Caldera Lecho Fluidizado

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M

Münchener Rück Munich Re Group

Tecnología para underwriter

16 Combustión por

fluidización en centrales

de energía

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

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

Además, la tecnología de la combustión por fluidización se presta muy bien para la combustión de combustibles de calidad inferior, pasando por el carbón de mala calidad hasta las basuras inflamables que proce-den de los sectores más diversos, tales como en lodos activados y bio-masa.

Según el estado de flujo, los sistemas de los hogares de combustión se subdividen en

– sistemas estacionarios de lecho fluidizado, – sistemas circulatorios de lecho fluidizado

y, según la presión de trabajo, en

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

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

1 Modo de operación

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

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

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

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

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

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

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

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

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1 Generadores de vapor con combustión circulante por lecho fluidizado.

1 ventilador de aire fresco 2 precalentador de aire 3 fondo de tobera 4 ventilador primario 5 separador tipo ciclón 6 sobrecalentador

7 precalentador de agua de alimentación 8 instalación de filtraje 9 ventilador aspirador agua vapor combustible piedra de cal ceniza caliente ceniza, arena aire gas de humo gas puro 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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2 Riesgos y prevención de siniestros

2.1 Montaje y prueba de operaciones

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

Si al colocar la mampostería no se presta la debida atención a una libre posibilidad de dilatación, en el momento del arranque pueden producir-se daños en la mampostería.

Sin embargo, el mayor potencial de peligros se da durante la fase de la puesta en operación y durante el período de pruebas. En esa fase, un 40 % de los siniestros tiene su origen en defectos de fabricación, un 20 % en fallos de manejo y un 40 % en fallos de montaje. Predominan los siniestros en el revestimiento refractario, en el fondo de toberas, en sis-temas de calcificación y extractores de cenizas así como en ventilado-res.

2.2 Explotación

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

Las aristas que sobresalen de los muros circundantes de los generado-res de vapor (costuras soldadas de montaje, aberturas de mediciones) causan remolinos de cenizas que al poco tiempo pueden provocar ero-siones y, con ello, notables siniestros. Por lo tanto, las instalaciones nuevas ya tendrán que inspeccionarse tras un breve período de opera-ción en orden a detectar, a tiempo, erosiones incipientes y encaminar las medidas adecuadas de prevención contra siniestros.

Pese a todas las medidas de protección adoptadas, no dejan de produ-cirse roturas en las tuberías. La mezcla así formada entre el agua o el vapor con el material del lecho conlleva adherencias y daños en la cámara de combustión. Estas adherencias deben removerse inmediata-mente para que no se formen compactaciones por sinterización. La eli-minación posterior causaría un notable coste adicional.

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Cambios en las temperaturas que provocan tensiones térmicas y el efec-to erosivo de la ceniza constituyen un peligro para los materiales en todas las secciones parciales revestidas de material cerámico (cámara de combustión por fluidización, separadores tipo ciclón, separadores de cenizas, sifones, cámara de combustión). Al sobrevenir un siniestro hay que comprobar si se han cumplido las normas de los fabricantes con respecto a los gradientes de las temperaturas de arranque.

En el fondo de las toberas, los eventuales daños suelen producirse, en primer término, en las toberas.

Los esfuerzos de vibración hacen que se formen grietas en las costuras de soldadura de los tubos de toberas. Si la costura de soldadura se halla destruida, la tobera se desliza hacia abajo. Como consecuencia de ello se puede observar el incremento de la caída de arena en el cajón de aire primario durante el arranque y la operación en carga parcial. Esta caída de arena conlleva un desgaste excesivo en el conducto de aire y en las propias toberas.

Aparte de ello, pueden sobrevenir siniestros en los cabezales de las toberas que tienen su origen en una adherencia de los propios cabeza-les. Las referidas adherencias se forman por sobrepasarse localmente el punto de viscosidad de la ceniza. A causa de ello, se cierran en parte las aberturas de salida de aire en los cabezales de las toberas, lo que con-lleva un incremento de las temperaturas.

2 Parte de la cámara de combu-stión por fluidización con aber-turas de salida de cenizas en el fondo de tobera.

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3 Partes del fondo de tobera. 4 Fondo de tobera en la cámara de combustión por fluidización. Los cabezales de la tobera presentan escorias, las aber-turas para la salida de aire se hallan, en parte, erosiona-das.

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3 Aspectos del seguro

3.1 Seguro de montaje

El montaje de un generador de vapor por lecho fluido implica notables riesgos. Los elevados valores de las instalaciones en obras con espacio freuentemente reducido y el período de montaje relativamente largo exi-gen, entre otros, que se preste a tiempo la necesaria atención a la protec-ción contra incendios, sobre todo en los almacenes en sitios de obras. Dadas las condiciones, en parte, difíciles del montaje y los elementos de gran volumen y elevado peso, es muy frequente que ocurran accidentes del montaje.

Durante la fase de la puesta en operación pueden sobrevenir siniestros por circuitos reguladores aún no optimizados o por personal de opera-ción todavía no adiestrado lo suficientemente.

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

3.2 Seguro de rotura de maquinaria

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

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

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3.3 Seguro de pérdida de beneficios por interrupción de las operaciones

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

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

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Hasta ahora se han publicado

1 La fabricación de papel

2 Excavaciones para obras afectadas por el nivel freático

3 Fabricación de cemento

4 Protección contra incendios en obras de construcción

5 Directional drilling

6 Cimentaciones por pantalla continua 7 Tendido acuático por sifón

8 La fabricación de azúcar

9 Primeras medidas a tomar después de daños en instalaciones y aparatos electrónicos

10 Vigilancia de superficies de cristal contra rotura, parte 1

11 Vigilancia de superficies de cristal contra rotura, parte 2

12 Cajones neumáticos 13 MRPC/MRPCMaps

Software diseñado para tarificaciones en los seguros técnicos

14 Centrales combinadas de energía 15 Propulsión pod

Un nuevo sistema de propulsión diésel-eléctrico para buques

16 Combustión por fluidización en centrales de energía

17 La prevención de siniestros mediante la termografía infrarroja

18 Transformadores 19 Acerías

Parte 1: La producción de acero 20 Acerías

Parte 2: La transformación subsiguiente del acero

21 Procesos térmicos de trabajo 22 Localización de derrames después de

daños por rotura de tuberías de agua 23 Maquinaria para movimientos de tierra 24 Desalinización del agua del mar 25 Motores de aviación

26 Máquinas impresoras 27 Refinerías de petróleo

Parte 1: Principios fundamentales 28 Refinerías de petróleo

Parte 2: Instalaciones constituyentes, aspectos del seguro

29 La grifería en las instalaciones domésticas de fontanería

30 Centrales de ciclo combinado con gasificación de carbón integrada

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