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CENTRALES ELECTRICAS
CENTRALES TERMICAS A
CARBON
El carbón
• transformación por la acción de bacterias anaeróbicas,
produciendose un progresivo enriquecimiento en
carbono.
• diferentes tipos de carbón mineral en función del grado
de carbonificación
Impurezas en el carbón
•
•
La ceniza procede del material mineral o inorgánico, aportado o absorbido
durante el período de la carbonización, como la sílice.
En los poros y grietas de las vetas de carbón se depositan materias como
limo, pizarra y pirita.
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•
•
El Azufre se presenta en el carbón en formas diferentes:
- El S orgánico, que forma parte de la estructura molecular del carbón
- El S piritoso, que aparece como mineral pirita
- El S sulfato, principalmente como sulfato de hierro
La principal fuente de S es el ión sulfato presente en el agua. El agua dulce
tiene una baja concentración de sulfatos, mientras que el agua salada tiene
un elevado contenido de sulfatos. Por esta razón, el carbón bituminoso de
USA que procede de depósitos orgánicos acumulados cuando los mares
cubrían la misma tiene un alto contenido en S.
•
Humedad.- El carbón que se recibe en una planta termoeléctrica tiene una
gran variedad de contenidos en humedad estructural y superficial, que se
presentan en diversas formas.
La humedad estructural es un componente intrínseco, que se mantiene
ligada a la estructura del carbón y no se puede eliminar con facilidad
cuando el carbón se seca al aire.
La humedad superficial se ha añadido externa y posteriormente a la
carbonización y se puede eliminar con la simple exposición del carbón al
aire.
•
•
MANIPULACION
• La minería extractiva
• Tratamiento del carbón bruto para eliminar impurezas y facilitar un
suministro uniforme a la caldera.
• El transporte de carbón hasta la central termoeléctrica representa a
veces un factor importante en el costo total del combustible, de
manera que como alternativa surgen las centrales instaladas en
bocamina ya que minimizan los costos del transporte.
• El almacenamiento y manipulación de las grandes cantidades de
carbón que se requieren en una planta termoeléctrica de generación
de energía, implican una cuidadosa planificación para evitar
posibles interrupciones en el servicio de la misma.
• La limpieza y preparación del carbón cubren un amplio campo de
actividades, que se extiende desde la reducción del tamaño inicial,
cribado, eliminación de materiales extraños y clasificación, hasta
procesos mucho más complicados para eliminar la ceniza, el S y la
humedad.
• En la planta termoeléctricas, la reducción del tamaño de los trozos
de carbón se limita a la trituración y pulverización.
TRITURACION
• tambor dentado que lanza el carbón contra una placa para producir
la trituración.
• El tamaño máximo de partículas se determina por la separación
entre el tambor y la placa.
• Para impedir el agarrotamiento debido a impurezas metálicas, el
tambor se puede desplazar y la placa puede bascular, separándose
ambas partes para permitir el paso de las impurezas.
• normalmente para reducir el carbón bituminoso tal como sale de la
mina, a un producto de tamaño máximo entre 31,8 - 152 mm.
CALDERA QUE QUEMA CARBON
TRITURADO
• En los hogares mecanicos, el combustible
alimenta una parrilla, en la que se quema con
airecomburente ascendente, que pasa a través de la
misma.
• Permite quemar un amplio rango de combustibles
y se utilizan en pequeñas centrales
termoelectricas y en plantas de cogeneracion.
• Desde todos los tipos de carbones hasta
desechos de bagazo, cascaras y basura.
Los hogares mecánicos se componen de:
• - Un sistema de carga o alimentación de combustible
• - Una parrilla, estacionaria o móvil, que soporta la masa
en combustión del combustible y admite a su través la
mayor parte del airecomburente
• - Un sistema de airesecundario que completa la combustión
y limita las emisiones contaminantes a la atmósfera.
• - Un sistema de descarga de cenizas
• El combustible se alimenta continuamente por uno de
los extremos de la superficie de la parrilla y se desplaza
horizontalmente conforme se va quemando.
• La ceniza residual tras la combustión, se descarga por el
extremo opuesto al de alimentación.
• El airecomburente se introduce por la parte inferior de la
parrilla a través del lecho combustible que está
ardiendo.
• Se da lugar a un arrastre de partículas de
combustible que están parcialmente quemadas.
• Las partículas arrastradas (ceniza volante) se
capturan en un colector de polvo y se devuelven
al hogar para que completen la combustión.
• El colector mecánico de polvo es muy eficiente
en la captura de grandes partículas, como el
Cinquemado que está en las partículas arrastradas
de mayor tamaño.
• Los carbones bituminosos arden fácilmente sobre
parrilla móvil, sin necesidad de precalentamiento.
• no obstante, puede ser necesario un calentador de aire
cuando se pretenda mejorar la eficiencia de la unidad,
siendo la temperatura de diseño para el aire de 180ºC.
• Para lignitos y carbones subbituminosos con alta
humedad, resulta imprescindible el empleo de un
calentador de aire en el intervalo de
• 180 a 200ºC
•
En hogares mecánicos de carga superior con
alimentador
CALDERA QUE QUEMA CARBON
PULVERIZADO
• Reduciendo la superficie de la partícula
por debajo de 50 micrones puede
quemarse completamente en 2 segundos.
Teniendo en cuenta que se trata de un
combustible sólido, su combustión se
asemeja la del gas y fuel oil.
• A diferencia, las tecnologías que queman
carbón triturado requieren tiempos de
residencia en la zona de combustión de
hasta 60 segundos.
•
El sistema se alimenta desde la parte superior con carbón triturado
y un grupo de rodillos actúa comprimiéndolo contra un apoyo plano
que rota continuamente.
• Con el movimiento del rodillo se aplica cierta presión sobre el
carbón y se produce la reducción del tamaño de partículas por
fricción.
• Con cada pasada se reduce el tamaño de partícula formándose una
capa de carbón cada vez mas pequeña provocando un retraso en el
grindado ya que se amortigua la presión del rodillo, pero esto evita
un desgaste excesivo
• La combinación de fuerza centrifuga con el desplazamiento de la
capa de carbón provoca un volcado de las partículas de carbón
hacia el borde de la placa móvil.
• Mediante el soplado con un flujo de aire hacia arriba se produce el
arrastre del lecho fluido de carbón.
• La velocidad del aire es lo suficientemente baja como para arrastrar
solamente las partículas mas pequeñas.
• Al utilizar aire precalentado se produce el secado del carbón
facilitándose así el proceso de combustión.
• Los pulverizadores verticales son equipos efectivos para el secado
del carbón, operando satisfactoriamente con carbones de hasta
40% de contenido de humedad.
• Cuando el flujo de carbón comienza a elevarse su área aumenta y
la velocidad comienza a disminuir, permitiendo el retorno de las
partículas más grandes al área de grindado.
• La parte superior cuenta con un separador centrifugo donde la
mezcla carbón-aire entra por las aperturas donde adquieren
impulso.
• Las partículas más grandes impactan contra la pared del
pulverizador perdiendo sustentación retornando al área de
grindado, mientras que las más finas permanecen en suspensión,
alcanzando la salida hacia el ducto de combustible.
•
Los primeros diseños surgieron en la década de 1930, donde el
elemento pulverizador constaba de un conjunto de esferas de acero
contenidas entre dos placas anulares empujadas por resortes.
• En la década de 1970 se introducen los primeros pulverizadores a
rodillo mejorando notablemente el rendimiento. Los rodillos pueden
moverse de manera independiente en sentido radial, permitiendo al
rodillo alinearse con la pista de grindado a medida que se desgasta.
Esto permite mantener el rendimiento aun con el rodillo desgastado
en un 60%.
Los pulverizadores horizontales grindan por impacto y abrasion .
El carbón y el aire precalentado entran a la zona de impacto donde se produce la
primera reducción cuando colisionan contra elementos móviles que rotan a 600
rpm.
Luego pasan por otra etapa de reducción mediante elementos móviles y
estacionarios. Debido a que el carbón se reduce rápidamente dentro del
pulverizador, hay poco tiempo para su secado, de manera que el contenido de
humedad se limita al 20%.
• otro pulverizador horizontal, y más antiguo que el
anterior, es el que esta formado por un tubo cilíndrico de
material resistente a la abrasión.
• Entre un 25-30% de su volumen interno está relleno de
esferas.
• El cilindro rota a baja velocidad, tal que la fuerza
centrifuga que adquieren las esferas presione el carbón
que queda atrapado entre la pared causando así el
grindado.
• La mezcla aire-carbón es pobre quedando limitado el
contenido de humedad también entorno al 20%. Si se
supera dicho valor es necesario recurrir a secadores de
carbón. Mediante clasificadores se reinyecta el carbón.
• Los pulverizadores horizontales cilíndricos con esferas
pueden lograr mayores tiempos de residencia, siendo
utilizados para proveer carbón lo suficientemente fino
como para utilizarlo en ignitores a carbón reduciendo el
consumo de gasoil durante el arranque o estabilizar la
llama en bajas cargas.
QUEMADORES DE CARBON
• La forma en que se quema una partícula de carbón depende
básicamente de cómo fue pulverizada, sus propiedades y de las
condiciones de la caldera.
• Cuando una partícula de carbón entra a la caldera, aumenta su
temperatura superficial debido a la transmisión de calor por
convección y radiación de los gases del hogar y otras partículas en
combustión.
• Al aumentar la temperatura de la partícula, la humedad residual se
vaporiza y libera la materia volátil del carbón. Estos volátiles
ignicionan y queman de manera instantánea,
• La combustión de la partícula depende del tamaño, cuanto menor
sea más rápida será la combustión.
• La combustión mejora exponencialmente con el aumento de
temperatura.
• El parámetro de control de la combustión es la difusión del oxigeno
sobre la partícula de carbón.
• Partículas de tamaño mayores a 100 micrones queman de manera
más lenta y la oxidación produce CO y CO2.
• Dependiendo del tiempo de residencia puede resultar en material
no quemado disminuyendo la eficiencia de la caldera.
CONTROL DE EMISIONES
• A partir de la década de 1960 comienzan
los primeros estudios sobre los efectos de
los contaminantes asociados a la
generación termoeléctrica sobre la salud.
• En la década de 1980 comienzan los
primeros estudios del calentamiento global
asociados al CO2.
• El SO2 y SO3 se generan a partir de la combustión del
carbón y fueloleos de baja calidad, considerados
contaminantes peligrosos ya que provocan irritación en
las vías respiratorias y lluvia acida.
• Los NOx surgen como producto de la combustión a
elevadas temperaturas y un déficit en la mezcla del
combustible-aire. Contribuyen a la formación de la lluvia
acida y smog.
• Las mayores emisiones de CO son producto de motores
de combustión interna utilizados en el transporte y en
menor medida a la generación termoeléctrica. Es
absorbido por el organismo y reduce la capacidad
respiratoria provocando fatiga.
• Las mayoría de los combustibles fósiles, a excepción del
gas natural, poseen particulas no combustibles que se
liberan a la atmosferea. El contenido de ceniza depende
del tipo de carbon
SRC (REDUCCION SELECTIVA
CATALITICA)
• Los quemadores de baja emision de NOx
contribuyen a la reduccion de emisiones, pero
no llegan a cubrir el limite de emisiones,
utilizandose dispositivos aguas abajo a la
caldera.
• Los sistemas para controlar emisiones más
conocidos son los SRC.
• La tecnología SRC surgió en la decada de 1960
en Japon, utilizandose comercialmente en la
decada de 1980.
• Mediante un catalizador para facilitar la reacción
química entre el NOx y el agente reductor,
generalmente amoniaco, se obtiene vapor de
agua y nitrógeno.
• Al flujo de gases calientes se le inyecta
amoniaco, de manera que la mezcla de gases
con amoniaco pasa luego por el catalizador y
ocurre la reacción.
• Las reacciones de reducción ocurren dentro de
un campo óptimo de temperaturas, entre 350 y
450 ºC.
La composición quimica del catalizador esta generalmente compuesta por
dioxido de titanio, vanadio, molibdeno, tungsteno entre otros.
PRECIPITADORES (ESP)
• Un precipitador electrostático carga eléctricamente las partículas de
ceniza presentes en los humos, para su recolección y posterior
evacuación.
• La unidad se compone de una serie de placas verticales entre las
que circulan los humos
• entre cada dos placas consecutivas, se encuentran los electrodos
que generan el campo eléctrico.
• Las operaciones que se realizan son:
• Carga.- Cuando los humos atraviesan el campo eléctrico, las
partículas se cargan negativamente.
• El campo eléctrico se establece entre:
• - Las placas colectoras conectadas a tierra y que constituyen el
electrodo positivo
• - Los electrodos de descarga inmersos en el flujo de humos,
conectados a una fuente eléctrica de alta tensión, de 55 a 75 kV
CC, con polaridad negativa
• Recolección.- Las partículas cargadas negativamente
son atraídas por las placas colectoras conectadas a
tierra, con polaridad positiva.
• Algunas partículas tienen dificultades para adquirir la
carga eléctrica, por lo que se requiere mayor tension.
• Otras se cargan con suma facilidad y se dirigen
rápidamente hacia las placas colectoras, pero también
pueden perder fácilmente su carga eléctrica por lo que
es necesario volverlas a cargar y recolectar.
• La velocidad de circulación de los humos entre las
placas es un factor muy importante en el proceso de
recolección
• bajas velocidades permiten un tiempo mayor para que
las partículas cargadas se desplacen hacia las placas
colectoras y se reduzca la probabilidad de ser
arrastradas por los humos
• Las partículas de ceniza forman una capa, conforme se
acumulan sobre las placas colectoras, y permanecen en
éstas debido:
• - Al campo eléctrico
• - A las fuerzas moleculares
• - A las fuerzas mecánicas de cohesión entre partículas
• Golpeado.- La capa de polvo de ceniza volante que se
forma sobre las placas colectoras se elimina
periódicamente, mediante un golpeteo instantáneo de la
superficie colectora que fuerza el desalojo del polvo
acumulado.
• Como las partículas tienden a aglomerarse, la capa de
ceniza se desprende en escamas, forma que es muy
importante para evitar un nuevo arrastre de partículas
individuales por el flujo de humos.
SEPARADORES (SCRUBBERS)
• Se utiliazan para controlar las emisiones de óxidos de
azufre de los gases de escape .
• os separadores húmedos (wet scrubbers) son los más
comunes y como alternativa están los separadores semi
secos (semidry scrubbeers).
• Los separadores basan su operación en el agregado de
un agente reactivo de tipo alcalino, generalmente piedra
caliza para reaccionar con los gases ácidos que salen
de la caldera.
• gases ácidos reaccionan con los sorbentes alcalinos
formando sales sólidas que luego son removidas,
logrando rendimientos cercanos al 90%.
SEPARADOR HUMEDO
• En el separador húmedo los gases entran en por la
parte media de la cámara saliendo por la parte superior.
• En la parte superior se realiza la separación del SO2,
mientras que la parte inferior hace de tanque de mezcla
(también llamado tanque de recirculación o zona de
oxidación) donde se completan las reacciones químicas
y se produce yeso (gypsum).
• El diseño del separador posee una bandeja perforada
para lograr una buena redistribución del flujo de gases.
• Luego entran a la zona de absorción a 120-170 ºC y se
enfrían a su temperatura de saturación adiabática por
evaporación de la mezcla.
• En la parte inferior del separador quedan los restos del
agente reactivo sin reaccionar y son bombeados por
recirculación a los atomizadores. Se le agrega reactivo
para aumentar la alcalinidad de la mezcla.
• Los gases salen como vapor de agua con
pequeñas gotas que inevitablemente son
arrastradas.
• Un separador húmedo colecta y coalesce las
gotas devolviéndolas al tanque de mezcla
• Estas gotas son muy acidas ya que contienen
acido clorhídrico.
• La condensación de este vapor notablemente
acido puede causar depósitos ácidos en la parte
inferior de la chimenea, tanto en el piso como en
las paredes.
• Los productos que se forman en los scrubbers
húmedos se utilizan como rellenos, producción
de yeso de alta pureza para la construcción en
seco (Durlock), cemento y fertilizante.
SEPARADOR SECO
• El separador seco presenta una serie de ventajas frente al húmedo
como por ejemplo el costo de los materiales para construirlo más
económicos y los productos que se obtienen ya están secos.
• Se dispone aguas arriba del colector de polvo, a diferencia de lo
que ocurre en una instalación con separadores húmedos.
• Se realiza una mezcla con agua y piedra caliza a temperatura,
obteniéndose un producto hidratado con porcentaje de sólidos entre
15-20%.
• Luego se introduce la mezcla en la cámara donde se produce la
reacción. Los gases entran en la zona seca del pulverizador por dos
ubicaciones: por la parte superior mediante un atomizador rotativo y
por la parte inferior al pasar por un dispersor central de gas.
• Esto permite realizar un contacto íntimo de los gases para
optimizar la eficacia y la sequedad de la absorción en la cámara de
pulverización