miércoles, 1 de diciembre de 2010

mas informacion (7)(HECHO POR DANIEL AGUILERA)

X.- PREPARACIÓN Y MANIPULACIÓN
DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS
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El carbón empleado en la generación de vapor requiere de diversas tecnologías en los procesos de
producción, preparación, transporte y almacenamiento.
La minería extractiva constituye el primer escalón en el proceso de la producción del carbón, que en
estado bruto se trata para eliminar impurezas y facilitar un suministro más uniforme a la caldera. La
reducción en el contenido de ceniza y S, mejora las características de funcionamiento de la caldera y reduce
las emisiones contaminantes.
El transporte de carbón hasta la central termoeléctrica representa a veces, la parte más importante
del coste total del carbón puesto en la central, por lo que las plantas instaladas en bocamina reducen
el coste ya que minimizan los de 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.
X.1.- CLASIFICACIÓN DEL CARBÓN BRUTO
En las plantas termoeléctricas, la reducción del tamaño de los trozos de carbón se limita a la trituración
y pulverización, aunque en algunas ocasiones resulta económico comprar pretriturados en el
caso de unidades de poca potencia y, en particular, en hogares mecánicos. Cuando se limita la cantidad
máxima de finos en el carbón, la degradación del tamaño de sus partículas que tiene lugar durante el
transporte y manipulación, se debe tener en cuenta a la hora de establecer las especificaciones correspondientes
al suministro, para evitar el peligro de incendio.
Para plantas que tienen unidades con
Para calderas que operan con
entrega y no se limita el porcentaje de finos, de forma que el carbón resulte aceptable para la trituración
y pulverización.
hogares mecánicos, el carbón se compra calibrado.hogares de carbón pulverizado, se especifica un tamaño máximo de
X.-299
Fig X.1.- Cadena de suministro de combustible para generador de vapor que quema carbón
El carbón
se tritura para reducir el tamaño de sus partículas
se atomiza a otro tamaño más fino en el pulverizador
La trituración resulta adecuada para lograr tamaños bastos que se requieren en unidades que
cuentan con quemadores ciclón, reduciendo el tamaño de las partículas de carbón pero siempre con una
mínima producción de finos.
EQUIPOS PARA REDUCIR EL TAMAÑO DEL CARBÓN.-
Se caracterizan por:
- El máximo tamaño de suministro que resulta aceptable
- El mayor tamaño deseado en el producto obtenido por el proceso de reducción
La relación que define la reducción es el cociente entre el tamaño de las partículas, suministradas y
producidas:
€
P
Suministro
P
Producto
=
El 80% de las partículas suministradas pasa a través de una malla
El 80% de las partículas producidas pasa a través de una malla
En los equipos trituradores de un paso, el carbón los atraviesa sólo una vez y se descarga sin apenas
recirculación, minimizando la producción de finos.
Los trituradores rotativos y de tambor se utilizan para reducir el tamaño del carbón, sin producir
una significativa cantidad de finos.
Triturador rotativo
de desecho de tamaño mayor, como maderas de entibación, piezas metálicas, etc, Fig X.2. Consiste
en un gran cilindro de eje horizontal construido con chapa de acero perforada, que gira a 20 rpm. El tamaño
de los orificios de la chapa determina el tamaño máximo de las partículas de carbón.
Se pueden instalar en:
.- Reduce el tamaño del carbón desde un máximo determinado y rechaza los objetos
bocamina
la planta de preparación
la planta generadora de vapor

Triturador simple
la trituración, Fig X.3; 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.
Éste es un modelo de triturador antiguo que se usa normalmente para reducir el carbón bituminoso
uno
acción abrasiva entre el carbón y la placa produce algunos finos.
.- Consta de un tambor dentado que lanza el carbón contra una placa para producirtodo(tal como sale de la mina), a un producto de tamaño máximo entre 1,25”÷ 6”= (31,8÷ 152 mm); la
X.-300
Fig X.2.- Triturador rotativo
Fig X.3.- Triturador simple de mazas
Fig X.4.- Triturador de doble tambor
Triturador de doble tambor.-
paralelos, que giran en sentidos opuestos Fig X.4.
Las superficies más próximas y enfrentadas de los tambores se mueven hacia abajo arrastrando el
carbón hacia el triturador; el tamaño de los dientes y la separación entre los tambores determinan el tamaño
máximo del producto obtenido. Uno de los tambores se carga por un resorte, con el fin de facilitar
el paso de grandes impurezas duras; se usan para reducir el carbón
plantas de preparación y en plantas generadoras de vapor.
En él se fuerza al carbón a pasar entre dos tambores dentados de ejestodo uno a tamaños menores, en
Triturador con retención de martillos.-
es lo suficientemente fino como para pasar hacia la descarga a través de un tamiz, Fig X.5; se usa para
El carbón se retiene en la zona de fragmentación hasta que
X.-301
reducir el tamaño del carbón
un pulverizador; la refragmentación produce una considerable cantidad de finos.
El triturador rompe el carbón por impacto con los martillos montados sobre el rotor, los cuales pueden
oscilar libremente durante su rotación. El carbón permanece en el molino y la fragmentación continúa
hasta que las partículas son suficientemente finas como para pasar a través de la parrilla formada
por los barrotes; van provistos de una trampa para recoger y eliminar restos metálicos.
todo uno, hasta un tamaño aceptable para alimentar un hogar mecánico o
Fig X.5.- Triturador de martillos
Cribas
.- El cribado se realiza en
bocamina
plantas de preparación
eliminando el material indeseable y calibrando
el carbón antes de su envío a la planta correspondiente.
El carbón se hace pasar a través de una parrilla de barras de acero, criba grande, con el fin de eliminar
la madera y otros materiales indeseables procedentes de la mina; el carbón bruto se separa en
varias fracciones y tamaños, para cumplimentar las especificaciones de suministro inherentes a su
posterior procesado en la planta de preparación.
Los tipos de cribas utilizadas para el carbón, son:
Parrillas de gravedad (reja de barrotes)
Cribas
giratorias de tipo tambor
de sacudidas
oscilantes

La ASTM en su norma D-431 especifica las cribas aceptadas con
carácter universal.
Criba de gravedad.-
recta tiene forma de cuña. La distancia entre barrotes, su inclinación y longitud, determinan el tamaño
final; la distancia entre barras contiguas es menor en el lado superior de entrada que en el inferior
de salida de la sección, con el fin de evitar su atoramiento.
Consiste en un conjunto de barras inclinadas y paralelas, de forma que su sección
Criba giratoria.-
Consiste en un cilindro
de chapa perforada
con un recubrimiento de tela metálica
, que gira lentamente, con
su eje ligeramente inclinado sobre el plano horizontal y paralelo al flujo de carbón.
El tamaño de las aberturas determina la del producto separado. Debido a la agitación del carbón a
medida que se desplaza a lo largo del cilindro, se puede producir una considerable fragmentación, por lo
que las cribas giratorias no se utilizan para tamaños mayores de 3”(76,2 mm).
Como sólo una pequeña porción de la superficie de criba está cubierta de carbón, la capacidad de
producción de una criba giratoria es relativamente pequeña.
X.-302
Criba de sacudidas.-
está sometido a un determinado movimiento de vaivén; puede ser horizontal o estar ligeramente inclinada
en el sentido descendente del flujo de carbón.
La fragmentación del carbón bituminoso se produce en configuraciones casi cúbicas.
Las impurezas asociadas de esquistos y pizarras se fracturan en forma de láminas delgadas alargadas,
lo que posibilita la separación de las impurezas.
Consiste en una malla de alambre montada en un bastidor rectangular que
Criba oscilante.-
a la criba de sacudidas, salvo que utiliza un vibrador eléctrico de alta frecuencia y baja amplitud. La superficie
de la criba está inclinada en el sentido descendente del flujo de carbón; la vibración ayuda a
mantener las aberturas del tamiz libres de finos que están en contacto con la superficie de la criba.
Para el cribado de los finos de un
partículas finas a través de la capa de carbón y de la superficie de la criba.
La separación de finos de un
y deshidratado del carbón; los finos se separan y limpian aparte y, posteriormente, se mezclan de
nuevo con el carbón ya limpio.
Se utiliza para la clasificación y deshidratado preliminar de carbones, y es similarcarbón húmedo se utilizan rociadores de agua para baldear lascarbón bruto mejora la eficiencia en los posteriores procesos de limpieza
X.2.- PREPARACIÓN Y LIMPIEZA DEL CARBÓN
La limpieza del carbón consiste en la reducción de los contenidos de ceniza y S.
Un
en su manipulación, almacenamiento y mantenimiento, gracias a la eliminación de la pirita y
cuarzo, que son los abrasivos que le acompañan. La transferencia de calor en la caldera se incrementa
como consecuencia de la menor deposición de ceniza en las superficies tubulares que configuran el generador
de vapor.
Un
las consecuencias de un mayor contenido en finos y de una mayor humedad superficial.
Las distintas regulaciones medioambientales con las que se restringen las emisiones de SO
por los generadores de vapor que queman carbón, ha incrementado la demanda de limpieza de carbones,
lo que se justifica por la gradual reducción de la calidad del carbón tal como sale de la mina, como
consecuencia del agotamiento de los yacimientos de mejor calidad y de la mecanización de la minería debida
al incremento de la extracción de carbón.
reducido contenido en ceniza conduce a costes de transporte más bajos y a menores requerimientosreducido contenido en la arcilla presente en el carbón mejora su manipulación, pero hay que sopesar2 producidas
Caracterización del carbón.-
Las impurezas asociadas con el carbón pueden ser:
- Intrínsecas, porque no se pueden separar del carbón por procesos físicos, como el S orgánico
- Extrínsecas, que se pueden segregar parcialmente mediante procesos físicos de limpieza
El alcance con el que se pueden eliminar las impurezas viene determinado económicamente por:
- El grado de diseminación de las impurezas en la matriz del carbón
- El grado de liberación del proceso seleccionado para la distribución de partículas
- Las limitaciones físicas correspondientes al equipamiento del proceso
Cuando el carbón se quema, la materia mineral asociada al carbón bruto forma la ceniza, que proviene
de dos fuentes:
- La ceniza intrínseca consiste en elementos químicos procedentes de vegetales orgánicamente combinados con el carbón
durante su formación geológica; esta materia mineral es < 2% de la ceniza total
- La ceniza extrínseca consiste en materiales que se han incorporado al yacimiento durante o después del proceso de carbonización,
o que se extrajo con el carbón durante el proceso de laboreo
X.-303
El S está siempre presente en el carbón y cuando éste se quema forma el SO
de la combustión, el SO
2; si no se elimina antes2 formado
escapa por la chimenea
se elimina por algún tratamiento de humos
.
El S total puede variar desde algunas décimas hasta más del 8% en peso.
El S puede coexistir bajo tres formas diferentes: pirítico, orgánico y sulfato:
a) El S
b) El S
c) El S
pirítico es el combinado con el hierro, en forma de pirita FeS2orgánico está en la estructura del carbón combinado químicamente con sus moléculassulfato suele estar presente como sulfatos de Ca y de Fe, en una proporción inferior al 0,1%.
El
peso, Tabla X.1. Las partículas más grandes de
diseminado ó se trata de
La humedad se puede considerar como impureza, porque en cualquier caso reduce el poder calorífico
del carbón bruto; varía con el tipo del carbón, aumentando desde un 1,2% en las antracitas, hasta el
45% ó más en algunos lignitos.
La humedad superficial se elimina mediante deshidratación mecánica o térmica.
Cuando se realiza el presecado, la oxidación atmosférica se incrementa, especialmente en el caso de
carbones de baja calidad, como consecuencia de la mayor superficie de oxidación de las partículas de
carbón que están carentes de humedad.
La distribución de la ceniza del S en una muestra de carbón se caracteriza mediante un proceso de
flotación que consiste en la fragmentación del carbón bruto en tamaños que se seleccionan en fracciones
de diferentes densidades, analizando cada una de ellas para determinar su contenido en ceniza y S y ver
donde están concentradas las impurezas, pudiéndose establecer que:
Spirítico puede oscilar entre el 10%÷ 80% del total de S, aunque normalmente es inferior al 2% enSpirítico se eliminan por limpieza física, pero si está finamenteSorgánico, es imposible tal eliminación.
- Las impurezas blandas se encuentran en las fracciones correspondientes a los tamaños más finos
- Las fracciones de menor densidad tienen el menor contenido en ceniza,
Tabla X.2
La información proporcionada por estos ensayos se utiliza para predecir el posible grado de reducción
en los contenidos de ceniza y de S, utilizando tecnologías de limpieza mediante flotación en líquidos
densos; en general, cuanto más parecidas sean la densidad del material y la del medio de separación,
tanto más difícil e ineficiente será ésta.
Tabla X.1.- Distribución en % del contenidos en S en algunos carbones USA
Localización mina Nombre capa carbón Azufre total Azufre pirítico Azufre orgánico
Henry, MO Bevier 8,2 6,39 1,22
Henry MO Tebo 5,4 3,61 1,8
Muhlenburgh, KY Kentaky 1 5,2 3,2 2
Coshocton, OH Ohio 6 4,69 2,63 2,06
Clay, IN Indiana 3 3,92 2,13 1,79
Clearfield, PA Upper Freeport 3,56 2,82 0,74
Franklin, IL Illinois 6 2,52 1,5 1,02
Meigs, OH Ohio 8A 2,51 1,61 0,86
Boone, WV Eagle 2,48 1,47 1,61
Walker, AL Pratt 1,62 0,81 0,81
Washington, PA Pittsburgh 1,13 0,35 0,78
Mercer, ND Lignite 1 0,38 0,62
McDowell, WV Pocahontas 3 0,55 0,08 0,46
Pike, KY Freeburn 0,46 0,13 0,33
Kititas, WA Big Dirty 0,4 0,09 0,31
X.-304
Tabla X.2.- % de contenido en ceniza para varios intervalos de densidad de carbones bituminosos
Intervalo de densidad relativa 1,3 a 1,4 1,4 a 1,5 1,5 a 1,6 1,6 a 1,8 1,8 a 1,9 >1,9
Contenido en ceniza, % en peso 1 a 5 5 a 10 10 a 35 35 a 60 60 a 75 75 a 90
Operaciones de limpieza y preparación del carbón.-
del carbón, incluyen:
Los pasos iniciales en el proceso de limpieza
- La eliminación de todo tipo de materiales extraños
- La trituración del carbón todo uno
- El cribado para la separación y clasificación por tamaños
Las operaciones que se exponen a continuación se utilizan para deshidratar y obtener un producto
que tenga unos bajos contenidos en ceniza y en S.
La Fig X.6 presenta un diagrama de la secuencia de operaciones relativas a una unidad para la limpieza
de carbón.
Fig X.6.- Secuencia de operaciones relativa a una unidad para la limpieza de carbón
Concentración húmeda.-
carbón consiste en la concentración por densidad y la posterior separación y clasificación en múltiples
productos; sucede que, a igualdad de tamaño, las partículas más pesadas se depositan mejor y más rápidamente
que las más ligeras en el seno de un fluido.
El carbón e impurezas se separan por su diferencia de densidad, tal como se indica en la Tabla X.3.
El procedimiento más común para realizar la limpieza mecánica del
X.-305
Tabla X.3.- Densidades relativas típicas de carbones e impurezas afines
Material Carbón bitumin. Hulla pizarrosa Esquisto bitum. Pizarra Arcilla Pirita
Densidad relativa 1,10 a 1,35 1,35 a 1,70 1,60 a 2,20 2,00 a 2,60 1,80 a 2,20 4,80 a 5,20
El fluido de separación consiste en:
- Una suspensión de carbón bruto en agua o en aire
- Una mezcla de arena y agua
- Una lechada de carbón bruto y magnetita muy fina (constituye el medio de separación y clasificación más común)
- Un líquido orgánico con una densidad intermedia adecuadamente elegida
Si la densidad del medio de separación es 1,5 las partículas con menor densidad se concentran en el
carbón limpio, y las más pesadas van al desecho.
El carbón bruto se compone de una serie de partículas que representan una distribución continua
de densidades y tamaños, siendo posible que una partícula grande y de poca densidad se comporte de
forma similar a otra partícula de menor tamaño y mayor densidad; una partícula de pirita pequeña se
puede depositar a la misma velocidad que una partícula de carbón mayor; la existencia de partículas con
idéntica decantación puede hacer ineficaz el proceso de separación.
La pirita fina presente en el carbón limpio, y el carbón bruto presente en la materia mineral se denominan
material mal colocado, y su cantidad se determina por:
- La distribución de las impurezas en el carbón bruto
- La densidad de separación
- La eficiencia en la separación física de los materiales segregados
Si la cantidad de material con densidad parecida supera el 15
difícil una separación eficiente por gravedad.
÷ 20% del carbón bruto total, es muy
Concentración por gravedad en vía húmeda.-
Las técnicas más comunes son:
a) Lavado con criba
b) Concentración en mesa
c) Procesos en medios densos
a) Lavado con criba.-
agua intermitente y periódico, creando un efecto impulsión/succión.
El
partículas de residuos que se mueven libremente y se separan por densidad y tamaño, de forma que las
más pequeñas y ligeras se mueven hacia la parte superior del lecho expandido.
La pulsación ascendente de agua se genera mediante la liberación controlada de aire comprimido.
La
material estéril mayores y más pesadas, se depositan más rápidamente que el carbón. Las capas separadas
se desdoblan en el lado de descarga de la criba hidráulica para formar un carbón limpio y un residuo.
En la Fig X.7 se presenta una criba hidráulica que se usa en un amplio campo de tamaños de alimentación,
con una densidad que varía entre 1,4
precribado que elimine los finos para procesarlos independientemente.
Sobre una criba hidráulica de carbón se proyecta, hacia arriba, un flujo deimpulso ascendente hace que el lecho se expanda y se convierta en una suspensión de carbón y desucción descendente hace que el lecho se colapse mejorando la separación, ya que las partes de÷ 1,8; la eficiencia de la separación se mejora con un
b) Mesa hidráulica de concentración.-
frecuencia y amplitud variables y lleva una serie de barras diagonales espaciadas y perpendiculares al
flujo de partículas. Por la parte superior de la mesa se introduce continuamente una lechada de
+agua
Es una mesa inclinada que se monta de forma que oscile concarbónproduciéndose el lavado a medida que ésta atraviesa la mesa de concentración.
X.-306
Fig X.7.- Clasificadora hidráulica BAUM para preparación de carbón
La mezcla de
en el que:
carbón +agua junto con el movimiento de la mesa provocan un proceso de sedimentación,
- Las partículas de menor densidad ascienden a la superficie
- Las partículas de mayor densidad quedan atrapadas detrás de las ondulaciones y se transportan hacia el borde de la
mesa lejos de la descarga del carbón limpio
Las mesas hidráulicas de concentración se usan para tratar carbón de tamaños 0,375”
mm
x 0 = (9,53x 0).
c) Separación por medios densos.-
debe tener una densidad que se encuentre entre la del carbón y la de la materia mineral (residuo). La diferencia
de densidad provoca que el carbón y el residuo emigren a regiones opuestas en el recipiente de
separación. El fluido es una suspensión de magnetita fina en agua.
En estos procesos el carbón bruto se sumerge en un fluido que
Concentración por flotación.
por espuma, se lleva a cabo haciendo uso de la diferencia entre sus propiedades superficiales, en lugar de
sus densidades. Se hacen pasar burbujas de aire a través de una suspensión acuosa de carbón y materia
mineral, que la agitan para impedir la decantación de las
partículas; las burbujas de aire atacan las superficies de las
partículas de carbón que resultan más difícil de mojar; en esta
situación el carbón asciende hacia la superficie de la suspensión,
donde se concentra en una espuma sobre la parte superior
del agua; la materia mineral se mantiene en dispersión, Fig X.8.
Para mejorar el ataque selectivo de las burbujas de aire a las
partículas de carbón y permitir la formación de una espuma
estable, se añaden reactivos espumantes. La flotación se usa
para la limpieza de carbón con finura superior a la que corresponde
al tamiz 48 mesh (300 micras).
- La separación de carbón y materia mineral mediante flotación
X.-307
Fig X.8.- Celda de flotación
La eficacia del proceso se mejora mediante:
-
Una cuidadosa selección del tipo y cantidad de reactivos
-
un carbón
y unas partículas de desecho bien determinadas
Un cribado fino que genere
-
La generación de partículas finas de aire
Concentración por vía seca
se aplica sólo a carbones de tamaño inferior a 0,5”(12,7 mm) con baja humedad superficial.
.- El proceso de separación del carbón por vía seca (proceso neumático)
Deshidratación.-
en humedad del combustible incrementa su poder calorífico.
El
usando cribas oscilantes.
El
Es un proceso clave en la preparación del carbón, ya que la reducción del contenidocarbón basto con tamaño de partículas superior a 0,375”(9,53 mm) se puede deshidratar suficientementecarbón de tamaño intermedio, del orden de
0,375
9,53 mm
x 28 meshx 600 micras
, se deshidrata normalmente en
cribas oscilantes seguidas de centrifugación.
La
de la alimentación mediante un tanque de vacío, o una centrifugadora de alta densidad. La deshidratación
del carbón fino sirve para clarificar el agua separada, con vistas a su reutilización en la planta de
preparación del carbón. Los finos se separan del agua a reciclar, para maximizar la eficiencia de los diferentes
pasos del proceso de separación.
La
carbón bruto se ha limpiado con un tamaño muy fino, maximizando el rechazo correspondiente a la ceniza
y S. Los secadores térmicos pueden ser cribas rotativas en cascada, y secadores de lecho suspendido
y de lecho fluidificado.
Los finos de carbón recogidos se reciclan para ayudar a las operaciones de secado del carbón.
deshidratación del carbón fino implica el uso de un espesador que aumente el contenido de sólidosdeshidratación térmica se utiliza para cumplimentar las especificaciones de humedad cuando el
X.3.- MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE CARBÓN EN CENTRALES TÉRMICAS
El almacenaje del carbón en una planta termoeléctrica es necesario para proveer un suministro
continuo y seguro de combustible. Una planta de 100 MW quema 850 Tn/día, mientras que otra de 1300
MW requiere alrededor de 11000 Tn/día de carbón. En algunas centrales termoeléctricas hay que almacenar,
por ley, una cantidad mínima de carbón equivalente al consumo de 60 a 90 días de operación a
plena carga, por lo que el factor económico es la clave para determinar cuándo se debe comprar el carbón
y cuánto se debe almacenar en la planta energética.
En plantas industriales pequeñas, el almacenamiento en silo se prefiere al almacenaje en pila, con
ventajas que incluyen el abrigo frente a los agentes atmosféricos y la facilidad de recuperación. Comercialmente
existen tanques y silos prefabricados, con capacidades que alcanzan 2700 m
contener del orden de 2200 Tn de carbón. En la Fig X.9 se muestran los componentes de un sistema de
almacenamiento y manipulación de carbón, para una planta termoeléctrica de 1000 MW.
El carbón se entrega en vagones de ferrocarril, con descarga automática por el fondo de los mismos
a una pila grande; un sistema automático de recuperación recoge el carbón de la pila para su troceado y
posterior distribución a los silos de almacenamiento del generador de vapor; este sistema automatizado
puede manipular hasta 6500 Tn/día de carbón; todos los equipos, desde los alimentadores del sistema de
recuperación, hasta los silos y tolvas del generador de vapor, carecen de personal y se controlan desde la
sala de control de la central.
3 y que pueden
X.-308
Fig X.9.- Manipulación de carbón para una central térmica
Manipulación del carbón bruto.-
posterior distribución a los almacenajes en pila, silos y tolvas, se precisa de un equipamiento que depende
de:
Para la descarga del carbón en la planta consumidora y su
- El método de entrega del carbón a la planta
- El tipo de generador de vapor
- La capacidad del carbón a manipular

En plantas pequeñas se usan transportadores móviles para:
- Descargar vagones ferroviarios
- Recuperar el carbón de las pilas de almacenaje
- Llenar los silos o tolvas correspondientes
Las plantas grandes precisan instalaciones exclusivas para cumplimentar la demanda de un suministro
continuo de combustible.
La capacidad del sistema de manipulación del carbón se determina por:
- El régimen de utilización del carbón que tiene la caldera
- La frecuencia de las entregas de carbón a la planta
- El tiempo admitido para la descarga
X.-309
Descarga de vagones ferroviarios.-
inmovilizan en un bastidor, mecánica o hidráulicamente, a continuación el bastidor se gira y el carbón
cae en una tolva situada bajo las vías; en la Fig X.10, para planta termoeléctrica pequeña y en la Fig
X.11 para una planta de gran potencia.
El carbón procedente de la tolva de descarga de vagones alimenta un triturador de tambor con carcasa
perforada, en el que el carbón se trocea a tamaños más pequeños que se transporta a las tolvas de
almacenaje, donde una cinta basculante lo distribuye a lo largo de ellas.
En los sistemas de volcadores giratorios para vagones, éstos se
Fig X.10.- Sistema volcador de vagones para planta termoeléctrica pequeña
Fig X.11.- Sistema de descarga de vagones ferroviarios y de manipulación de carbón para planta termoeléctrica grande
X.-310
Fig X.12.- Manipulación de carbón para entregas por camión
Descarga de camiones.-
cayendo directamente a una tolva del sistema de almacenamiento de la planta.
En la Fig X.12 se muestra un sistema de descarga de carbón para camiones y su posterior manipulación,
para una caldera de tamaño medio con hogar mecánico. El elevador y la tolva de almacenaje se
encuentran a la intemperie y no dispone de equipos de trituración ni de separación de metales.
Los canalones de transferencia van inclinados 60º con respecto al plano horizontal, para disminuir
la posibilidad de que el carbón se atasque.
Los camiones pueden volcar el carbón que transportan a través de una parrilla,
X.4.- ALMACENAMIENTO
Almacenamiento en pila.-
carbón en gabarra, ferrocarril o camión; debe incluir una evaluación de la ubicación, la supervisión medioambiental
y datos climáticos y meteorológicos, teniendo en cuenta:
El lugar debe tener una adecuada accesibilidad para las entregas de
- El análisis de las características del suelo utilizado
- La estructura de las rocas subyacentes
- El esquema del drenaje local que se proyecte
- La posibilidad de inundación de la parcela
El carbón bituminoso, el subbituminoso y el lignito se apilan en capas múltiples horizontales.
Para reducir la posibilidad de una combustión espontánea, las pilas de carbón se compactan con el
fin de minimizar las diversas canalizaciones que la masa de la pila ofrece al aire, que se comportan como
chimeneas, y que pueden provocar un mayor flujo de aire a través de la pila cuando el carbón se calienta
al entrar en combustión espontánea.
En un
carbón bituminoso, el apilado consiste en la colocación de una capa inicial de
1 a 2 ft
0,3 a 0,6 m
de
espesor, que se compacta para eliminar espacios de aire en la pila.
Para el
asegurar una buena compactación. Para un almacenamiento a largo plazo, la parte superior de la pila
debe estar ligeramente abombada, para que pueda escurrir por ella el agua de lluvia. La superficie lateral
de la pila y la parte superior se deben cubrir con una capa compactada de 1 ft (0,3 m) de espesor,
compuesta fundamentalmente por finos que, a su vez, se debe recubrir con otra capa de 1 ft de espesor,
carbón subbituminoso y el lignito se requiere una capa inicial más delgada, que permita
X.-311
formada por tamaños gruesos de carbón.
No resulta práctico sellar las pilas de carbón subbituminoso y de lignito, con carbón de tamaño
grueso, ya que éste se puede disgregar y romper en tamaños más pequeños, en períodos de tiempo cortos.
En plantas industriales pequeñas, para las que no se
justifica la maquinaria pesada que requiere la compactación,
el sellado de la superficie exterior de la pila se consigue
mediante el rociado con una ligera capa de gasóleo.
A
almacenamiento en silo requiere un menor volumen
construido, en comparación con el correspondiente al almacenamiento
en tolva de igual capacidad.
La Fig X.13 presenta un diseño de silo en el que un componente
interno (raqueta) facilita la máxima utilización
del espacio disponible para el almacenaje.
Cuando el carbón de la parte superior de la raqueta se ha
utilizado, se recupera el carbón inferior de la misma que
constituye el almacenamiento de reserva ubicado en la
parte baja del silo.
lmacenamiento en silo.- Para una capacidad dada, el
Almacenamiento en tolva.-
pulverizadores o de otros equipamientos propios para la alimentación del carbón hacia la zona de combustión.
La complejidad del diseño de la tolva y de los canalones de transferencia aumenta con el tamaño
de las calderas y con el régimen de consumo de carbón.
Cuando las tolvas y los tubos de transferencia se seleccionan y dimensionan adecuadamente, el
factor dominante en la efectividad del sistema de suministro viene condicionado por el estado en que se
encuentre el carbón. Un flujo de carbón fino es difícil de mantener cuando su humedad superficial es del
5
e incluso una interrupción total del flujo de carbón.
La tolva de carbón forma parte de la estructura del edificio del generador de vapor. Su capacidad
debe ser suficiente para proveer unas 30 horas de suministro de carbón a plena carga.
Las tolvas de carbón se construyen con baldosas, hormigón armado, chapas de acero al carbono,
chapas revestidas de acero inoxidable, chapas recubiertas de hormigón resistente a ácidos, chapas revestidas
de caucho, etc. En ellas hay que evitar bolsas en las que se restringe el flujo de carbón y que
pueden contribuir a la ignición espontánea; en la Fig XIII.14 se muestran algunas formas de tolvas de
carbón. que se colocan en los niveles superiores de la planta, para facilitar un flujo por gravedad hacia
los alimentadores del pulverizador o hacia el hogar, que están situados a nivel más bajo.
Las tolvas facilitan un almacenaje a corto plazo, aguas arriba de los÷ 10%. Las pequeñas canalizaciones que se pueden formar en las tolvas provocan un flujo intermitente
Fig X.14.- Perfiles usados en el diseño de tolvas de carbón
X.-312
Fig X.13
Sistema de silo para almacenaje activo y de reserva
Las tolvas de almacenamiento tienen que estar lo más lejos posible de
La salida de humos del hogar
Los conductos de aire caliente
Las tuberías de vapor
Otras fuentes externas de calor
que podrían contribuir a la ignición y combustión espontánea del carbón.
En algunos casos se necesita aislar la tolva y proveerla de una ventilación adecuada, que reduzca
la posible transferencia de calor desde las tuberías de vapor o desde los conductos de aire o humos.
Las tolvas se diseñan para conseguir un vaciado completo del carbón en el caso de una prolongada
indisponibilidad de la unidad.
Diseño de los conductos de transferencia.-
tan vertical como sea posible. Hay que evitar cualquier reducción de su sección transversal y los cambios
bruscos de dirección. Si un flujo se bifurca en dos, sus direcciones deben formar un ángulo de divergencia
lo menor posible. En aquellos casos en los que resulte imposible evitar un ángulo importante en
un cambio de dirección, se utiliza un ensanchamiento brusco de la sección transversal del conducto con
el fin de aliviar la presión lateral y la fricción en la canalización de transferencia.
En el caso de alimentar pulverizadores presurizados, hay que tener cuidado en el diseño de estos
conductos de transferencia, dado que el carbón que se encuentra dentro del conducto sirve también
como sellador, con vistas a evitar la pérdida del aire de presurización, desde el pulverizador hacia la tolva,
por lo que se necesita una altura mínima (altura de sellado) dentro del tubo de transferencia, para
sellar debidamente el sistema
disipadores. En la Fig X.15 se muestra una tolva integrada en el sistema de un pulverizador, en la que se
pueden observar los conductos de transferencia verticales de sección constante conectados con el alimentador
y con el pulverizador. Este sistema se completa con los acoplamientos y válvulas adecuados.
Son de sección circular, longitud corta y disposiciónconducto de transferencia+alimentador; en este caso no se pueden utilizar
Fig X.15.- Descarga de tolva a pulverizador, mostrando su sistema de alimentación
X.-313
X.5.- ALIMENTADORES
Los alimentadores se utilizan para controlar el flujo de carbón desde la tolva de almacenaje. La selección
del alimentador se basa en el análisis de las propiedades del material como:
- Tamaño máximo de partículas
- Distribución de tamaños
- Densidad
- Contenido en humedad y abrasividad
y en el régimen y grado de control requerido por el flujo.
Los alimentadores de las modernas plantas que consumen carbón se clasifican, en
volumétricos
gravimétricos
Alimentadores volumétricos.-
hacia el pulverizador; pueden ser alimentadores de paletas, de mesa, de alvéolos, de banda articulada y
de cinta. Los alimentadores de cinta, anchura fija, son los más precisos, cuentan con una barra enrasadora
para mantener el flujo de carbón con una altura constante, mientras que la velocidad de la cinta
determina la cantidad de carbón a través de la abertura disponible; este alimentador no compensa las
posibles variaciones en la densidad del carbón, lo que produce variaciones en el aporte de energía hacia
los quemadores, a través del pulverizador.
Se diseñan para facilitar un régimen controlado de volumen de carbón
Alimentadores gravimétricos.-
Compensan las alteraciones de densidad debidas
- Al contenido en humedad
- Al tamaño de las partículas
- A otros factores inherentes al carbón basto
Los alimentadores facilitan un régimen de flujo de carbón hacia el pulverizador más preciso y, por lo
tanto, un aporte de energía más exacto hacia los quemadores y caldera, lo que es importante cuando se
necesita un control exacto de la relación combustible/aire con el fin de:
- Minimizar la formación de NO
x
- Controlar el nivel de escorificación en el hogar
- Maximizar la eficiencia térmica de la caldera, reduciendo los excesos de aire
En los alimentadores gravimétricos, el carbón se transporta por una cinta transportadora, de forma
que una célula piezoeléctrica monitoriza el peso del carbón mediante:
- El ajuste de la altura de la barra enrasadora, que controla el área de la sección recta correspondiente al flujo de carbón
- El ajuste de la velocidad de la cinta, si la sección recta correspondiente al flujo de carbón se mantiene constante
X.6.- MEZCLA DE CARBONES
Cuando el generador de vapor se aprovisiona con carbones procedentes de varias fuentes, se requiere
una mezcla efectiva de los mismos que facilite una alimentación uniforme a la caldera.
La utilización de carbones múltiples puede estar justificada:
-
Por motivos económicos
-
Por el contenido de S en el carbón de referencia
-
Por el efecto de los distintos carbones en la operación de la caldera
El objetivo de la mezcla es facilitar un suministro de carbón con propiedades uniformes, que definan:
- El contenido de S
- El poder calorífico
- El contenido de humedad
X.-314
- La grindabilidad (triturabilidad)
- Cualquier otro parámetro característico del combustible
La mezcla de carbones puede tener lugar en
una ubicación remota
la propia planta generadora de vapor
.
La mezcla realizada lejos de la planta consumidora elimina la necesidad de un almacenamiento independiente
y de otras instalaciones que se precisan para la mezcla de los carbones.
La mezcla de carbones efectuada en la propia planta generadora de vapor se puede realizar por medio
de una gran variedad de tecnologías, como:
- La instalación de pilas de almacenaje separadas para cada fuente de carbón y el empleo de cucharas de carga frontal,
para tomar las adecuadas cantidades de cada pila y dirigirlas hacia otra pila o tolva para su mezcla, antes de que ésta se
dirija al triturador o pulverizador
- El carbón de cada fuente se puede almacenar en silos independientes, con un alimentador bajo cada silo, para dosificar
las cantidades requeridas sobre una cinta común de transferencia
La mezcla de carbones en la planta generadora de vapor proporciona más flexibilidad para la obtención
de un carbón mezcla y ajustar las variaciones que se puedan presentar en los carbones, las cuales
influyen en el funcionamiento de pulverizadores, quemadores, sopladores de hollín y equipo de depuración
de humos. Si no se produce una mezcla uniforme, las características operativas del pulverizador se pueden
deteriorar, de forma que:
- La caldera puede experimentar gran escorificación y ensuciamiento
- La captación de partículas en los precipitadores electrostáticos puede disminuir de modo notable
X.7.- MANIPULACIÓN DEL CARBÓN
Supresión de polvo.-
carbón y en el transporte, son: el agua, el aceite y el cloruro de calcio CaCl
Sobre el flujo de carbón se puede rociar agua o aceite en forma de niebla. El aceite es el agente más
utilizado y reduce las emisiones de polvo provocando su adherencia a las partículas mayores del carbón,
formando conglomerados que tienen menos facilidad para flotar en el aire.
El empleo de CaCl
Los agentes para la supresión de las emisiones de polvo en la manipulación del2.2 es más limitado, debido a sus perjudiciales efectos sobre la operación de caldera.
Oxidación.-
esta oxidación se puede considerar como un proceso de combustión muy lento a baja temperatura,
dado que los productos finales son los mismos que los de la combustión del carbón en un hogar. Aunque
existen evidencias de que la acción bacteriana puede provocar un calentamiento del carbón, el calentamiento
de éste se debe a una reacción química.
Para evitar la combustión espontánea, el calor procedente de la oxidación se minimiza retrasando
la oxidación o evacuando el calor generado.
Las partículas más finas del carbón tienen más superficie para un volumen dado y se oxidan más
rápidamente. La velocidad de oxidación se incrementa con el contenido en humedad del carbón, o cuando
está recién triturado o pulverizado.
El régimen de absorción de oxígeno por el carbón a temperatura constante, decrece con el tiempo.
Una vez establecida una pila de almacenaje segura, la probabilidad de oxidación de la misma disminuye.
Los diversos componentes que constituyen el carbón se oxidan cuando se exponen al aire;
Carbón congelado.-
evitar por el
Las dificultades asociadas a la manipulación de un carbón congelado se pueden
Secado térmico o mecánico de los finos
Rociado del carbón con una niebla de aceite de desecho o solución anticongelante
X.-315
El empleo de CaCl
superficies tubulares que forman los intercambiadores de la caldera, por lo que la utilización de este
agente no es recomendable.
2 puede provocar una acelerada deposición de ceniza o una rápida corrosión de las
Incendios en pilas de carbón.-
es la combustión espontánea en algún punto de la pila, consecuencia de las propiedades de autocalentamiento
que son características de algunos carbones.
Un incendio en una pila se puede manejar de distintas formas, dependiendo de la extensión del fuego.
La zona caliente se aísla del resto de la pila, lo que se consigue con un sellado de los lados y de la
parte superior de la zona caliente, por medio de una capa estanca al aire de alquitrán o de asfalto.
En un incendio de una pila de carbón, no se debe utilizar el agua para el control de las llamas ya que
el agua derramada en la pila humeante, que arde en rescoldo, produce chimeneas más pronunciadas y
genera mayores flujos de aire a través de ella.
Una de las principales preocupaciones en el almacenamiento del carbón,
Flujo en tolvas.-
en las tolvas cuando la humedad superficial del carbón es del 5%
Las medidas preventivas para minimizar los problemas del flujo en tolvas, se concretan en:
Los atascos de carbón fino provocan reducciones e interrupciones de flujo, y aparecen÷ 10% en peso.
- Técnicas mejoradas de almacenaje a granel
- Una recuperación cuidadosa y adecuada del carbón
La alimentación de un carbón fino y húmedo desde la salida inferior de una tolva, tiende a formar
chimeneas o canalizaciones de circulación preferente, que se prolongan hasta la superficie libre del carbón
de la tolva; cuando esto ocurre, el flujo de carbón hacia los alimentadores que circula exclusivamente
por estas chimeneas, se hace intermitente e incluso se puede interrumpir por completo.
Las tolvas se pueden equipar con orificios en su extremo de salida, que permitan el empleo de lanzas
o cañones de aire que restauren el flujo en toda la sección transversal de la tolva.
Si hay riesgo de incendio, estos cañones se cargan con gas inerte N
de polvo de carbón.
Para revestir las tolvas y los tubos de transferencia se utiliza un poliuretano moldeable, a fin de aumentar
la resistencia a la abrasión y reducir la resistencia al flujo.
Los
2 o CO2 para evitar una explosión
tolvines de tolvas
conos de silos
están revestidos con chapas de acero inoxidable laminadas en frío y con todas
sus soldaduras rectificadas y pulidas hasta un grado equivalente al de la chapa laminada original.
La superficie pulida y resistente a la abrasión frena la formación de deposiciones susceptibles de facilitar
posibles masas estacionarias de carbón que iniciarían los atascos en la tolva.
Incendios en tolvas.-
como para el equipo, y siempre exige acción inmediata, parando la alimentación de carbón a la tolva
afectada que se debe vaciar por completo; no se debe añadir carbón fresco hasta que la tolva se haya
enfriado y no antes de que se haya determinado la causa del incendio.
El fuego se puede ahogar empleando vapor o CO
oxígeno del aire de la zona incendiada al ser más pesado que el aire.
El fuego se tiene que extinguir completamente antes de vaciar la tolva, lo que es prácticamente imposible
debido a
Un incendio en una tolva de carbón constituye un peligro, tanto para el personal,2 que se asienta a través del carbón y desplaza al
Las demandas de carga en la caldera
A la dificultad de eliminar el flujo de aire hacia el fuego del incendio
La temperatura del carbón se vigila con termopares instalados en la tolva.
X.-316
Situación medioambiental.-
constituye una fuente de drenaje ácido que, eventualmente, puede contaminar los acuíferos locales. El
agua de escorrentía de la pila se aísla dirigiendo ese drenaje a una balsa de retención, en la que se debe
ajustar el valor del pH. El polvo suspendido en el aire que procede de las pilas de almacenaje del carbón,
es una molestia pública, tiene efectos peligrosos en la vegetación de los alrededores y puede violar las
normas sobre emisiones de polvo que se determinan por:
El agua que se infiltra a través de la pila de almacenaje del carbón
- Las características del carbón de la capa superficial (tamaño de partículas, humedad, etc.)
- El diseño de la pila de almacenamiento (área expuesta, altura, etc.)
- Las condiciones climáticas locales (velocidad del viento, precipitaciones, etc.)
X.8.- MANIPULACIÓN DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS ALTERNATIVOS
Las preocupaciones económicas y medioambientales han llevado a incrementar la generación de
vapor a partir de combustibles sólidos obtenidos de subproductos y desperdicios residenciales, comerciales
e industriales, como las basuras sólidas municipales, maderas y biomasa.
Las propiedades de estos combustibles requieren unas condiciones específicas de
almacenaje
manipulación
separación

, que
son diferentes de las que se aplican a los carbones.
Residuos sólidos municipales.-
combustible derivado de residuos; tal como se reciben en la unidad de incineración, se entregan en el
área de descarga y almacenan en un foso de hormigón, que puede estar cerrado y sometido a una ligera
depresión, para controlar los olores y emisiones de polvo; el foso está equipado con un sistema de rociado
de agua, para apagar posibles incendios que pueden aparecer por el calor generado en la descomposición
de los residuos. La capacidad del almacenamiento es de 3 a 5 días, con el fin de acomodarse a períodos en
los que hay menos residuos disponibles. No es recomendable, en ningún caso, el almacenamiento de los
residuos sólidos municipales a largo plazo. Se pueden someter a un proceso con el fin de producir un
combustible residual que cuente con más poder calorífico y menos ceniza.
Se pueden quemar en un proceso de incineración en masa como
Desechos de madera.-
y los rechazos madereros; se transportan en camión, hacia el generador de vapor ubicado en
las proximidades de estos productos. El material se descarga directamente en la pila de almacenamiento;
el equipo de descarga y de manipulación se diseña para un funcionamiento en condiciones extremadamente
pulverulentas, sin olvidar que se trata de un material muy abrasivo.
Los productos de madera se pueden almacenar en grandes pilas a la intemperie (por un período inferior
a 6 meses), o en depósitos o silos (durante 3 a 5 días). Para manipular este combustible de madera
en la planta se utilizan transportadores mecánicos de cinta, siendo también efectivos los sistemas neumáticos
cuando se trata de un combustible limpio y finamente molido, como el serrín.
En las modernas plantas que queman madera, se pueden consumir materiales con un contenido en
humedad del 65%, tal como se recibe, aunque en algunos casos se puede necesitar una operación de presecado
para la que se usan prensas mecánicas y secadores por gases calientes.
Comprenden la corteza, el serrín, las recuperaciones de subproductos de aserraderosX.-317
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