Calderas Acuotubulares y Centrales Termoeléctricas: Funcionamiento, Componentes y Control de Emisiones

Q1

1.- Clasifique las calderas acuotubulares según tipo de circulación del fluido de trabajo, y mencione principales características.

a) Calderas de circulación natural: Sólo emplea los "fenómenos naturales" de circulación y evita la utilización de bombas de alta presión. 

b) De circulación forzada: Circulación por una bomba que impulsa el fluido por una serie de tubos en paralelo. Desventaja: reducida capacidad de acumulación; el peso de agua contenido es solamente del 5 al 10% del caudal horario máximo, comparado con el 20 al 30% para una caldera de circulación natural. Su empleo es poco recomendable para presiones bajas.

c) De circulación controlada o asistida: Circulación natural con una o varias bombas en los tubos de bajada. La igualdad de las velocidades en los tubos se obtiene por medio de diafragmas colocados en la entrada de cada tubo o grupo de tubos. Este tipo permite arranques más rápidos, ya que la circulación es establecida artificialmente. Se emplea para presiones entre 140 y 190 bar.

d) De circulación combinada (forzada y controlada): Combinación de circulación forzada y de la controlada. La bomba trabaja para cargas inferiores al 60-70% de la plena carga. Para las otras cargas, trabaja con circulación forzada con la bomba de alimentación. La bomba de circulación permite soportar cargas notablemente bajas. Este tipo se usa para presiones supercríticas.

2.- Haga un esquema de cómo operan los distintos tipos de circulación, desde que el agua de alimentación se introduce a la caldera, hasta que sale en forma de vapor.

a)                                                b)                                       c)                                                d)

3.- Explique cómo son los atemperadores de inyección, qué función cumplen y en qué equipos o elementos de intercambio de calor se utilizan.

Función: reducir la temperatura de salida del vapor primario, introduciendo agua fría de las bombas de alimentación o con vapor saturado del domo. Se ponen generalmente entre los sobrecalentadores o recalentadores primarios y secundarios.

Q2

1.- Explique la función de la válvula de seguridad y las condiciones de operación que debe cumplir. Mencione 2 tipos de válvula.

Función: Evacuar el vapor de la caldera cuando se sobrepasa la presión normal de trabajo autorizada, con lo cual se evitarán presiones excesivas en los generadores de vapor. Debe ser capaz de evacuar todo el vapor que produce la caldera, antes que la presión sobrepase en 10% la presión de trabajo máxima.

SEGURIDAD DE RESORTE, SEGURIDAD DE PALANCA CONTRAPESO

2.- Mencione todos los tipos de accesorios que debe poseer una caldera para operar adecuadamente, y la función que cumple cada uno de ellos.

a) DE OBSERVACIÓN: nivel de agua, de presión (Indican nivel de agua, presión efectiva que hay en el interior de la caldera), Analizadores de gases (controlar la combustión mediante el análisis de los gases que salen por la chimenea), temperatura (temperatura de agua de alimentación, del vapor, de los gases de la combustión a la entrada de la chimenea).

b) DE SEGURIDAD: Válvulas de seguridad, Tapones fusibles, Alarmas (evitar presiones excesivas en los generadores de vapor)

c) DE ALIMENTACIÓN DE AGUA: Bombas, Inyectores (reponer líquido que se ha vaporizado en la caldera)

d) DE LIMPIEZA: Puertas de inspección, Llave de purga (limpieza int o ext de los conductos de humo)

e) DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE: Quemadores de combustible líquido, de combustible sólido, de combustible gaseoso (producir, optimizar y facilitar el proceso de combustión)

f) DE AUMENTO DE EFICIENCIA: Economizadores, Calentadores de aire, Retardadores (aprovechar el exceso de calor que llevan los humos y gases).

g) DE CONTROL DE CALENTAMIENTO DEL VAPOR: Sobrecalentadores, Desobrecalentadores o saturadores (convertir vapor saturado en vapor sobrecalentado suministrándole calor de los gases calientes de la combustión manteniéndole su presión)

h) ACCESORIOS DE CONTROL AUTOMÁTICO (funcionan en base a la dilatación de un metal o aleación de metales, por efecto del calor o la presión en base a la luz o al nivel del agua)

3.- Explique cuáles son los requisitos que deben cumplir los accesorios de alimentación de agua y mencione 2 tipos de ellos.

a) Las calderas disponen de 2 o + medios de alimentación. Para combustible sólido, uno de los medios será independiente de la energía eléctrica.

b) Cada uno debe ser capaz de inyectar 1,6 veces la cantidad máxima de agua vaporizada.

c) La presión de cada alimentador debe ser, min 1,25 veces la presión máxima de trabajo del generador.

d) Siempre estar en buenas condiciones de servicio.

e) La cañería de alimentación con vv de retención cerca de la caldera y una vv manual entre la caldera y la vv de retención.

Bombas de alimentación e inyectores de agua.

Q3

1.- Mencione los distintos sistemas que conforman una central Té a carbón, indicando en cada uno los distintos equipos que conforman dicho sistema.

Sistema de combustible: equipos pulverizadores, quemadores, ventiladores de aire primarios

Sistema de limpieza: sopladores, sistema de limpieza de ceniza, filtros, pulverizadores electrostáticos

Sistema turbina: turbina, generador, excitatriz

Sistema de elevación de temperatura: sobrecalentadores y recalentadores, economizadores, calentadores de aire

Sistema de refrigeración: condensador, torres de refrigeración

Sistema de separación agua-vapor: domo

Sistema de generación de vapor:

2.- A igualdad de potencia eléctrica generada compare las centrales Té Rankine que utilizan carbón, con las que utilizan gas.

Quema carbón: gran tamaño de hogar, genera cenizas, mayor espaciamiento entre tubos

Quema gas: hogar pequeño, no genera cenizas, menos espaciamiento entre tubos

3.-Indique en qué tipo de caldera es necesaria la existencia de un domo de vapor y señale las funciones que cumple dicho elemento.

Se ocupa en calderas subcríticas. Su función es separar el vapor saturado del agua líquida.

Q4

1.-Beneficios de pulverizar el Carbón de combustible. Mencionar factores que inciden en la molienda del Carbón. Explicar cómo se expresa o mide la mayor o menor propensión que presenta a la molienda de distintos tipos de Carbón.

-Beneficios: se mejora notablemente el proceso de combustión en la caldera, permite una rápida combustión y más completa en el momento que se alcanza la temperatura de ignición.

-Factores: tipo de molienda, tamaño de carbón, formas de los molinos, tipos de carbón, humedad, impurezas

-La molturabilidad es el factor que determina la facilidad con la que el carbón puede pulverizarse, como se traduce por los números del índice ASTM, también denominado índice Hardgrove. Un carbón es difícil de moler si su índice está por debajo de 100, mientras que es más fácil si está por encima de 100.

2.- Analice ventajas y desventajas de utilizar carbón como combustible. De acuerdo a ASTM mencione distintas categorías y tipos de carbones existentes.

Ventajas: bajo costo, disponibilidad

Desventajas: Bajo poder calorífico, generación de ceniza, extracción de ceniza (implica más equipos adicionales), manipulación, tratamiento.

La principal clasificación de los carbones tiene que ver con la “edad” de estos, más nuevos (bituminosos) y más viejos (lignitos).

Según ASTM: Carbón bituminoso, semibituminoso, sub-bituminoso, lignito, finos de C.

Q5

1.- Mencione los parámetros que se utilizan para controlar la calidad del agua.

pH, dureza, oxígeno, Fe y Cu, CO2, aceite, fosfato, sólidos disueltos, sólidos en suspensión, secuestrantes de oxígeno, sílice, alcalinidad, conductividad.

2.- a) Defina qué es dureza del agua, y los tipos que existen.

Dureza del agua es la cantidad de sales de calcio y magnesio presentes en esta. Existen 2 tipos: la temporal y la permanente.

b) Principal unidad en que se expresa su valor. PPM

c) Explique efectos que puede causar en calderas.

Puede favorecer a formaciones de depósitos e incrustaciones difíciles de remover en las paredes de los tubos así como lodos en el fondo de la cámara de vapor. Esto disminuye el caudal de los tubos y aumenta la cantidad de calor entregado.

3.- a) Explique causas por las cuales se efectúan purgas.

Se efectúan porque se producen espumas superficiales, se genera lodo en el fondo y sedimentos. Esto causa disminución en la eficiencia térmica, ya que no permite transferencia de calor óptima además de disminuir el caudal de agua.

b) Por qué razón es necesario controlar la magnitud de ellas.

Es necesario controlar la magnitud ya que es una pérdida de energía. Además de esto el proceso de purga continua hay que controlarlo ya que el purgador grande se debe abrir para retirar mejor los lodos acumulados.

Q6

1) a - Mencione y analice los parámetros de mayor influencia en la selección de equipos destinados a controlar (o mitigar) la emisión de material particulado (MP) al ambiente en las centrales termoeléctricas.

Los parámetros en la selección de equipos se dividen en dos: básicos y particulares.

Básicos: - Concentración (promedio y valores extremos) de partículas en el efluente gaseoso; Distribución de tamaño de las partículas; Flujo de gas efluente (promedio y valores extremos); Emisión de contaminantes deseado en el gas a evacuar.

Particulares: Temperatura de los gases; Toxicidad del contaminante; Humedad del gas Peligros de Inflamación y explosión; Propiedades eléctricas de las partículas; erosividad y corrosión.

b ) Mencione los distintos equipos utilizados para el control de emisiones de MP en las centrales termoeléctricas y describa brevemente las características técnicas y constructivas de 2 de ellos.

Básicamente son los siguientes equipos de control :

- electrofiltro: la corriente a depurar es sometida a una fuerza eléctrica, la cual produce un campo, debido a esto las partículas son atraídas por los electrodos de depósito, quedando adheridas a estos.(electrodos de emisión, electrodos de deposito)

- Ciclones.

- Lavadores.

- Filtros de mangas.

- Precipitadores electrostáticos.

-Lavadores

-Ciclones: Los ciclones por fuerza centrífuga separa las partículas indeseadas

 -es un tubo cónico en el cual entra la corriente de gas a depurar por la parte superior y gira en forma de espiral, las partículas quedan en las paredes del ciclón cayendo luego pro la parte inferior, mientras que la corriente de gas limpia sale por otro lugar.(entrada de gas, tolva de recogida)

2) a - Mencione y analice los principales factores que influyen en la emisión de contaminantes atmosféricos en las centrales termoeléctricas.

Mantenimiento de los equipos: El mantenimiento es uno de los aspectos de control más directo. Una buena mantención de los equipos siempre redundará en una disminución de las emisiones.

Composición química del combustible: Este factor afecta básicamente a las emisiones de óxidos de azufre.

Tecnología empleada en la combustión: La tecnología es un factor de gran importancia en las emisiones de contaminantes. Los equipos nuevos consideran en su diseño la disminución de emisiones.

Condiciones de operación: Controle periódicamente la calidad de la combustión, Verifique que la relación aire combustible sea adecuada

b - Menciones los principales contaminantes atmosféricos originados por las centrales termoeléctricas y sus respectivos efectos en el medio ambiente.

Co: altamente tóxico

Co2: efecto invernadero

Sox: puede reaccionar con el oxígeno formando óxido sulfúrico so2

Pts(material particulado): perjudicial para el hombre y para los intercambiadores de calor

3) a - Explique la finalidad y objetivos de las normas de calidad del aire.

Las normas de calidad del aire tienen como objetivo prevenir y controlar la contaminación atmosférica y su finalidad es proteger la salud humana.

b – Mencione los parámetros contaminantes controlados por las normas internacionales de calidad de aire vigentes.

Partículas en suspensión (PTS), Anhídrido sulfuroso (SOx), Monóxido de carbono (CO), Oxidantes fotoquímicos (O3) y Dióxido de nitrógeno (NO2)