IX.- FUENTES DE ENERGÍA
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El carbón es la segunda fuente más importante de combustible, el 32% de la energía mundial, y es
el combustible fósil más común en la generación de energía eléctrica. A consecuencia de las emisiones
resultantes de SO
utilización. Las preocupaciones medioambientales, sobre las distintas emisiones de contaminantes, especialmente
SO
La gran mayoría de los carbones USA son
2, los niveles del contenido de S en los carbones introducen criterios básicos para su2, NOx y CO2, pueden limitar el futuro crecimiento del consumo mundial del carbón.subbitumin osos
ligníti cos
, y tienen bajos contenidos de S, lo que
permite cumplimentar de forma económica, las exigencias del Acta Federal de Aire Limpio y las disposiciones
legales sobre lluvia ácida.
Sin embargo, en USA, Japón y países europeos, se están investigando tecnologías para obtener un
uso limpio del carbón, con el fin de facilitar la reducción de emisiones contaminantes, a la vez que se mejora
la eficiencia energética. En USA, algunas de estas tecnologías se encuentran actualmente en fase
de comercialización a la espera de su implantación en las centrales termoeléctricas, actuales y futuras.
IX.1.- FORMACIÓN DE LOS CARBONES
El carbón se ha formado a partir de plantas, por medio de procesos químicos y geológicos que han
tenido lugar a lo largo de millones de años. La deposición de sucesivas capas de residuos vegetales en regiones
húmedas o pantanosas, en condiciones que impedían su exposición al aire y la consiguiente putrefacción
de los residuos acumulados, junto con la acción bacteriana, la presión y la temperatura actuando
sobre la materia orgánica a lo largo del tiempo, contribuyeron a la transformación de los residuos vegetales
en carbón, proceso denominado carbonización.
El primer producto de este proceso es la turba, que contiene parcialmente descompuestos, tallos,
ramas y cortezas, y que no se suele clasificar como carbón; la turba se transforma progresivamente
hasta llegar a ser lignito, más carbonizado, que puede llegar a convertirse en antracita.
Durante la carbonización tienen lugar una serie de procesos físicos y químicos, que junto con la pre-
IX.-273
sión y temperatura a que está sometido el material orgánico provocan cambios estructurales y químicos,
que incluyen:
- Un incremento en el contenido de carbono
- Una pérdida de agua, oxígeno e hidrógeno
- Una gran resistencia frente a disolventes
El proceso de la carbonización se representa en la Fig IX.1, en forma esquemática. El carbón es
muy heterogéneo y puede variar ampliamente su composición química, según sea el yacimiento de procedencia.
Composición en % en peso, base seco sin ceniza
Carbono Hidrógeno Oxígeno
Madera 49 7 44
Turba 60 6 34
Lignito 70 5 25
Subbituminoso 75 5 30
Bituminoso 85 5 10
Antracita 94 3 3
Fig IX.1.- Proceso de la carbonización
Además de los componentes orgánicos (carbono, hidrógeno y oxígeno), el carbón contiene impurezas,
como la ceniza y el S.
La
carbonización. Las fuentes de ceniza incluyen substancias inorgánicas, como la sílice, que forman parte
de la estructura química de las plantas.
Durante el período de carbonización la materia orgánica captura
ceniza procede del material mineral o inorgánico, aportado o absorbido durante el período de laiones inorgánicos
granos minerales
, que están presentes
en el agua pantanosa.
En los poros y grietas de las vetas de carbón se depositan materias como limo, pizarra y pirita.
El S se presenta en el carbón en tres 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 en esa región cuando los
mares cubrían la misma, tiene un alto contenido en S.
El carbón es una sustancia compleja y heterogénea. A veces resulta útil establecer una fórmula estructural
que pueda servir de ayuda, como modelo y con las debidas precauciones, para ilustrar algunas
reacciones del carbón y colaborar en el futuro desarrollo de procesos relacionados con el mismo, como
son la gasificación, la combustión y la licuefacción.
IX.2.- CLASIFICACIÓN DE LOS CARBONES
El carbón es una sustancia heterogénea que abarca amplios campos en su composición, estructura
y propiedades particulares, por lo que es necesario un sistema de clasificación de acuerdo con una serie
IX.-274
de calidades, como la alteración progresiva que ha tenido lugar en el proceso de carbonización, cuando se
ha transformado sucesivamente, a partir del lignito, pasando por los denominados subbituminoso, bituminoso
y antracita.
Clasificación ASTM por porcentajes.-
La clasificación ASTM se utiliza como criterio, para definir:- El valor de los parámetros de materias volátiles
- El carbono fijo determinado en un análisis inmediato
- El poder calorífico
El sistema de clasificación ASTM ayuda a identificar las utilizaciones óptimas comerciales de los
diferentes carbones y facilita información con vistas a su combustión; se presenta en la Tabla IX.3 y se
describe en la Sección D388 de las normas del Código ASTM.
El análisis inmediato es el método de ensayo en laboratorio, y se describe en ASTM-D271; con este
análisis se determinan:
- El contenido de humedad
- La cantidad de ceniza residual en una combustión completa
- Las materias volátiles que se desprenden cuando se calienta a una determinada temperatura
- El carbono fijo residual tras el desprendimiento de las materias volátiles
La Tabla IX.4 facilita un análisis inmediato de un carbón (en este caso de West Virginia, USA), tal
como se recibe, que incluye la humedad total presente en el carbón, cuando éste llega a las instalaciones
de la planta energética.
Para los carbones viejos se utilizan como parámetros de clasificación
el carbono fijo
las materias volátiles
.
La cantidad de estos contenidos se determina sobre base seca y sin materia mineral, mediante la
formulación desarrollada en 1906 por S.W. Parr, por lb, de la forma:
% carbono fijo =
€
C
fijo %=C
100
fijo − 0,15S− ( M + 1,08A + 0 ,55S)×
% matera volátil =
100€
M
volátil%= 100 − Cfijo%€
Btu
100
%= Btu − 50S− (1,08A + 0,55S)€
Fórmulas aproximadas:
% Carbono fijo: C
fijo %=C
fijo100
− (1,1A + 0,1 S)×
% Materia volátil: M
100volátil %= 100 − C%Btu
100
%= Btu− (1,1A + 0,1S)
en las que:
Btu es el poder calorífico por lb, (1 kJ/kg= 2,326 Btu/lb)
M es el % de humedad superficial ; A es el % de ceniza ; S es el % de azufre
Todos estos carbones tienen menos de 48 Btu/lb sobre puro (seco y sin ceniza)
La humedad es el contenido de agua estructural, que no incluye el agua superficial del carbón
Si posee propiedad aglomerante hay que clasificarlo en el grupo
bituminoso.
Los carbones que tienen 69% o más de C fijo sobre puro se clasifican según su C fijo, para cualquier
potencia calorífica.
bajo en volátiles, dentro de la claseIX.-275
Tabla IX.1.- Información energética de la Administración USA. Estados con mayores reservas comprobadas de carbón (10
9 ton)Nombre del estado Reservas totales Reservas en el interior Reservas a cielo abierto % Total
USA ton t ton t Ton t USA
Montana 120 109 71 64 49 44 25,3
Illinois 79 72 63 57 16 15 16,5
Wyoming 69 63 43 39 26 24 14,5
West Virginia 38 34 33 30 5 4,5 8
Kentucky 30 27 25 23 5 5,4 6,5
Pennsylvania 30 27 28 25 1 0,9 6,2
Ohio 190 17 13 12 6 5,4 3,9
Colorado 170 15 12 11 5 4,5 3,6
Texas 14 13 0 0 14 13 2,8
Indiana 10 9 9 8 1 0,9 2,2
Todos los demás 50 45 24 22 25 23 10,4
TOTAL USA 476 431 321 291 154 140,6 100
Tabla IX.2.- Contenidos en S y reservas comprobadas de USA en interior y a cielo abierto (10
6 ton)Rangos de contenido en azufre, %
ESTADO < 1,0 1,1 a 3,0 > 3,0 No Conocido Total
Alabama 624,7 1099,9 16,4 1239,4 2981,8
Alaska 11458,4 184,2 0 0 11645,4
Arizona 173,3 176,7 0 0 350
Arkansas 81,2 463,1 46,3 74,3 665,7
Colorado 7475,5 786,2 47,3 6547,3 14869,2
Georgia 0,3 0 0 0,2 0,5
Illinois 1005,1 7341,4 42968,9 14256,2 65664,8
Indiana 548,8 3305,8 5262,4 1504,1 10622,6
Iowa 1,5 226,7 2105,9 549,2 2884,9
Kansas 0 309,2 6956 383,2 1388,1
Kentucky East 6558,4 3321,8 299,5 2729,3 12916,7
Kentucky West 0,2 564,4 9243,9 2815,9 12623,9
Maryland 135,1 690,5 187,4 34,6 1048,2
Michigan 4,6 85,4 20,9 7 118,2
Missouri 0 182 5226 4080,5 9487,3
Montana 101646,6 4115 502,6 2116,7 108396,2
New Mexico 35753 793,4 0,9 27,5 4394,8
North Carolina 0 0 0 31,7 31,7
North Dakota 5389 10325,4 268,7 15 16003
Ohio 134,4 6440,9 12534,3 1872 21077,2
Oklahoma 275 326,6 241,4 450,5 1294,2
Oregon 1,5 0,3 0 0 1,8
Pennsylvania 7318,3 16913,6 3799,6 2954,2 31000,6
South Dakota 103,1 287,9 35,9 1 428
Tennessee 204,8 533,2 156,5 88 986,7
Texas 650,9 1884,6 284,1 444 3271,9
Utah 1968,5 1546,7 49,4 478,3 4042,5
Virginia 2140,1 1163,5 14,1 330 1649,9
Washington 603,5 1265,5 39 45,1 1954
West Virginia 14092,1 14006,2 6823,3 4652,5 39589,8
Wyoming 39912,3 14657,4 1701,1 3060,3 53336,1
TOTAL 200181,4 92997,5 92571,5 50778 436735,7
IX.-276
Tabla IX.3.- Clasificación de carbones en % (ASTM-D388)
Límites Carbono Fijo Límites Materias Límites Poder Calorífico
% puro Volátiles % puro Btu/lb puro Carácter
Clase Grupo (seco, sin ceniza) (seco, sin ceniza) (seco, sin ceniza) aglomerante
< > <
I Meta-antracita 98 - - 2 - -
Antracita Antracita 92 98 2 8 - - No aglomerante
Semi-antracita C 86 92 8 14 - -
II Bajo en volátiles 78 86 14 22 - -
Bituminoso Medio en volátiles 69 78 22 31 - - Aglomerante
Alto en volátiles A - 69 31 - 14.000 d - en general
Alto en volátiles B - - - - 13.000 d 14000
Alto en volátiles C - - - - 11500 13000
10.500 e 11500 Aglomerante
III Sub-bituminoso A - - - - 10500 11500
Sub-bituminoso Sub-bituminoso B - - - - 9500 10500 No aglomerante
Sub-bituminoso C - - - - 8300 9500
IV 1. Lignito A - - - - 6300 8300 No aglomerante
Lignito 2. Lignito B - - - - - 6300
≥ ≤ ≥
Tabla IX.4.- Análisis de carbón tal como se recibe (Carbón de vapor de Pittsburg, West Virginia, EE.UU.)
ANÁLISIS INMEDIATO ANÁLISIS ELEMENTAL
Humedad 2,5 Humedad 2,5
Materias Volátiles 37,6 Carbono 75
Carbono Fijo 52,9 Hidrógeno 5
Ceniza 7 Azufre 2,3
Total 100 Nitrógeno 1,5
PODER CALORÍFICO Oxígeno 6,7
Btu/lb 13000 Ceniza 7
kJ/kg -30238 Total 100
Tabla IX.5.- Diecisiete carbones seleccionados USA (ordenados según clasificación ASTM)
Análisis carbón, con humedad de yacimiento
Nº Rango carbón Situación Humedad en Materias Carbono % Carbono % Btu
Clase Grupo equilibrio volátiles fijo Ceniza Azufre Btu fijo
1 I 1 Schuylkill 4,5 1,7 84,1 9,7 0,77 12745 99,2 14280
2 I 2 Lackawanna 2,5 6,2 79,4 11,9 0,6 12925 94,1 14880
3 I 3 Montgomery 2 10,6 67,2 21,2 0,62 11925 88,7 15340
4 II 1 McDowell 1 16,6 77,3 5,1 0,74 14715 82,8 15600
5 II 1 Cambria 1,3 17,5 70,9 10,3 1,68 13800 81,3 15595
6 II 2 Somerset 1,5 20,8 67,5 10,2 1,68 13720 77,5 15485
7 II 2 Indiana 1,5 23,4 64,9 10,2 2,2 13800 74,5 15580
8 II 3 Westmoreland 1,5 30,7 56,6 11,2 1,82 13325 65,8 15230
9 II 3 Pike 2,5 36,7 57,5 3,3 0,7 14480 64,3 15040
10 II 3 Belmont 3,6 40 47,3 9,1 4 12850 55,4 14380
11 II 4 Williamson 5,8 36,2 46,3 11,7 2,7 11910 57,8 13710
12 II 4 Emery 5,2 38,2 50,2 6,4 0,9 12600 57,3 13560
13 II 5 Vermilion 12,2 38,8 40 9 3,2 11340 51,8 12630
14 III 1 Musselshell 14,1 32,2 46,7 7 0,43 11140 59 12075
15 III 2 Sheridan 25 30,5 40,8 3,7 0,3 9345 57,5 9745
16 III 3 Campbell 31,1 31,4 32,8 4,8 0,55 8320 51,5 8790
17 IV 1 Mercer 37 26,6 32,2 4,2 0,4 7255 55,2 7610
P
cal.inf.% FC = FC sobre puro (seco, sin ceniza), % % Btu = Btu/lb sobre puro (seco, sin ceniza)
IX.-277
Todos los parámetros se evalúan sobre muestra húmeda.
Los porcentajes de C calculados sobre muestra
seca (sin humedad), y
pura (sin materia mineral)
permiten su clasificación.
Los carbones más jóvenes o de bajo porcentaje se clasifican por su contenido en Btu, determinado
sobre una base seca y pura.
Para distinguir convenientemente los grupos contiguos, se utiliza el índice de hinchamiento, tal
como se especifica en la norma del Código ASTM-D388.
La Tabla IX.5 presenta una selección de diecisiete carbones USA, ordenados mediante el sistema
de clasificación ASTM.
Características de cada tipo de carbón:
Turba.-
heterogénea de material vegetal parcialmente descompuesta y de materia mineral.
Su color va desde el amarillo al pardo o marrón oscuro, dependiendo de su edad geológica; contiene
hasta un 70% de humedad, siendo su poder calorífico bajo, del orden de 3000 Btu/lb (6980 kJ/kg).
Es el primer producto que se presenta en el proceso de formación del carbón y es una sustanciaLignito.-
el negro; su poder calorífico es siempre inferior a 8300 Btu/lb (19300 kJ/kg).
Los yacimientos de lignito son geológicamente jóvenes y en estos carbones se pueden reconocer algunos
residuos de materia vegetal; su contenido en humedad puede llegar al 30% y su contenido en materias
volátiles puede ser alto, por lo que los lignitos arden con mucha facilidad.
El lignito se seca cuando se expone al aire. Cuando está almacenado combustiona espontáneamente,
lo que es motivo de preocupación; su transporte a grandes distancias no es económico, a causa de su
elevado contenido en humedad y bajo en Btu.
Es un carbón blando de baja calidad; su gama de colores va desde el pardo (marrón) hastaCarbón subbituminoso.-
hinchamiento al calentarse y tiene un contenido de humedad relativamente alto, del 15
se seca, tiene tendencia a la combustión espontánea.
El carbón subbituminoso tiene un alto contenido en volátiles e igniciona (enciende y arde) con facilidad,
tiene menos ceniza y quema con más limpieza que los carbones de tipo lignito.
Los carbones subbituminosos de USA tienen, en general, muy poco S, casi siempre menos del 1%.
Debido a su poder calorífico superior, que oscila entre
Es negro, con poca textura vegetal; no es coquizable, pues sufre un pequeño÷ 30%; cuando8300 a 11500 Btu/lb
10306 a 26749 kJ/kg
, y a su bajo contenido en
S, el cambio desde otro carbón a uno subbituminoso constituye una opción muy atractiva para muchas
centrales termoeléctricas, con vistas a la limitación de las emisiones de SO
2.Carbón bituminoso.-
aspecto negro, con capas alternadas de negro brillante y mate; su poder calorífico está comprendido entre
Es el que se quema en mayor cantidad en las centrales termoeléctricas. Tiene10500 a 14000 Btu/lb
24423 a 36053 kJ/kg
y tiene un contenido de carbono fijo que oscila entre el 69 al 86%.
Su poder calorífico es más alto, y la humedad y volátiles más bajos que los que corresponden a los
subbituminosos y lignitos; su alto poder calorífico y su relativo alto contenido en volátiles, permiten que
estos carbones bituminosos ardan fácilmente cuando se atomizan hasta un polvo fino y rara vez experimentan
combustión espontánea durante su almacenamiento. Algunos tipos cuando se calientan en ausencia
de aire, se ablandan y desprenden volátiles, formando un producto negro y poroso (
utiliza en los hornos altos como combustible.
coque), que seIX.-278
Antracita.-
de capas. Es el carbón que tiene el más alto contenido en carbono fijo, que se suele situar entre el
86
la mayoría de las antracitas tienen un contenido muy bajo en humedad, que se sitúa en torno al 3%.
Su poder calorífico es del orden de 15000 Btu/lb (34890 kJ/kg), ligeramente inferior al correspondiente
a los carbones bituminosos; es de bajo contenido en S y ceniza y arde con llama caliente y limpia.
Es el carbón de más calidad, negro brillante, duro y frágil, con pocas o ninguna apariencia÷ 98%. Su bajo contenido en volátiles justifica que la antracita tenga siempre una combustión lenta;IX.3.- CARACTERIZACIÓN DE LOS CARBONES
El criterio para configurar la clasificación de carbones por porcentajes (calidad) se basa en su análisis
inmediato.
El análisis de carbones facilita información útil, como:
- La selección del carbón idóneo para una determinada instalación de generación de vapor
- La evaluación de los equipos necesarios para el sistema de manipulación y combustión
- El aporte de datos para el diseño de los equipos inherentes a la planta que utilice el carbón
El análisis consiste en una serie de determinaciones de acuerdo con unas normas concretas bien establecidas,
según métodos estandarizados ASTM, o ensayos especiales desarrollados por empresas particulares.
Análisis estándar ASTM.-
su contenido de humedad y ceniza, la composición determinada por un análisis inmediato hay que referirla
a una base referencial como alguna de las siguientes:
A consecuencia de la variación que presentan los distintos carbones ena) El como se recibe se refiere al porcentaje en peso, de los diversos componentes del carbón, tal y como llega al laboratorio
para su análisis; las muestras tal como se reciben contienen niveles de humedad muy diferentes entre sí
b) En el análisis sobre base seca se determina la humedad de la muestra; este valor se utiliza para corregir el porcentaje
de cada componente respecto a un nivel de humedad cero, es decir, sobre seco
c) La ceniza del carbón determinada en el análisis anterior no es la materia mineral contenida en el combustible, lo que
puede causar problemas cuando los carbones se clasifican por porcentajes, de conformidad con el sistema ASTM
Estas bases referenciales se utilizan para corregir los diversos valores del análisis inmediato, referidos
a una base de materia mineral, a fin de determinar la materia volátil, el carbono fijo y el poder calorífico.
Humedad
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.
Mediante un análisis convencional la humedad estructural no se puede diferenciar de la superficial.
Existen otros tipos de humedad para caracterizar un carbón, como: la de equilibrio, la de aire seco y
la libre.
.- El carbón que se recibe en una planta termoeléctrica tiene una gran variedad de contenidosHumedad de equilibrio.-
ASTM-D121 define la humedad total del carbón, como la pérdida en peso que experimenta
una muestra de este combustible, bajo condiciones específicas y mantenidas de temperatura, tiempo y
Se utiliza como una estimación de la humedad estructural. El método estandarizadoIX.-279
caudal de aire.
Si se utiliza la norma ASTM-D3302, la humedad total se calcula a partir de la pérdida o ganancia
en humedad, en una corriente de aire seco o con una humedad residual dada.
Humedad residual.-
la muestra previamente secada al aire.
Debido a que análisis posteriores (inmediato y elemental) se realizan sobre muestras secadas al aire,
el valor de la humedad residual resulta imprescindible para
Se determina mediante un secado complementario en horno, al que se someteconvertir
referir
los parámetros a base seca.
Cualquiera que sea la pérdida de humedad en el secado al aire, no hay que olvidar que se necesita
manipular y pulverizar muestras de carbón que se toman del sistema de alimentación de combustible a
la caldera.
Análisis inmediato.-
fijo y ceniza, según
el carbono fijo son los dos parámetros indicadores para la clasificación por porcentajes.
El contenido de materia volátil en el carbón indica la facilidad de ignición que tiene el combustible
analizado y pone de manifiesto la necesidad de un combustible suplementario, para conseguir la óptima
estabilización de la llama del combustible principal.
El contenido en ceniza (escoria y polvo) define la capacidad con la que debe operar el sistema para
su recogida y estimar el coste de su manipulación (transporte y almacenamiento).
Consiste en la determinación de los contenidos en materia volátil, carbonoASTM-D3172. En una muestra en la que la ceniza se ha excluido, la materia volátil yAnálisis elemental ASTM-D3176.-
como el cálculo del contenido en O
Cuando el análisis elemental se utiliza junto con el poder calorífico del carbón, es posible realizar
cálculos de combustión para determinar:
Incluye la determinación de los contenidos en C, H2, N2 y S, así2.- La cantidad de carbón en la alimentación
- El aire comburente necesario
- Los valores de la difusividad (liberación de calor)
- El rendimiento de la caldera
- La emisión de S de la planta
Azufre.-
ensayo ASTM-D4292, mediante el cual se determinan las cifras correspondientes a
Para determinar los estados en que se encuentra el S presente en un carbón, se utiliza elS-sulfato
S-pirítico
S-orgánico
que se
cumplimenta determinando el S-total, el S-sulfato y el S-pirítico, obteniéndose el S orgánico por la diferencia
entre el primero y la suma de los otros dos. La cantidad de S piritoso presente en un carbón es un
indicador de la abrasividad del combustible.
Poder calorífico superior del carbón
en Btu/lb (kJ/kg), referido a una determinada base (seca, seca y pura, etc.).
El valor encontrado determina la máxima energía del combustible teóricamente disponible para la
producción de vapor; dicho valor se utiliza para fijar la cantidad de combustible que se necesita manipular,
pulverizar y quemar en la planta.
El poder calorífico superior se define como el calor desprendido por la unidad de combustible, cuando
éste se quema y da productos finales en forma de ceniza, CO
forma de vapor.
El poder calorífico inferior se calcula a partir del superior y es el calor producido por la unidad de
.- Se obtiene en bomba calorimétrica adiabática y, se expresa2, SO2, N2 y agua líquida, o parcialmente enIX.-280
combustible, cuando la totalidad del agua presente en los productos finales está en forma de vapor.
El cálculo del poder calorífico inferior, conforme indica la ASTM-D407, se efectúa restando del superior
la cantidad de 1030 Btu/lb (2396 kJ/kg), que es el calor de disociación del vapor de agua.
Para los cálculos de combustión,
en USA se utiliza el poder calorífico superior
en Europa se utiliza el poder calorífico inferior
Grindabilidad.-
la facilidad con la que se puede moler y pulverizar un determinado carbón; para su evaluación se utiliza
el método de la norma ASME-D409, que implica la molienda de una muestra de 50 gramos de carbón,
secada al aire y tamizada en una malla de 16
durante un minuto un total de 60 revoluciones; tras la operación, se mide el carbón pulverizado que pasa
por un tamiz de 200 mesh (75
Mediante las curvas que correlacionan la cantidad de carbón que pasa por el tamiz 200 mesh y la
grindabilidad de muestras estandarizadas, suministradas por el Departamento de Energía de USA, se
determina el índice de Grindabilidad Hardgrove del carbón ensayado.
Algunos fabricantes de molinos de carbón han desarrollado correlaciones para los niveles de finura
deseados, que relacionan la grindabilidad Hardgrove y la capacidad del molino.
El ensayo de grindabilidad (triturabilidad) Hardgrove es una medida empírica de÷ 30 mesh, mediante un molino de pista y bolas, que giraμm).Índice de hinchamiento libre.-
ensayado; el índice se determina por el método ASTM-D720, que consiste en calentar una muestra
de 1 gramo de carbón, durante un tiempo especificado, a una temperatura determinada.
El producto de la muestra de carbón obtenida durante este ensayo de hinchamiento, se compara
con un juego de perfiles estandarizados; cuanto más extendido sea el perfil del producto obtenido en el
ensayo, tanto mayor será el nivel de hinchamiento libre.
En general, los carbones oxidados presentan índices de hinchamiento libre más bajos.
El índice de hinchamiento libre se puede usar como medida relativa de las propiedades coquizantes
y del grado de oxidación de un carbón.
Se emplea para indicar las características de coquización del carbónComposición de la ceniza.-
la generada por el carbón objeto de ensayo, obtenida y procesada con arreglo a la norma ASTM-D3174.
Los elementos presentes en la ceniza se determinan mediante análisis convencionales y se cuantifican
en forma de óxidos. Medidas por absorción atómica proporcionan el dióxido de silicio SiO
aluminio Al
El análisis de la ceniza:
El análisis elemental de la ceniza se realiza tomando una muestra de2, óxido de2O3, dióxido de titanio TiO2, óxido férrico Fe2O3, óxido de calcio CaO y óxido de potasio K2O.Facilita el cálculo de los índices de ensuciamiento y escorificación
Establece una relación: viscosidad escoria/temperatura
Temperatura de fusión de la ceniza.-
con la norma ASTM-D1857, se determina a partir de unos conos construidos con la ceniza a
ensayar que, una vez preparados, se calientan en unas condiciones bien determinadas. Las temperaturas
de fusión se determinan en atmósfera oxidante y en atmósfera reductora, y tienen que coincidir con
unas deformaciones o perfiles bien definidos adquiridos por los conos de ceniza
Las temperaturas de deformaciones (inicial, hemisférica, fusión) de los conos facilitan información
que permite establecer las características de la fusión de la ceniza de un carbón y que se utiliza para
clasificar la ceniza frente a una potencial escorificación.
La temperatura de fusión de la ceniza de los carbones, de conformidad(Ver cap XX).IX.4.- PERFIL DE LA COMBUSTIÓN
La técnica del perfil de la combustión predice las características de la combustión de combustibles;
IX.-281
esta tecnología y sus resultados se han aplicado a diversos combustibles líquidos y sólidos.
El ensayo utiliza una muestra de 300 mg de combustible sólido que se oxida bajo ciertas condiciones
especificadas; sus partículas son de tamaño inferior al que pasa por un tamiz de 60 mesh (250
calienta en una corriente de aire a razón de 27ºF/min (15ºC/min).
Se mide la variación del peso de la muestra en el ensayo continuamente; el perfil de la combustión
es la gráfica resultante de representar la velocidad de la pérdida de peso respecto a la temperatura del
hogar. Se ha comprobado experimentalmente que los carbones con similares perfiles de combustión tienen
también similares comportamientos en los grandes hogares de las plantas.
μm), y seFig IX.2.- Perfiles de combustión de carbón
Si se compara el perfil de la combustión de una muestra de un carbón desconocido, con el correspondiente
a una muestra de un carbón conocido, para el primero se puede predecir:
- El diseño del hogar
- El tiempo de residencia
- El exceso de aire
- El ajuste de los quemadores
La
de material combustible que hay en la muestra y la
una medida de la intensidad de la combustión.
El perfil de la combustión es útil para evaluar nuevos combustibles para calderas, como son los
subcoques (chars), los derivados del carbón y las basuras procesadas; la Fig IX.2 representa un conjunto
de perfiles de combustión pertenecientes a carbones de diversos porcentajes.
superficie que encierra la curva del perfil con el eje de temperaturas es proporcional a la cantidadaltura de dicha curva con relación al mismo eje esÍndice de abrasividad.-
molino (pulverizador); las partículas de cuarzo presentes en el carbón contribuyen de forma significativa
a la abrasividad del combustible.
Para determinar la cantidad de cuarzo presente en un carbón se quema la muestra de combustible,
se recoge la ceniza obtenida, se lava para eliminar todos los componentes solubles en ácidos y el residuo
se tamiza para separar las fracciones correspondientes a los diversos tamaños que lo componen. A continuación,
en cada una de las fracciones correspondientes a cada tamaño, se separa un lote que tenga
un total de 1000 partículas y, en cada uno de estos lotes, se determina el número de partículas de cuarzo
presentes, con ayuda de técnicas de microscopía; a partir de estos últimos datos, se calcula el valor
de la presencia de cuarzo, que constituye un indicador de la abrasividad del carbón ensayado.
Otro índice de abrasión se determina con un aparato mediante el cual se toma una muestra de carbón
calibrada y se coloca en contacto directo con cuatro probetas de ensayo metálicas acopladas a un
eje de rotación que gira un total de 12000 revoluciones a una velocidad de 24 rev/seg; tras este proceso
La abrasividad del carbón afecta a la vida de los elementos molturadores delIX.-282
se determina la perdida de peso sufrida por los testigos metálicos de ensayo y, a partir de ello, se calcula
el índice de abrasión para la muestra del carbón ensayada.
Índice de erosión.-
pulverizadas sobre las diversas líneas (tuberías o conductos) de combustible a los quemadores y a otros
componentes situados entre los molinos y los quemadores. En el ensayo de erosión se sumerge una probeta
en una corriente de carbón pulverizado; la pérdida de peso experimentada por la probeta indica la
erosividad del carbón que interviene en la prueba.
En las calderas, la erosión tiene lugar por el impacto de las partículas de carbónViscosidad de la escoria
en atmósfera oxidante y en atmósfera reductora, mediante un viscosímetro para alta temperatura. En
las aplicaciones de calderas que quemen este carbón, los datos obtenidos en las medidas de viscosidad de
la escoria se emplean para predecir el comportamiento del carbón original frente a su perfil de escorificación.
El resultado puede poner de manifiesto, por ejemplo, la conveniencia de utilizar hogares de ceniza
fundida y quemadores ciclón, para quemar el carbón ensayado.
.- La viscosidad de la escoria de un carbón se mide a varias temperaturas,IX.5.- PROPIEDADES Y TIPOS DE CARBONES
En la Tabla IX.6 se recogen las características básicas de una serie de carbones USA, que se identifican
por el Estado donde se ubican los yacimientos y por el porcentaje en el que se clasifican; se incluyen
los correspondientes análisis inmediato y elemental y, se explicita el poder calorífico superior de
cada uno de ellos. La Tabla IX.7 facilita una información similar a la precedente, de una serie de carbones
internacionales.
Combustibles derivados del carbón.-
y de los precios que imperan en el mercado, la demanda de carbón como combustible para centrales
termoeléctricas, es más que probable que continúe creciendo en el futuro.
También se puede contemplar una futura sustitución de los aceites de petróleo y del gas natural,
por combustibles derivados del carbón, como
Como consecuencia de los abundantes yacimientos existentes- Líquidos y gases carboquímicos
- Lechadas de carbón y subcoques (chars)
Actualmente se investigan métodos y técnicas para obtener combustibles derivados del carbón que
sean limpios y tengan una combustión eficiente.
Coque.-
volatilizan y los hidrocarburos más pesados pirolizan, es decir, se rompen molecularmente, liberando
gases y breas, y dejando un residuo carbonoso que contiene la ceniza y algo del S que había en el carbón
original, lo que se conoce como coque. El contenido en S y ceniza del coque depende del que tenía el carbón
original y del proceso de coquización que se haya empleado.
La utilización más importantes del coque se encuentra en la industria siderúrgica, para la producción
de arrabio en los hornos altos y para la carga de los cubilotes; como arde prácticamente sin generar
humo, se utiliza en calefacción.
El coque en polvo, de tamaño inferior al correspondiente a la malla 0,625" mesh (15,875 mm) no
sirve para la carga de los hornos altos y se aprovecha, frecuentemente, para la generación de vapor; en
la Tabla IX.8 se muestra un análisis típico de coque en polvo.
Una parte de las breas producidas en los distintos procesos de coquización se queman en equipos similares
a los que se emplean para quemar los aceites pesados del petróleo.
Cuando el carbón se calienta en ausencia o con defecto de aire, los componentes más ligerosIX.-283
Tabla IX.6.- Análisis de algunos carbones USA
Bituminoso Bituminoso Bituminoso Sub-
Pittsburg 8 Illinois 6 UpperFreeport bituminoso Lignito Lignito Lignito Lignito
ESTADO Antracita Volát. altos Volát. altos Volát. medios Decker N. Dakota Hallsville Bryan S.Miguel
Pa. o Ill. Illinois Pennsylvania Montana Texas Texas Texas
Análisis inmediato, %
Humedad 7,7 5,3 17,6 2,2 23,4 33,3 37,7 34,1 14,2
Volátiles/seco 6,4 40,2 44,2 28,1 40,8 43,6 45,2 31,5 21,2
C fijo / seco 83,1 50,7 45 58,5 54 45,3 44,4 18,1 10
Ceniza / seco 10,5 9,1 10,8 13,4 5,2 11,1 10,4 50,4 68,8
Poder calorífico, Btu/lb
Como se recibe 11800 12540 10300 12970 9540 7090 7080 3930 2740
Seco 12880 13230 12500 13260 12450 10630 11360 5960 3200
Puro 14390 14550 14010 15320 13130 11960 12680 12020 10260
Análisis elemental, %
Carbono 83,7 74 69 74,9 72 63,3 66,3 33,8 18,4
Hidrógeno 1,9 5,1 4,9 4,7 5 4,5 4,9 3,3 2,3
Nitrógeno 0,9 1,6 1 1,27 0,95 1 1 0,4 0,29
Azufre 0,7 2,3 4,3 0,76 0,44 1,1 1,2 1 1,2
Ceniza 10,5 9,1 10,8 13,4 5,2 11,1 10,4 50,4 68,8
Oxígeno 2,3 7 10 4,97 16,41 19 16,2 11,1 9,01
Análisis de ceniza, %
51 50,58 41,68 59,6 23,77 29,8 23,32 62,4 66,85
34 24,62 20 27,42 15,79 10 13 21,5 23,62
3,5 17,16 19 4,67 6,41 9 22 3 1,18
2,4 1,1 0,8 1,34 1,08 0,4 0,8 0,5 1,46
CaO 0,6 1,13 8 0,62 21,85 19 22 3 1,76
MgO 0,3 0,62 0,8 0,75 3,11 5 5 1,2 0,42
0,74 0,39 1,62 0,42 6,2 5,8 1,05 0,59 1,67
2,65 1,99 1,63 2,47 0,57 0,49 0,27 0,92 1,57
- 0,39 - 0,42 0,99 - - - -
1,38 1,11 4,41 0,99 18,85 20,85 9,08 3,5 1,32
SiO
2Al
2O3Fe
2O3TiO
2Na
K
P
2O2O2O5SO
3Temperaturas de fusión de la ceniza
, ºFBituminoso Bituminoso Bituminoso Subbitum. Lignito Lignito Lignito Lignito
Pittsburg 8 Illinois 6 Pennsylvania Decker Hallsville Bryan S.Miguel
Volát. altos Volát. altos Volát. medios Montana N. Dakota Texas Texas Texas
Deformación inicial
2220 2560 1930 2140 2750 2750 2120 2420 2030 2160 2000 2210 2370 2470 2730 2750Fluidificación esférica
2440 2640 2040 2330 2750 2750 2250 2470 2130 2190 2060 2250 2580 2670 2750 2750Fluidificación hemisférica
2470 2650 2470 2400 2750 2750 2270 2490 2170 2220 2090 2280 2690 2760 2750 2750Fluidificación 0,0625"
2570 2670 2570 2600 2750 2750 2310 2510 2210 2280 2220 2350 2900 2900 2750 2750Fluidificación Flat
2750 2750 2750 2700 2750 2750 2380 2750 2300 2300 2330 2400 2900 2900 2750 2750Subcoque y líquidos.-
ligera y en los mercados comerciales, se ha desarrollado otro proceso de coquización, que se conoce
como gasificación reducida o gasificación ligera, que es una modificación del proceso de la gasificación estándar,
en la que el carbón se calienta en ausencia de oxígeno a presión atmosférica y a temperatura relativamente
baja, inferior a 1300ºF (704ºC), condiciones que son inferiores a las correspondientes a la
gasificación convencional, efectuada en atmósfera de aire o de oxígeno y a una temperatura aproximada
de 2000ºF (1076ºC).
La gasificación reducida da lugar a:
Con vistas a la utilización del carbón en el sector del transporte, en la industria- Un gas, que puede ser sustitutivo del gas natural
- Un líquido, que tiene propiedades similares a las del gasóleo nº 2
- Un sólido, parecido al coque, denominado subcoque o (char)
El subcoque se puede pulverizar y mezclar con un producto líquido, para formar una lechada que se
IX.-284
puede utilizar como combustible en calderas de generación de vapor. Las suaves condiciones operativas
correspondientes al proceso de gasificación reducida, dan lugar a la formación de la lechada que tiene:
- Una alta relación hidrógeno/carbono, lo que facilita la ignición y combustión estable
- Una notable fluidez y poco S, en comparación con el contenido del carbón original
Aunque el subcoque (char) tiene menor contenido en materias volátiles y es algo más difícil de encender
que el carbón original, su comportamiento frente a la combustión es similar. La gasificación ligera
enriquece el subcoque en ceniza y rebaja su poder calorífico entre un 5
original. La Tabla IX.9 facilita el análisis de varios subcoques producidos por gasificación reducida
sobre carbones de Illinois (USA).
÷ 10%, con respecto al del carbónCombustibles gaseosos.-
como subproductos de procesos carboquímicos o como productos específicos de procesos de gasificación.
La Tabla IX.10 presenta una relación de análisis de estos gases, que han venido sustituyendo
con bastante profusión al gas natural y a diversos aceites del petróleo. La tendencia precedente se puede
invertir, debido al perfeccionamiento que se va logrando en el proceso de gasificación del carbón y por
el creciente uso del carbón en la industria química y en el sector de los combustibles líquidos.
Hay una serie de combustibles gaseosos que se obtienen a partir del carbón,Tabla IX.7.- Propiedades de algunos carbones internacionales
Procedencia AUSTRALIA CHINA FRANCIA SUDÁFRICA INDONESIA COREA ESPAÑA
Análisis elemental, %
Carbono 56,6 62,67 74,6 69,7 56,53 68,46 37,02
Hidrógeno 3,5 3,86 4,86 4,5 4,13 0,9 2,75
Nitrógeno 1,22 0,83 1,39 1,6 0,88 0,2 0,88
Azufre 0,35 0,46 0,79 0,7 0,21 2,09 7,46
Ceniza 24 4,71 8,13 10,1 1,77 23,48 38,69
Oxígeno 7,43 10,34 9,42 9,1 12,58 4,38 11,39
Análisis inmediato, %
Humedad 6,9 17,13 0,8 4,3 23,9 0,5 1,8
Volátiles/seco 24,8 30,92 36,11 35,3 45,57 7,46 45,27
C fijo/seco 44,3 47,24 54,96 50,3 28,76 68,56 14,24
Ceniza/seco 24 4,71 8,13 10,1 1,77 23,48 38,69
Poder calorífico superior
Btu/lb 9660 10740 13144 12170 9840 9443 6098
Análisis de ceniza, %
57,9 22,7 44,6 44,7 71,37 55 14,5
32,8 9 29,9 32,7 13,32 17 8,2
6,2 15,68 13,1 4,6 7 12,5 2,7
1 0,43 0,6 1,2 0,57 1,4 0,3
CaO 0,6 28,88 - 5,7 2,88 0,1 45
MgO 0,8 2 3,5 1,3 0,53 0,1 1,2
0,1 0,7 3,1 0,1 0,34 0,1 0,1
0,5 0,46 - 0,3 0,24 3,1 0,4
- 0,09 - 2,2 0,16 - -
0,8 20,23 2,8 4,6 3,9 - -
Temperatura fusión (reductora/oxidante) de ceniza, ºF
Deformación inicial 2740 2750 2200 2220 2190 2300 2620
Ablandamiento 2750 2750 2240 2270 2310 2500 2750
Ablandam. hemisférico 2750 2750 2250 2280 - - 2750
Fluidificación 0,0625 ln 2750 2750 2280 2290 2670 2820 2750
Fluidificación Flat 2750 2750 2340 2320 - - 2750
SiO
2Al
2O3Fe
2O3K
P
2O2O5SO
3T iO
2Na
2OIX.-285
Tabla IX.8.- Análisis de bagazo y de menudo de coque
ANÁLISIS
como se quema, % en peso BAGAZO MENUDO DE COQUE
Análisis inmediato
Humedad 52 7,3
Materias volátiles 40,2 2,3
Carbono fijo 6,1 79,4
Ceniza 1,7 11
Análisis elemental
Hidrógeno 2,8 0,3
Carbono 23,4 80
Azufre Trazas 0,6 -
Nitrógeno 0,1 0,3
Oxígeno 20 0,5
Humedad 52 7,3
Ceniza 1,7 11
Poder calorífico
Btu/lb 4000 11670
kJ/kg 9304 27144
Tabla IX.9.- Análisis de subcoques (chars) de carbón de Illinois, USA, %
Carbón de Illinois SUBCOQUE, 1 SUBCOQUE, 2 SUBCOQUE, 3
Análisis inmediato
Agua 3,5 2,4 3,8 2,4
Volátiles 35,1 21,6 115,6 12,1
Carbono fijo 53,1 65,7 69,4 73,2
Ceniza 8,3 10,2 11,1 12,3
Poder calorífico
Btu/lb 12935 12662 12534 12446
kJ/kg 13647 13359 13224 13131
Análisis elemental
Carbono 72 75,6 76,6 77,5
Hidrógeno 5,3 3,7 3,1 2,5
Nitrógeno 1,7 1,8 1,7 1,8
Azufre 2,2 1,8 1,8 1,8
Oxígeno 10,5 69 5,6 4,2
Tabla IX.10.- Análisis de combustibles gaseosos derivados del carbón
Batería coque Horno alto Agua carburada Pobre gasógeno
ANÁLISIS Nº 1 2 3 4
Análisis, % en volumen
Hidrógeno 47,9 2,4 34 14
Metano 33,9 0,1 15,5 3
Etileno 5,2 - 4,7 -
Monóxido carbono 6,1 23,3 32 27
Dióxido carbono 2,6 14,4 4,3 4,5
Nitrógeno 3,7 56,4 6,5 50,9
Oxígeno 0,6 - 0,7 0,6
Benceno - - 2,3 -
Agua - 3,4 - -
Densidad relativa
Con respecto al aire 0,413 1,015 0,666 0,857
Poder calorífico superior
590 - 534 163
21983 - 19986 6073
- 83,8 - -
- 3122 - -
Btu/ft
kJ/m
Btu/ft
kJ/m
3 a 60ºF y 30"Hg3 a 16ºC y 102 kPa3 a 80ºF y 30"Hg3 a 26ºC y 102 kPaIX.-286
Gas de batería de coque.-
gases, de los que se recuperan algunos productos interesantes como el sulfato amónico, aceites y breas.
La porción no condensable de estos gases es el gas de batería de coque, cuya composición depende de la
naturaleza del carbón base y del proceso utilizado para la coquización.
Una parte del S que se encuentra en el carbón original puede estar presente en el gas de batería de
coque, en forma de sulfuro de hidrógeno y de bisulfuro de carbono, aunque estos compuestos se pueden
eliminar con relativa facilidad mediante el oportuno lavado.
El gas de batería de coque contiene otras impurezas que se depositan en las líneas de conducción y
en los quemadores; este gas arde fácilmente a causa de su alto contenido en hidrógeno y presenta pocos
problemas cuando se emplea como combustible en generadores de vapor.
En el proceso de coquización, una gran parte del carbón se convierte enGas de horno alto.-
en motores de gas y en generadores de vapor; en este último caso, los sedimentos firmemente adheridos
en las diversas superficies termointercambiadoras de la caldera, pueden requerir limpieza. El gas de
horno alto es de calidad variable, tiene un alto contenido en CO y escaso poder calorífico.
El gas que sale de los hornos altos se emplea en otros hornos de la propia acería,Gas de agua.-
carbono del coque se combina con el vapor de agua para formar H
que el lecho se refrigera en el proceso. A veces el gas de agua se enriquece con aceite, haciendo pasar el
gas a través de un calentador regenerativo, formado por ladrillos calientes convenientemente rociados
con aceite; a consecuencia del calentamiento, el aceite se fractura molecularmente (craquiza) y produce
gas. Para enriquecer el gas de agua se utiliza gas de refinería, que se mezcla con el vapor que produce el
gas de agua, pasando esta mezcla a través del lecho de coque.
Alternativamente, el gas de refinería se puede mezclar directamente con el gas de agua.
El gas enriquecido por cualquiera de estos métodos, se denomina gas carburado de agua; en muchos
lugares, el gas carburado ha sustituido al gas natural.
El gas de agua se produce al circular vapor a través de un lecho caliente de coque. El2 y CO, reacción endotérmica, por loGas pobre o gas de gasógeno.-
cantidad de humedad, se obtiene un producto que se denomina gas pobre o gas de gasógeno que,
una vez eliminados los compuestos de S y de ceniza arrastrada, se usa en el lugar de su producción debido
a su bajo poder calorífico.
Cuando se quema carbón o coque con defecto de aire o con una determinadaGases subproductos de la gasificación.-
fuente de gases sintéticos, del tipo del gas natural. El gas procedente de una gasificación de carbón realizada
con
caso de que se haya utilizado aire como fuente del oxígeno comburente, este gas estará diluido con nitrógeno.
Aunque las reacciones químicas desarrolladas en un proceso de gasificación son complejas y numerosas,
normalmente se destaca la reacción entre el vapor y el carbono, para producir H
Parte del CH
pesados presentes en el carbón.
El CO
del gas subproducto se modifica por la reacción entre el CO y el vapor, produciéndose H
Los productos de la gasificación del carbón se clasifican en tres categorías de gases de poder calorífico
bajo, intermedio y alto:
Los procesos de gasificación de carbones constituyen unavapor+oxígeno se compone de H2, CO, CH4, CO2 y vapor de agua que no ha reaccionado; en2 y CO.4 se produce por la reacción del C con el H2 y por la descomposición térmica de los hidrocarburos2 y el calor que requiere el proceso proceden de la reacción del C con el O2; la composición final2 y CO2.IX.-287
- El gas de poder calorífico bajo, entre
100 a 200 Btu/ft
3,9 a 7,9 MJ/m
3N3N
, se produce por la gasificación con aire; este gas se emplea
como combustible en calderas, o para alimentar una turbina de gas, pero siempre utilizado a pie de la planta gasificadora
- El gas de poder calorífico intermedio, entre
300 a 450 Btu/ft
11,8 a 17 ,7 MJ/m
3N3N
, se produce por la gasificación con oxígeno o por
otro proceso que dé lugar a un producto que esté exento de nitrógeno
- El gas de poder calorífico alto, superior a los
900 Btu/ft
35,4 MJ/m
3 N3N
, se utiliza como sustitutivo del gas natural; se obtiene
por el mismo proceso de gasificación que el intermedio y, posteriormente, se mejora con metano
Combustible mezcla carbón y agua.-
de SO
emisiones; una de estas tecnologías se ocupa de la limpieza y depuración del carbón, previo a su combustión,
con el fin de conseguir la eliminación del S y de la materia mineral, presentes en el carbón.
Con el fin de alcanzar el nivel de limpieza requerido para poder cumplimentar los requisitos sobre
emisiones de S, hay que alterar el estado sólido en que se encuentra el carbón; los procesos de limpieza
avanzados que utilizan agua como medio, implican la molienda del carbón hasta un tamaño fino de partículas,
para conseguir la liberación del S piritoso y otros minerales.
El producto fino que constituye el carbón limpio:
La preocupación medioambiental relacionada con las emisiones2 y de partículas sólidas, ha promovido el desarrollo de tecnologías tendentes a evitar esas- Se puede secar y aglomerar para su posterior utilización
- Puede formar una lechada de carbón+agua, que se manipula como un aceite pesado (fuelóleo), que a temperatura ambiente
tiene una viscosidad de unos 1000 centipoises
Las lechadas son suspensiones estables, por lo que las partículas de carbón no se depositan y, por
tanto, se pueden transportar y almacenar durante varias semanas, sin necesidad de agitación. Su fluidez
y estabilidad dependen de la distribución de tamaños que tengan el conjunto de las partículas de carbón
y los aditivos empleados.
Para mantener una baja viscosidad en la lechada, es preciso que las partículas de carbón permanezcan
separadas entre sí, con ayuda de una capa intermedia lubricante. La viscosidad de la lechada y
las características de su flujo afectan a la calidad de su atomización.
Cuando el combustible mezcla se encuentra almacenado, para lograr la adecuada estabilidad es necesario
que haya una red de cadenas largas de enlace
que las partículas depositen.
Aunque la lechada de
y queme como un fuelóleo, arde de forma diferente al fuelóleo, por lo que los quemadores requeridos
para la lechada tienen un diseño especial. La variación de las propiedades de la lechada afecta a las características
operativas del quemador, aunque se haya diseñado adecuadamente.
El carbón original que se ha utilizado para producir la lechada
en la estabilidad de la ignición y en las necesidades de aire caliente, que disminuyen con el contenido en
materias volátiles.
El
partícula-partícula, identificada como gel, que impidecarbón +agua se produzca con un carbón finamente pulverizado y se manipulecarbón +agua, puede influir tambiéntamaño de las partículas de carbón que se encuentran en suspensión
contenido de agua de la lechada
, afecta a la combustión del carbono,
como consecuencia de la alteración del tiempo de residencia en el quemador.
IX.6.- FUELÓLEOS
A lo largo de millones de años, los ríos transportaron lodos, arena (formando rocas sedimentarias),
y pequeños organismos marinos (material orgánico) que se fueron depositando y enterrando en el fango.
IX.-288
En el transcurso del tiempo, en un medio sin aire y a alta presión, el material orgánico que contenía carbono
e hidrógeno se convirtió en moléculas hidrocarburadas de aceite (petróleo); a consecuencia de la porosidad
de las rocas sedimentarias, el aceite fluyó y se acumuló en unos recintos estancos en los que
quedó concentrado, fenomenología que ha ayudado a su recuperación como aceite crudo.
El consumo de aceite mineral (fuelóleo) como combustible para la generación de vapor en centrales
termoeléctricas, es del orden de un 3%. En comparación con el carbón, el fuelóleo es fácil de manipular y
quemar y tiene menos ceniza que manejar.
En la mayoría de los quemadores de aceite (mecheros), el fuelóleo se atomiza y mezcla con el aire
comburente, teniendo en este estado propiedades parecidas a las del gas natural.
A consecuencia de su coste relativamente bajo, el fuelóleo nº 6 se utiliza para la generación de vapor,
pudiéndose considerar como un subproducto del proceso de refino del petróleo. El contenido en ceniza
de un fuelóleo cualquiera, está entre el 0,01%
carbón; a pesar de este contenido bajo en ceniza, la utilización del fuelóleo puede presentar serios
problemas de operación, por la presencia de algunos elementos como son los compuestos de Va, Na y S.
÷ 0,5%, que es muy bajo en comparación con la de cualquierCaracterísticas del fuelóleo.-
volátiles que la gasolina; se sitúan en un amplio campo que comprende:
Los fuelóleos engloban todos los productos petrolíferos que son menos- Desde los aceites ligeros, apropiados para su utilización en motores de combustión interna y turbinas de gas
- Hasta los aceites pesados, que tienen que calentarse para su adecuada manipulación y uso, siendo los más pesados los
adecuados para las calderas de generación de vapor
Las especificaciones ASTM, sobre características de los petróleos, se resumen en la Tabla IX.11.
Los fuelóleos se suelen dividir en dos grandes grupos:
destilados
residuales
Los
ni ceniza y tienen una viscosidad relativamente baja; agrupan los grados nº 1 y nº 2 de la especificación
ASTM-D396. Aunque el nº 2 se utiliza en la generación de vapor como combustible de alta calidad,
se presta mejor a las aplicaciones en que pesan más los costes de limpieza y manipulación. Como ejemplos
típicos de utilización están las aplicaciones domésticas e industriales de calentamiento, en las para
minimizar los costes de su consumo, son importantes los bajos contenidos en ceniza y S.
destilados vaporizan en la operación de refino del petróleo; son fuelóleos limpios, sin sedimentosTabla IX.11.- Propiedades del combustible “carbón + agua”
Tipos A B C D E
Sólidos, % 75,3 69,3 60,4 69,9 74
Viscosidad, cP a 0,01 s 1955 1575 1550 510 520
Poder calorífico superior
Como se recibe, Btu/lb 10730 9910 10180 10180 11380
Como se recibe, kJ/kg 24958 23051 23679 23679 26470
Sobre seco, Btu/lb 14250 14300 14670 14560 15190
Sobre seco, kJ/kg 33146 33262 34122 33867 35442
Volátiles, % como se recibe 24,7 26,5 24,8 22,9 28
Volátiles, % sobre seco 32,8 38,2 35,7 32,7 37,4
Ceniza, % sobre seco 7,9 6,3 5,9 6,9 2,8
Azufre, % sobre seco 0,84 0,87 0,81 0,77 0,91
70 78 63 78 73
59 44 67 48 53
7 9 15 8 11
PH 8,6 7,6 7,3 8,1 6
1,23 1,22 1,2 1,23 1,23
<
200 mesh (75 μm)D iámetro medio masa
D iámetro Sauter
D ensidad
, μm, μm, gr/cm3IX.-289
Tabla IX.12.- Especificación estándar para aceites combustibles
Nº 1: Aceite destilado para quemadores con cámara tipo gran volatilidad y para otros quemadores que requieren este grado de aceite
Nº 2: Aceite destilado de caldeo doméstico general, para uso en quemadores que no requieren el nº 1
Nº 4: No requiere precalentamiento para manipulación o quemado
Nº 5 (ligero): Puede requerir precalentamiento, según clima y equipo
Nº 5 (pesado): Puede requerir precalentamiento para su combustión y, en clima frío, también para su manipulación
Nº 6: Requiere precalentamiento para su manipulación y combustión
Grado Temperatura Temperatura Agua + Carbono en
aceite desgasificación congelación sedimento 10 % Ceniza Temperat. destilación, ºF (ºC)
combinado ºF (ºC) ºF (ºC) % vol. residuos % peso Punto10% Punto 90%
COMB. Mín. Máx. Máx. Máx. Máx. Máx. Mín. Máx.
Nº 1 100ºF 0ºF Trazas 0,15 420ºF 550ºF
(38ºC) (-32ºC) (215ºC) (288ºC)
Nº 2 100ºF 20ºF c 0,1 0,35 d 540ºF c 640ºF
(38ºC) (-7ºC) (282ºC) (338ºC)
Nº 4 130ºF 20ºF 0,5 0,1
(55ºC) (-7ºC)
Nº 5 130ºF 1 0,1
ligero (55ºC)
Nº 5 130ºF 1 0,1
pesado (55ºC)
Nº6 150ºF 2 g
(65º)
Grado aceite Saybold Viscosidad cinemática, cS Densidad Corrosión
combinado a 100 ºF (38ºC) a 122ºF (50ºC) a 100 ºF (38ºC) a 122ºF (50ºC) ºAPI cobre
COMB. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx.
Nº 1 1,4 2,2 35 nº 3
Nº 2 32,6 f 37,9 2 c 3,6 30
Nº 4 45 125 5,8 26,4
Nº 5 150 300 32 65
ligero
Nº 5 350 750 23 40 75 162 42 81
pesado 368
Nº6 900 9000 45 300 92
En generadores de vapor, la utilización del nº 2 se limita a las operaciones de puesta en servicio o
como combustible de apoyo.
Los
inorgánicos que estaban presenten en el aceite crudo; son negros y de alta viscosidad, requiriendo
un calentamiento para su adecuada manipulación y combustión.
Los fuelóleos correspondientes a los grados nº 4 y nº 5 son menos viscosos y, por tanto, más fáciles
de manejar y quemar que el nº 6.
Según sea el crudo original que se haya utilizado, el fuelóleo nº 4 puede ser, incluso, una mezcla de:
residuales no se vaporizan mediante calentamiento; teóricamente contienen todos los constituyentes- Aceites residuales
- Fracciones destiladas mucho más ligeras
El fuelóleo nº 5 requiere calentamiento, pero depende del equipo de combustión y de la temperatura
ambiente.
El fuelóleo nº 6 requiere siempre calentamiento, en su manipulación y combustión.
Análisis de fuelóleos.-
parámetros:
Un análisis normal de fuelóleo contiene una información que cubre los siguientes- Análisis elemental
- Densidad API
- Poder calorífico
- Viscosidad
IX.-290
- Punto de congelación
- Punto de desgasificación
- Agua y sedimentos
Análisis elemental.-
análisis indica los contenidos en S, H
El contenido de S en el aceite es un indicativo de la intensidad de la corrosión; durante el proceso de
combustión el S pasa al estado de óxido que puede reaccionar con
El análisis elemental de un fuelóleo es similar al de un carbón; el resultado del2, C, N2, O2 y ceniza, Tabla IX.13.el vapor de agua
otros componentes de la ceniza
, formando
ácidos corrosivos
incrustaciones de sulfato potásico
, en las calderas.
El Va también se puede combinar con los óxidos de S y producir productos corrosivos, que se potencian
con la presencia de otros elementos, como el Na.
Tabla IX.13.- Análisis elemental de algunos aceites combustibles
Grado del aceite nº1 nº2 nº3 nº5 nº6
Composición, % en peso
Azufre 0,01 a 0,5 0,05 a 0,1 0,2 a 2,0 0,5 a 3,0 0,7 a 3,5
Hidrógeno 13,1 a 14,1 11,8 a 13,9 10,6 a 13,0 10,5 a 12,0 9,5 a 12,0
Carbono 85,9 a 86,7 86,1 a 88,2 86,5 a 89,2 86,5 a 89,2 86,5 a 90,2
Nitrógeno 0 a 0,1 0 a 0,1 - - -
Oxígeno - - - - -
Ceniza - - 0 a 0,1 0 a 0,1 0 a 0,5
Densidad
ºAPI 40 a 44 28 a 40 15 a 30 14 a 22 7 a 22
Relativa 0,825 a 0,806 0,887 a 0,825 0,966 a 0,876 0,973 a 0,922 1,922 a 0,922
lb/gal 6,87 a 6,71 7,39 a 6,87 8,04 a 7,30 8,10 a 7,68 8,51 a 7,68
Punto de congelación
ºF ±0 a -50 ±0 a -40 -10 a +50 -10 a +80 +15 a +85
Viscosidad
cS a 100ºF 1,4 a 2,2 1,9 a 3,0 10,5 a 65 65 a 200 260 a 750
sSU a 100ºF - 32 a 38 60 a 300 - -
sSU a 122ºF - - - 20 a 40 45 a 300
Poder calorífico bruto (calculado)
Btu/lb 19.570 a 19.860 19.170 a 19.750 18.280 a 19.400 18.100 a 19.020 17.410 a 18.990
Agua + sedimento, % vol - 0 a 0,1 Trazas a 1,0 0,05 a 1,0 0,05 a 2,0
Densidad API.-
una escala de densidades en ºAPI (American Petroleum Institute).
La densidad relativa para líquidos, se define como la relación entre el peso de un volumen del producto
a una temperatura dada (60ºF) y del mismo volumen de agua a idéntica temperatura (60ºF). La
correlación entre la densidad en ºAPI y la densidad relativa responde a la ecuación:
Para cuantificar la densidad relativa de un aceite, la industria del petróleo emplea€
°
API =141,5
densidad
- 131,5
relativa 60/60°F (16/16°C )en la que se observa que los fuelóleos más pesados y, por tanto, de más alta densidad relativa, tienen un
menor índice de
ºAPI.Viscosidad.-
numerosas escalas de viscosidad, las más utilizadas son:
La viscosidad de un líquido es la medida de su resistencia interna al flujo; aunque hay- Segundo Saybold Universal (sSU)
- Segundo Saybold Furol (sSF)
IX.-291
- Viscosidad absoluta (centipoise)
- Viscosidad cinemática (centistoke)
La viscosidad cinemática es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad:
Viscosidad cinemática
centistoke=Viscosidad absoluta
centipoiseDensidad
Poder calorífico.-
de la unidad de combustible; al igual que para el carbón, hay dos poderes caloríficos, el superior y
el inferior.
En el cálculo de la
El poder calorífico de un combustible líquido indica el calor desprendido por la combustiónPcal.sup. se supone que todo el vapor de agua formado por la combustión del H2constituyente, está condensado y enfriado hasta su temperatura inicial, por lo que el calor de vaporización
del agua obtenida está incluido en el poder calorífico superior.
Para la
Pcal.inf. se asume que el vapor de agua no condensa ni enfría.Punto de congelación.-
estandarizadas.
Se define como la temperatura más baja a la que el líquido fluye en condicionesPunto de gasificación.-
que se desprendan (gasifiquen), pero que no ardan continuamente cuando ignicionen.
Para determinar el punto de gasificación se pueden emplear:
Es la temperatura a la que se debe calentar el líquido para que produzca vapores- El aparato de copa cerrada o Pensky-Martens
- El aparato de copa abierta o Cleveland
El de copa cerrada indica puntos de gasificación más bajos, porque retiene vapores ligeros que se
pierden en el de copa abierta.
Agua y sedimentos.-
el aceite líquido. El sedimento consiste en un conjunto de compuestos de Ca, Na, Mg y Fe; en el fuelóleo
pesado, el sedimento puede incluir también C.
El nivel de agua y sedimentos es una medida de los contaminantes que hay en- El análisis elemental determina el aire teórico necesario para la combustión completa y, por tanto, influye en el tamaño
de la garganta de los quemadores
- Del análisis elemental se obtiene la relación
C
H
2que es un índice de la facilidad conque arde el combustible e indica el
nivel de emisiones de partículas de C; una relación que exceda de 7,5, normalmente da una combustión problemática
La consideración de los porcentajes en N
las emisiones de NO
análisis de los componentes de la ceniza, y su magnitud, muestran la tendencia al ensuciamiento y corrosión.
Para el diseño de una caldera, se requiere siempre información adicional, como:
2 y S, junto con el poder calorífico superior, permite estimarx y SO2. El porcentaje de ceniza interviene en la emisión de partículas sólidas; el- C residual
- Asfaltenos
- Análisis espectrográfico de ceniza
- Perfil de la combustión
- Curva de destilación
Propiedades de los fuelóleos.-
relación con algunas características de una serie de fuelóleos y en la Fig IX.3 se representa la correlación
entre el poder calorífico y la densidad en
El poder calorífico de los fuelóleos se correlaciona bastante bien con su correspondiente densidad re-
En la Tabla IX.13 se presentan diversos resultados analíticos enºAPI de varios fuelóleos.IX.-292
lativa. Una buena estimación del poder calorífico de un fuelóleo se obtiene mediante la corrección del poder
calorífico superior, a partir de la información deducida de la Fig IX.3, con la siguiente formulación:
P
cal supaparente=
P
100
cal sup { 100 − ( A + M + S)}+ 40,5 S , en la que:A es el % de ceniza, en peso
M es el % de agua, en peso
S es el % de azufre, en peso
Los porcentajes de volumen de agua y sedimento, se pueden intercambiar, sin error apreciable, por
sus respectivos porcentajes en peso. En la Fig IX.4 se presentan los factores de corrección, para que los
volúmenes referidos a otras temperaturas se puedan convertir a volúmenes referidos a las condiciones
de referencia; esta corrección depende de la densidad en
se diseñan, normalmente, para la máxima viscosidad del aceite. Si se conoce la viscosidad de un
aceite pesado para dos temperaturas, se puede predecir con exactitud su viscosidad a cualquier otra
temperatura, entrando con estos valores en el diagrama ASTM que se representa en la Fig IX.5.
La correlación entre viscosidad y temperatura de aceites ligeros se deduce del diagrama ASTM; en
este caso, sólo se precisa la viscosidad a una temperatura determinada.
ºAPI. Los equipos de manipulación y combustión- En ordenadas se marca la viscosidad sSU a 100ºF, que es la temperatura estándar de ensayo para un aceite dado
- Desde el punto anterior se desplaza horizontalmente hasta cortar a la línea vertical correspondiente a la abscisa de la
escala horizontal de 100ºF
Fig IX.3.- Correlaciones de la densidad y del calor de combustión para diversos aceites
Fig IX.4.- Factores de corrección para el volumen de aceites en función de la temperatura
IX.-293
- Por esta intersección se sigue paralelamente a las líneas diagonales, hasta la línea horizontal que pasa por la viscosidad
en ordenadas que requiera la atomización
- La temperatura para lograr la viscosidad deseada se puede leer como abscisa en la escala inferior correspondiente a
este último punto de intersección
Por ejemplo, la viscosidad de un aceite ligero a una temperatura dada (dentro del grado nº 2) se encuentra
trazando una línea paralela a las que limitan el porcentaje nº 2, por el punto conocido de viscosidad
y temperatura.
Fig IX.5.- Viscosidad aproximada de aceites combustibles a varias temperaturas
IX.7.- GAS NATURAL
El gas natural se encuentra en las rocas porosas de la corteza terrestre. Las centrales termoeléctricas
consumen una cantidad de gas natural relativamente pequeña, pero se ha convertido en un combustible
muy empleado para la generación de vapor industrial.
El principal componente del gas natural es el metano; los demás componentes, considerados secundarios
son: el etano, el propano y el butano, así como hidrocarburos de la serie pentano a decano; también
pueden estar presentes otros gases, como el CO
El gas natural se suele clasificar mediante las siguientes denominaciones:
2, N2, He y sulfuro de hidrógeno H2S.- Gas simple, si su contenido es fundamentalmente metano
- Gas mezcla, si tiene apreciables cantidades (5
- Gas agrio, o gas sulfuroso, si contiene sulfuro de hidrógeno H
- Gas dulce, si contiene poco o nada de H
÷ 10%C) en hidrocarburos más altos que el metano2S2SEl gas natural se considera como el combustible más interesante para la generación de vapor, incluso
por delante de todos los combustibles líquidos. Se suele abastecer por tubería hasta el consumidor,
de modo que se elimina la necesidad de su almacenamiento. El gas natural carece de ceniza y se mezcla
fácilmente con el aire, de modo que su combustión es completa y exenta de humos.
Aunque su contenido total de H
facilidad que algunos gases que tienen un elevado contenido en H
tiene el gas natural, en comparación con los aceites (fuelóleos) y carbones, da lugar a la presencia de
más vapor de agua en los gases de combustión y de ahí que el equipo de generación de vapor tenga siempre
menor eficiencia cuando quema gas natural, lo cual hay que tener muy presente en el diseño. En la
Tabla IX.15 se presentan algunos análisis de gas natural, correspondientes a diversos yacimientos USA
2 es alto, el H2 libre es bajo, por lo que el gas natural arde con menos2 libre. El alto contenido en H2 total queIX.-294
Tabla IX.15.- Muestras de gas natural de USA
Muestra Nº 1 2 3 4 5
Fuente Pennsylvania Carolina del Sur Ohio Louisiana Oklahoma
Análisis de componentes, % volumen
Hidrógeno - - 1,82 - -
Metano 83,4 84 93,33 90 84,1
- 0,25 - - -
15,8 14,8 - 5 6,7
CO - - 0,45 - -
- 0,7 0,22 - 0,8
Nitrógeno 0,8 0,5 3,4 5 8,4
Oxígeno - - 0,35 - -
- - 0,18 - -
Análisis elemental, % peso
Azufre - - 0,34 - -
Hidrógeno 23,53 23,3 23,2 22,68 20,85
Carbono 75,25 74,72 69,12 69,26 64,84
Nitrógeno 1,22 0,76 5,76 8,06 12,9
Oxígeno - 1,22 1,56 - 1,41
Densidad relativa
Respecto al aire 0,636 0,636 0,567 0,6 0,63
Poder calorífico superior a 60ºF (16ºC) y 30" Hg (102 kPa)
1129 1116 964 1022 974
42065 41581 35918 38079 36290
Btu/lb 23170 22904 22077 21824 20160
kJ/kg 53893 53275 51351 50763 46892
E tileno, C
2H4E tano, C
2H6C O
2S H2
B tu/ft
3k J/m
3IX.8.- OTROS COMBUSTIBLES
Existen combustibles carbonosos que se utilizan también en determinadas instalaciones de calderas,
como los:
- Subproductos de petróleo
- Madera
- Subproductos y desechos de la industria maderera
- Algunos tipos de vegetación, en particular el bagazo
- Residuos sólidos urbanos o basuras
Coque de petróleo.-
petróleo, se utilizan para producir mayores cantidades de combustibles ligeros; los residuos sólidos finales
se utilizan también como combustible; sus características varían mucho entre sí y dependen del proceso
de destilación. En la Tabla XI.16 se indican algunos análisis.
Los combustibles sólidos derivados de los aceites de petróleo comprenden:
Los residuos o fracciones pesadas procedentes de los procesos de destilación del- El coque retardado o coque lento
- El alquitrán de petróleo
Coque retardado.-
y bombea a un reactor; el coque se deposita en el reactor como una masa sólida y, posteriormente, se
extrae por vía mecánica o hidráulica o en forma granular.
Algunos tipos de este coque son fáciles de triturar y quemar, mientras que otros presentan grandes
dificultades para su troceado y molienda, e incluso para su combustión.
El coque fluido se produce rociando aceite residual caliente sobre un coque seminal, calentado en lecho
fluidificado y se retira en pequeñas partículas que se acumulan formando una masa sólida. Este co-
El proceso de obtención del coque retardado emplea aceite residual que se calientaIX.-295
que se puede pulverizar y quemar en lecho suspendido, y como cualquier otro carbón pulverizado convencional,
se puede llevar a un hogar con quemadores ciclón, o se puede utilizar en un lecho fluidificado.
En estos métodos de combustión se necesita un combustible suplementario de apoyo, para ayudar
a la estabilización de la ignición.
Tabla IX.16.- Análisis de combustibles sólidos, derivados de aceites
Análisis, % peso
Sobre seco Coque retardado Coque fluido
Análisis inmediato
Materias volátiles 10,8 9,0 6,0 6,7
Carbono fijo 88,5 90,0 93,7 93,2
Ceniza 0,7 0,1 0,3 0,3
Análisis elemental
Azufre 9,9 1,5 4,7 5,7
Poder calorífico
Btu/lb 14.700 15.700 14.160 14.200
kJ/kg 34.192 36.518 32.936 33.239
Alquitrán de petróleo.-
al proceso de coquización y produce combustibles de distintas características. Los puntos de fusión
varían de forma considerable y sus propiedades físicas se extienden
El proceso para la obtención del alquitrán de petróleo constituye una alternativadesde el blando y gomoso
hasta el duro y friable
Estos combustibles, con bajos puntos de fusión, se pueden calentar y quemar como los fuelóleos pesados,
mientras que los que tienen altos puntos de fusión se tienen que pulverizar o trocear convenientemente,
antes de ser quemados.
Emulsiones de aceites.-
buenas perspectivas en muchos sistemas de combustión; se caracterizan por tener unos niveles relativamente
altos de contenidos en S, asfaltenos y metales. Su poder calorífico, contenido en ceniza y viscosidad,
son similares a los de los aceites residuales combustibles, así como las características de manipulación
y combustión. Cuando estas emulsiones se queman, uno de los problemas que se presenta en las
de características asfálticas, es la formación de compuestos corrosivos de Va, que se deben a la oxidación
de los componentes metálicos presentes en el combustible.
Las mezclas carbón +agua como sustitutivas de los fuelóleos, presentanMadera.-
y la composición de sus respectivas cenizas. La madera se compone de carbohidratos y tiene un
poder calorífico relativamente bajo, en comparación con los carbones bituminosos y los aceites minerales.
La corteza arbórea y la madera pueden adquirir impurezas durante su transporte; de hecho, constituye
una práctica bastante común, el arrastrar por el suelo las maderas en rollo, por lo que se manchan
e impregnan frecuentemente de impurezas. Cuando las maderas en rollo se sumergen en agua con sales,
la corteza de las mismas puede absorber las sales disueltas en el agua, (ver Cap XXVIII).
Cuando se queman cortezas o maderas secas, la temperatura de combustión puede ser lo suficientemente
elevada como para que las impurezas puedan:
En la Tabla IX.17 se indican los análisis y poderes caloríficos de una serie de tipos de maderas,- Rebajar la temperatura de fusión, que corresponde al refractario de las paredes del hogar utilizado
- Ensuciar las superficies termointercambiadoras de la caldera, a no ser que la unidad disponga de una superficie suficiente
para la refrigeración del hogar
La arena que pasa a través de los bancos de caldera puede provocar erosión en los tubos, especialmente
si la carga de arena en humos se incrementa como consecuencia de alguna recirculación de gases
IX.-296
hacia el hogar. En algunos casos se suelen exigir depuradores o separadores, para reducir la descarga
por la chimenea a la atmósfera de materiales no completamente quemados como madera, cortezas, etc.
La madera y las cortezas con un contenido en humedad < 50% arden bastante bien; sin embargo,
cuando la humedad aumenta por encima de esa cantidad, la combustión se hace cada vez más difícil.
Tabla IX.17.- Análisis de maderas y sus cenizas (
* Agua salada absorbida)ANÁLISIS DE MADERAS, % peso (s/seco)
Cortezas Pino Roble Abeto * Pino silvestre *
Análisis inmediato
Mat. Volátiles 79,2 76 69,6 72,6
Carbono fijo 24,2 18,7 26,6 27
Ceniza 2,9 5,3 3,8 0,4
Análisis elemental
Hidrógeno 5,6 5,4 5,7 5,1
Carbono 53,4 49,7 51,8 51,9
Azufre 0,1 0,1 0,1 0,1
Nitrógeno 0,1 0,2 0,2 0,1
Oxígeno 37,9 39,3 38,4 42,4
Poder calorífico
Btu/lb 9030 8370 8740 8350
kJ/kg 21004 19469 20329 19442
ANÁLISIS DE CENIZAS, % peso (s/seco)
39 11,1 32 14,3
3 3,3 6,4 3,5
0,2 0,1 0,8 0,3
14 0,1 11 4
trazas Trazas 1,5 0,1
CaO 25,5 64,5 25,3 6
MgO 6,5 1,2 4,1 6,6
1,3 8,9 8 18
6 0,2 2,4 10,6
0,3 2 2,1 7,4
Cl trazas trazas trazas 18,4
Temperatura fusión ceniza, ºF
Deform. inicial 2.180/2.210 2.690/2.680 - -
Ablandamiento 2.240/2.280 2.720/2.730 - -
Fluidificación 2.310/2.350 2.740 /2.750 - -
SiO
2Fe
2O3T iO
2Al
2O3Mn
3O4Na
K
SO
2O2O3Con contenidos en humedad superiores al 65%, se precisa una gran parte del calor de la combustión
para evaporar la humedad intrínseca y, por tanto, queda sólo una pequeña cantidad de calor para la generación
de vapor. La madera cortada y la corteza, abultan mucho (son de baja densidad) y requieren
equipos relativamente grandes para su manipulación y almacenamiento.
Desechos de madera.-
ubicadas en zonas donde hay subproductos o desechos de madera susceptibles de quemarse.
Entre las industrias más importantes cuya materia prima es la madera, hay que reseñar:
Hay industrias que utilizan la madera como materia prima y, además, están- La industria de la pulpa (pasta de papel)
- La industria de la trementina
En la producción de la trementina, el residuo que queda tras la destilación del vapor de agua de las
maderas de coníferas, se puede utilizar como material combustible. Algunos de los constituyentes, los
que arden con más facilidad, se eliminan durante el proceso de destilación, al final del cual queda un residuo
que es algo más difícil de quemar. Las características de estos desechos de madera son las mismas
IX.-297
que las de la madera pura, siendo los problemas implicados en su utilización similares a los de ésta.
Bagazo.-
El bagazo es la pulpa seca residual, que queda tras la extracción del jugo de la caña de azúcar. En
general, en la época de recogida de la caña de azúcar, las factorías azucareras trabajan 24 horas al día
durante bastante tiempo. Para el caso de factorías en las que no se refina azúcar, el suministro de bagazo
garantiza la demanda de vapor en la planta; en consecuencia, el equipo de combustión se diseña
específicamente para quemar el bagazo tal como se recibe desde las correspondientes trituradoras.
En las factorías en las que se refina azúcar, para facilitar las mayores demandas de vapor se requieren
combustibles suplementarios.
Las factorías que procesan la caña de azúcar utilizan el bagazo para la generación de vapor.Otros desechos vegetales.-
vegetales que se pueden utilizar como combustible, disponibles en cantidades relativamente pequeñas,
resultando insignificantes como cuota de participación en la producción total de energía, como:
Las industrias de la alimentación y afines producen numerosos desechos- Cáscaras de granos diversos
- Residuos de la producción de resina furfurálica, procedente de las mazorcas de maíz y de otras cáscaras de granos
- Posos de café, procedentes de la producción del café instantáneo, y tallos de plantas del tabaco
Tabla IX.18.- Análisis de residuos sólidos municipales, como combustibles derivados de basuras y carbón bituminoso
Componentes
Residuos sólidos Combustibles derivados
% en peso municipales de basuras Carbón bituminoso
Carbono 27,9 36,1 72,8
Hidrógeno 3,7 5,1 4,8
Oxígeno 20,7 31,6 6,2
Nitrógeno 0,2 0,8 1,5
Azufre 0,1 0,1 2,2
Cloruros 0,1 0,1 -
Agua 31,3 20,2 3,5
Ceniza 16 6 9
Poder calorífico superior (húmedo)
Btu/lb 5100 6200 13000
kJ/kg 11836 14421 30238
Residuos sólidos urbanos.-
residencial y comercial, generados en una localidad. La Tabla IX.18 muestra un análisis de basura bruta
y del combustible derivado de la basura, en comparación con el de un carbón bituminoso. Debido a su
poder calorífico relativamente bajo, junto con su naturaleza muy heterogénea, se plantea un reto importante
en el diseño del sistema integral de combustión que resulte idóneo para estos residuos.
Las basuras son unos residuos combinados, procedentes de los sectoresIX.-298
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