Caldera Lecho Fluidizado

Tecnología para underwriter

16 Combustión por fluidización en centrales de energía

M

Münchener Rück Munich Re Group

El comienzo de la explotación industrial de la tecnología de fluidización se remonta a los inicios del siglo XX (gasificación de carbón).

– sistemas de lecho fluidizado bajo presión atmosférica, – sistemas de lecho fluidizado bajo presión elevada.

En las centrales de energía carboeléctricas, las técnicas de fluidización se fueron implantando en los ãnos setenta, en primer término, en concepto de hogares de combustión de calderas, y también en una serie de otros campos de aplicación, p. ej. en el secado de combustibles y en la depuración de los gases de escape en seco. El motivo principal de la implantación de esta nueva tecnología reside en las ventajas que ofrece frente a la combustión convencional de polvo de carbón en el proceso de desulfuración y denitrogenación.

En la actualidad, en la tecnología de las centrales de energía eléctrica viene aplicándose, en primer término, el sistema de hogares de combustión por fluidización circulatoria y atmosférica.

Además, la tecnología de la combustión por fluidización se presta muy bien para la combustión de combustibles de calidad inferior, pasando por el carbón de mala calidad hasta las basuras inflamables que proceden de los sectores más diversos, tales como en lodos activados y biomasa. Según el estado de flujo, los sistemas de los hogares de combustión se subdividen en – sistemas estacionarios de lecho fluidizado, – sistemas circulatorios de lecho fluidizado y, según la presión de trabajo, en

1 Modo de operación El aire requerido para la combustión fluye a la cámara de combustión a través del fondo de la tobera y del material del lecho formado de una mezcla de arena y ceniza. El material del lecho y el combustible introducido van mezclándose de forma tan intensa hasta que adoptan las características de una sustancia fluida. Para la desulfuración, se añade al lecho fluidizado piedra de cal molida. Los gases de humo y el lecho fluidizado transmiten el calor producido por la combustión mediante convección y radiación a las superficies térmicas de la cámara de combustión por fluidización. En los separadores tipo ciclón posconectados a la cámara de combustión se separan las partículas sólidas de los gases de humo para volver a transportarlas a la cámara de combustión. Los gases de humo pasan al llamado segundo tiro donde transmiten su calor a las superficies térmicas posconectadas (sobrecalentador, precalentador de agua de alimentación y de aire fresco).

Comparada con los hogares de combustión, la ventaja de la combustión por fluidización reside en las temperaturas más bajas de unos 850° C en la cámara de combustión. Con ello, la formación de óxido de nitrógeno se reduce a un mínimo. Dado que la piedra de cal puede insertarse directamente en el lecho (s.v. arriba), van créandose también condiciones más favorables para la desulfuración. Por lo tanto, es posible prescindir de los elementos normalmente requeridos para la denitrogenación (catalizadores) y la desulfuración (lavadores).

Una vez pasados por los separadores tipo ciclón (5), los gases de humo se conducen sucesivamente al sobrecalentador (6), al precalentador de agua de alimentación (7) y de aire para ser refrigerados a unos 110–140° C.

El esquema muestra la estructuración de un hogar de combustión por fluidización circulante en una central de energía.

Normalmente, el combustible y la cantidad de piedra de cal necesaria para la desulfuración van alimentándose en la corriente del material del lecho que vuelve de los ciclones a la cámara de combustión por fluidización.

La cantidad de aire requerida para la combustión entra por el ventilador de aire fresco (1), se calienta en un precalentador (2) para ser conducida luego a la cámara de combustión como aire primario y secundario. Para poder superar las pérdidas de presión en el fondo de la tobera y en el lecho, previamente, el aire primario se recomprime mediante el aireador primario (4).

A continuación, son despolvorados en una instalación de filtraje (8) (filtro eléctrico o filtro de tejido), para disiparlos a la atmósfera a través del ventilador aspirador (9) y la chimenea.

Los residuos de la combustión y los productos de la reacción se eliminan de la circulación como ceniza del lecho, del filtraje y también como ceniza de los ciclones.

1 Generadores de vapor con combustión circulante por lecho fluidizado. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

ventilador de aire fresco precalentador de aire fondo de tobera ventilador primario separador tipo ciclón sobrecalentador precalentador de agua de alimentación instalación de filtraje ventilador aspirador

8

6

agua vapor combustible piedra de cal ceniza caliente ceniza, arena aire gas de humo gas puro

7

5

9 2 1 3 4

2 Riesgos y prevención de siniestros 2.1 Montaje y prueba de operaciones

2.2 Explotación

Como los respectivos componentes individuales son, en parte, de gran volumen y de peso elevado, tales como ciclones, refrigeradores de cenizas, embudo con fondo de tobera, tubos de paso de ciclones, durante el premontaje o la colocación de dichos elementos pueden sobrevenir siniestros por una eventual caída de dichas partes o se dañan secciones ya montadas.

En primer término, los daños en las tuberías suelen producirse en la transición del embudo a la cámara de combustión y en la de la cámara de combustión al separador tipo ciclón. Por lo tanto, en las inspecciones hay que comprobar si estas secciones se hallan protegidas mediante materiales refractarios contra ataques por corrosión.

Si al colocar la mampostería no se presta la debida atención a una libre posibilidad de dilatación, en el momento del arranque pueden producirse daños en la mampostería. Sin embargo, el mayor potencial de peligros se da durante la fase de la puesta en operación y durante el período de pruebas. En esa fase, un 40 % de los siniestros tiene su origen en defectos de fabricación, un 20 % en fallos de manejo y un 40 % en fallos de montaje. Predominan los siniestros en el revestimiento refractario, en el fondo de toberas, en sistemas de calcificación y extractores de cenizas así como en ventiladores.

Las aristas que sobresalen de los muros circundantes de los generadores de vapor (costuras soldadas de montaje, aberturas de mediciones) causan remolinos de cenizas que al poco tiempo pueden provocar erosiones y, con ello, notables siniestros. Por lo tanto, las instalaciones nuevas ya tendrán que inspeccionarse tras un breve período de operación en orden a detectar, a tiempo, erosiones incipientes y encaminar las medidas adecuadas de prevención contra siniestros. Pese a todas las medidas de protección adoptadas, no dejan de producirse roturas en las tuberías. La mezcla así formada entre el agua o el vapor con el material del lecho conlleva adherencias y daños en la cámara de combustión. Estas adherencias deben removerse inmediatamente para que no se formen compactaciones por sinterización. La eliminación posterior causaría un notable coste adicional.

Cambios en las temperaturas que provocan tensiones térmicas y el efecto erosivo de la ceniza constituyen un peligro para los materiales en todas las secciones parciales revestidas de material cerámico (cámara de combustión por fluidización, separadores tipo ciclón, separadores de cenizas, sifones, cámara de combustión). Al sobrevenir un siniestro hay que comprobar si se han cumplido las normas de los fabricantes con respecto a los gradientes de las temperaturas de arranque. En el fondo de las toberas, los eventuales daños suelen producirse, en primer término, en las toberas. Los esfuerzos de vibración hacen que se formen grietas en las costuras de soldadura de los tubos de toberas. Si la costura de soldadura se halla destruida, la tobera se desliza hacia abajo. Como consecuencia de ello se puede observar el incremento de la caída de arena en el cajón de aire primario durante el arranque y la operación en carga parcial. Esta caída de arena conlleva un desgaste excesivo en el conducto de aire y en las propias toberas. Aparte de ello, pueden sobrevenir siniestros en los cabezales de las toberas que tienen su origen en una adherencia de los propios cabezales. Las referidas adherencias se forman por sobrepasarse localmente el punto de viscosidad de la ceniza. A causa de ello, se cierran en parte las aberturas de salida de aire en los cabezales de las toberas, lo que conlleva un incremento de las temperaturas.

2 Parte de la cámara de combustión por fluidización con aberturas de salida de cenizas en el fondo de tobera.

3 Partes del fondo de tobera.

4 Fondo de tobera en la cámara de combustión por fluidización. Los cabezales de la tobera presentan escorias, las aberturas para la salida de aire se hallan, en parte, erosionadas.

3 Aspectos del seguro 3.1 Seguro de montaje

3.2 Seguro de rotura de maquinaria

El montaje de un generador de vapor por lecho fluido implica notables riesgos. Los elevados valores de las instalaciones en obras con espacio freuentemente reducido y el período de montaje relativamente largo exigen, entre otros, que se preste a tiempo la necesaria atención a la protección contra incendios, sobre todo en los almacenes en sitios de obras. Dadas las condiciones, en parte, difíciles del montaje y los elementos de gran volumen y elevado peso, es muy frequente que ocurran accidentes del montaje. Durante la fase de la puesta en operación pueden sobrevenir siniestros por circuitos reguladores aún no optimizados o por personal de operación todavía no adiestrado lo suficientemente.

Dadas las condiciones de operación, en parte, muy severas en las centrales de energía eléctrica, los componentes de los generadores de vapor están muy expuestos a siniestros. Por lo tanto, para poder contratar un seguro de rotura de maquinaria es un requisito previo el cumplimiento estricto de los trabajos de mantenimiento exigidos.

El riesgo del fabricante debiera incluirse sólo en instalaciones ya probadas sin características de prototipo. En este caso se aconseja acordar una franquicia del 10 % del siniestro, pero, como mínimo, 1 ‰ de la suma asegurada del generador de vapor.

Hay que prestar atención, a la vez, a que tanto para la caldera completa de vapor como para tado la central de energía se tomen por base los valores totales de reposición.

3.3 Seguro de pérdida de beneficios por interrupción de las operaciones En muchos casos sólo se aseguran los gastos adicionales, es decir, los costes a desembolsar para el suministro de corriente eléctrica de la red pública o de vapor ajeno en caso de siniestro. Estos gastos adicionales deberán determinarse en su cuantía adecuada por kilovatiohora o por tonelada de vapor/hora a base de la potencia anual a esperar. Es de importancia esencial la estipulación de franquicias temporales de, por lo menos, 7 días según la respectiva central de energía.

Para poder mantener dentro de límites justificados los gastos adicionales, generalmente elevados, son imprescindibles el aviso rápido de los siniestros y la toma inmediata de las medidas de aminoración de un siniestro.

Hasta ahora se han publicado 1 La fabricación de papel 2 Excavaciones para obras afectadas por el nivel freático 3 Fabricación de cemento 4 Protección contra incendios en obras de construcción 5 Directional drilling 6 Cimentaciones por pantalla continua 7 Tendido acuático por sifón 8 La fabricación de azúcar 9 Primeras medidas a tomar después de daños en instalaciones y aparatos electrónicos 10 Vigilancia de superficies de cristal contra rotura, parte 1 11 Vigilancia de superficies de cristal contra rotura, parte 2 12 Cajones neumáticos 13 MRPC/MRPCMaps Software diseñado para tarificaciones en los seguros técnicos 14 Centrales combinadas de energía 15 Propulsión pod Un nuevo sistema de propulsión diésel-eléctrico para buques 16 Combustión por fluidización en centrales de energía

17 La prevención de siniestros mediante la termografía infrarroja 18 Transformadores 19 Acerías Parte 1: La producción de acero 20 Acerías Parte 2: La transformación subsiguiente del acero 21 Procesos térmicos de trabajo 22 Localización de derrames después de daños por rotura de tuberías de agua 23 Maquinaria para movimientos de tierra 24 Desalinización del agua del mar 25 Motores de aviación 26 Máquinas impresoras 27 Refinerías de petróleo Parte 1: Principios fundamentales 28 Refinerías de petróleo Parte 2: Instalaciones constituyentes, aspectos del seguro 29 La grifería en las instalaciones domésticas de fontanería 30 Centrales de ciclo combinado con gasificación de carbón integrada

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