Sistemas de combustible

Sistemas de recepción y almacenamiento

Consideraciones en el almacenamiento de carbones:

• Las características del carbón previsto para ser almacenado en el parque y las condiciones climáticas del emplazamiento, lo configuran como potencialmente peligroso desde el punto de vista de la combustión espontánea.
• Aplicación de medidas durante el apilado que eliminen el riesgo de combustión espontánea.

Medidas para evitar la combustión espontánea en parque de carbón.

• Favorecer una circulación del aire rápido y uniforme a través de la parva, para disipar el calor generado, sin elevar mucho la temperatura.
• Minimizar la circulación del aire a través de la parva, eliminando el aire intersticial, para reducir las posibilidades de reacción

Medidas a emplear en el almacenamiento de carbones

• Terreno libre de materias extrañas como maderas, restos de vegetación, basuras, restos de aceites y, en general, materiales de bajo punto de combustión.
• Solera nivelada, bien drenada y libre de agua de comb
• Evitar almacenar cerca de fuentes de calor como conducciones de vapor o agua caliente, tanques de agua caliente, etc
• Evitar estructuras en forma de columnas dentro de parvas, que provocan un efecto chimenea y favorecen la circulación del aire
• El apilado debe llevarse a cabo formando tongadas sucesivas de espesor no mayor de 60 cm, para evitar la segregación y posibilitar la compactación posterior

Medidas de almacenamiento de carbón para evitar la segregación de tamaños

• No dejar caer el carbón sin ninguna precaución forman montones cónicos, que favorecen la segregación y dan lugar a canales de circulación de aire.
• Compactar y sellar los taludes de las parvas, sobret las bases de los taludes, donde pueden aparecer trozos más grandes

• Evitar taludes muy pendientes. Mantener los taludes por debajo de los 45°, 30° es un buen objetivo
• Sellar las parvas con una última tongada de finos
• Hacer comprobaciones frecuentes de la temperatura en el interior de las parvas, especialmente en los taludes y a profundidades de 1-2m

Tolvas de almacenamiento

• Por encima de los pulverizadores
• Paredes verticales (hormigón o chapa)
• Minimizar la adherencia (resina epoxi o acero inox)
• Autonomía 48h a Pnominal

Sistema de alimentación

•Gravimétrica (sistema de pesada continua): Ante granulometrías variables, dan errores importantes

•Volumétrico: Alimentador de regletas y de cinta sinfín

Molinos pulverizadores

• Se alimentan de carbón + aire
• Objetivo: 1) obtener una corriente de aire con carbón finamente pulverizado. 2) Alto grado de secado (recirculación). 3) Tsalida de 60° a 100°. 4) Separación entre granulometrías

Tipos de molinos pulverizadores

1) Tubular de bolas: se mueven por gravedad. Ventajas: Grandes cargas, Poco mantenimiento, Gran capacidad de respuesta. Inconvenientes: Gran consumo energético, Secado poco eficaz, Poco adecuados para operación intermitente. 2) Rodadura de pista y rodillos: Baja velocidad de giro, Funcionamiento suave 3) Rodadura de pista y bolas: Alta velocidad funcionamiento. 4) Rodadura de plato y rodillos cónicos: alta velocidad de funcionamiento

5) De martillos: Velocidad de funcionamiento muy alta, Molienda por impacto y rozamientos. •Sección de impacto + Sección de fricción: Reducción inicial de tamaño, Molienda por fricción, Clasificación granulométrica por acción de la fuerza centrífuga •Sección de impacto: Lignitos pardos con altos índices de humedad (50%), Secado con gases de combustión con bajo contenido de O2, Ajustes de T

Rodadura de plato y rodillos cónicos -> Bajo consumo energético, Buen grado de secado

De martillos -> Velocidad de funcionamiento muy alta, Molienda por impacto y rozamientos

Sección de impacto + Sección de fricción Reducción inicial de tamaño Molienda por fricción Clasificación granulométrica por acción de la fuerza centrífuga Lignitos pardos con altos índices de humedad (50%) Secado con gases de combustión con bajo contenido de O2 Ajustes de T.

Transporte del carbón pulverizado a los quemadores

• En suspensión en la corriente de aire primario
• Por tuberías revestidas de material antidesgaste
• Corriente impulsada por ventiladores

De aire primario (molinos en presión)

Exhaustores (molinos en depresión)

Condiciones para la combustión

• Mezcla adecuada del combustible y el aire
• Intima mezcla de combustible y aire en la zona de combustión de forma que todas las partículas de combustible tengan oxígeno
• Mantenimiento de una temperatura de ignición

Atomización del combustible líquido

La calidad de la atomización depende de:

• Tamaño de las gotas
• Distribución de las gotas entre diversos tamaños

Precauciones de atomización del fuelóleo:

• Sobrepasar temperaturas en que se formes burbujas que:
  1. Colapse en flujo de circulación del combustible
  2. Provoque la pérdida de ignición en el quemador
• Evitar la presencia de materias ácidas, arenosas y fibrosas

La atomización se produce por dos vías:

• Mecánicamente
• Por fluidos atomizadores: Vapor de agua y aire comprimido

Circuito aire-humos

Ventiladores de tipo forzado: Centrífugo y axial

Aire primario es el que se mezcla con el combustible en el quemador. En el caso del carbón sirve como elemento de transporte desde los molinos al quemador. Es cerca de 1/3 del aire total necesario para la combust completa.

Aire secundario: se añade alrededor del quemador o a través de las aberturas del hogar para dar el aire adicional para la combustión. Para la mayoría de los combustibles es cerca de los 2/3 del total de aire necesario para la combustión

Aire terciario: es aire adicional que se introduce a través de otras aberturas del hogar para controlar la forma deseada de la llama y proporcionar el aire final para la completa combustión en el volumen del hogar

Calentadores de aire:

• De aire secundario, •Aire ljungstrom, •Aire rothemuhl

Caldera de lecho fluido

• Ventajas:

– Utilización de combustibles de muy distintas característ

-Distribución de temperaturas muy uniforme

-Coeficientes de transferencia de calor entre el lecho y las superficies de intercambio muy altas debido a la fuerte agitación del lecho

-Temperaturas de operación baja(850°) (cenizas no funden) (muy pocos NOx)

-Eliminación prácticamente total de óxidos de azufre (mejor recuperación de calor) (poco sensible en la biomasa ya que tiene poco azufre)

-Excesos de aire bajos 20% frente al 40% de otras tecnologías (esta ventaja es debida a la mayor superficie de contacto entre combustible y comburente)

-La no formación de escorias hace que las cenizas tengan aplicaciones en la industria cerámica y de la combustión, etc

-Facilidad para variar la carga: modificando la velocidad de fluidificación

-Subiendo la velocidad de recirculación de cenizas o bien dejando fuera de servicio parte de la placa distribuidora

-Los sistemas importantes de la caldera tales como siste de alimentación de combustible, sistemas de eliminación de cenizas y sistemas de control y automatización son relativamente sencillos al comportarse el lecho como si fuera un líquido

• Inconvenientes:

-Para poder fluidificar el combustibl se precisa molienda previa (encarece el proceso y la humedad es superior al 20% , no es recomendable)

-Para evitar el arrastre de sólidos que es necesario un sistema de ciclones

-Existen problemas de erosión en determinadas zonas del sistema debido a la circulación del lecho

Lecho fluido circulante

• Sistemas en lecho fluido à Versátiles respecto al PCI y con bajas emisiones
• Adición de caliza y/o dolomía à Eliminación de azufre. Baja formación de NOx al controlar la temperatura de combustión

Tiro equilibrado

Una caldera que utiliza ventiladores de tiro forzado y de tiro inducido puede regularse y equilibrarse en las cantidades de aire y gases de combustión obtenidos, de forma que la presión del hogar es casi atmosférica. Esto da como resultado un mejor control de las fugas de aire del hogar, y se controlar la relación aire-combustible.

Sistema agua vapor

•Circuito agua de condensado

-Bombas de agua de condensado

-Calentadores de agua condensado

•Circuito algo de alimentación

-Desgasificador

-Bombas de agua de alimentación

-Calentadores de agua la alimentación

•Circuito en caldera

-Economizador

-Paredes de agua

-Calderín (separación de fase liquida y vapor)

-Sobrecalentadores primario y secundario

-Recalentadores

•

Turbina – extracciones – consensador

Objetivos del circuito Agua-Vapor

1) Absorción del calor de los productos de combustión. 2) Suministro del caudal de vapor necesario en las cond de P y T adecuadas 3) Optimización del rendimi del ciclo

Economizador

•Temperatura agua de entrada (235°C). Tsalida= 260

•Velocidad de los gases de combustión: 4 a 12 m/s

•Velocidad del agua: 0,10 en tubos lisos, 0,25 a 0.75 en tubos aleteados

•Riesgo de corrosión del agua en los gases de combusti que condense, sobre todo si estos gases llevan SO2

•Materiales de construcción, fundamentalmente acero

Condicions de la transmisi de calor en la vaporización

1) El aporte de calor al fluido lleva asociado un cambio de fase no un aumento de T. 2) La cantidad de calor transmitida es grande.Se precisa un sist adecuado para refrigerar superficies expuestas a grandes flujos calorífics

3) Problemas asociados:1) Separación eficiente líquido-vapor. 2) Diferenc de densidades suficiente→circulación natural. 3) Calderas supercríticas

Separadores de vapor

•Calderín:en calderas de Presi subcrítica de recirculación. Están basados en un proceso de sepaci centrífugo y ademá de separar las fases líqui y vapor, sirven para: 1) Dosificar la mezcla quími.2) Purificar el vapor. 3) Controlar la composición químic del agua (purga. 4) Proporcionar un reservorio de agua de emergencia.

Condiciones del agua

1) Tener un ph superior al ph de corrosión nulo (ph=9.76). 2) Contenido máx de SiO2: 20 ppb. 3) Conductividad máxima: 1µs. 4) Contenido máx en oxígeno: 7ppb (agua desgasificada). 5) Contenido en Fe y Cu máx: 10 ppb.

Sobrecalentadores

Objetivos: aumentar el rendimien del ciclo y disminuir el grado de humedad en la turbina en un 10 0 15%. Tipos:

•Sobrecalentador de radiación:1) Pantallas o placas colgadas, al flujo de humos. 2) La Tvapor no aumenta con la carga de la caldera

•Sobrecalentador por convección:1) La Tvapor aumenta con la carga de la caldera. 2) Se sitúan en la zona de recuperación de calor (lejos del hogar)

Recalentador

•Diseño similar al de los sobrecalentadores

•Caída de presión crítica

-Puede llegar a anular la mejora del rendimiento inherente al recalentador

-Flujo másico menor que el de los sobrecalentadores

Desgasificación: El oxígeno se elimina por desgasificación. Para hacer más perfecta esta eliminación se emplea hidrato de hidracina, también se suele emplear hidracina activada a actuar a menor temp.

Centrales de ciclo combinado

Diagrama T-S y rendimiento del ciclo

(dibujo y fórmulas)

Diagrama de flujo de energía

Aspectos de diseño del ciclo

•Contrapresión admisible

•Presión y temperatura de vapor

•Punto de acercamiento, “pinch point”

•Temps de aprox del sobrecalentador y economizador

•Temperaturas de salida de la chimenea

Influencia de la contrapresión

• La contrapresión está influida por el área de la sección recta del flujo en la caldera de recup de calor (HRSG).
• Altas contrapresiones reducen el coste, pero disminuyen el rendimiento de la turbina de gas
• Al valor de la contrapresión está entre 2,5 y 3,7 Kpa

Temperatura de vapor

• El salto entálpico en la turbina de vapor mejora con la temperatura. No obstante, mayor temperatura supone: 1) Disminución del caudal de vapor. 2)Mayor coste de los materiales a utilizar en el sobrecalentador y en tuberías a la turbina. 3)Disminuye la humedad en las etapas finales de la turbina
• La temperatura máxima del vapor se fija de manera que ésta sea menor o igual que las de los gases en la turbina de gas menos 25ºC

Presión del vapor

• Limitaciones por el vacío en el condensador, el grado de humedad permisible en las últimas etapas de la turbina y la temperatura máxima del vapor
• Presiones altas provocan: temperaturas de saturación mayoràMenor recuperación de los gases de la turbina de gas y un menor rendimiento de la caldera de recupe
• Presiones bajas provocan: Efectos contrarios a los anteriores pero al ser un vapor de menor densidad hay mayores pérdidas internas en los equipos lo que exige un diseño más caro.

Puntos de acercamiento (pinch point) y aproximación (Approach point)

• Punto de acercamiento es la diferencia entre la temper del vapor a la salida del evaporador y la temperatura de los gases en esa zona
• Punto de aproximación es la diferencia entre la temperatura de saturación en el calderín y la del agua a la salida del economizador

Valores óptimos del punto de acercamiento

• Cuanto menor es el pinch point: 1)Mayor cantidad de vapor generado.2)Mayor superfici total de intercambio se precisa. 3)Mayor coste de la caldera
• Valores óptimos entre 5 y 10ºC
• El approach point garantiza que no se produzca evaporación en el economizador

Temperatura del agua de alimentación

• El rendimiento de la caldera de recuperación aumenta cuanto más baja es la temperatura a la entrada del economizador (60ºC): La razón anterior justifica que no haya calentadores de agua en los ciclos combinados, salvo el desgasificador (para limitar la presencia de gases disueltos)
• Sin embargo, con presencia de S en el combustible la temperatura mínima del agua a la entrada del economizador se fija en 116ºC para minimizar la corrosión ácido por punto de rocío

Ciclos combinados con dos niveles de presión

• Se consigue disminuir la temperatura de los gases en chimenea, lo que reduce las pérdidas por esta vía del 10,7% al 7,1%
• La energía aprovechada en la turbina pasa del 20,7 al 21,3%
• Las pérdidas en el condensador se incrementan
• El resultado neto es una mejora del rendimiento del ciclo del 58,1% al 58,7%

Tipos de gasificadores de carbón

1) Lecho fijo. 2) Lecho fluido. 3) Lecho arrastrado

6.Circuitos eléctricos varios y organización en las CT

Tensiones usuales en las centrales:

• 6kv ca sin neutro,motores o consumidores de P>200kw
• 400V ca sin neutro,motores o consumidores P
• 125V cc (+10,-15%) en terminales de batería para alimentación de las cargas de cc, mando y control de aparamenta y contactos de disparo de las protecciones
• 230V caa, para tensión segura en el cuadro de distribuc
• 24V cc (+10,-15%), negativo a masa y a tierra para instrumentación, mando y control
• 48V cc (+19,-15%), positivo a masa y a tierra para transmisión de datos
• 400/230V ca para alumbrado, tomas de corriente, equipos de mantenimientos y otros equipos no involucrados en el proceso de la planta.

Consumo específico de una central térmica:

Organización de una central

Organización del departamento de producción

• Operacion pincipal: 1)Operación principal de acuerdo con las instrucciones del despacho de carga. Arranque, parada, subida, bajada de carga.2) Realizar la operaci segura de la planta.3)Control de descargos yanulación de los mismos durante las operaciones de mantenimien
• Operaciones en la zona de carboneo

• Laboratorio químico:planta purificación y desmineraliza de agua. 2)Analisis de carbones y de gases de combu 3)Control medioambiental de emisiones
• Oficina combustibles

Organización mantenimiento mecánico

• Turbina y auxiliares, carbones, taller, servicios generales. Incluye:Turboalternador, Turbobomba, Servicios generales, Taller, Carboneo, Báscula, Bombas en general, Compresores, Sistemas contra incendios
• Caldera y auxiliares, escorias y cenizas. Incluye:Molinos, Ventiladores, Planta tratamiento de aguas, Tubería de cladera, Escorias y cenizas, Válvula, tuberías y accesorios.

Mantenimiento eléctrico

• Generación: alternador y excitatriz, interruptor de generación, trafos principales, módulo de salida
• Equipos específicos: armario de mando de motores, válvulas todo-nada motorizadas, Cenizas y escoria, Carboneo, Sopladores, Control de quemadores
• Servicios auxiliares: Trafos, Barras 6kv (cabinas de M.T), Barras 380V (cabinas B.T), Centros control de motores, Arrancadores motores emergencia, Barras de continua, Barras seguras (alterna)
• General eléctrico: Alumbrados, Calefacciones, Telefonía

Mantenimiento de instrumentación

• Controles locales: Válvulas de control, Reguladores, Posicionadores
• Caldera: Control de combustión, Equipos asociados, compuestas y servos electroneumáticos y/o electrohidráulicos,
• Supervisión: Registros gráficos, Ordenador
• Turbina: Control secuenci arranque (automatismo todo-nada), Control velocidad, Control de carga
• Equipos específicos: Cenizas y escorias,Carbonea, Desulfuración
• Balance de planta: calentadores HP y LP (control asociado)

Control técnico

• Ingeniería: Pruebas rendimiento global y de equipos, Alargamiento de vida, Informática, Mejoras, reformas y modificaciones, Archivo técnico, Formación, Proyectos de investigacion, Informes, cuestionarios, estadísticas, Especificaciones técnicas. Procedimientos
• Seguridad, higiene y medicina: Normativa, seguridad e higiene, Comisión local de seguridad e higiene, Brigada contraincendios, Servicio de vigilancia, control de entrada, Inspección de trabajos, Prendas de seguridad personal, Atención visitas, Análisis de accidentes, estadísticas, Formación de personal, Servicio médico
• Control de calidad: Especificaciones de adquisición de materiales y servicios, Control de calidad, Control de recepción de materiales, Revisión general, Asesoramiento. Informes
• Control económico
• Personal: Convenio colectivo, Tramitación socio- administrativas, Nómina. Control de personal
• Presupuestos y contabilidad: Elaboración del presupuesto, Seguimiento, Contabilidad, Cierre del ejercicio. Servicios complementarios. •Aprovisionamiento. •Planificación estratégica. •Almacén: Organización y control, Gestión, Vale de salida. Imputación de consumo,Reposición de materiales
• Tereas administrativas

Esquema unifilar

Esquema unifilar servicios auxiliares: