ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES PROYECTO FIN DE CARRERA:

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(1)ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. PROYECTO FIN DE CARRERA:. CONTRIBUCION A LA MEJORA DE EFICIENCIA Y REDUCCION DE EMISIONES EN LA COMBUSTION DE CARBON EN CENTRALES TERMICA: DISEÑO DE LOS PROTOCOLOS DE ENSAYOS EN CALDERA. JOSE MARIA DIAZ DIAZ.

(2) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. INCIDE 1.- ANTECEDENTES -------------------------------------------------------------------------------- 1 2.- OBJETIVOS --------------------------------------------------------------------------------------- 2 3.- ALCANCE ----------------------------------------------------------------------------------------- 3 4.- PRESENTACION DE LOS PROTOCOLOS DE ENSAYOS ----------------------------- 8 4.1 DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE ------------------------------------------------------------------- 8 4.1.1 DESARROLLO DEL PROTOCOLO ------------------------------------ 9 4.2. TOMA DEMUESTRAS DE CARBON PULVERIZADO ----------------------------------------------------------------------- 12 4.2.1 DESARROLLO DEL PROTOCOLO ------------------------------------ 14 4.3. ANALISIS DE GASES EN ARCO DE QUEMADORES ----------------------- 18 4.3.1 DESARROLLO DEL PROTOCOLO ------------------------------------ 19 4.4. ANALISIS DE GASES EN SALIDA DE CALDERA ------------------------------------------------------------------------------ 21 4.4.1 DESARROLLO DEL PROTOCOLO ------------------------------------ 22. I.

(3) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. I : DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. RELACION CAUDAL - % DE CAUDAL EN CONTROL. 1.- OBJETO. --------------------------------------------------------------------------------------. I-3. 2.- AMBITO DE APLICACIÓN --------------------------------------------------------------------. I-3. 3.- DEFINICIONES -----------------------------------------------------------------------------------. I-3. 4.- ACCIONES PREVIAS ---------------------------------------------------------------------------. I-5. 4.1. PRECAUCIONES ---------------------------------------------------------------------. I-5. 4.2. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES-------------------------------------. I-6. A) RECURSOS HUMANOS --------------------------------------------------. I-6. B) RECURSOS MATERIALES ----------------------------------------------. I-6. 4.3. CALIBRACIONES -------------------------------------------------------------------. I-7. 4.4. OPERACIÓN --------------------------------------------------------------------------. I-8. 5.- DESCRIPCION DEL PUNTO DE MEDIDA------------------------------------------------- I-10 GRUPO 3 ------------------------------------------------------------------------------------ I-10 GRUPOS 4 y 5 ------------------------------------------------------------------------------ I-12 6.- MONTAJE DEL EQUIPO ----------------------------------------------------------------------- I-14 7.- METODO DE MUESTREO --------------------------------------------------------------------- I-17 8.- TOMA DE DATOS ------------------------------------------------------------------------------- I-18 9.- ACCIONES POSTERIORES -------------------------------------------------------------------- I-20 A) FINAL DEL TRABAJO -------------------------------------------------------------- I-20 B) MATERIAL UTILIZADO ------------------------------------------------------------ I-20 10.- CALCULO DE CR (RELACION CAUDAL - % DE CAUDAL) ----------------------- I-21 GRUPO 3 ------------------------------------------------------------------------------------ I-21 GRUPOS 4 Y 5------------------------------------------------------------------------------ I-22. II.

(4) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. II : TOMA DE MUESTRAS DE CARBON PULVERIZADO: DETERMINACION DE CAUDALES MASICOS Y DISTRIBUCIONES GRANULOMETRICAS 1.- OBJETO. ..................................................................................................................... II-3. 2.- AMBITO DE APLICACIÓN ............................................................................................. II-3 3.- DEFINICIONES ................................................................................................................. II-4 4.- ACCIONES PREVIAS ....................................................................................................... II-8 4.1. CONSIDERACIONES ...................................................................................... II-8 4.2. PRECAUCIONES ............................................................................................. II-8 4.3. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES .................................................. II-9 A)RECURSOS HUMANOS ..................................................................... II-9 B) RECURSOS MATERIALES ............................................................... II-9 4.4. CALIBRACIONES............................................................................................ II-10 4.5. OPERACIÓN ..................................................................................................... II-11 5.- DESCRIPCION DEL PUNTO DE MUESTREO ............................................................. II-13 GRUPOS 1 Y 2 .......................................................................................................... II-13 GRUPO 3 .................................................................................................................. II-13 GRUPOS 4 Y 5 .......................................................................................................... II-16 6.- MONTAJE DEL EQUIPO ................................................................................................. II-18 7.- METODO DE MUESTREO .............................................................................................. II-20 7.1. CALCULO DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO AIRE-CARBON ................ II-20 7.2. DETERMINACION DEL CAUDAL DE ASPIRACION ............................... II-23 7.3. METODOLOGIA EN LA TOMA DE MUESTRAS ....................................... II-23 8.- TOMA DE DATOS ............................................................................................................ II-26 9.- ACCIONES POSTERIORES............................................................................................. II-28 A) FINAL DEL TRABAJO ..................................................................................... II-28 B) MATERIAL UTILIZADO .................................................................................. II-28 10.- RESULTADOS ................................................................................................................ II-29 10.1. FACTORES DE CORRECCION.................................................................... II-29 A) Corrección de la cantidad de muestras recogidas. ............................... II-29 B) Corrección por tamaño de partícula...................................................... II-29 10.2. DETERMINACION DE CAUDALES MASICOS ....................................... II-30 10.3. DISTRIBUCION GRANULOMETRICA. RECTA ROSIN-RAMMLER .. II-31. III.

(5) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. III: ANALISIS DE GASES EN ARCO DE QUEMADORES 1.- OBJETO.............................................................................................................................. III-3 2.- AMBITO DE APLICACIÓN ........................................................................................... III-3 3.- DEFINICIONES ................................................................................................................. III-3 4.- ACCIONES PREVIAS ...................................................................................................... III-5 4.1. PRECAUCIONES ............................................................................................. III-5 4.2. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES.................................................. III-5 A) RECURSOS HUMANOS.................................................................... III-5 B) RECURSOS MATERIALES............................................................... III-6 4.3. CALIBRACIONES ........................................................................................... III-6 4.4. OPERACION ..................................................................................................... III-7 5.- PUNTOS DE MUESTREO ............................................................................................... III-8 GRUPO 3. ......................................................................................................... III-8. GRUPO 4 y 5 ......................................................................................................... III-10 6.- MONTAJE DEL EQUIPO ................................................................................................. III-12 7.- METODO DE MUESTREO.............................................................................................. III-14 8.- TOMA DE DATOS ......................................................................................................... III-15 9.- ACCIONES POSTERIORES ............................................................................................ III-17 A) FINAL DEL TRABAJO .................................................................................... III-17 B) ANALIZADOR MULTIPARAMETRICO ....................................................... III-17 C) MATERIAL UTILIZADO .................................................................................. III-17. IV.

(6) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. IV: ANALISIS DE GASES EN SALIDA CALDERA 1.- OBJETO. ..................................................................................................................... IV-3. 2.- AMBITO DE APLICACIÓN ............................................................................................ IV-3 3.- DEFINICIONES ................................................................................................................. IV-4 4.- ACCIONES PREVIAS ...................................................................................................... IV-5 4.1. PRECAUCIONES ............................................................................................. IV-5 4.2. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES.................................................. IV-5 A) RECURSOS HUMANOS.................................................................... IV-5 B) RECURSOS MATERIALES............................................................... IV-6 4.3. CALIBRACIONES ........................................................................................... IV-7 4.4. OPERACIÓN ..................................................................................................... IV-8 5.- PUNTOS DE MUESTREO ............................................................................................... IV-9 GRUPOS 1 y 2 ......................................................................................................... IV-9 GRUPO 3 .................................................................................................................. IV-11 GRUPOS 4 y 5 .......................................................................................................... IV-13 6.- MONTAJE DEL EQUIPO ................................................................................................. IV-15 A) MALLADO DEL CONDUCTO .................................................................. IV-15 B) MUESTREO EMPLEANDO LAS SONDAS FIJAS ....................................... IV-16 7.- METODO DE MUESTREO.............................................................................................. IV-18 A) MALLADO DEL CONDUCTO ........................................................................ IV-18 B) MUESTREO CON SONDAS FIJAS ................................................................. IV-18 8.-TOMA DE DATOS ............................................................................................................. IV-20 9.- ACCIONES POSTERIORES ............................................................................................ IV-22 A) FINAL DEL TRABAJO .................................................................................... IV-22 B) ANALIZADOR MULTIPARAMETRICO2...................................................... IV-22 C) MATERIAL UTILIZADO .................................................................................. IV-22. V.

(7) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. 1.- ANTECEDENTES. En los centros de producción se plantea a finales de los años 80 y durante los años 90, un creciente interés por el conocimiento más profundo de variables y parámetros, que anteriormente habían sido considerados de menor importancia y de las que no se tenía, en los centros de producción, una información detallada acerca de cómo proceder para su determinación y estudio.. Las inquietudes por mejorar los diferentes procesos, en los que se encuentran involucrados los grandes y medianos centros de producción, les lleva a plantearse el estudio y determinación de una serie de parámetros, lo cual puede llegar a constituir un importante avance tanto en la optimización de la producción como en la reducción del consumo de materias primas, lo cual produce mejoras relativas al medio ambiente.. En una primera aproximación, todas estas cuestiones eran tratadas, determinadas y cuantificadas a través de la contratación de empresas especializadas, que realizaban pruebas específicas, tales como puestas en marcha, modificaciones importantes de procesos, estudios y sistemas de investigación especiales, etc.. En la actualidad estos centros de producción se encuentran inmersos en sistemas de Gestión de Calidad, que les exigen que estas actuaciones sean realizadas por el personal propio. Este necesita a su vez el apoyo de un detallado procedimiento de aplicación en cada caso, sustentado por una metodología específica.. El planteamiento a los técnicos de la ejecución de estas actividades supone resolver una serie de interrogantes que son el objetivo fundamental del presente estudio.. 1.

(8) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. 2.- OBJETIVOS. La finalidad fundamental de este trabajo es resolver la problemática establecida en los centros de combustión, basada principalmente en la determinación de una serie de variables y parámetros que en unos casos no eran controlados de una forma específica, y en otros, se hacía de forma insuficiente.. Para el desarrollo de esta finalidad se concretan los siguientes puntos:. 1. Revisar y actualizar las actividades existentes hasta el momento, y partiendo de estas prácticas establecer un sistema de actuación. 2. Desarrollar sistemas para la determinación de variables y parámetros que no hayan sido cuantificados con anterioridad. 3. Establecer una metodología de actuación específica para cada proceso.. La estructuración de cada uno de los protocolos se llevará a cabo siguiendo un esquema general en el que se irán encajando los aspectos fundamentales, que lo conforman en sus diferentes niveles : . Primer nivel, donde se delimitan tanto las finalidades del procedimiento, como los aspectos teóricos previos a su aplicación.. . Segundo nivel, en el que se definen las actuaciones prácticas previas a la aplicación de la metodología propia de cada caso.. . Tercer nivel, que describe la metodología que debe desarrollarse para la aplicación del procedimiento, y detalla los aspectos prácticos, de la toma de datos.. . Cuarto nivel, que recoge las actuaciones posteriores complementarias que sean de interés.. 2.

(9) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. 3.- ALCANCE Este proyecto se desarrolla mediante un total de cuatro procedimientos encaminados a otras tantas actuaciones, a llevar a cabo, en relación con los procesos de combustión en las Centrales Térmicas de carbón. Todas las actuaciones se encuentran englobadas en unos ámbitos de aplicación encaminados a contribuir a la mejorar de la eficiencia y reducción de emisiones en la combustión de carbón en centrales térmica. Entre ellos se encuentra la reducción de óxidos de nitrógeno. Los protocolos que desarrollan este proyecto contemplan seis procedimientos: 1.. Determinación de caudales en conducto de aire.. 2.. Toma de muestras de carbón pulverizado.. 3.. Análisis de gases en arco de quemador.. 4.. Análisis de gases en salida de caldera.. Toda la información que se requiere para la realización de las diferentes actividades que contempla la aplicación de los procedimientos, se encuentra recogida, de una forma estructurada, en los diferentes puntos en los que se dividen los protocolos de medidas en caldera. La información se clasifica de forma metódica, para todos los protocolos, usando un esquema similar y basado en los siguientes apartados: 1.. Objetivo. 2.. Ámbito de aplicación. 3.. Definiciones. 4.. Acciones preliminares. 5.. Puntos de muestreo. 6.. Montaje de equipos. 3.

(10) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. 7.. Métodos de muestreo (metodologías). 8.. Toma de datos. 9.. Acciones posteriores. 10.. Cálculos. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. Esta estructura se mantiene de forma general en el procedimiento, aunque en algunos de ellos se han suprimido determinados puntos, por considerar que no procede su contenido. Para cada procedimiento, y de una forma independiente, se subdividen algunos de los apartados principales, con la finalidad de desarrollar de una forma más clara los contenidos específicos de las actuaciones. Estas subdivisiones pueden llegar a ser coincidentes para alguno de los procedimientos, al ser estos de acciones o actuaciones similares. A continuación se llevará a cabo una breve descripción del alcance de cada uno de los puntos en los que están subdivididos los protocolos de medida.. OBJETIVOS En este apartado se indican de forma escueta los objetivos de actuación, tanto en aplicaciones como en parámetros o variables, que quedan especificadas en la finalidad del protocolo.. AMBITO DE APLICACIÓN Se especifican los grupos térmicos donde es posible la realización de los procedimientos, indicándose aclaraciones referentes a los puntos de aplicación en cada uno de ellos. Así mismo, pueden indicarse explicaciones referentes a las utilizaciones de diversas opciones posibles dentro del mismo procedimiento.. 4.

(11) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. DEFINICIONES Se incluye la identificación de los principales conceptos de uso en el protocolo. En ellos se realizan puntualizaciones específicas en la aplicación de dichos conceptos.. ACCIONES PREVIAS Se engloban todas las actuaciones necesarias, con carácter previo a la aplicación del procedimiento. Estas actuaciones son dependientes de la finalidad de cada uno de ellos, y en líneas generales están referidas a los siguientes apartados: •. Precauciones. •. Recursos humanos y materiales. •. Calibraciones. •. Operación. PUNTO DE MUESTREO Se precisa la localización específica de los puntos donde se llevan a cabo las tomas de muestreo y determinaciones de los parámetros específicos, que son de aplicación en el protocolo.. MONTAJE DE EQUIPOS Se describen de forma concreta las técnicas de actuación que han de llevarse a cabo en los respectivos procedimientos. Entre ellos se indican tanto los equipos específicos a utilizar, como los materiales auxiliares requeridos.. 5.

(12) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. METODO DE MUESTREO Presenta las técnicas que deben emplearse en la toma de muestras y determinación de parámetros en cada uno de los procedimientos aplicables. Estas descripciones se llevan a cabo de una forma secuencial, indicándose paso a paso y de una forma clara las actuaciones que han de realizarse.. TOMA DE DATOS Se indica la realización de la recopilación de toda la información que condiciona la aplicación de procedimientos específicos. Esta información es reflejada en unas hojas de datos que serán definida en cada caso, de una forma especifica. Así mismo se aconseja que esta información recogida en formato papel, sea transferida a una hoja de cálculo, idéntica a la anterior, la cual es archivada con un código de ocho caracteres donde se indica el procedimiento aplicado, punto de medida, año de realización y número de orden de la prueba en el año en curso.. ACCIONES POSTERIORES Al igual que las acciones previas se engloban aquí las actuaciones necesarias con carácter posterior a la aplicación del procedimiento.. CALCULO En dos de los procedimientos se precisa de un apartado donde se especifican los cálculos requeridos para la aplicación del procedimiento.. 6.

(13) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. 4.- PRESENTACION DE LOS PROTOCOLOS DE ENSAYOS A continuación se presentan los protocolos de ensayos de: . Determinación de Caudales en Conductos de Aire.. . Toma de Muestra de Carbón Pulverizado.. . Análisis de Gases en Arco de Quemadores.. . Análisis de gases en salida de caldera.. 4.1. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTO DE AIRE. Los conductos que aportan aire a la combustión en las calderas de las centrales térmicas, en especial las de carbón, tienen ubicados elementos de medida de los caudales de aire imprescindibles para un buen control de la combustión. Estos elementos suelen ser placas orificios, venturis, reducciones de la sección de paso en el conducto, etc.. Los elementos insertados en los conductos provocan una perdida de carga en el flujo circulante, que en aplicación del principio de Bernouilli, es proporcional al cuadrado de la velocidad del flujo. Esta propiedad es utilizada en los centros de operación de las centrales para el control y la regularización de los caudales de aire, en los diferentes conductos, mediante la existencia de las señales de presiones estáticas, en puntos específicos de estos elementos. Estas medidas de presiones tienen unas ubicaciones específicas en zonas anteriores y posteriores a las perturbaciones.. Se hace imprescindible una buena verificación y comprobación de los caudales de aire utilizados en los centros de control de las centrales térmicas, que permitirán un mejor conocimiento y dominio del estado operacional del proceso de combustión, así como de sus consecuencias térmicas, medioambientales, etc. Con esta finalidad se ha llevado a cabo el desarrollo del procedimiento sobre la determinación de caudales en conductos de aire.. 7.

(14) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. Este procedimiento define la metodología a desarrollar para la determinación y cuantificación de la correlación entre los caudales registrados en los sistemas de control y los caudales medidos de forma directa (método manual) en los conductos de aire.. La base fundamental de este procedimiento es el ajuste de la función, que correlaciona la señal de los elementos dispuestos para control del caudal de aire, existente en la sala de control, y la medida de caudal de aire llevada a cabo de forma directa en el conducto. La lectura de caudal de aire que lleva a las salas de control, procedente de los equipos de medida, habitualmente equipos de presiones diferencial, son transmitidas mediante señal eléctrica continua de 4-20 mA, 0-1 v, 1-5 v, etc. Esta señal es normalmente transformada a una proporción lineal de 0 a 100 % en caudal. Para aquellas situaciones, poco habituales, en que las señales de caudal en control no sean una proporción lineal, ha de procederse inicialmente a la determinación de la función que transforme la señal original a la señal de forma proporcional con el caudal. La determinación del caudal de aire en los conductos de forma directa es llevada a cabo mediante la aplicación de metodologías existentes a tales efectos. Como referencias pueden indicarse las desarrolladas por la EPA, ISO o UNE. Todas estas metodologías se basan en la determinación de las velocidades del flujo másico circulante en conductos mediante la medida de las presiones diferenciales producidas en el elemento de medida denominado tubo pitot. 4.1.1. Desarrollo del protocolo. La realización de la determinación de los caudales de flujo másico en conductos de aire conlleva una serie de condicionantes técnicos que deben tenerse en cuenta, tales como:. 8.

(15) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. •. Localización de sección de medida.. •. Determinación de los puntos de control de velocidades.. •. Cuantificación de las variables requeridas para la determinación de los caudales.. •. Medidas de presiones diferenciales del tubo pitot.. •. Cálculo de la velocidad y caudal de flujo (aire).. Las localizaciones de las secciones de medida en los diferentes conductos de una central térmica están condicionadas, en su mayoría, por la geometría establecida en el diseño inicial de la caldera. A pesar de ello ha de procederse a una búsqueda de las mejores localizaciones posibles. En el protocolo se indican, en esquemas de las calderas, donde se encuentran localizados, de una forma orientativa los diferentes conductos referidos en este documento.. Con las determinaciones de los puntos de control de velocidades se establece una metodología para la sectorización de las secciones de medidas, de forma que éstas sean de igual área, fijándose en cada una de ellas el punto de medida que lo representa.. En las normas descritas anteriormente (EPA, ISO, UNE) se describen las diferentes técnicas en las sectorizaciones de las diferentes secciones de medidas, así como las localizaciones exactas de los puntos de medida en estas secciones. En el caso particular de los conductos de aire de combustión de las calderas, a los que se refiere este documento se encuentran especificada las localizaciones de los puntos de medidas para cada uno de ellos.. En la determinación de los caudales de flujo de aire es necesario cuantificar una serie de parámetros complementarios a la medida de presión diferencial del tubo pitot. En este documento se indican cuáles son estos parámetros requeridos, sus unidades, así como los cálculos requeridos para la determinación de la velocidad de flujo y de los caudales volumétricos de aire.. 9.

(16) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. Los cálculos a llevar a cabo entre los datos registrados en Control de caudales de las corrientes de aire de combustión, que se encuentran expresados en valores porcentuales, y los valores resultantes de las medidas en campo, estan recogidos en protocolo, procediéndose a realizar la correlación del venturi o placa orificio existente en los conductos. Han de calcularse los coeficientes de correlación o factores de proporción (CR) entre los valores medidos (Nm3/h) y los datos de registro correspondientes (%).. 10.

(17) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. 4.2. TOMA DE MUESTRAS DE CARBON PULVERIZADO. El aporte de combustible a la caldera de las centrales térmicas de carbón se lleva a cabo mediante el transporte neumático de las partículas de carbón, una vez que éstas han pasado por la molienda.. En el transporte del flujo aire-carbón a cada uno de los quemadores, distribuidos en las diferentes cotas y zonas de la caldera, es de gran importancia que se lleve a cabo de una forma controlada, al ser este prioritario para un adecuado del proceso de combustión.. En este control de la combustión de una central térmica surgen incidencias motivadas por descompensaciones del aporte del conjunto aire-carbón en los diferentes quemadores. Estas descompensaciones suelen estar motivadas por tres factores fundamentales, caudal volumétrico de aire, caudal másico de carbón y distribución granulométrica de las partículas de carbón.. Los sistemas de control de los caudales del conjunto aire-carbón, dispuestos en los centros de mandos de las centrales resultan insuficientes, para alcanzar un conocimiento completo de las características del flujo interior de estos conductos. Es importante chequear de una forma programada y con mayor profundidad las características de la mezcla aire-carbón aportada a cada uno de los quemadores de la caldera, así como las posibles descompensaciones existentes entre los conductos.. Para el chequeo o verificación de las propiedades del flujo de aire-carbón en estos conductos, que unen los molinos con los quemadores de caldera, se ha desarrollado un protocolo que establece la metodología necesaria en la realización de la toma de muestras de carbón pulverizado, y la determinación de caudales másicos y distribuciones granulométricas del carbón pulverizado, en los conductos en salida de molinos.. 11.

(18) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. La aplicación de este protocolo de medida esta basado en la aplicación de la metodología desarrollada por la norma ISO 9931, denominada: "Muestreo de carbón pulverizado conducido por gases en sistemas de carbón de fuegos directos", con aplicación específica al equipo denominado Rotorprobe, existente en la central térmica de carbón referida en este documento.. La base fundamental de este protocolo es la toma de muestras del flujo vehiculado en estos conductos formada por la mezcla aire-carbón pulverizado, la cual ha de llevarse a cabo considerando los siguientes aspectos: •. Selección de los puntos de toma de muestras.. •. Medidas de velocidades de flujo. •. Toma de muestras mediante sistemas isocinético. •. Determinación de otras variables de importancias. •. Cuantificación de las distribuciones del tamaño de partículas del carbón. El equipo de medida denominado Rotorprobe está diseñado de una forma específica para la captación de materia particulada en los flujos de los conductos que transportan las mezcla airecarbón de los molinos a los diferentes quemadores. Este equipo permite que la toma de muestras se lleve a cabo de una forma isocinética, disponiendo de un total de cuatro boquillas de aspiración dispuestas en otros tantos radios, en los que se subdivide la sección del conducto airecarbón donde se realizarán las medidas.. El desplazamiento de estas boquillas de una forma secuencial por todas las zonas, en las que se ha dividido la sección del conducto, se realiza mediante el sistema mecánico del que dispone el equipo, gracias al cual se consigue que las diferentes boquillas giren en el radio establecido, en tantos subsectores como queden definidos en el procedimiento. 12.

(19) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. Este equipo dispone para la retención de muestras de carbón pulverizado, sistemas de captación de las partículas de carbón, tales como un ciclón que captas las partículas gruesas y un filtro para retener las partículas finas que no han podido ser retenidas en el ciclón.. 4.2.1. Desarrollo del protocolo.. Al igual que para la realización de la determinación de los caudales de aire, en la toma de muestras de carbón pulverizado se han de tener en cuenta una serie de factores técnicos como: •. Localización de los conductos de flujo aire-carbón (sección de medida).. •. Disposición de las boquillas de medidas.. •. Cuantificación de las variables requeridas para la toma de muestras.. •. Control de velocidad de aspiración de la muestra (ISOCINETISMO).. •. Determinación de los caudales másicos y distribuciones granulométrica de carbón pulverizado.. Las localizaciones de los conductos que transportan el flujo aire-carbón a los quemadores dispuestos en la caldera están condicionado por la geometría establecida en el diseño inicial de la caldera. En estos conductos han de estar localizados los puntos de toma de muestras, y en su defecto habrá que programar con suficiente antelación su localización y su instalación, por ser crítica la manipulación de los citados conductos.. En el protocolo se indica, de forma esquemática, la localización de los diferentes conductos, que unen los molinos con los quemadores en las calderas, a los que se hace referencia en este documento.. El presente protocolo considera que la metodología adecuada, para el cálculo de las velocidades de la mezcla aire-carbón, de los conductos de carbón pulverizado es la realizada a. 13.

(20) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. partir del caudal de aire primario a la entrada a molino, y su posterior tratamiento para determinar las condiciones de aspiración isocinética del equipo Rotorprobe. Las medidas de los caudales del flujo aire-carbón está condicionadas por los sistemas de medida existentes para este tipo de medio, siendo de poca fiabilidad los resultados directos. Por ello el cálculo de la velocidad de la mezcla aire-carbón en los conductos de salida de molino es determinado a partir de los caudales de aire de combustión al molino (señal en Control de % de caudal de aire al molino). Teniéndose en cuenta los siguientes condicionantes: •. El factor de proporción CRMX que relaciona la señal de % de caudal y el caudal de aire en Nm3/h de aire primario a molino.. •. Correcciones por temperatura y presión.. •. Distribución de caudales a cada conducto según las descompensaciones en velocidades existentes, medidas mediante el equipo pitot de gases sucios.. •. Considera despreciable los volúmenes de aire de cierre, el volumen del agua vaporizada procedente de la humedad del carbón y el volumen de carbón.. •. Cálculo de las velocidades en cada uno de los conductos. •. Ajuste de los caudales de toma de muestra.. En la determinación de los caudales de aspiración de la muestra se parte del conocimiento de la velocidad de la mezcla aire-carbón y aplicación de la norma ISO 9931, y se establecen condiciones isocinéticas en los puntos de aspiración. Con esta velocidad de aspiración, es calculada la diferencia de presión diferencial en el venturi del Rotorprobe que genera el caudal resultante de las cuatro boquillas. Para ello se utiliza la ecuación o la gráfica específica para el venturi de la unidad de control.. Determinados los caudales de aspiración es de gran relevancia el posicionamiento de las boquillas de muestreo dentro del conducto del flujo, para ello ha de tenerse en cuenta lo siguiente:. 14.

(21) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. •. Centrado del eje de giro de los brazos de las boquillas con el eje del conducto.. •. Posicionamiento de las cuatro boquillas, referidas al eje de giro, en función del diámetro del conducto (0,177 D, 0,307 D, 0,395 D y 0,468 D-5, según indica la Norma ISO).. En el protocolo se recogen diferentes informaciones sobres todos los conductos que pueden ser muestreados en los grupos térmicos referidos, tales como: •. Nº de molinos.. •. Nº de conductos por molino.. •. Diámetro interior de los conductos.. •. Nº diámetros a la perturbación aguas arriba.. •. Planta de acceso.. Una vez efectuada la toma de muestras del carbón pulverizado y habiendo sido tratadas las muestras en laboratorio, han de realizarse los procesos de cálculo y corrección que se indican en la norma, estas se dividen en:. A) Corrección de la cantidad de muestras recogidas.. Para corregir la no-idealidad en las condiciones de toma de muestras del carbón pulverizado, la Norma ISO requiere la aplicación de un factor de corrección. Este viene definido en función de la distancia a la perturbación aguas arriba del punto de toma de muestras. En el protocolo se especifican estas correcciones, indicándose el factor de corrección en función del parámetro L/D.. 15.

(22) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. B) Corrección por tamaño de partícula. Fenómenos de segregación de las partículas de carbón pulverizado en el seno de la corriente aire-carbón requieren que se realice una corrección a las distribuciones granulométricas según lo indica la Norma ISO. Esta consiste en corregir los diámetros de corte en un factor que viene determinado por la distancia a la perturbación aguas arriba del punto de toma de muestras. Al igual que en el caso anterior, en el protocolo se especifican estas correcciones, indicándose el factor de corrección en función del parámetro L/D.. 16.

(23) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. 4.3. ANALISIS DE GASES EN ARCOS DE QUEMADORES.. Las necesidades del conocimiento de los hechos relacionados con los procesos en la combustión, existentes en el interior de las calderas, han sido motivadas por la búsqueda de mejoras estructurales, tantos en el ámbito de los consumos de combustibles como en emisiones de parámetros medioambientales.. Para la mejora del conocimiento de estos procesos ha sido necesario determinar el análisis de los gases generados en la combustión en las proximidades de la zona de llamas. El gran impedimento que surge en estas determinaciones es la alta temperatura existente en la zona próxima a las llamas, lo cual hacen necesario el uso de sondas especiales refrigeradas que permitan el acceso, sin deterioro, a los puntos de toma de muestras.. En este protocolo se describen la metodología a llevar a cabo para la determinación de las concentraciones. de los gases de combustión (CO, NO, NO2 Y O2) existentes en la caldera,. próximos a la zona de llamas. La toma de muestras es llevada a cabo mediante los orificios existentes en las paredes de agua muy próximos a cada quemador.. La determinación se realiza, como ya se ha indicado, mediante la extracción de los gases de la zona de quemadores con una sonda de aspiración de gases refrigerada. Los gases extraídos son caracterizados mediante un analizador multiparamétrico que determina las concentraciones de los compuestos que se requieren cuantificar.. Es imprescindible la utilización de la sonda refrigerada ya que en la zona de caldera donde se extrae las muestras de gas la intensidad de la combustión es máxima, siendo las temperaturas alcanzadas en hogar de 1500-2000ºC .. Ha de tenerse. una especial precaución con el uso de la sonda refrigerada la cual en. condiciones de diseño alcanzará, en su parte exterior de la caldera, una temperatura inferior a. 17.

(24) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. 100 ºC, y con. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. un mal funcionamiento, podría superar temperaturas de 500 ºC. Por ello es. importante disponer de capacidad de refrigeración suficiente.. En el protocolo se indican las características constructivas de la sonda refrigerada por agua, que es utilizadas en la central térmica a que se hace referencia en este documento. En ella ha de destacar el doble conducto, uno interior por donde se aspiran los gases, y otro, de sección corona circular, más exterior, por el que circula el agua que refrigera tanto los gases de aspiración como la misma sonda.. El aporte de agua se realiza en circuito abierto, incorporándola, una vez que ha refrigerado la sonda, al interior de la caldera de forma que tenga la menor influencia con la toma de muestras de gases. Esto se lleva a cabo mediante la expulsión a través de unos orificios que permiten la salida del agua en forma radial, al eje de la sonda, y sobresaliendo unos centímetros, de éstos, el conducto de aspiración.. 4.3.1 Desarrollo del protocolo. La ejecución de las actuaciones a llevar a cabo en el análisis de gases en la zona de quemadores comprende la realización de una serie de actividades las cuales tienen como factores de aplicación los siguientes: •. Localización de los puntos de toma de muestras.. •. Toma de muestras. Sonda refrigerada.. •. Procedimiento de toma de muestras.. •. Analizador multiparamétrico.. La aplicación del presente protocolo hace imprescindible la existencia de la tomas de muestras en la planta superior al arco de quemadores. Es posible llevar acabo la realización de estas. 18.

(25) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. tomas de muestras en aquellos grupos térmicos que disponen de aletas en los tubos de las paredes de agua de la caldera.. En el protocolo se indican las localizaciones de los puntos de toma de muestras que se ha realizado en los grupos térmicos de aplicación, indicándose en cada caso los números de ellos en cada grupo, la localizaciones exactas, así como las nomenclatura aplicada para sus identificaciones.. En el equipo a utilizar en estas determinaciones es imprescindibles la utilización de unas sondas que permitan extraer los gases de una zona donde la temperatura del medio esta comprendida entre 1.500-2.000 ºC. Para ello, como ya se han indicado ha de utilizarse una sonda refrigerada, que permita tanto bajar la temperatura de los gases que se extraen, como la refrigeración de la propia sonda.. Otros elementos fundamentales en el equipo de toma de muestras son las unidades de retención de agua y humedad; y el analizador. Los gases que ha sido aspirados contienen una humedad inherente, propia de la combustión, y una humedad aportado por el agua utilizada en la refrigeración de la sonda. Esta humedad ha de ser eliminada de los gases antes de su incorporación al analizador multiparamétrico, y para ello se dispone de unos elementos de condensaciones y secado de los gases.. La finalidad del secado de los gases es doble, por una parte garantiza una buena operatividad de los elementos internos del analizador, y por otra determina las concentraciones de los elementos analíticos en base seca.. 19.

(26) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. 4.4. ANALISIS DE GASES EN SALIDA DE CALDERA. Como continuación a las pretensiones de mejorar el conocimiento de los fenómenos que se producen en el proceso de combustión, así como las incidencias particulares que condicionan todos los elementos internos de una caldera, surgen las inquietudes de conocer las características analíticas de los gases en salida de caldera.. Alcanzar un buen conocimiento de las características de los gases en salida de caldera permite poder analizar las incidencias producidas en la zona de llama, así como posibles descompensaciones de flujo llevada a cabo en la zona convectiva de la caldera. En este protocolo de medida se desarrollan las actividades y metodología a realizar en una caracterización analítica de los gases en salida de caldera, llevada a cabo mediante la extracción de éstos, en diferentes punto de las secciones de los conductos en cuestión.. Los gases extraídos mediante sondas específicas, son tratados previa a su incorporación a un analizador multiparamétrico, que determinará las concentraciones de los elementos que se requieren, normalmente, en proceso de combustión son: SO2, O2, CO y NOX. Las condiciones adversas de los gases de salida no llegan a ser tan intensas como en los gases en la zona de quemadores, por lo que han de mantenerse las precauciones necesarias en la toma de muestras. La temperatura de los gases en esta zona está comprendida entre 400 y 500 ºC, lo que no hace necesario la utilización de sondas refrigeradas, siendo suficientes sondas metálicas estándar para la extracción de los gases a analizar.. Aspectos importantes de esta caracterización son tanto la elección de la sección de toma de muestras en el conducto, como la distribución del mallado de puntos de toma de muestras. En este. 20.

(27) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. aspecto son utilizadas las metodologías descritas en las normas EPA, ISO y UNE, relacionadas con la determinación de caudales de gases en conductos.. 4.4.1 Desarrollo del protocolo. Al igual que en el protocolo de Análisis de Gases en Arco de Quemadores, en la ejecución de las actuaciones en este protocolo han de tenerse en cuenta una serie de factores técnicos tales como: •. Localización de las secciones y puntos de toma de muestras.. •. Toma de muestras. Sondas fijas y móviles.. •. Procedimiento de toma de muestras.. •. Analizador multiparamétrico.. Una buena localización de las secciones de los gases a caracterizar permitirá la obtención de unos resultados más representativos y fiables. Normalmente la localización de éstas secciones de medida está condicionada por la geometría establecida en el diseño inicial de la caldera.. Habitualmente hay dos conductos de salida de caldera, de sección rectangular, con una relación L/D (longitud/diámetro hidráulico), muy pequeña, lo que provoca la elección de un mallado de puntos en la sección a caracterizar muy numeroso.. En el protocolo se reflejan las localizaciones de los conductos de salida de caldera, para los grupos térmicos que son de aplicación, indicándose de forma aproximada donde se encuentran ubicadas las secciones de medida. Igualmente se indican los números de conductos que existen por grupos, sentido de flujo, número de bocas de medida, dimensiones del conducto a caracterizar, profundidad de las sondas fijas existentes, planta de acceso de la caldera al punto de medida e información sobre las distancias a las perturbaciones aguas arriba y abajo.. 21.

(28) PROYECTO FIN DE CARRERA JOSE MARIA DIAZ DIAZ. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES. La utilización de dos tipos de sondas para la extracción de los gases de los puntos del mallado, que se denominan sondas fijas y sondas móviles, hace necesario por sus propios sistemas de funcionamiento, que se diferencien las técnicas de extracción de gases. Estas quedan recogidas, de forma específica en el protocolo.. Una vez que se ha optado por la utilización de las sondas fijas o móviles, sobre la base de los objetivos o finalidades de la caracterización de los gases, se procederá a la aplicación de los requerimientos y especificaciones que se han de cumplir para cada caso.. Fijado ya el procedimiento de toma de muestras, y previo a la incorporación de los gases al analizador multiparamétrico a utilizar, es imprescindible llevar a cabo un tratamiento de los gases consistente en la eliminación de los condensados de agua, que conforman los gases de combustión. La finalidad del secado de los gases es doble, por una parte garantiza una buena operatividad de los elementos internos del analizador, y por otra determina las concentraciones de los elementos analíticos en base seca.. 22.

(29) E.S.I.I.. PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS. PR/DCCA. C.T. DEL CARBON. Página 1 de 24. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE.. RELACION CAUDAL - % DE CAUDAL EN CONTROL. I-1. Revisión 0.

(30) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. E.S.I.I.. PR/DCCA. Página 2 de 24. INDICE. 1.- Objeto 2.- Ambito de aplicación 3.- Definiciones 4.- Acciones previas 5.- Descripción del punto de muestreo 6.- Montaje del equipo 7.- Método de muestreo 8.- Toma de datos 9.- Acciones posteriores 10.- Cálculo CR (relación caudal - % de caudal). I-2. Revisión 0.

(31) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 3 de 24. 1.- OBJETO. El objeto del presente protocolo es establecer la metodología necesaria para la realización de medidas de caudal en conductos de aire. A partir de las cuales se establecerá una correlación entre los caudales medidos en campo y las señales de % de caudal existentes en control.. Las medidas directas realizadas en los conductos son temperatura, presiones dinámicas y estáticas, en una sección perpendicular al flujo con sonda Pitot y barométrica, que permiten el cálculo de velocidad y caudal del flujo circulante.. 2.- AMBITO DE APLICACION. El presente protocolo es aplicable a los grupos 3, 4 y 5 de la C.T. de carbón. Por ser éstos los que están equipados con toma de muestras en los conductos de aire de combustión. La metodología aplicada es la que se detalla en las normas E.P.A/1 (Rev. 4/3/85) y E.P.A/2 (Rev 3/5/91.. 3.- DEFINICIONES. -. Venturi y placa orificio: estrangulamiento en conductos de fluidos empleados para medir caudales. Dichos estrangulamientos cumplen la ley de Bernouilli.. -. Conductos de aire secundario: son los que aportan aire de los precalentadores secundarios (P.A.S.) a la caja de viento.. -. Conductos de aire primario: son los que aportan aire de los precalentadores primarios (P.A.P.) al colector de suministro de aire a los molinos.. -. Conductos de aire primario a molinos: son los que aportan aire a cada uno de los molinos. Están alimentados por el colector de aire primario.. I-3. Revisión 0.

(32) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. -. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 4 de 24. Conductos de aire de atemperación: son los que aportan aire frío para atemperar el aire caliente a cada molino.. -. Conducto de aire de refrigeración de detectores de llama y quemadores (grupos 4 y 5): conductos que toman aire aguas arriba del venturi de aire de atemperación, que se emplea para refrigerar los elementos indicados.. -. Conductos de aspiración de forzados (grupo 3): conductos de aspiración de los ventiladores de tiro forzado.. -. Conexiones antipolvo: conexiones situadas en las tomas de medidas de los conductos que operan a presión, y que están diseñadas para permitir la introducción al interior del conducto de elementos de medida, sondas, pitot, etc. sin que se produzcan proyecciones del flujo al exterior que puedan poner en peligro la seguridad del personal que maniobra con dichos equipos.. I-4. Revisión 0.

(33) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 5 de 24. 4.- ACCIONES PREVIAS. 4.1. PRECAUCIONES. Todo trabajo realizado en los conductos de aire donde existan condiciones adversas de flujo, temperatura y/o presión exige que se tomen las máximas precauciones y, en especial, las normas de seguridad que la C.T. requiera en estos casos. Para lo cual será necesario utilizar ropa de trabajo, protectores integrales de cara, casco, zapatos de suela gruesa y guantes aislantes de alta temperatura (400ºC) (Kevlar, o similares).. Como referencia, las condiciones más desfavorables en estos conductos son:. -. Presión: 1.000 mm.c.a. en salida de P.A.P. (precalentadores de aire primario).. -. Temperatura: 350-400ºC en la salida de los precalentadores.. -. En los conductos de aire de atemperación la temperatura es de 15-20ºC, y la presión 1.000 mm.c.a.. Antes de iniciar este trabajo ha de ponerse en conocimiento del responsable de Operación su ejecución, así como el programa establecido inicialmente, con objeto de que se tomen las medidas oportunas para que no se realicen maniobras que puedan poner en peligro la integridad del personal que ejecuta el trabajo o la representatividad de la medida.. I-5. Revisión 0.

(34) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 6 de 24. 4.2. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES. A) RECURSOS HUMANOS. Para la realización de las medidas de caudal en conductos de aire, es necesaria la participación de dos personas: un Técnico, que será la persona responsable del cumplimiento del presente protocolo y quién dirija todas las maniobras a desarrollar, y una segunda persona encargada del montaje, maniobras y demás necesidades que se requieran en apoyo de las medidas.. B) RECURSOS MATERIALES. Los recursos materiales necesarios para las realización de las medidas son :. -. Sonda Pitot, de diámetro inferior al casquillo de la conexión antipolvo (longitud de la sonda en función del diámetro del conducto a medir).. -. Medidor de presión diferencial (manómetro de columna inclinada, Magnehelic, etc.). El rango o escala a utilizar dependerá de cada conducto. Como norma ha de cumplirse que los valores medidos se encuentren entre el 25 y el 75% de la escala utilizada, con el fin de tener una correcta sensibilidad en la medida.. -. Tubos de goma para la conexión del Pitot con el medidor de presión.. -. Manguera flexible de 3/4'' para el aporte de aire auxiliar de la conexión antipolvo.. -. Medidor de temperatura en conducto (termopar de rango 0-500ºC).. -. Flexómetro (cinta métrica).. -. Marcador de pintura indeleble (Fixolid, Nisen, o similar).. -. Barómetro.. -. Martillo (puede ser necesario para abrir algunas conexiones antipolvo que estén gripadas).. I-6. Revisión 0.

(35) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 7 de 24. 4.3. CALIBRACIONES. Las calibraciones requeridas para la aplicación de este procedimiento las podemos dividir en dos bloques:. a) Las relativas a los equipos de medida en campo: Pitot, medidor de presión, termopar.. b) Las relativas a los sistemas de instrumentación y transmisión de las señales de presión diferencial desde los medidores locales, venturi o placa de orificio, hasta la Sala de Control.. Los equipos de medida en campo han de cumplir todos los requisitos que se especifican en el "Manual de procedimientos para la toma de muestras y análisis de las emisiones en focos estacionarios en su método 2 "Determinación de la velocidad y el caudal de una corriente de gases".. Con relación a los sistemas de instrumentos y transmisión, ha de elaborarse un plan de verificación y/o calibraciones de los distintos elementos que conforman la medición, transmisión y tratamiento de la señal procedente del venturi o placa orificio hasta su lectura en Control como % de caudal de aire. Este se ejecutaría en días previos a las medidas de caudales de aire en conductos.. También ha de realizarse en días previos una puesta a punto de los equipos de medida en campo:. -. Conexiones antipolvo. Confirmar el estado de operatividad, incluido el aporte de aire auxiliar y la apertura de la boca de muestreo.. -. Sonda Pitot. Revisar la geometría de las boquillas y el buen estado de la sonda.. I-7. Revisión 0.

(36) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. -. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 8 de 24. Medidor de presión diferencial. Seleccionar el o los medidores de presión diferencial que se requieran para las medidas, así como verificar su buen estado de funcionamiento, verificar la presión máxima admisible por equipo de medida que debe ser al menos un 50% superior a la del conducto.. 4.4. OPERACION. Se notificará a la Sala de Control y al Jefe de Servicio la realización de las medidas de caudal de aire, así como su inicio y su finalización.. La Sala de Control tomará las medidas oportunas para que no se realicen maniobras que puedan poner en peligro la integridad del personal que ejecuta el trabajo o la representatividad de la medida.. Entre ellas, se indican unas referidas al grupo térmico en general:. -. No soplar la caldera. -. No extraer escoria. -. No realizar cambios de molinos ni cualquier otra operación que altere la estabilidad de la combustión (movimientos de compuertas, etc.). -. Se intentará mantener la máxima estabilidad de la caldera y disminuir cualquier alteración de la misma. -. Cualquier anomalía sucedida será comunicada con el fin de que conste en la hoja de adquisición de datos.. I-8. Revisión 0.

(37) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 9 de 24. Y como precauciones específicas para la estabilización de los caudales a medir:. -. Evitar cualquier operación o maniobra que pueda alterar el perfil de velocidades y/o temperatura en el conducto a medir.. -. Colocar en manual el control del caudal de aire del conducto a medir.. -. En los conductos de aire primario o secundario, se colocará en manual el control del ventilador de tiro forzado del conducto a medir y la regulación de caldera se realizará con el ventilador del lado opuesto.. I-9. Revisión 0.

(38) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 10 de 24. 5.- DESCRIPCION DEL PUNTO DE MEDIDA. Todos los conductos referidos en este protocolo son de sección circular, con diversidad en sus denominaciones, diámetros y en los números de conducto equivalentes. A continuación se detallan las características para cada uno de ellos según los grupos:. GRUPO 3 (Figura 1). -. Aspiración de los ventiladores de tiro forzado. Dos conductos de diámetro 2.296 mm. Cada uno tiene instalado un venturi y está provisto de dos bocas de medida por conducto, dispuestas perpendicularmente. Sentido de flujo descendente.. -. Aire primario caliente. Dos conductos de diámetro 1.905 mm, situados en la bajada del precalentador de aire primario a la planta de molinos. Las bocas de medida, dos por conducto, están localizadas en un tramo recto de 15-17 m de longitud y dispuestas perpendicularmente. Sentido de flujo descendente. En estos conductos no existe medidor de caudal automático.. -. Aire primario a molinos: Son seis conductos de diámetro 1.143 mm que suministran aire caliente individualmente a cada molino. Cada conducto está provisto de una placa orificio y dos tomas de medidas dispuestas perpendicularmente situadas aguas abajo de la incorporación del aire de atemperación. El sentido del flujo en los molinos 1, 2 y 3 es horizontal, dirección norte, y en los molinos 4, 5 y 6 es horizontal, dirección sur. El caudal resultante de los seis conductos es el aire primario total más el aire de atemperación.. I-10. Revisión 0.

(39) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. I-11. PR/DCCA. Página 11 de 24. Revisión 0.

(40) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 12 de 24. GRUPOS 4 y 5 (Figura 2). -. Aire secundario. Dos conductos de diámetro 4.570 mm que aportan el aire del precalentador secundario. Dispone de dos bocas de medida por conducto, instaladas perpendicularmente y localizadas aguas abajo del venturi. El sentido de flujo es horizontal, dirección Sala de Control.. -. Aire primario caliente. Dos conductos de diámetro 2.286 mm, situados en la bajada del precalentador de aire primario a la planta de molinos. Cada conducto tiene instalado un venturi y las tomas de medidas, dos por conducto, están localizadas en un tramo recto de 15-17 m de longitud y dispuestas perpendicularmente. El sentido de flujo es descendente.. -. Aire primario a molinos. Seis conductos de diámetro 1.219 mm que suministran aire caliente individualmente a cada molino. Las bocas de medida, dos por conducto, están dispuestas perpendicularmente y situadas aguas arriba de la incorporación del aire de atemperación. Hay instalada una placa orificio por conducto en el tramo de aire atemperado. El sentido de flujo es horizontal, dirección Sala de Control. El caudal resultante de los seis conductos es el aire primario total.. -. Aire de atemperación. Dos conductos de diámetro 1.676 mm provistos de una toma de medidas por conducto, situada aguas abajo del venturi. El sentido de flujo es horizontal, dirección Sala de Control.. -. Aire de refrigeración de detectores de llama. Un conducto de diámetro 340 mm alimentado por el conducto de atemperación derecho. La extracción se realiza aguas arriba del venturi del aire de atemperación. Dispone de una toma de medidas y el sentido de flujo es ascendente.. I-12. Revisión 0.


(42) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 14 de 24. 6.- MONTAJE DEL EQUIPO (Figura 3). La metodología y equipos requeridos para la aplicación del presente protocolo están descritos en el "Manual de procedimientos para la toma de muestras y análisis de las emisiones en focos estacionarios" en su método 1 "Toma de muestras y medidas de las velocidades transversales en los focos estacionarios".. Antes de iniciar las actividades a realizar en campo, han de determinarse los condicionantes de operatividad y geometría de cada conducto donde va ha ser aplicado el presente protocolo. En especial:. -. Diámetro de los conductos a medir. -. Perturbaciones existentes en los conductos. -. Definición de los puntos donde medir presión dinámica. -. Ubicación de puntos a medir en la sonda. -. Condiciones de operación del grupo y, en especial, las relativas a los conductos a medir.. En las bocas de medidas ha de suministrarse el aire auxiliar a las conexiones antipolvo con la manguera flexible existente al efecto. Confirmar que el aire auxiliar está conectado antes de abrir la boca de medida.. Se procederá a montar el equipo de medida de presión dinámica, consistente en conectar la sonda pitot por medio de tubos de goma al medidor de presión diferencial seleccionado. Es conveniente tener identificados, con marcas, los conductos de alta y baja presión. Conectar perfectamente al medidor de presión diferencial y al pitot.. I-14. Revisión 0.


(44) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 16 de 24. Figura 3. Esquema de tubos pitot. En el montaje en campo de los medidores de presión diferencial ha de tenerse precaución en su nivelación y ajuste, en especial los de columna de líquido y los de escalas más sensibles.. En la ubicación de los puntos de medida de presión diferencial en un diámetro del conducto ha de tenerse en cuenta que las distancias están referidas a la pared interior del mismo. Por ello han de compensarse, en las marcas de posicionamiento en la sonda, los espesores de la boca de medida y la conexión antipolvo.. I-16. Revisión 0.

(45) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 17 de 24. 7.- METODO DE MUESTREO Una vez confirmado por Control que pueden iniciarse las medidas, se procederá al aporte de aire auxiliar a la conexión antipolvo, la apertura de la boca de medida y la introducción de la sonda Pitot. Ha de colocarse perfectamente la orientación del Pitot paralela al flujo y la boquilla de alta presión enfrentada a éste. Se iniciará colocando la sonda Pitot en el primer punto de medida, el más próximo a la boca de entrada y, de forma consecutiva, se continuará por los demás puntos definidos previamente. En la lectura de la presión diferencial se tomará el valor medio entre las oscilaciones máximas y mínimas que se producen en cada punto. En el caso que se produzcan fuertes oscilaciones en la señal, podrán disponerse en las conexiones flexibles depósitos de expansión que amortigüen aquellas, facilitando la lectura. De igual forma se procederá para la toma de medidas de presión estática y temperatura en todos los puntos En el momento de tomar la lectura ha de cortarse el suministro de aire auxiliar a la conexión antipolvo. Antes de esta maniobra, taponar perfectamente la boca de medida y tomar las máximas precauciones por las posibles proyecciones de flujo del interior del conducto. Para confirmar que no existe flujo ciclónico, se colocará en cada uno de los puntos transversales, el Pitot con las dos boquillas en posición perpendicular al flujo y se medirá la presión diferencial generada. Caso de dar lectura diferente de 0 debe referirse la posible existencia de flujo ciclónico, por lo que deberá seleccionarse una posición de medida alternativa a la existente. La medida de temperatura y presión estática del conducto se tomará del registro. Una vez terminados todos los puntos de medida en un diámetro, se retirará la sonda Pitot del conducto con la máxima precaución, pues se encuentra a la temperatura del flujo (en algunos conductos 300-400°C). Posteriormente, tapar la conexión antipolvo antes de cerrar el aire auxiliar.. I-17. Revisión 0.

(46) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. E.S.I.I.. PR/DCCA. Página 18 de 24. 8.- TOMA DE DATOS. La adquisición de datos en campo se realizará según las hojas que se definirán al efecto; en la pagina siguiente y que en forma de ejemplo se adjunta un modelo de hoja de toma de datos. Previo a la realización de las medidas, se han de rellenar todos los datos que se incluyen referentes al estado del grupo térmico, características del conducto y equipo de medida, indicando en especial las observaciones que se consideren oportunas.. Al finalizar las medidas en campo ha de procederse a la recopilación en la Sala de Control de los datos de % de caudal de aire de cada conducto en los intervalos de medida.. Una vez realizada la toma de datos se ha de pasar esta información al soporte informático.. Nombres de archivo aconsejados CAgc9801:. CA.. Determinación de Caudal en conductos de aire. g.. Grupo. c.. Conducto medido (*). 98. Año en curso. 01. Número de orden en el año. (*). Conducto medido. G3. F. Aire forzado. P M. G4y5. P. Aire primario. Aire primario. S. Aire secundario. Aire a molino. M. Aire a molino. A. Aire de atemperación.. R. Aire refrig. llama.. I-18. Revisión 0.

(47) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON. PR/DCCA. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. E.S.I.I.. GRUPO. Página 19 de 24. CONDUCTO. Fecha ________________ Hora _________________ Prueba _________________ Nombre archivo _________________ Realizado por _________________________ _________________________. Datos conducto Diámetro mm. 2 Area A m tempratura Ts ºF Bws % v,v Ms (Aire húmedo) g/mol P Abs Ps mm Hg. Datos Manómetro y Pitot CONDICIONES DE OPERACION DEL GRUPO Carga Mw ______________________ O2 % (control) ______________________ Molinos parados ______________________. inc. P Dist.. DIAM. 1. inc. P. DIAM.2. DIAM. 1. DIAM.2. TEMPERATURA DIAM. 1. DIAM.2. P.ESTATICA DIAM. 1. Manómetro. escala. Manómetro. unid.. Cp. Pitot. Kp. Pitot. vg =. m/s. Q=. Nm3/h. DIAM.2. En base húmeda. Perfil de velocidades (. inc.P. Diámetro. 1. Diámetro. 2. )med.. ·. Observaciones. I-19. Revisión 0.

(48) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 20 de 24. 9.- ACCIONES POSTERIORES. A) FINAL DEL TRABAJO. Se notificara a Control la finalización del trabajo una vez se hayan realizado los cierres de las bocas de medidas.. B) MATERIAL UTILIZADO. Todo el material utilizado ha de quedar en perfecto estado. En especial ha de realizarse una buena limpieza y revisión de la sonda Pitot y manómetros.. I-20. Revisión 0.

(49) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. E.S.I.I.. PR/DCCA. Página 21 de 24. 10.- CALCULO DE CR (RELACION CAUDAL - % DE CAUDAL). Con los datos registrados en Control de caudales de las corrientes de aire de combustión, que se encuentran expresados en valores porcentuales, y los valores resultantes de las medidas en campo se procederá a realizar la correlación del venturi o placa orificio existente en los conductos. Ha de calcularse el coeficiente de correlación o factor de proporción (CR) entre los valores medidos (Nm3/h) y los datos de registro correspondientes (%).. A continuación se detallan la metodología a desarrollar para el cálculo de los coeficientes de correlación de las distintas señales de % de caudal de aire registradas en Control:. GRUPO 3. Aspiración de forzado. Las dos señales en Control de % de caudal de aire de aspiración de forzado lado Norte y lado Sur, corresponden directamente con los caudales medidos en campo. Resultando el cálculo de CR3FN.. Q3FN(Nm3/h) * % Q3FN = CR3FN (Nm3/h ⋅ %). Aire primario caliente. No existe señal en Control que pueda correlacionarse con los caudales de aire primario caliente.. Aire primario a molino. En Control existen seis señales de % de caudal de aire a molinos, que corresponden directamente al caudal medido en campo en cada conducto. Resultando el cálculo del CR3MX.. I-21. Revisión 0.

(50) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON E.S.I.I.. DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. PR/DCCA. Página 22 de 24. Q3MX (Nm3/h) * % Q3MX = CR3MX (Nm3/h ⋅ %). GRUPOS 4 Y 5 Aire secundario. Las dos señales en Control de % de caudal de aire secundario lado Derecho y lado Izquierdo, corresponden directamente con los caudales medidos en campo. Resultado el cálculo del CR4SD.. Q4SD (Nm3/h) * % Q4SD = CR4SD (Nm3/h ⋅ %). Aire primario caliente. Existe una señal en Control de % de caudal de aire primario, que corresponde con la suma de los caudales de los dos conductos de aire primario. Resultando el cálculo de CR4PT.. Q4PD (Nm3/h) + Q4PI (Nm3/h) = Q4PT (Nm3/h) Q4PT (Nm3/h) * % Q4PT = CR4PT (Nm3/h ⋅ %). Aire primario a molinos. Cada conducto de aire a molinos está provisto de una señal en Control que corresponde al % de caudal de aire que entra en molino. Esta es la resultante del aire caliente a molino, medido en campo, más el de atemperación. Ha de calcularse el caudal de aire total a molino utilizando las temperaturas de las tres corrientes. Resultando el cálculo del CR3MX.. I-22. Revisión 0.

(51) PROTOCOLO DE MEDIDAS EN CALDERAS C.T. DEL CARBON DETERMINACION DE CAUDALES EN CONDUCTOS DE AIRE. E.S.I.I.. TAC. Temperatura aire caliente. TAt. Temperatura aire de atemperación. TAM. Temperatura aire molino. PR/DCCA. Página 23 de 24. Q4MX (Nm3/h) = (TAC - TAt) / (TAM - TAt) * Q4ACX (Nm3/h) Q4MX (Nm3/h) * % Q4MX = CR4MX (Nm3/h ⋅ %). Aire de atemperación. Existe una señal en Control de % de caudal de aire de atemperación, que corresponde con la suma de los caudales de los dos conductos de aire de atemperación. Resultando el cálculo de CR4AT.. Q4AD (Nm3/h) + Q4AI (Nm3/h) = Q4AT (Nm3/h) Q4AT (Nm3/h) * % Q4AT = CR4AT (Nm3/h ⋅ %). Aire de refrigeración de detectores de llama. No existe señal en Control que pueda correlacionarse con los caudales de aire de refrigeración.. La nomenclatura utilizada corresponde a: Q4AD (Nm3/h).-. Caudal de aire medido en campo en Normal metros cúbicos por hora en base húmeda.. % Q4AT.-. Señal de % de caudal en Control. CR4AT (Nm3/h ⋅ %).-. Coeficiente de correlación. I-23. Revisión 0.