CENTRALES ELECTRICAS

1. CENTRALES ELECTRICAS CENTRALES TERMICAS A CARBON

2. 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

3. 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. • 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.

4. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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 airecomburentese introduce por la parte inferior de la parrilla a través del lecho combustible que está ardiendo.

10. 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 Cinquemadoque está en las partículas arrastradas de mayor tamaño.

11. 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

12. 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.

13. 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

14. 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.

15. 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%.

16. 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%.

17. 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.

18. 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.

21. 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.

22. 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

24. 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.

25. 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.

26. La composición quimica del catalizador esta generalmente compuesta por dioxido de titanio, vanadio, molibdeno, tungsteno entre otros.

27. 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

28. 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

29. 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.

32. 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%.

33. 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.

34. 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.

37. 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