3. METODOLOGÍA, TÉCNICAS Y EQUIPOS
3.2. Toma, almacenamiento y conservación de las muestras obtenidas a escala industrial
3.2.1. Puntos de muestreo y condiciones
Para estudiar el reparto de los elementos fue necesario muestrear todos los flujos de entrada y de salida, tanto en la unidad de combustión, como en el sistema de desulfuración. Para que las muestras de cada corriente del proceso fuesen representativas del flujo específico y de los parámetros de operación, las plantas operaron en condiciones estables durante dos semanas antes del muestreo. Además, las muestras se obtuvieron de forma simultánea para conseguir información comparable de cada flujo específico. Los muestreos se realizaron a 100% de carga y con un 100% de desulfuración de los gases. Las condiciones de operación durante los muestreos se encuentran resumidas en la Tabla 3.1.
En la Figura 3.1 se presenta un esquema en el que se indican los puntos muestreados en ambas centrales térmicas.
Tabla 3.1. Condiciones de operación y valores medios de los flujos de las centrales térmicas PP1 y
PP2 durante los muestreos.
Parámetro PP1 PP2-2007 PP2-2008
Alimentación de combustible(t/h) 194 142.8 154.2
Relación carbón:coque - 84:16 88:12
Flujo de salida de cenizas (t/h) 40 34.6 37.40
Flujo de salida de escoria (t/h) 8 4.44 5.10
Flujo de agua de escoria (m3/h) 3.5 54.17 51.68
Flujo de entrada de caliza (t/h) 31 8.67 7.96
Agua de aporte (m3/h) 47.9 24.5 20.2
Agua recuperada (m3/h) 39.2 28.0 28.0
Flujo de salida de yeso seco (t/h) 46 15.97 11.20
Relación L/G (L/m3) 20 18 15
Flujo de gas entrada desulfuración (Nm3/h) 1392066 1213935 1400852
Flujo de gas salida desulfuración (Nm3/h) 1621827 1311147 1507790
Escoria Alimentación
Agua de escoria Agua recogida escoria
Caldera
Cenizas
Suspensión de yeso Agua lechada de yeso
Filtración Yeso Agua filtrada Chimenea Lechada de caliza Caliza Agua de aporte Precipitador electrostático 1 2
Punto 1: partículas en suspensión y especies en fase gas antes del sistema de desulfuración
Punto 2: partículas en suspensión y especies en fase gas después del sistema de desulfuración
Sistema de desulfuración
PP2 PP1
Agua recuperada
Figura 3.1. Esquema simplificado de los puntos de muestreo de las corrientes sólidas, líquidas y
3.2.2. Muestreo de corrientes sólidas y líquidas
En las centrales térmicas estudiadas se tomaron muestras representativas de los carbones y coques que forman la mezcla de combustible, ceniza volante, escoria, caliza y yeso. Las corrientes líquidas muestreadas fueron el agua utilizada en el sistema de recogida de escoria y el agua de escoria resultante, el agua de aporte y el agua residual del filtrado de yeso que (agua filtrada). Además se muestreó el agua recirculada en el scrubber, también denominada recuperada.
Los muestreos en las dos centrales térmicas se realizaron durante dos días consecutivos. En la central térmica PP1 se obtuvieron 2 muestras representativas de las corrientes sólidas y líquidas al día. En PP2 se preparó para cada día únicamente una muestra representativa de cada corriente sólida a partir de 15 o 17 submuestras, mientras que en el caso de las muestras líquidas se tomaron en algunos casos 5 al día (aguas de lechada de caliza y de yeso) y en otros 3 (resto de muestras).
Las muestras sólidas se homogenizaron y secaron a temperatura ambiente y posteriormente en estufa a 105ºC. El yeso de desulfuración se secó a 45ºC para evitar la pérdida de agua de hidratación de la muestra.
Las muestras líquidas para análisis de aniones, previa medición de su pH y conductividad, se conservaron en frigorífico a temperaturas próximas a 4ºC en recipientes de PVC. Las muestras líquidas recogidas para análisis de mercurio se acidificaron previamente con HNO3 ultrapuro hasta pH < 2, se estabilizaron con K2Cr2O7 y se
almacenaron en nevera en recipientes de vidrio de color topacio.
3.2.3. Muestreo de corrientes gaseosas y material particulado
El muestreo de los gases y del material particulado presente en la corriente gaseosa se realizó en los siguientes puntos, que se señalan en la Figura 3.1:
- Primer punto: antes de la unidad de desulfuración. - Segundo punto: después de la unidad de desulfuración.
Los gases se muestrearon isocinéticamente a través de una sonda de vidrio calentada a 120ºC para evitar condensaciones. En ambos casos se utilizaron dos series de frascos
lavadores distintos: uno para la toma de muestra de compuestos de mercurio y otro para aniones.
3.2.3.1. Muestreo de mercurio en fase gas
La toma de muestra en la corriente gaseosa se realizó mediante un sistema con filtro para captación de partículas y frascos lavadores para retener las distintas especies de mercurio. Las partículas se retuvieron en filtros de cuarzo colocados antes de los frascos lavadores que contenían las disoluciones en las que se retiene el mercurio en fase gas (Figura 3.2). Los frascos lavadores se encontraban sumergidos en un baño de hielo y el volumen de gas muestreado fue de aproximadamente 2 Nm3.
Gas
KCl KMnO4
H2SO4
HNO3
H2O2
Sistema Ontario - Hydro
Carbón activo Filtro de
cuarzo
Figura 3.2.Tren de muestreo de mercurio en fase gas.
Para el muestreo de las diferentes especies de mercurio se utilizó el método Ontario Hydro. Mediante este método se retiene el mercurio en distintas disoluciones y se determina la proporción de Hg0 y Hg2+ en el gas, calculándose el Hg total como la suma de
ambos. La retención de mercurio se lleva a cabo en siete frascos lavadores conectados, conteniendo 100 mL de disolución cada uno. El Hg2+ se recoge en tres frascos lavadores
que contienen una disolución de KCl 1M, y el Hg0 en una disolución que contiene HNO3
al 5% y H2O2 al 10% y tres disoluciones de KMnO4 al 4% en H2SO4 al 10%. Este método
es aplicable para concentraciones de mercurio comprendidas entre 0.5 y 100 µg/m3. El
error del método, expresado como la desviación estándar relativa, es inferior al 11% para concentraciones de mercurio superiores a 3 µg/m3 (ASTM D 6784-02 (2008)).
3.2.3.2. Muestreo de aniones en fase gas
La captación de aniones en fase gas se llevó a cabo según la noma UNE-EN 1911:199887. Este procedimiento permite retener los aniones presentes en la corriente
gaseosa en varios frascos lavadores que contienen agua MilliQ, previa eliminación de las partículas en un filtro de cuarzo.