xxx central termica xxxxx

documento orientado a ing mecánicos quienes estudian este tipo de centrales la

  1. wilance
    documento orientado a ing mecánicos quienes estudian este tipo de centrales la
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    xxx central termica xxxxx
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    • 1. 2012Análisis, mantenimiento y operación de una Central Térmica David Mateos Fernández 08/02/2012
    • 2. Central Térmica de CompostillaÍNDICEIntroducción ............................................................................................................. 7Objetivos .................................................................................................................. 7Caldera ..................................................................................................................... 8 Introducción ......................................................................................................................... 8 Análisis ................................................................................................................................. 9 Funcionamiento.................................................................................................................. 10 Regulación temperatura..................................................................................................... 16 Tratamiento de agua de aportación a caldera ...................................................................21 Desinfección ....................................................................................................................... 23 Clarificación........................................................................................................................ 24 Desmineralización .............................................................................................................. 28 Procesos de intercambio iónico....................................................................................... 28 Circuito agua desmineralizada ......................................................................................... 30Cálculo de la combustión ........................................................................................ 33 Datos de Partida................................................................................................................. 34 Caracterización analítica del combustible ..........................................................................35 Inquemados y Azufre retenidos, en Cenizas y Escorias, en % en peso de combustible ........35 Cálculo Exceso Aire ............................................................................................................. 37 Aire estequiométrico teórico seco (Ats)........................................................................... 38 Aire estequiométrico teórico húmedo (Ath) .................................................................... 38 Factor exceso de Aire ...................................................................................................... 39 Gases de Combustión ......................................................................................................... 39 Generados a partir del combustible....................................................................................39 Derivados de la parte inerte del Aire teórico ......................................................................40 Derivados del exceso de Aire ..............................................................................................40 Gases totales ...................................................................................................................... 41 Oxígeno medido en gases secos ...................................................................................... 42 Oxígeno medido en gases reales (húmedos) .................................................................... 43Cálculo rendimiento de la caldera ........................................................................... 44 Pérdidas por calor sensible en gases secos .........................................................................44 Pérdidas por humedad en el carbón ...................................................................................45 Pérdidas por inquemados ................................................................................................... 47 Página 2
    • 3. Central Térmica de Compostilla Pérdidas por hidrógeno en el combustible..........................................................................48 Pérdidas por el calor sensible a las cenizas volantes ..........................................................49 Pérdidas por radiación y convección...................................................................................50 Pérdidas por la humedad del aire comburente...................................................................52 Pérdidas fijas ...................................................................................................................... 53 Rendimiento ....................................................................................................................... 53Sopladores de hollín ............................................................................................... 54 Sopladores de pared ........................................................................................................... 54 Sopladores retráctiles de retroceso completo.....................................................................56 Sopladores retráctiles de medio retroceso (semirretráctiles) .............................................60 Sopladores de precalentadores ..........................................................................................60Turbina .................................................................................................................. 63 Introducción ....................................................................................................................... 63 Análisis ............................................................................................................................... 64 Funcionamiento.................................................................................................................. 65 Virador ............................................................................................................................... 68Turbobomba de agua de alimentación .................................................................... 70 Turbina ............................................................................................................................... 70 Bomba principal ................................................................................................................. 71 Bomba de refuerzo o BOOSTER ..........................................................................................73Cálculo Rendimiento del Ciclo ................................................................................. 74 Balance energético en el Calentador de alta presión 6 .......................................................75 Balance energético del calentador 5 ..................................................................................76 Balance energético en el desgasificador.............................................................................76 Balance de masa en el desgasificador-bomba ....................................................................77 Balance energético en la caldera........................................................................................77Alternador.............................................................................................................. 82 Estator ................................................................................................................................ 83 Rotor .................................................................................................................................. 83 Refrigeración alternador .................................................................................................... 85Excitatriz ................................................................................................................ 86 Excitatriz piloto: generador de imanes permanentes .........................................................88 Excitatriz principal de corriente alterna..............................................................................88 Conjunto rectificador .......................................................................................................... 88 Página 3
    • 4. Central Térmica de CompostillaPrecipitador electrostático ..................................................................................... 89 Electrodos emisores............................................................................................................ 91 Electrodos colectores.......................................................................................................... 91 Sistema de golpeo .............................................................................................................. 92Planta desulfuración ............................................................................................... 93 Introducción ....................................................................................................................... 93 Estructura ........................................................................................................................... 93 Funcionamiento.................................................................................................................. 94 Sistema de preparación de lechada .................................................................................. 100 Sistema de obtención de yeso deshidratado..................................................................... 101 Sistema de sumidero ........................................................................................................ 103 Rendimiento de la planta de desulfuración ...................................................................... 104Parque de carbones .............................................................................................. 105Mantenimiento predictivo .................................................................................... 112 Endoscopia ....................................................................................................................... 113 Análisis de aceite.............................................................................................................. 113 Análisis de Vibraciones ..................................................................................................... 114 Transductor de desplazamiento .................................................................................... 115 Transductor de velocidad .............................................................................................. 115 Transductor de aceleración ........................................................................................... 115 Termografía ..................................................................................................................... 116 Líquidos penetrantes ........................................................................................................ 117 Partículas magnéticas ...................................................................................................... 118 Radiografía Industrial....................................................................................................... 119 Fallos en turbinas de vapor .............................................................................................. 120 Fallo de las válvulas de control ...................................................................................... 120 Fallo en los álabes por resonancia ................................................................................. 120 Vibraciones ................................................................................................................... 121 Entrada de agua ............................................................................................................ 121 Erosión.......................................................................................................................... 121 Fatiga ............................................................................................................................ 122 Tensión térmica ............................................................................................................ 122 Corrosión ...................................................................................................................... 123Parámetros medioambientales ............................................................................. 124 Página 4
    • 5. Central Térmica de Compostilla Contaminantes atmosféricos............................................................................................ 124 Contaminación del agua................................................................................................... 127 Valores límite de emisiones (vertido 1).......................................................................... 127 Control de funcionamiento de las instalaciones de depuración ..................................... 128 Contaminación por residuos ............................................................................................. 129 Residuos peligrosos....................................................................................................... 129 Residuos no peligrosos .................................................................................................. 130 Residuos no peligrosos propios mediante depósito en vertedero .................................. 131Conclusiones ........................................................................................................ 132Agradecimientos .................................................................................................. 133Bibliografía ........................................................................................................... 133Anexo 1 Revisión ................................................................................................. 135 Caldera ............................................................................................................................. 135 Detectores de llama ...................................................................................................... 135 Cajas partidoras ............................................................................................................ 135 Quemadores ciclónicos ................................................................................................. 136 Economizadores superior e inferior ............................................................................... 136 Paredes de agua ............................................................................................................ 137 Calderín ........................................................................................................................ 137 Sobrecalentador final (convección) ............................................................................... 137 Sobrecalentador primario (convección) ......................................................................... 138 Sobrecalentador radiante.............................................................................................. 138 Tubos ............................................................................................................................ 138 Sprays atemperación..................................................................................................... 138 Refractario .................................................................................................................... 139 Molinos ............................................................................................................................ 139 Alimentadores............................................................................................................... 140 Cojinetes ....................................................................................................................... 141 Turbina ............................................................................................................................. 142 Trabajos iniciales con la turbomáquina en virador ......................................................... 142 Desacoplar los rotores de turbina y alternador .............................................................. 143 Desmontar mitades superiores de los cojinetes del eje del rotor ................................... 144 Turbina alta presión ...................................................................................................... 145 Virador .......................................................................................................................... 149 Página 5
    • 6. Central Térmica de Compostilla Excitatriz........................................................................................................................... 150 Torre de refrigeración....................................................................................................... 151 Planta desulfuración......................................................................................................... 152 Absorbedor ................................................................................................................... 152 Precalentador gas-gas ................................................................................................... 152 BUF ............................................................................................................................... 152 Desgasificador............................................................................................................... 153Anexo II ................................................................................................................ 154 Caldera ............................................................................................................................. 154 Turbina ............................................................................................................................. 157 Página 6
    • 7. Central Térmica de CompostillaIntroducciónEste informe está basado en la recopilación de información durante la estancia de 2meses en la Central Térmica de Compostilla.Se han realizado visitas a los diferentes sectores de la central para tener una visiónglobal del funcionamiento y organización, donde se ha facilitado documentación porparte del personal y gracias a ella se han podido realizar el proyecto.Se han obtenido los datos de los parámetros necesarios durante la estancia, comotemperaturas, presiones, caudales, para los futuros cálculos de rendimiento_ObjetivosEs objeto de este informe presentar los conocimientos obtenidos durante la estanciaen la Central Térmica de Compostilla así como su asimilación y redacción.Dichos conocimientos permitirán ayudar a la realización de un proyecto fin de carrerabasado en la Central Térmica de Compostilla en el cual se realizarán cálculos derendimientos, caudales y emisiones así como el funcionamiento y mantenimiento delos elementos que realizan el proceso térmico, desde la generación de vapor hasta sutransformación en energía eléctrica, de un grupo específico de la central.Se pretende obtener una familiarización de todos los elementos que intervienen en latransformación de energía potencial del vapor en energía eléctrica en el alternador asícomo de los procesos que llevan a cabo cada uno.Se pretende obtener una visión global del funcionamiento de la central ya sea en losámbitos de contratación, formación de empleados, mantenimiento, recursoshumanos, servicios de los empleados, medioambiente, etc. Página 7
    • 8. Central Térmica de CompostillaCalderaIntroducciónEl generador de vapor es de recalentamiento de fase única. Consiste en una unidad decirculación natural.Las calderas de circulación natural secaracterizan porque el flujo de aguaascendente generado en los tubosvaporizadores, se forma de maneranatural a causa de la variación dedensidad, que disminuye con latemperatura. Para facilitar este flujoen las calderas de circulación naturalse deben minimizar las pérdidas decarga que pueden ser originadas porla velocidad del flujo, el diámetro delconducto y la disposición de los Figura 1. Circulación natural.tubos. Por este motivo la disposiciónde los tubos en este tipo de caldearas es vertical, evitando cuando sea posible losgiros.La caldera quema carbón pulverizado en un hogar de tiro equilibrado.El peso específico del agua disminuye en relación a la vaporización conseguida, demanera que cuanto mayor sea la vaporización, mayor será la disminución del pesoespecífico. Este proceso se da gracias a la aportación de calor a los tubos queconstituyen las paredes del hogar y que contienen agua, la cual se calienta.La caldera está diseñada de manera que los tubos bajantes, (Fig. 1), no esténsometidos al calor producido en el hogar por la combustión del carbón y de estamanera poder conseguir una diferencia de pesos específicos entre la columna de agua-vapor que asciende al calderín y los bajantes que descienden al domo inferior. Página 8
    • 9. Central Térmica de CompostillaCon esto se consigue una buena refrigeración de los tubos de las paredes del hogar yse facilita la circulación natural.AnálisisCircuito agua-vaporPodemos clasificar el circuito en dos grupos: 1. Circuito de agua  Absorbe el calor desarrollado en el hogar para calentar y vaporizar el agua procedente de los calentadores de alta presión. 2. Circuito de vapor - Sistema de vapor principal  Suministra a la turbina de alta presión el vapor producido por la caldera dentro del rango de los parámetros de funcionamiento óptimos.  Mediante el by-pass de alta presión lleva el vapor de salida de la caldera al conducto de recalentado frío, para derivar el vapor de la turbina de alta presión. - Sistema de vapor recalentado  Mejora el rendimiento del ciclo al recalentar el vapor procedente de la turbina de alta presión y llevarlo al cuerpo de presión intermedia alta.  Mediante el by-pass de baja presión conduce el vapor recalentado al condensador, derivando el vapor de la turbina de baja presión. Página 9
    • 10. Central Térmica de CompostillaFuncionamientoEl agua de alimentación llega por una tubería procedente del calentador nº 6 de altapresión que en la proximidad de la caldera se bifurca en dos tuberías para entrar porambos lados al colector de entrada del economizador inferior. Dicha agua debecalentarse antes de entrar en el calderín ya que, en éste existen las dos fases, agua yvapor. Si introducimos agua a baja temperatura, la transferencia de energía térmica severía aumentada a causa de la diferencia de temperaturas y podría llegar acondensarse el vapor perteneciente al calderín.  En ambas tuberías de entrada al economizador inferior, antes de la entrada al colector, existen válvulas de bloqueo y de retención.  En la tubería de agua de alimentación a la caldera hay una conexión procedente de la bomba de llenado de caldera para el llenado de ésta por el economizador.Del economizador inferior, el agua, pasa al economizador superior a través de dostuberías interiores. El agua circula por ambos economizadores en sentido contrario alsentido de circulación de losgases, para forzar una mayortransferencia de calor.Del colector de salida deleconomizador superior, elagua sale por tuberíasexternas a la caldera y entraen el calderín por amboslados, ya que el calderín estáubicado en la parte superiorde la caldera, de maneratransversal, sobresaliendode la misma por sus dosextremidades. Figura 2. Sección CalderínEn el interior del calderín(Fig.2) se divide en dos tuberías formando una especie de elipse. El agua sale de dichos Página 10
    • 11. Central Térmica de Compostillatubos a través de unosorificios que poseenlongitudinalmente, con loque se logra una mejordistribución del agua en elcalderín (Fig. 3).El agua de alimentación semezcla en el calderín con el Figura 3. Calderínagua procedente de las paredes de agua del hogar, a través de tuberías exterioresdescendentes (downcomers).Del calderín el agua en fase líquida sale por 19 downcomers o bajantes y mediante losfeeders (tubos alimentadores) se alimentan las paredes de agua (zona del hogar). Elagua recorre dichas paredes en sentido ascendente a causa de que el vapor se producecuando el agua, al calentarse, fluye hacia arriba a través de los tubos de las paredes delhogar. Al formarse vapor se produce una diferencia de pesos entre la columna delíquido presente en las tuberías descendentes y la de las tuberías ascendentes. Esta esla causa que origina la circulación natural en la caldera, como se ha vistoanteriormente.La intensidad de la circulaciónaumenta, cuanto mayor es el volumenocupado por el vapor en la columnaascendente, por lo que interesaproducir la vaporización en la partemás baja de la caldera. Si se eleva lapresión de funcionamiento, disminuyeel volumen específico del vapor yaumenta el del agua, con lo quedisminuye la diferencia de pesos entrelas dos columnas haciéndose menor lacirculación. Figura 4. Distribución tubos Página 11
    • 12. Central Térmica de CompostillaCerca de la presión crítica (unos 230 Kg/cm2) la circulación natural deja de ser posible.La mezcla de agua-vapor, entra por los risers (Fig. 4) al calderín, pasando por losciclones separadores, donde se separan el agua y el vapor. Del calderín, el vaporsaturado sale por unos tubos de transferencia al colector de entrada de vapor en eltecho de la caldera.Del colector de entrada al techo de la caldera, el vapor, recorre todo el techodirigiéndose hacia la parte trasera hasta el colector de salida del techo de la caldera.Desde dicho colector, el vapor se divide en dos circuitos:  Por una parte el vapor pasa a los tubos que forman la pared trasera y la recorre en sentido descendente hasta su domo inferior. Desde dicho domo, el vapor pasa por unos tubos de transferencia al colector inferior de la pared frontal y al colector inferior de la pared divisoria o pared de partición. El vapor Figura 5. Cámara estanca superior asciende por ambas paredes hasta el colector de recogida de las paredes frontal en la cámara estanca superior (Fig. 5).  Por otra parte, del colector de salida del techo de la caldera, mediante unos tubos de transferencia, se envía vapor a los colectores de entrada de las paredes laterales.Las paredes laterales tienen 3 colectores de entrada y 3 paneles de tubosdescendentes por cada pared. Desde dichos colectores el vapor recorre los 3 paneles Página 12
    • 13. Central Térmica de Compostillade las paredes laterales hasta los 3 colectores inferiores en cada pared. De loscolectores inferiores, por unos tubos de transferencia, el vapor pasa a los 2 colectoresinferiores por cada pared lateral ascendiendo por dichas paredes hasta los colectoressuperiores o de salida de las paredes laterales.El vapor procedente de la zona de apertura del hogar, junto con el que procede de lapared frontal y la pared de partición, se recoge en el colector de recogidas de vapor delas paredes de dichas zonas. Desde este último colector, el vapor sale por dos tubosexteriores a la caldera, y desciende hacia el colector de entrada al sobrecalentadorprimario. El vapor recorre los serpentines de dicho sobrecalentador y eleva sutemperatura, hasta su colector de salida.Del colector de salida del sobrecalentador primario, el vapor sale por dos tuberíasexteriores a la caldera, dirigiéndose al colector de entrada de las paredes divisorias oradiantes. Son llamadas radiantes por estar directamente expuestas a las llamas delhogar. De dicho colector de entrada parten los 8 paneles que forman las 8 paredesdivisorias que constituyen el sobrecalentador radiante, juntándose el vapor en doscolectores superiores en el interior de la cámara estanca superior: colector de salidaradiante lado izquierdo y lado derecho.De dichos colectores el vapor sale por unos tubos de transferencia a dos tuberías ocolectores (uno por cada lado) y pasa a los colectores de entrada del sobrecalentadorfinal (colector lado derecho y lado izquierdo). Del colector de salida del radiante ladoizquierdo, el vapor pasa al colector de entrada al sobrecalentador final lado derecho ydel colector de salida del radiante lado derecho al de entrada al sobrecalentador ladoizquierdo.Esto es así para compensar y equilibrar las diferencias que puedan existir entre uno yotro lado, debidas a las condiciones de la combustión.De los dos colectores de entrada al sobrecalentador final, el vapor se distribuye a lasbotellas de entrada de cada serpentín. Fluye a través de los serpentines hasta elcolector de salida del sobrecalentador final y de este colector, por el lado izquierdo dela caldera, el vapor sale hacia la turbina a partir de la válvula principal de vapor (VP1). Página 13
    • 14. Central Térmica de CompostillaTanto el sobrecalentador primario, como el final, son de convección porque toman laenergía de los gases de la combustión y no como el de radiación, que tomadirectamente la energía radiante de las llamas del hogar.El vapor después de ceder parte de su energía en la turbina de alta presión, retorna ala caldera para elevar su temperatura y mejorar así el rendimiento del ciclo. Esterecalentamiento se origina mediante un recalentador intermedio. El control detemperatura de ese vapor, se realiza por medio de compuertas que regulan el flujo degases a través del recalentador. Además hay un control de temperatura de emergenciapor medio de un atemperador cuyo fluido de trabajo es agua.El grupo va equipado con dos sistemas de by-pass: uno de alta presión y el otro de bajapresión, que pueden funcionar durante la puesta en marcha, disparos del turbogenerador, etc.El by-pass de alta presión, toma el vapor de la salida del sobrecalentador, loacondiciona a la presión y temperatura de las características del vapor recalentado fríoy lo pasa al recalentador.El by-pass de baja presión, toma el vapor a la salida del recalentador (recalentadocaliente) y acondicionándolo de nuevo, lo lleva al condensador de la turbina. Se tratade un circuito que puede derivar parcial o totalmente el vapor de la turbina, según loaconsejen las condiciones de operación, teniendo en cuenta que es condiciónindispensable, que exista vacío en el condensador. El sistema tiene una capacidad del30% del caudal a plena carga y ha sido diseñado para las temperaturas y presionesnominales.En la siguiente figura podemos apreciar el circuito de agua-vapor esquematizado. Página 14
    • 15. Central Térmica de Compostilla Figura 6. Circuito agua-vapor Página 15
    • 16. Central Térmica de CompostillaRegulación temperaturaPara regular la temperatura del vapor principal, se utilizan atemperadores de aguapulverizada, instalados en los dos tubos de transferencia de vapor del colector desalida del sobrecalentador primario (convección), al colector de entrada delsobrecalentador del hogar (radiación), y otros dos en los tubos que van de loscolectores de salida del sobrecalentador del hogar al sobrecalentador final(convección).De los colectores de transferencia del sobrecalentador de radiación al sobrecalentadorfinal también se toma el vapor para el soplado de caldera.Cada equipo de atemperación está compuesto por las siguientes válvulas:  Una válvula automática de control, que regula el caudal de agua para mantener la temperatura del vapor.  Una ó dos válvulas de bloqueo manuales.  Una válvula automática de cierre rápido, que se cierra al cerrarse la válvula de control correspondiente y se abre cuando la válvula de control alcanza un 10 % de apertura. Figura 7. Válvulas atemperación Página 16
    • 17. Central Térmica de CompostillaCircuito aire-carbónEl circuito de carbón empieza en elparque de homogeneización dondees mezclado como se verá en elapartado de parque de carbones.Mediante cintas transportadoras, seconduce hasta las tolvas de carbón.Existen 12 tolvas de carbón cada unacon capacidad de 500 t. De las tolvas, Figura 8. Alimentador volumétricoel carbón cae por gravedad a losalimentadores volumétricos de cinta sinfín (Fig. 8), uno por tolva, los cuales seencargan de enviar el carbón en su cantidad exacta a los molinos.Existen 6 molinos presurizadosde bolas cada uno concapacidad de 37,5 t/h decarbón y 72 t de carga de bolasde acero.Del alimentador, el carbón, vaa parar al exterior de uncilindro que está dotado deunos tornillos de Arquímedes osinfines (Fig. 9) que giran Figura 9. Tornillo Arquímedessolidarios al eje del molino y seencarga de introducir el carbón en el tambor del molino. Por la parte interior del ejecircula el aire procedente del ventilador de aire primario que se encarga de secar ytransportar el carbón hasta los quemadores. Página 17
    • 18. Central Térmica de CompostillaLos ventiladores de aireprimario, que son 3, tienen unapotencia de 810 kW girando aunas 1470 rpm, cada uno. Condos ventiladores se consigue lacarga necesaria, de manera quesiempre existe uno de reserva.El ventilador de aire primario,aspira aire de la impulsión del Figura 10. Precalentador de aire tipo Rothemule.ventilador de tiro forzado y lodivide en 2 ramas. Una rama va a parar a los precalentadores de aire primario, que seencargan de elevar la temperatura del aire para el secado del carbón y la entrada a lacaldera. Los precalentadores son del tipo Rothemule (Fig. 10), su funcionamiento sebasa en el intercambio de calor entre los gases producto de la combustión y el aire deadmisión, de manera que la campana gira a unas ciertas revoluciones y por su interiorcircula aire, por la parte exterior circulan los gases de combustión que calientan el airede admisión a caldera.La otra rama no pasa por los precalentadores de aire primario sino que sirve como airede atemperación en caso de ser necesario bajar su temperatura. Esta última ramatambién sirve para el aire de cierre de los molinos que, al ser presurizados, deben estardotados de un cierre de aire a mayor presión que la del interior del molino para evitarfugas de carbón.El tambor del molino gira graciasa un motor de 955 kW (1300 HP)que gira a unas 995 rpm.Mediante una reductora, sehace girar al tambor a 17,2 rpm.Dicho tambor está dotado deunos tornillos (Fig.11)que favorecen al arrastre debolas de acero hasta una cierta Figura 11. Tornillos del tambor del molino. Página 18
    • 19. Central Térmica de Compostillaaltura, donde caen al fondo pulverizando elcarbón por aplastamiento.Una vez molido, el carbón sale por la partesuperior del molino gracias al aire primario y vaa parar a un clasificador que solo deja pasar elcarbón totalmente pulverizado, introduciendode nuevo en el tambor del molino aquel carbónque exceda de tamaño.Desde el clasificador el carbón, va a parar a losquemadores, los cuales son ciclónicos y existen24, doce quemadores en la pared frontal y otrosdoce en la pared trasera, es decir 4 quemadorespor molino (Fig. 12). Figura 12. Quemadores ciclónicos.Los quemadores se encargan de realizar la ignición del carbón y el aire para sucombustión en caldera. Están ubicados de manera vertical para producir una llama enforma de W para mejorar la combustión del carbón.Inicialmente se tiene aire en defecto procedente del ventilador de aire primario parareducir las emisiones de NOx, pero a medida que la combustión se produce esnecesario aportar más fases de aire hasta conseguir un exceso que nos garantice lamayor combustiónde carbón posible.El encargado deaportar estas faseses el ventilador detiro forzado, loscuales hay 2 deuna potencia de2236 y 2216 kW.Son ventiladoresde flujo axial queregulan la carga de Figura 13. Ventilador de álabes regulables.aire suministrada mediante el cambio del ángulo de ataque de sus álabes (Fig.13), Página 19
    • 20. Central Térmica de Compostillacontrolando así en cada momento el caudal necesario para la regulación del exceso deaire.El aire procedente de los ventiladores de tiro forzado se hace pasar por unosprecalentadores para que entre en las condiciones de temperatura óptimas a lacaldera. Existe una entrada de aire secundario y otra de aire auxiliar, ubicadas porencima de los quemadores, las cuales favorecen y optimizan la combustión, acabandocon un tanto por ciento de exceso de aire. Figura 14. Caldera y elementos. Página 20
    • 21. Central Térmica de CompostillaTratamiento de agua de aportación a caldera Figura 15. Esquema tratamiento de agua de admisión a calderaEl agua procedente del pantano de Bárcena (agua bruta) se aporta por gravedad o porbombeo a través de la Válvula Automática de Aporte a Tanques (VAAT), a los tanquesde agua bruta (TAB). Cada vez que abre ésta válvula, arranca la bomba de hipocloritosódico dosificando este producto al agua bruta antes de llegar a los tanques.Desde los tanques, se bombea el agua bruta clorada al decantador Acelatorempleando una de las dos bombas de agua. En la impulsión de las bombas seencuentra la Válvula Automática de Entrada de Agua (VAEA) a Acelator. El caudal de Página 21
    • 22. Central Térmica de Compostillaagua a Acelator se mantiene en 50 m3/h en condiciones normales de operación. Encaso de mayor demanda de agua es necesario modificar el punto de consigna de laVAEA.El agua bruta entra en la Cámara de Mezcla Rápida (CMR) donde se adiciona elcoagulante, (también existe la posibilidad de adicionar hipoclorito sódico, si no ha sidovertido previamente). A continuación entra en el decantador Acelator donde se aditivafloculante y se produce la clarificación del agua por precipitación de los sólidos ensuspensión en forma de fangos. El rebose del Acelator (agua decantada o clarificada)es recogido en tres canales que forman parte del antiguo sistema de clarificaciónlamelar (SCL) y que actualmente funciona como decantador estático posterior. Deestos canales, el agua pasa a los tanques de agua decantada a través de la válvulamanual de aislamiento (VMA).Desde los tanques de agua decantada (TAD), el agua se bombea a los filtros a presiónempleando dos de las cuatro bombas de agua decantada. El agua atraviesa los tresfiltros de arena donde se retienen aquellas partículas de tamaño mayor o igual a 0,6mm. El agua filtrada pasa a un tanque o arqueta intermedia y de ahí pasa al tanque deagua potable (TAP) y al tanque de agua filtrada, que consta de un sistema de controlde nivel que hace arrancar dos de las cuatro bombas de agua decantada cuando elnivel en el tanque de agua filtrada (TAF) llega a la posición media. Las hace pararcuando se alcanza la posición de alto nivel.Del TAF el agua pasa a las cadenas desmineralizadoras impulsada por las bombas deagua decantada para generar agua desmineralizada de aportación al ciclo agua-vapor.Del TAP pasará al filtro de carbón activo impulsada por las bombas de agua potable,para ser distribuida a la red de saneamiento de la U.P.T. (Unión Producción Térmica) Página 22
    • 23. Central Térmica de CompostillaEn Centrales Térmicas es muy importante realizar un tratamiento de agua deaportación a calderas. El tratamiento de agua lo podemos desglosar en dos grupos: • Pretratamiento de agua. • Desmineralización.El pretatamiento de agua está compuesto por las siguientes fases:Desinfección, cuya función es eliminar material orgánico, virus, bacterias y algunosmetales como el hierro y el manganeso que estén contenidos en el agua.Clarificación, cuya función es eliminar las materias en suspensión en el agua mediantecoagulación, floculación, y sedimentación.Filtración, cuya misión es eliminar los sólidos en suspensión que permanezcan de lasetapas anteriores.DesinfecciónExisten diversos métodos utilizados en centrales industriales, aquí explicaremos elsistema que lleva a cabo la Central.Cloración, consiste en eliminar microorganismos a base de cloro, ya que este seintroduce en sus células y los elimina. Además contribuye a la eliminación de metalescomo el hierro o el manganeso por oxidación:Cloro gaseosoSe comercializa normalmente en botellas de 100Kg o en cilindros de 500-1000Kg, sutransporte es presurizado en forma líquida para reducir su volumen. Hay que decir queson muy peligrosas y necesitan unos cuidados especiales como una regulación Página 23
    • 24. Central Térmica de Compostillaexhaustiva de la temperatura y en caso de que la demanda de carga de cloro sea muyelevada será necesaria la instalación de unos evaporadores que calienten el cloro paradespresurizarlo.Hipoclorito Sódico (NaOCl)También conocido como lejía de blanqueo y contiene entorno a un 12-15% de Cloroaprovechable, que se encuentra diluido. Las instalaciones que utilizan este método sonsencillas ya que mediante un sistema de bombeo se aspira del tanque dealmacenamiento y se dosifica al agua mediante bombas dosificadoras de caudalvariable.ClarificaciónProceso físico-químico cuyo objetivo es eliminar las partículas que enturbian el agua,es decir, los sólidos en suspensión, precipitándolos en forma de lodos. El procesopodemos dividirlo en: coagulación, floculación y sedimentación.Existen tres tipos de estados de impurezas en función de su tamaño: • Partículas disueltas: No son filtrables ni sedimentan además de no dispersar la luz (Se eliminan en la desmineralización). • Partículas coloidales: se encuentran en suspensión y no son filtrables. No sedimentan o tardan mucho tiempo. Dispersan la luz. • Partículas en suspensión: Son filtrables y sedimentables. Se ven a simple vista, se eliminan mediante el proceso de cloración. Dispersan la luz.CoagulaciónProceso mediante el cual se eliminan las cargas eléctricas de las partículas coloidales.De esta manera se evita la repulsión de los coloides y se facilita su unión. Por tanto esun proceso de neutralización en el cual se aditiva coagulantes, que reaccionan con elcoloide, ya que son de distinta carga, y se forman flóculos. Página 24
    • 25. Central Térmica de CompostillaLos coagulantes más empleados en la Industria son:Sulfato férrico 2 (4 )3Cloruro Férrico 2 3Sulfato de Aluminio 2 (4 )3Policloruro de Aluminio ( () 3 − ) La elección dependerá del tipo de agua a tratar así comode la instalación para efectuar el proceso de cloración.Potencial ZetaEs una medida de la magnitud de repulsión o atracciónentre partículas. Se utiliza para controlar el proceso decoagulación. El valor normalmente, debe estar entre 30 y-30 mV.Floculación Figura 16. Medidor potencial zetaProceso mediante el cual se forman aglomeraciones de partículas debido a laexistencia de colisiones sucesivas. El proceso consiste en la aditivación de uncompuesto floculante polimérico (formado por largas cadenas) al cual se le vanadhiriendo los flóculos formados en el proceso de coagulación. De esta manera losflóculos poseen una cierta masa que provocará, en el proceso de decantación, susedimentación en forma de lodos.DecantaciónSiguiente proceso en la etapa de clarificación del agua que consiste en lasedimentación de los sólidos en suspensión en forma de lodos y su separación delagua. Página 25
    • 26. Central Térmica de CompostillaExisten diversos tipos de decantadores dependiendo de la manera en que circulen elagua en su interior y el sentido de la misma:Decantadores estáticosDecantadores de recirculación de fangosDecantadores de lecho de fangoSe procede a la explicación del decantador utilizado por la Central.Decantador Acelator (recirculación de fangos) Figura 17. Decantador AcelatorLa misión de la de la decantación es eliminar partículas en suspensión porsedimentación.Para poder sedimentar la materia en suspensión se añaden productos químicos al agua(coagulante: policloruro de aluminio y floculante: Nalco 8182) con la finalidad deformar partículas de mayor tamaño (flóculos) que precipiten en forma de lodos. Elagua bruta previamente clorada se mezcla con el coagulante en la Cámara de MezclaRápida. A continuación el agua entra (1) en las zonas de mezcla (5) y (6) donde se ledosifica el floculante. La agitación o mezcla del reactivo con el agua a tratar debe ser losuficientemente lenta para impedir la rotura del flóculo formado. Los lodos se separan Página 26
    • 27. Central Térmica de Compostilladel agua clara en la zona de decantación. El exceso de lodos va precipitándose en lazona de concentración de fangos (9).Cada cierto tiempo se purga el exceso de lodos (10). El agua decantada rebosa aldecantador de lamelas (2).Una vez concluida la fase de sedimentación se procede al último proceso de laclarificación, la filtración.Existen diferentes procesos de filtración como: - Filtros a presión - Filtros de carbón activo - Filtros de gravedad - Filtros de cartuchos - Filtros de membrana (microfiltración)Se procede a la explicación de los filtros utilizados por la central:Filtro a presión de arenaLa función de los tres filtros en serie dearena a presión es eliminar aquellaspartículas que aun contenga el aguadecantada de tamaño mayor o igual a0,6mm.Cada filtro tiene 8,04 m3 de superficie defiltración, compuesta por arena. El aguadecantada entra al filtro por la válvulasuperior (F-VA-1) y atraviesa el lecho ensentido descendente, saliendo por laválvula inferior (F-VA-2). El lavado conagua o con aire se realiza en sentidocontrario, entra a través de la válvula F-VA-3 y sale por la válvula F-VA-4 hacia la Figura 18. Filtros de arena a presión. Página 27
    • 28. Central Térmica de Compostillaalcantarilla. Durante el proceso de filtrado en funcionamiento normal sólo funcionauna de las cuatro Bombas de Agua Decantada, aportando un caudal máximo de 80m3/h. Durante el proceso de lavado funcionarán tres, manteniendo una de reserva. Elaire de lavado es proporcionado por dos grupos de bombas motosoplantes queimpulsa airea través de la válvula F-VA-5.DesmineralizaciónSu función principal radica en la eliminación de sólidos disueltos que contiene el aguade aportación a caldera.Los sólidos disueltos son partículas de tamaño reducido que se encuentran totalmenterodeadas por moléculas de agua y que poseen cierta carga eléctrica. Si la carga esnegativa se denominan aniones, en cambio, si la carga es positiva se denominancationes. Sin la presencia de agua forman compuestos denominados sales.Existen diferentes procesos para la desmineralización del agua:procesos de destilación, los cuales se basan en la separación de los componentes novolátiles mediante cambios de estado en el agua.Procesos de membrana, los cuales se basan en las propiedades que presentan ciertostipos de membranas las cuales permiten el paso de moléculas de cierto tamaño através de sus poros (Ósmosis inversa o electrodiálisis).Procesos de intercambio iónicoProceso utilizado por la Central que tiene lugar cuando un ion de una disolución seintercambia por otro ion de igual signo que se encuentra a una partícula sólida móvil.Los intercambiadores de iones son unas sustancias del tipo granular insoluble,denominadas resinas, que contienen en su estructura grupos ácidos y básicos y soncapaces de cambiar dichos iones por otros iones, eso sí, del mismo signo.retenidos los cationes y se incorporan al agua iones hidrógeno ( +). En segundo lugar,En primer lugar, el agua pasa por una resina de intercambio catiónico donde quedanel agua, va a parar a una resina de intercambio aniónico donde quedan retenidos los Página 28
    • 29. Central Térmica de Compostillaaniones y se incorporan iones hidroxilo al agua (−). De esta manera desaparecenlos aniones y cationes dando lugar a iones hidrógeno e hidroxilo que reaccionarán paradar agua.Una vez realizada la introducción de los procesos que ocurren en la desmineralización,se continúa con la explicación del circuito que se lleva a cabo en la Central. Figura 19. Esquema Desmineralización Página 29
    • 30. Central Térmica de CompostillaCircuito agua desmineralizadaEl agua filtrada contenida en el tanque de agua filtrada es impulsada hacia las cadenasa través de cuatro bombas de agua filtrada. Estas bombas son centrífugas horizontales,con un caudal nominal de 73 m3/h.Cada bomba de agua filtrada aspira del depósito mediante pasamuros. Al estar encarga, entre el pasamuros y las bridas de aspiración se ha instalado una válvula deaislamiento.La tubería de impulsión de cada bomba consta de una válvula de retención y unaválvula manual de aislamiento. Las cuatro tuberías de impulsión se unen en un colectorcomún. Con objeto de proteger las cadenas ante un aumento de presión se hainstalado en este colector una válvula de seguridad tarada a 8 kg/cm2.Este colector principal llega a los tres filtros de carbón activo instalados en paralelo.Cada filtro va asociado a una cadena de desmineralización, pero gracias a juegos deválvulas se puede hacer que un filtro alimente a cualquiera de los lechos de resinas.La instalación de desmineralización consta de tres cadenas idénticas, dispuestas enparalelo, con capacidad unitaria neta de 70 m3/h. Cada cadena está formada por unCatexer (Fig.20) y un Anexer (Fig.21), instalados en serie, que constituirán ladesmineralización primaria.El método de funcionamiento elegido es mediante lechos fluidizados, debido a sumenor consumo de regenerantes y una menor fuga de iones del agua tratada.Durante la fase de servicio, el agua tratada penetra por la parte inferior del depósito.Su principal característica es su funcionamiento a contracorriente, es decir, regeneranen sentido contrario al de servicio. Página 30
    • 31. Central Térmica de Compostilla Figura 20. Lecho catiónico de flujo ascendente.Los aditivos regenerantes utilizados son ácido sulfúrico en concentración adecuadapara el Catexer y sosa cáustica para el Anexer. Por tanto la instalación dispondrá de uncircuito de regeneración, que constará de tanques de almacenamiento de productos,bombas de trasvase, de adicción y de dilución, y una estación reguladora de Figura 21. Lechos aniónicos con flujo ascendente y descendente. Página 31
    • 32. Central Térmica de Compostillaconcentración y temperatura de las disoluciones regenerantes.A la salida del Anexer el agua pasará por una siguiente etapa, la desmineralizaciónsecundaria. Esta está formada de tres cambiadores de lecho mixto (Ionexer), dondetendrá lugar una desmineralización más fina, alcanzándose los valores de calidadrequeridos al agua de alimentación de calderas.Al igual que los filtros, cada Ionexer (Fig.22) va asociado a una cadena dedesmineralización, pero gracias a los oportunos juegos de válvulas se puede hacertrabajar a las distintas cadenas con cada uno de los diferentes Ionexer.El agua a la salida de los Ionexer, va a hacia los dos tanques de agua desmineralizada,que alimentarán a los tanques de reserva de condensado de los distintos grupos enfunción del nivel de los mismos. Figura 22. Lecho mixto. Página 32
    • 33. Central Térmica de CompostillaCálculo de la combustiónPesos AtómicosC = 12,0112H = 1,0079N = 14,0067O = 15,9994S = 32,064Densidades normales (kg/Nm3)CO2 = 1,977H2O = 0,804N2 = 1,256O2 =1,429SO2 = 2,927CO = 1,25NO = 1,34NO2 = 2,05NOx = 1,375 (asumiendo una distribución del 95% y 5%, en volumen, de NO y NO2,respectivamente)Aire = 1,2924Composición AireN2 = 79,02% en vol.O2 = 20,95% en vol.Resto: CO2 = 0,03% en vol. Página 33
    • 34. Central Térmica de CompostillaEn realidad el Resto es una mezcla de: Ar, Ne, He, Kr, Xe, H, CO2, CH4, N2O, H2O y O3.Datos de Partida:- Meteorología: • Humedad Relativa del Aire en % (Hr) • Temperatura Ambiente en ºC (Ta) • Poder Calorífico Superior sobre seco PCSs/s- Análisis de residuos de la combustión: • Inquemados en Cenizas Volantes • Inquemados en Escorias en % en peso de • Azufre retenido en Cenizas Volantes muestra seca • Azufre retenido en Escorias Medidos en gases de combustión: • Oxígeno en gases secos o húmedos en % vol. (O2g) • CO en gases secos, en vpm (a) • NOx en gases secos, en vpm (ex) • NO en gases secos, en vpm (ex1) • NO2 en gases secos, en vpm (ex2) Página 34
    • 35. Central Térmica de CompostillaCaracterización analítica del combustible:Humedad del combustible en % en peso W = 10,99%Factor = (100-w)/100 f = 0,8901Cenizas en combustible en % en peso Cz = 27,513%Volátiles en combustible en % en peso Volátiles = 4,67%Carbono en combustible en % en peso C = 54,51%Hidrógeno en combustible en % en peso H = 1,8969 %Nitrógeno en combustible en % en peso N = 0,943Azufre total en combustible en % en peso S = 1,024%Oxígeno en combustible en % en peso O = 3,151%Poder Calorífico Superior s/s PCS = 5533,1 Kcal/KgInquemados y Azufre retenidos, en Cenizas y Escorias, en % en peso decombustible:A continuación se indican las ecuaciones para obtener estos valores partiendo de lacaracterización analítica de los residuos de la combustión.Porcentaje en combustible seco:Inquemados en Cenizas Volantes = 4,55% (1)Inquemados en Escorias = 0,28% (2)Azufre Retenido en Cenizas Volantes = 0,12% (3)Azufre Retenido en Escorias = 0,03% (4) Página 35
    • 36. Central Térmica de CompostillaPorcentaje en combustible húmedo:Inquemados en Cenizas Volantes = (1) *factor = 4,0499%Inquemados en Escorias = (2)*factor = 0,2492%Azufre Retenido en Cenizas Volantes = (3)*factor = 0,1068%Azufre Retenido en Escorias = (4)*factor = 0,0267%Azufre efectivo del combustible que produce gases de combustión (Se):Se = S-SrSr = % azufre retenido en cenizas y escorias en base húmedaSr = (3)*factor + (4)*factor = 0,1335Se =1,024 – 0,1335 = 0,8905Carbono efectivo del combustible que produce gases de combustión (Ce):Ce = C-CrCr = % carbono en inquemados en cenizas y escorias en base húmedaCr = (1)*factor + (2)*factor = 4,2991Ce = 54,51 – 4,2991 = 50,2109Oxígeno efectivo del combustible que interviene en la combustión (Oe):Oe = O-OiOi = % oxígeno en cenizas y escoriasOi = 1,4969* = 0,1998Oe = 3,151 – 0,1998 = 2,9511 Página 36
    • 37. Central Térmica de CompostillaCálculo Exceso AireSe supondrá que no hay producción de CO, NO ni NO 2 en los gases de combustión; así,los únicos demandantes de Oxígeno serán el Ce, el H y el Se del combustible.Lógicamente se detraerá el oxígeno que aporta el combustible.  Nm 3 Oxígeno teórico (O2t)    kgCarbon Densidad Normal O2=1,429 Kg/Nm3    kgO2    kg   kg   kg   kg   31,9988  C     Se   Oe    e  kgCarbon   H  kmolO      kgCarbon   2   kgCarbon  1  kgCarbon     O = ⋅ + ⋅ + − ⋅ 0.01     kg  2  Kg   kg   kg    2t  kgO   12,0112   2,0158  32,064   31,9988 1, 429  2    kmol   kmol   kmol   kmol    3            Nm O   2  Nm 3 O2t = 0,018643 ⋅ Ce + 0,055542 ⋅ H + 0,006984 ⋅ Se − 0,006998 ⋅ Oe = 1,0255   kgComb  Página 37
    • 38. Central Térmica de CompostillaAire estequiométrico teórico seco (Ats) O2 t  Nm 3 Ats = = 4,8948  0,2095  kgComb (Nm3 Aire/Nm3 O2) = 1 / 0,2095Aire estequiométrico teórico húmedo (Ath)Ath = Ats*(1+X)X es la humedad del aire [Nm3 H2O/Nm3 aire seco] y se calcula a partir de la HumedadRelativa (Hr) y la temperatura ambiente (Ta) mediante la gráfica adjunta.y = 2E-08x6 - 2E-06x5 + 6E-05x4 - 0,0002x3 + 0,0063x2 + 0,3498x + 4,9156Coeficiente correlación Perfecto (R2 = 1)y = peso H2O (gr H2O/m3 aire)x = Temperatura ambiente = 25°CEntonces: 1gr.H 2 OPesoH 2 O = 2 ⋅ 10 −8 ⋅ Ta 6 − 2 ⋅ 10 −5 ⋅ Ta 5 + 6 ⋅ 10 −5 ⋅ Ta 4 − 0,0002 ⋅ Ta 3 + 0,3498 ⋅ Ta + 4,9156 = 17,85 m 3 aire 1gr.H 2 O m3 HComo: = 1,24284 ⋅ 10 −3 3 2O m 3 aire m aire Hr (%) −3 m 3 H 2O X = pesoH 2 O ⋅ ⋅ 1,24284 ⋅ 10 = 0,0152 3 100 m aire Página 38
    • 39. Central Térmica de Compostilla Peso de Agua / temperatura aire saturado 6 5 4 3 2 y = 2E-08x - 2E-06x + 6E-05x - 0,0002x + 0,0063x + 0,3498x + 4,9156 R2 = 1 60 50 40Peso Agua (gr/m3 aire) 30 20 10 0 -8 2 12 22 32 42 52 Temperatura (ºC) Factor exceso de Aire (n) n = 1+ EA/100, siendo EA el % de exceso de aire. Gases de Combustión  Nm 3    Generados a partir del combustible  kgCarbon   kgC e  44,01kgCO2 1Nm 3 km 3 CO 2 = 0.01 ⋅ C e   ⋅ ⋅ = 0,018534 ⋅ C e = 0,9306  kgCarbon  12,0112kgC e 1,9770kgCO2   KgCarbon  kgH 2  18,0152kgH 2 O 1Nm 3  kgH 2 O  1Nm 3 H 2 O = 0.01 ⋅ H   ⋅ ⋅ + 0.01 ⋅ w   ⋅ =  kgCarbon  2,0158kgH 2 0,804kgH 2 O  kgCarbon  0,804kgH 2 O Nm 3 = 0,1111567 ⋅ H + 0,012438 ⋅ w = 0, 2188 kgCarbon Página 39
    • 40. Central Térmica de Compostilla  kgN 2  1Nm 3 Nm 3N 2 = 0.01 ⋅ N 2   ⋅ = 0,007965 ⋅ N = 0,0075  kgCarbon  1,256kgN 2 kgCarbon 3  kgS e  64,062kgSO2 1Nm Nm 3SO2 = 0.01 ⋅ S e  ⋅ ⋅ = 0,006826 ⋅ S e = 0,0060  kgCarbon  32,064kgS e 2,927 kgSO2 kgCarbon  Nm 3   Derivados de la parte inerte del Aire teórico  kgCarbon CO2 = 0,0003 ⋅ AtsH 2 O = X ⋅ AtsN 2 = 0,7902 ⋅ Ats  Nm 3   Derivados del exceso de Aire  kgCarbon CO2 = 0,0003 ⋅ (n − 1) ⋅ AtsH 2 O = X ⋅ (n − 1) ) ⋅ AtsN 2 = 0,7902 ⋅ (n − 1) ⋅ AtsO2 = 0,2095 ⋅ (n − 1) ⋅ Ats Página 40
    • 41. Central Térmica de Compostilla  Nm 3   Gases totales  kgCarbon Gases totales = Generados por combustible + Derivados parte inerte del Aire ++ Derivados del Exceso de AireCO2 = 0,018534 ⋅ C e + 0,0003 ⋅ Ats + 0,0003 ⋅ (n − 1) ⋅ Ats = K 1 ⋅ C e + K 2 ⋅ Ats ⋅ nH 2 O = 0,1111567 ⋅ H + 0,012438 ⋅ w + X ⋅ Ats + X ⋅ (n − 1) ⋅ Ats = K 3 ⋅ H + K 4 ⋅ w + X ⋅ Ats ⋅ nN 2 = 0,007965 ⋅ N + 0,7902 ⋅ Ats + 0,7902 ⋅ (n − 1) ⋅ Ats = K 5 ⋅ N + K 6 ⋅ Ats ⋅ nO2 = 0,2095 ⋅ (n − 1) ⋅ Ats = K 7 ⋅ n ⋅ Ats − K 7 ⋅ AtsSO2 = 0,006826 ⋅ S e = K 8 ⋅ S eEl volumen total de gases será:Húmedos: T = CO2+H2O+N2+O 2+SO2T = (K C + K H + K w + K N − K Ats+ K S ) + (K Ats+ K Ats+ K ⋅ Ats + XAts) ⋅ n 1 e 3 4 5 7 8 e 2 6 7 u vSecos: P = CO2+N2+O2+SO2P = ( K1C + K 5 N − K 7 Ats + K 8 S e ) + ( K 2 Ats + K 6 Ats + K 7 ⋅ Ats) ⋅ n e u’ v’ Página 41
    • 42. Central Térmica de CompostillaEn estas ecuaciones, la única incógnita es n (el % de exceso de K1 = 0,018534aire). No obstante, para poder calcularla conocemos la cantidadde oxígeno en los gases de combustión. Las k son valores de K2 = 0,0003propuesto como .cambios de unidades, que a fin de facilitar la visualización se han K3 = 0,1111567 K4 = 0,012438Pueden darse dos casos; que esta medida se realice sobre gases K5 = 0,007965reales (húmedos) o bien sobre gases previamente secados (seco).En uno y otro caso lo habitual es recibir la cantidad expresada en K6 = 0,7902% en volumen. K7 = 0,2095Por lo tanto, la medida del Oxígeno en gases (variable O2g del K8 = 0,006826punto 1 datos de partida) puede ser sobre seco, O2gp, o sobrehúmedo, O2gt.Por otra parte, simplificando las expresiones de los volúmenestotales de gases y despejando la incógnita n, tendremos:Húmedos: T = u+vn (u y v son coeficientes conocidos)Secos: P = u’+v’n (u’ y v’ son coeficientes conocidos)Oxígeno medido en gases secosEn este caso, se conoce el valor O2gp = 4,135 % 100 ⋅ O 2O 2 gp = PO2 gp ⋅ P = 100 ⋅ O 2 = 100 ⋅ K 7 ⋅ n ⋅ Ats − 100 ⋅ K 7 ⋅ AtsO2 gp ⋅ (u + v⋅n ) = 100 ⋅ K 7 ⋅ n ⋅ Ats − 100 ⋅ K 7 ⋅ AtsO2 gp ⋅ u +100 ⋅ K 7 ⋅ Ats = (100 ⋅ K 7 ⋅ Ats − O2 gp ⋅ v) ⋅ n Página 42
    • 43. Central Térmica de Compostilla O2 gp ⋅ u +100 ⋅ K 7 ⋅ Atsn= = 1,2418 100 ⋅ K 7 ⋅ Ats − O2 gp ⋅ vu = K1C + K 5 N − K 7 Ats + K 8 S e ev = K 2 Ats + K 6 Ats + K 7 AtsPor lo tanto el exceso de aire sobre los gases secos será: = ( − ) ∙ = , %Oxígeno medido en gases reales (húmedos) 100 ⋅ O 2O 2 gt = TO2 gt ⋅ T = 100 ⋅ O 2 = 100 ⋅ K 7 ⋅ n ⋅ Ats − 100 ⋅ K 7 ⋅ AtsO2 gt ⋅ (u + v ⋅ n ) = 100 ⋅ K 7 ⋅ n ⋅ Ats − 100 ⋅ K 7 ⋅ AtsO2 gt ⋅ u + 100 ⋅ K 7 ⋅ Ats = (100 ⋅ K 7 ⋅ Ats − O2 gt ⋅ v ) ⋅ n O2 gt ⋅ u + 100 ⋅ K 7 ⋅ Atsn= = 1,2217 100 ⋅ K 7 ⋅ Ats − O2 gt ⋅ vu = K C + K H + K w + K N − K Ats+ K S 1 e 3 4 5 7 8 ev = K Ats+ K Ats+ K Ats + XAts 2 6 7Por lo tanto el exceso de aire sobre los gases secos será: = ( − ) ∙ = , % Página 43
    • 44. Central Térmica de CompostillaCálculo rendimiento de la calderaLa central carece de caudalímetros que nos puedan proporcionar el caudal delcombustible que entra en la caldera, con lo que se realiza el cálculo mediante elmétodo indirecto basado en la norma ASME PTC-4.1, contabilizando las pérdidas porseparado:  Pérdidas por calor sensible en gases secos ( ).  Pérdidas por humedad en el carbón ( ).  Pérdidas por hidrógeno en el carbón ( ).  Pérdidas por la humedad en el aire ( ).  Pérdidas por inquemados en residuos ( ).  Pérdidas por calor sensible de cenizas ( ).  Pérdidas por radiación y convección ( ).  Pérdidas fijas ( ).Decir que todos los datos se adjuntan en el anexo II (presiones, temperaturas,caudales, entalpías, etc.).Pérdidas por calor sensible en gases secosSon las pérdidas del caudal de gases de escape que salen por la chimenea y se calculanmediante la siguiente fórmula: � � � × ( − ) × = : Temperatura gases después de los precalentadores. • Siendo: : Temperatura ambiente. : Calor específico de los gases a (TA – TG)/2 ≈ 0,24 Kcal/ kg ∗ ℃: Poder calorífico superior. Página 44
    • 45. Central Térmica de Compostilla 44,01 ∙ + 32,01 ∙ ∙ 28,02 ∙ (100 − − )� � � = ∙ 12,01 ∙ Donde:cs= Porcentaje de CO2 +SO2 en volumen = 11,456 %.os= Porcentaje de O2 en volumen = 8,729 %.ss= Ratio de pesos moleculares necesario para pasar las unidades de volumen omolares a unidades de masa.cb= Carbono quemado = 53,3522 %sb= Azufre quemado = 0,9939 % 12,01 + ∙ 32,07 = = , 100 � � � = , Por lo que: � � � × ( − ) × = = , % Pérdidas por humedad en el carbónSon debidas al calentamiento y vaporización del agua del combustible: (ℎ − ℎ ) × = Página 45
    • 46. Central Térmica de Compostilla : Entalpia del vapor de agua contenido en los gases de combustión a la salida de • Siendo: : Entalpia del agua en condiciones ambientales.precalentadores. : % de humedad en el carbón.: Poder calorífico superior.Para el cálculo de la entalpia del vapor de agua contenido en los gases de combustiónse ha recurrido al código ASME que nos brinda las parametrizaciones pertinentes:ℎ = 1 + 0,024 ∙ (2 ∙ 3 + 4 ∙ (5 ∙ (6 − 7 + 2 ∙ 8 ∙ 9) − 10)))1 = 430,8866 + 0,3516 ∙ + 0,0001 ∙ 2 + 26,313 ∙ log10 = 659,0063 3724202 = 1,89 − 19,4983 ∙ � � = −41,2970 2 + 2 2,09494 ∙ 10−53 = � � = 2,7565 ∙ 10−8 760 3 � �4 = −17,60839 ∙ = −3,9786 ∙ 10−20 25 = 1,89 − 19,4983 = −17,60846 = 82546 1624607 = = 396,1955 28 = 2 ∙ 2 ∙ (89,5057 − 309,64)— 17,6083 − 309,64 = 23.634,5554 3 �5 ∙ �9 = = −3,9786 ∙ 10−20 210 = 5 ∙ (395,1955 − 2) ∙ 2 ∙ (6 − 7) = 23.548.143.383Donde T, es la temperatura del vapor después de los precalentadores de aire, en K. = , � Página 46
    • 47. Central Térmica de CompostillaPara el cálculo de la entalpía del agua en condiciones ambientales también se harecurrido a las parametrizaciones del código ASME: = −2 ∙ 10−11 ∙ 6 + 3 ∙ 10−9 ∙ 5 − 2 ∙ 10−7 ∙ 4 + 105 ∙ 3 − 0,0004 ∙ 2 + 1,0073 ∙ − 0,0098 = , � Donde T, es la temperatura ambiente (20,5 °C). = , % = , � Con lo que: (659,0063 − 20,53) × 10,99 = = , % 4938,887Pérdidas por inquemados × × 8.056 = (100 − ) × • Siendo:a: Contenido de ceniza en % en peso s/bruto del carbón.u: Media ponderada en % de inquemados en cenicero, tolvas de madera(economizador y precalentadores) y colectores de cenizas volantes.: Poder calorífico del carbón (P.C.S.) en Kcal/kg.8.056: Poder calorífico en Kcal/kg de 1 kg de carbono. = , %Se conocen todos los valores: = , % = , � 4,0376 × 27,513 × 8.056Con lo que: = = , % (100 − 4,0376) × 4938,887 Página 47
    • 48. Central Térmica de CompostillaPérdidas por hidrógeno en el combustibledel 2 del carbón:Son debidas a la vaporización y calentamiento del agua resultante de la combustión (ℎ − ℎ ) × 8,936 × = • Siendo:: % Hidrógeno en el carbón. : Entalpia del vapor de agua contenido en los gases de combustión a la salida de : Entalpia del agua en condiciones ambientales.precalentadores.reaccionado (relación de masas molares de 2 2 ).8,936: Número de kilogramos de agua producida por kilogramo de Hidrógeno que ha = , %Se conocen todos los valores: = , � = , � = , � Con lo que: (659,0063 − 20,53) × 8,936 × 1,869 = = , % 4938,887 Página 48
    • 49. Central Térmica de CompostillaPérdidas por el calor sensible a las cenizas volantesSe tiene en cuenta el calor sensible de las cenizas volantes y no se tiene enconsideración la pérdida por calor sensible en la escoria, ya que se consideradespreciable en calderas modernas de carbón pulverizado: 0,85 × × × ( − ) = • Siendo:volantes. Se emplea 0,20 Kcal/kg ∗ ℃Cpd: Calor específico de las cenizas volantes a la temperatura media de las cenizas0,85: Valor estimado de cenizas volantes sobre el total de cenizas. : Temperatura de gases salida precalentador.a: Contenido de ceniza en % en peso s/bruto del carbón. : Temperatura entrada ventiladores de tiro forzado.Se conocen todos los valores: = , % = , ° = , ° = , = , � 0,85 × 27,513 × 0,20 × (136,9 − 20,5) = = , % 4938,887 Página 49
    • 50. Central Térmica de CompostillaPérdidas por radiación y convecciónSe producen a través de las paredes de la caldera: + = × : Pérdidas de calor por radiación. • Siendo: : Pérdidas de calor por convección. : Consumo estimado de combustible. = ∙ , ∙ − ∙ ��, ∙ � + , � − �(, ∙ ) + , � = ( )Donde: = (℃) = (℃)Con lo que las pérdidas por radiación son: = 1965 ∙ 4,48286 ∙ 10−9 ∙ �(1,8 ∙ 40) + 491,68� − �(1,8 ∙ 20,5) + 491,68� 4 4 = . , � = ∙ , ∙ � + , ∙ ∙ � − �� = ( )Donde: = (℃) = (℃) = ( ⁄ ) = 1965 ∙ 4,8816 ∙ �1 + 0,73818 ∙ 3,15 ∙ (40 − 20,5)� = . , � Con lo que las pérdidas por convección son: Página 50
    • 51. Central Térmica de CompostillaUna vez cuantificado el calor perdido por radiación y convección se procede a la ∙ ∙ estimación del consumo de combustible: = = í � � ∙ �Donde: = ()Para el cálculo del consumo específico estimado, el código ASME y la experiencia de laempresa Endesa, facilitan las siguientes fórmulas: = ∙ , + ∙ (−, ) + , = ()Donde:por lo que: = 348,3682 ∙ 0,008512 + 348,368 ∙ (−5,5218) + 3205,65 = 2315,0514 � ∙ Ahora podemos calcular la estimación del combustible 2.315,0514 ∙ 1.000 ∙ 348,368 � = = , 4938,887Las pérdidas por radiación y convección son: 201.660,6637 + 621.993,5466 = ∙ 100 = , % 163293 ,8405 × 4938,887 Página 51
    • 52. Central Térmica de CompostillaPérdidas por la humedad del aire comburenteEl aire de combustión producirá vapor de agua, el cual no es aprovechable en elproceso de combustión: � � � × � 2� � × (ℎ − ℎ ) = • Siendo: : Entalpia del vapor de agua contenido en los gases de combustión a la salida del : Entalpia del agua como vapor saturado a temperatura ambiente.precalentador. 28,02 100 − − ∙ ∙ ∙ 12,01 100� � � = = , 0,7685Siendo:cs= Porcentaje de CO2 +SO2 en volumen.os= Porcentaje de O2 en volumen.ss= Ratio de pesos moleculares necesario para pasar las unidades de volumen omolares a unidades de masa.ni= % Nitrógeno 2 � � �= ∙ � = 0,092 ∙ 0,11 = , Página 52
    • 53. Central Térmica de Compostilla Con lo que: � � � × � 2� � × 100 × (ℎ − ℎ ) = = , %Pérdidas fijas - Se toman como perdidas fijas = %Rendimientoη = − ( + + + + + + + )El rendimiento de la caldera será, por tanto: η = − , = , %Los cálculos se han realizado para el poder calorífico superior. Para calcularlos con elPCI únicamente variamos el valor del PCI con respecto al PCS en las fórmulas: η = − , = , %La diferencia radica en el 10,99% de humedad del combustible (Carbón), recordemosque: = , � = , � Página 53
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