMA INYECCIÓN AGUA Baja temperatura combustión Agua desmineralizada (90 gpm) Vida útil partes de turbina afectada La inyección de agua o vapor causa que la estequiometria de la mezcla sea cambiada y agregue vapor para reducir las calorías generadas por la combustión. Ambas acciones causan que la temperatura de combustión sea más baja. Si la temperatura se reduce lo suficiente, los NOx termales no se formarán en una concentración tan grande. 19 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SISTEMA INYECCIÓN AGUA CURVAS TIPICAS DE NOx EN TURBINAS 20 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

ESQUEMA SISTEMA INYECCIÓN AGUA Tanque agua Desmineralizada Skid Inyección Skid Suministro agua Tanque acpm 21 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SISTEMA INYECCIÓN AGUA CURVAS TIPICAS DE NOx EN TURBINAS 22 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

EQUIPOS SISTEMA INYECCIÓN AGUA MANIFOLDS Y ACCESORIOS DE CONEXIÓN 23 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

EQUIPOS SISTEMA INYECCIÓN AGUA ACCESORIOS DE CONEXIÓN 24 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

EQUIPOS SISTEMA INYECCIÓN AGUA CONEXIÓN A CÁMARAS DE COMBUSTIÓN agua acpm agua 25 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SISTEMA INYECCIÓN AGUA CURVAS TIPICAS DE NOx EN TURBINAS 26 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SISTEMA INYECCIÓN AGUA DESEMPEÑO ESPERADO EN LAS TURBINAS DE GAS 7 FA+ DESEMPEÑO CAMBIO EN PRESTACIONES Flujo de agua (gpm, 70 F) 87. 9 Potencia final turbina (%) 5. 3 Heat Rate Turbina gas (%) 1. 6 Eficiencia del ciclo ? 27 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PLANTA AGUA DESMINERALIZADA MODULAR PRINCIPALES PRESTACIONES EQUIPO ELECTRODESIONIZACIÓN (EDI) • Agua cruda requerida: 350 gpm • Agua desmineralizada producida: 200 gpm • Calidad del agua: 17 -18 mega ohm-cm • Área base concreto: 400 m 2 aprox • Módulos (containers): 5 (40 pies high top) • Tanques exteriores: 5 28 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

REMOCIÓN DE CONTAMINANTES EN DESMINERALIZACIÓN Componente Salida de OI Cloruro Nitrato Fosfato Sulfato 750 58 27 210 Sodio Amonio Potasio Calcio 1100 7 26 6 Aluminio Boro Litio Manganeso Potasio Rubidio Silice Sodio Zinc 0. 22 13 0. 55 0. 03 23 0. 04 110 1300 0. 09 Salida EDI Aniones (ppb) <0. 02 <0. 05 Cationes (ppb) 0. 24 <0. 05 <0. 02 Metales (ppb) <0. 003 <0. 05 <0. 002 <0. 1 <0. 001 <0. 5 0. 26 <0. 005 % Retencion >99. 99 >99. 96 >99. 92 >99. 97 >99. 28 >99. 92 >99. 66 >98. 63 >99. 61 >96. 00 >93. 33 >99. 56 >97. 50 >99. 54 >99. 98 >94. 44 29 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PLANTA AGUA DESMINERALIZADA MODULAR EQUIPOS PRINCIPALES 30 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PLANTA AGUA DESMINERALIZADA MODULAR Equipos Ultrafiltración (UF) Hollow fiber Porcentaje de recuperación del 83% 31 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PLANTA AGUA DESMINERALIZADA MODULAR Equipos Osmosis Inversa (RO) Porcentaje de recuperación del 80% Poliamide thin film 32 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PLANTA AGUA DESMINERALIZADA MODULAR Equipos Electrodesionización (EDI) Porcentaje de recuperación del 97% Pulidor final del proceso 33 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

SISTEMA DESMIENRALIZACIÓN COMPACTO • PLC de sistema de control: Control de todo el proceso de producción. RO EDI 34 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PLANTA AGUA DESMINERALIZADA MODULAR Contenedores • Containers: Contenedores marino de 40 pies HT, con aislamiento térmico interior, aire acondicionado. 35 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

PLANTA AGUA DESMINERALIZADA MODULAR Contenedores 36 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

OBRAS COMPLEMENTARIAS • Obras necesarias para integrar la planta de agua desmineralizada modular a la central. • Son básicamente las acometidas eléctricas, hidráulicas y neumáticas que se requieren. • • Acometida eléctrica para Planta Modular. • • • Aire instrumentación y servicio para Planta modular. Alimentación Agua cruda desde el condensador. Agua demi desde Planta Modular hasta tanque almacenamiento. Agua demi desde tanque almacenamiento hasta skids inyección agua U 1 y U 2. Acometida agua potable para Planta modular. Drenajes para Planta Modular. 37 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

ESTADO ACTUAL Central Termoeléctrica la Sierra Se adelantan los trabajos para la instalación de los equipos para el suministro de combustible líquido y la optimización de su funcionamiento cumpliendo la normatividad ambiental. Los equipos de NOx han sido adjudicados y están llegando a la planta, se inicia montajes en Agosto de 2012. La planta de agua se está fabricando en Israel y será instalada en el segundo semestre de 2012. Se realizaran pruebas en Noviembre de 2012 38 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012

LECCIONES APRENDIDAS Central Termoeléctrica la Sierra • Adecuada medición de contaminantes (Equipos de medición certificados. Con cumplimiento del protocolo de medición) • Llevar a condiciones estándar completamente • Selección de tecnología apropiada, se debe pensar en no aumentar la contaminación en otros sectores • Definición condiciones • Exención de contrato de impuestos tecnologías limpias GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012 y por 39

GRACIAS!!!! Encuentro técnico - Subcomité de Plantas Térmicas Bogotá, agosto 21 de 2012 40 GENERACIÓN Informe de Gestión Negocio Generación Energía - Primer semestre 2012