10-Manipulacion de Combustibles

8/14/2019 10-Manipulacion de Combustibles

1/20

X.- PREPARACIN Y MANIPULACIN

DE COMBUSTIBLES SLIDOShttp://libros.redsauce.net/

El carbn empleado en la generacin de vapor requiere de diversas tecnologas en los procesos de

produccin, preparacin, transporte y almacenamiento.

La minera extractiva constituye el primer escaln en el proceso de la produccin del carbn, que en

estado bruto se trata para eliminar impurezas y facilitar un suministro ms uniforme a la caldera. La

reduccin en el contenido de ceniza y S, mejora las caractersticas de funcionamiento de la caldera y re-

duce las emisiones contaminantes.El transporte de carbn hasta la central termoelctrica representa a veces, la parte ms impor-

tante del coste total del carbn puesto en la central, por lo que las plantas instaladas en bocamina redu-

cen el coste ya que minimizan los de transporte.

El almacenamiento y manipulacin de las grandes cantidades de carbn que se requieren en una

planta termoelctrica de generacin de energa, implican una cuidadosa planificacin para evitar posi-

bles interrupciones en el servicio de la misma.

La limpieza y preparacin del carbn cubren un amplio campo de actividades, que se extiende desde

la reduccin del tamao inicial, cribado, eliminacin de materiales extraos y clasificacin, hasta proce-

sos mucho ms complicados para eliminar la ceniza, el S y la humedad.

X.1.- CLASIFICACIN DEL CARBN BRUTO

En las plantas termoelctricas, la reduccin del tamao de los trozos de carbn se limita a la tritu-

racin y pulverizacin, aunque en algunas ocasiones resulta econmico comprar pretriturados en el

caso de unidades de poca potencia y, en particular, en hogares mecnicos. Cuando se limita la cantidad

mxima de finos en el carbn, la degradacin del tamao de sus partculas que tiene lugar durante el

transporte y manipulacin, se debe tener en cuenta a la hora de establecer las especificaciones corres-

pondientes al suministro, para evitar el peligro de incendio.

Para plantas que tienen unidades con hogares mecnicos, el carbn se compra calibrado.Para calderas que operan con hogares de carbn pulverizado, se especifica un tamao mximo de

entrega y no se limita el porcentaje de finos, de forma que el carbn resulte aceptable para la trituracin

y pulverizacin.X.-299


2/20

Fig X.1.- Cadena de suministro de combustible para generador de vapor que quema carbn

El carbnse tritura para reducir el tamao de sus partculas

se atomiza a otro tamao ms fino en el pulverizador

La trituracin resulta adecuada para lograr tamaos bastos que se requieren en unidades quecuentan con quemadores cicln, reduciendo el tamao de las partculas de carbn pero siempre con una

mnima produccin de finos.

EQUIPOS PARA REDUCIR EL TAMAO DEL CARBN.- Se caracterizan por:

- El mximo tamao de suministro que resulta aceptable

- El mayor tamao deseado en el producto obtenido por el proceso de reduccin

La relacin que define la reduccin es el cociente entre el tamao de las partculas, suministradas y

producidas:

PSuministro

PProducto=

El 80% de las partculas suministradas pasa a travs de una malla

El 80% de las partculas producidas pasa a travs de una malla

En los equipos trituradores de un paso, el carbn los atraviesa slo una vez y se descarga sin ape-

nas recirculacin, minimizando la produccin de finos.

Los trituradores rotativos y de tambor se utilizan para reducir el tamao del carbn, sin producir

una significativa cantidad de finos.

Triturador rotativo.- Reduce el tamao del carbn desde un mximo determinado y rechaza los

objetos de desecho de tamao mayor, como maderas de entibacin, piezas metlicas, etc, Fig X.2. Con-siste en un gran cilindro de eje horizontal construido con chapa de acero perforada, que gira a 20 rpm. El

tamao de los orificios de la chapa determina el tamao mximo de las partculas de carbn.

Se pueden instalar en:

bocamina

la planta de preparacin

la planta generadora de vapor

Triturador simple.- Consta de un tambor dentado que lanza el carbn contra una placa para pro-

ducir la trituracin, Fig X.3; el tamao mximo de partculas se determina por la separacin entre el

tambor y la placa. Para impedir el agarrotamiento debido a impurezas metlicas, el tambor se puede

desplazar y la placa puede bascular, separndose ambas partes para permitir el paso de las impurezas.ste es un modelo de triturador antiguo que se usa normalmente para reducir el carbn bituminoso todo

uno (tal como sale de la mina), a un producto de tamao mximo entre 1,25 6= (31,8 152 mm); la

accin abrasiva entre el carbn y la placa produce algunos finos.X.-300


3/20

Fig X.2.- Triturador rotativo

Fig X.3.- Triturador simple de mazas

Tambor cargado

por resorte

Alimentacin carbn

Salida carbn

triturado Fig X.4.- Triturador de doble tambor

Triturador de doble tambor.-En l se fuerza al carbn a pasar entre dos tambores dentados de

ejes paralelos, que giran en sentidos opuestos Fig X.4.

Las superficies ms prximas y enfrentadas de los tambores se mueven hacia abajo arrastrando el

carbn hacia el triturador; el tamao de los dientes y la separacin entre los tambores determinan el ta-

mao mximo del producto obtenido. Uno de los tambores se carga por un resorte, con el fin de facilitarel paso de grandes impurezas duras; se usan para reducir el carbn todo uno a tamaos menores, en

plantas de preparacin y en plantas generadoras de vapor.

X.-301


4/20

Triturador con retencin de martillos.- El carbn se retiene en la zona de fragmentacin hasta

que es lo suficientemente fino como para pasar hacia la descarga a travs de un tamiz, Fig X.5; se usa

para reducir el tamao del carbn todo uno, hasta un tamao aceptable para alimentar un hogar mec-

nico o un pulverizador; la refragmentacin produce una considerable cantidad de finos.

Fig X.5.- Triturador de martillos

El triturador rompe el carbn por impacto con los martillos montados sobre el rotor, los cuales pue-

den oscilar libremente durante su rotacin. El carbn permanece en el molino y la fragmentacin conti-

na hasta que las partculas son suficientemente finas como para pasar a travs de la parrilla formada

por los barrotes; van provistos de una trampa para recoger y eliminar restos metlicos.

CRIBAS.- El cribado se realiza enbocamina

plantas de preparacin

eliminando el material indeseable y ca-

librando el carbn antes de su envo a la planta correspondiente.

El carbn se hace pasar a travs de una parrilla de barras de acero, criba grande, con el fin de eli-

minar la madera y otros materiales indeseables procedentes de la mina; el carbn bruto se separa en

varias fracciones y tamaos, para cumplimentar las especificaciones de suministro inherentes a su

posterior procesado en la planta de preparacin.

Los tipos de cribas utilizadas para el carbn, son:

Parrillas de gravedad ( reja de barrotes )

Cribas

giratorias de tipo tambor

de sacudidas

oscilantes

LaASTMen su norma D-431 especifica las cribas aceptadas concarcter universal.

Criba de gravedad.- Consiste en un conjunto de barras inclinadas y paralelas, de forma que su

seccin recta tiene forma de cua. La distancia entre barrotes, su inclinacin y longitud, determinan el

tamao final; la distancia entre barras contiguas es menor en el lado superior de entrada que en el infe-

rior de salida de la seccin, con el fin de evitar su atoramiento.

Criba giratoria.- Consiste en un cilindro

de chapa perforada

con un recubrimiento de tela metlica

, que gira lenta-mente, con su eje ligeramente inclinado sobre el plano horizontal y paralelo al flujo de carbn.

El tamao de las aberturas determina la del producto separado. Debido a la agitacin del carbn a

X.-302


5/20

medida que se desplaza a lo largo del cilindro, se puede producir una considerable fragmentacin, por lo

que las cribas giratorias no se utilizan para tamaos mayores de 3(76,2 mm).

Como slo una pequea porcin de la superficie de criba est cubierta de carbn, la capacidad de

produccin de una criba giratoria es relativamente pequea.

Criba de sacudidas.- Consiste en una malla de alambre montada en un bastidor rectangular queest sometido a un determinado movimiento de vaivn; puede ser horizontal o estar ligeramente inclina-

da en el sentido descendente del flujo de carbn.

La fragmentacin del carbn bituminoso se produce en configuraciones casi cbicas.

Las impurezas asociadas de esquistos y pizarras se fracturan en forma de lminas delgadas alar-

gadas, lo que posibilita la separacin de las impurezas.

Criba oscilante.- Se utiliza para la clasificacin y deshidratado preliminar de carbones, y es simi-

lar a la criba de sacudidas, salvo que utiliza un vibrador elctrico de alta frecuencia y baja amplitud. La

superficie de la criba est inclinada en el sentido descendente del flujo de carbn; la vibracin ayuda a

mantener las aberturas del tamiz libres de finos que estn en contacto con la superficie de la criba.

Para el cribado de los finos de un carbn hmedo se utilizan rociadores de agua para baldear las

partculas finas a travs de la capa de carbn y de la superficie de la criba.

La separacin de finos de uncarbn bruto mejora la eficiencia en los posteriores procesos de limpie-

za y deshidratado del carbn; los finos se separan y limpian aparte y, posteriormente, se mezclan de

nuevo con el carbn ya limpio.

X.2.- PREPARACIN Y LIMPIEZA DEL CARBN

La limpieza del carbn consiste en la reduccin de los contenidos de ceniza y S.Un reducido contenido en ceniza conduce a costes de transporte ms bajos y a menores requeri-

mientos en su manipulacin, almacenamiento y mantenimiento, gracias a la eliminacin de la pirita y

cuarzo, que son los abrasivos que le acompaan. La transferencia de calor en la caldera se incrementa

como consecuencia de la menor deposicin de ceniza en las superficies tubulares que configuran el gene-

rador de vapor.

Un reducido contenido en la arcilla presente en el carbn mejora su manipulacin, pero hay que so-

pesar las consecuencias de un mayor contenido en finos y de una mayor humedad superficial.

Las distintas regulaciones medioambientales con las que se restringen las emisiones de SO2 produ-

cidas por los generadores de vapor que queman carbn, ha incrementado la demanda de limpieza de car-bones, lo que se justifica por la gradual reduccin de la calidad del carbn tal como sale de la mina, como

consecuencia del agotamiento de los yacimientos de mejor calidad y de la mecanizacin de la minera de-

bida al incremento de la extraccin de carbn.

Caracterizacin del carbn.- Las impurezas asociadas con el carbn pueden ser:

- Intrnsecas, como el S orgnico, que no se pueden separar del carbn por procesos fsicos

- Extrnsecas, que se pueden segregar parcialmente mediante procesos fsicos de limpieza

El alcance con el que se pueden eliminar las impurezas viene determinado econmicamente por:

- El grado de diseminacin de las impurezas en la matriz del carbn

- El grado de liberacin del proceso seleccionado para la distribucin de partculas

- Las limitaciones fsicas correspondientes al equipamiento del proceso

Cuando el carbn se quema, la materia mineral asociada al carbn bruto forma la ceniza, que pro-X.-303


6/20

viene de dos fuentes:

- La ceniza intrnseca consiste en elementos qumicos procedentes de vegetales orgnicamente combi-

nados con el carbn durante su formacin geolgica; esta materia mineral es < 2% de la ceniza total

- La ceniza extrnseca consiste en materiales que se han incorporado al yacimiento durante o despus

del proceso de carbonizacin, o que se extrajo con el carbn durante el proceso de laboreo

El S est siempre presente en el carbn y cuando ste se quema forma el SO2; si no se elimina an-

tes de la combustin, el SO2 formadoescapa por la chimenea

se elimina por algn tratamiento de humos

. El S total puede va-

riar desde algunas dcimas hasta ms del 8% en peso.

El S puede coexistir bajo tres formas diferentes: pirtico, orgnico y sulfato:

a) El Spirtico es el combinado con el hierro, en forma de pirita FeS2

b) El Sorgnico est en la estructura del carbn combinado qumicamente con sus molculas

c) El Ssulfato

suele estar presente como sulfatos de Ca y de Fe, en una proporcin inferior al 0,1%.

El Spirtico puede oscilar entre el 10% 80% del total de S, aunque normalmente es inferior al 2% en

peso, Tabla X.1. Las partculas ms grandes de Spirtico se eliminan por limpieza fsica, pero si est fina-

mente diseminado se trata de S orgnico, es imposible tal eliminacin.

La humedad se puede considerar como impureza, porque en cualquier caso reduce el poder calorfico

del carbn bruto; vara con el tipo del carbn, aumentando desde un 1,2% en las antracitas, hasta el

45% ms en algunos lignitos.

La humedad superficial se elimina mediante deshidratacin mecnica o trmica.

Cuando se realiza el presecado, la oxidacin atmosfrica se incrementa, especialmente en el caso de

carbones de baja calidad, como consecuencia de la mayor superficie de oxidacin de las partculas decarbn que estn carentes de humedad.

La distribucin de la ceniza del S en una muestra de carbn se caracteriza mediante un proceso de

flotacin que consiste en la fragmentacin del carbn bruto en tamaos que se seleccionan en fracciones

de diferentes densidades, analizando cada una de ellas para determinar su contenido en ceniza y S y ver

donde estn concentradas las impurezas

Tabla X.1.- Distribucin en % del contenidos en S en algunos carbones USA

Nombre de la

Localizacin mina capa de carbn Azufre total Azufre pirtico Azufre orgnico

Henry, MO Bevier 8,2 6,39 1,22Henry, MO Tebo 5,4 3,61 1,8

Muhlenburgh,KY Kentaky1 5,2 3,2 2

Coshocton, OH Ohio 6 4,69 2,63 2,06

Clay, IN Indiana 3 3,92 2,13 1,79

Clearfield, PA Upper Freeport 3,56 2,82 0,74

Franklin, IL Illinois 6 2,52 1,5 1,02

Meigs, OH Ohio 8A 2,51 1,61 0,86

Boone, WV Eagle 2,48 1,47 1,61

Walker, AL Pratt 1,62 0,81 0,81

Washington, PA Pittsburgh 1,13 O,35 0,78

Mercer, ND Lignite 1 0,38 0,62McDowell, WV Pocahontas 3 0,55 0,08 0,46

Pike, KY Freeburn 0,46 0,13 0,33

Kititas, WA Big Dirty 0,4 0,09 0,31 X.-304


7/20

Se puede establecer que:

- Las impurezas blandas se encuentran en las fracciones correspondientes a los tamaos ms finos

- Las fracciones de menor densidad tienen el menor contenido en ceniza, Tabla X.2

Tabla X.2.- % de contenido en ceniza para varios intervalos de densidad de carbones bituminosos

Intervalo de densidad relativa 1,3 a 1,4 1,4 a 1,5 1,5 a 1,6 1,6 a 1,8 1,8 a 1,9 > 1,9

Contenido en ceniza, % en peso 1 a 5 5 a 10 10 a 35 35 a 60 60 a 75 75 a 90 La informacin proporcionada por estos ensayos se utiliza para predecir el posible grado de reduc-

cin en los contenidos de ceniza y de S, utilizando tecnologas de limpieza mediante flotacin en lquidos

densos; en general, cuanto ms parecidas sean la densidad del material y la del medio de separacin,

tanto ms difcil e ineficiente ser sta.

Operaciones de limpieza y preparacin del carbn.- Los pasos iniciales en el proceso de lim-

pieza del carbn, incluyen:- La eliminacin de todo tipo de materiales extraos

- La trituracin del carbn todo uno

- El cribado para la separacin y clasificacin por tamaos

Las operaciones que se exponen a continuacin se utilizan para deshidratar y obtener un producto

que tenga unos bajos contenidos en ceniza y en S.

Fig X.6.- Secuencia de operaciones relativa a una unidad para la limpieza de carbn

X.-305


8/20

La Fig X.6 presenta un diagrama de la secuencia de operaciones relativas a una unidad para la lim-

pieza de carbn.

CONCENTRACIN HMEDA.-El procedimiento ms comn para realizar la limpieza mecnica

del carbnconsiste en la concentracin por densidad y la posterior separacin y clasificacin en mlti-ples productos; sucede que, a igualdad de tamao, las partculas ms pesadas se depositan mejor y ms

rpidamente que las ms ligeras en el seno de un fluido.

El carbn e impurezas se separan por su diferencia de densidad, tal como se indica en la Tabla X.3.

Tabla X.3.- Densidades relativas tpicas de carbones e impurezas afines

Carbn Hulla Esquisto

Material bituminoso pizarrosa bituminoso Pizarra Arcilla Pirita

Densidad relativa 1,10 a 1,35 1,35 a 1,70 1,60 a 2,20 2,00 a 2,60 1,80 a 2,20 4,80 a 5,20 El fluido de separacin consiste en:

- Una suspensin de carbn bruto en agua o en aire

- Una mezcla de arena y agua

- Una lechada de carbn bruto y magnetita muy fina (constituye el medio de separacin y clasifica-

cin ms comn)

- Un lquido orgnico con una densidad intermedia adecuadamente elegida

Si la densidad del medio de separacin es 1,5 las partculas con menor densidad se concentran en el

carbn limpio, y las ms pesadas van al desecho.

El carbn bruto se compone de una serie de partculas que representan una distribucin continua

de densidades y tamaos, siendo posible que una partcula grande y de poca densidad se comporte deforma similar a otra partcula de menor tamao y mayor densidad; una partcula de pirita pequea se

puede depositar a la misma velocidad que una partcula de carbn mayor; la existencia de partculas con

idntica decantacin puede hacer ineficaz el proceso de separacin.

La pirita fina presente en el carbn limpio, y el carbn bruto presente en la materia mineral se de-

nominan material mal colocado, y su cantidad se determina por:

- La distribucin de las impurezas en el carbn bruto

- La densidad de separacin

- La eficiencia en la separacin fsica de los materiales segregados

Si la cantidad de material con densidad parecida supera el 15 20% del carbn bruto total, es muy

difcil una separacin eficiente por gravedad.

CONCENTRACIN POR GRAVEDAD EN VA HMEDA.- Las tcnicas ms comunes son:

a) Lavado con criba

b) Concentracin en mesa

c) Procesos en medios densos

a) Lavado con criba.- Sobre una criba hidrulica de carbn se proyecta, hacia arriba, un flujo de

agua intermitente y peridico, creando un efecto impulsin/succin.El impulso ascendente hace que el lecho se expanda y se convierta en una suspensin de carbn y de

partculas de residuos que se mueven libremente y se separan por densidad y tamao, de forma que las

ms pequeas y ligeras se mueven hacia la parte superior del lecho expandido.X.-306


9/20

La pulsacin ascendente de agua se genera mediante la liberacin controlada de aire comprimido.

La succin descendente hace que el lecho se colapse mejorando la separacin, ya que las partes de

material estril mayores y ms pesadas se depositan ms rpidamente que el carbn. Las capas sepa-

radas se desdoblan en el lado de descarga de la criba hidrulica para formar un carbn limpio y un resi-

duo.

Fig X.7.- Clasificadora hidrulica BAUM para preparacin de carbn

En la Fig X.7 se presenta una criba hidrulica que se usa en un amplio campo de tamaos de ali-

mentacin, con una densidad que vara entre 1,4 1,8; la eficiencia de la separacin se mejora con un

precribado que elimine los finos para procesarlos independientemente.

b) Mesa hidrulica de concentracin.- Es una mesa inclinada que se monta de forma que oscile

con frecuencia y amplitud variables; como equipamiento lleva una serie de barras diagonales espacia-

das y perpendiculares al flujo de partculas. Por la parte superior de la mesa se introduce continuamente

una lechada decarbn+agua producindose el lavado a medida que sta atraviesa la mesa de concen-

tracin. La mezcla de carbn+agua junto con el movimiento de la mesa provocan un proceso de sedi-mentacin, en el que:

- Las partculas de menor densidad ascienden a la superficie

- Las partculas de mayor densidad quedan atrapadas detrs de las ondulaciones y se transportan

hacia el borde de la mesa lejos de la descarga del carbn limpio

Las mesas hidrulicas de concentracin se usan para tratar carbn de tamaos 0,375x 0 = (9,53

mm x 0).

c) Separacin por medios densos.- En estos procesos el carbn bruto se sumerge en un fluido

que debe tener una densidad que se encuentre entre la del carbn y la de la materia mineral (residuo). La

diferencia de densidad provoca que el carbn y el residuo emigren a regiones opuestas en el recipiente deseparacin.

El fluido es una suspensin de magnetita fina en agua.

X.-307


10/20

CONCENTRACIN POR FLOTACIN.- La separacin de carbn y materia mineral mediante

flotacin por espuma, se lleva a cabo haciendo uso de la diferencia entre sus propiedades superficiales,

en lugar de sus densidades. Se hacen pasar burbujas de aire a

travs de una suspensin acuosa de carbn y materia mineral,

que la agitan para impedir la decantacin de las partculas; lasburbujas de aire atacan las superficies de las partculas de

carbn que resultan ms difcil de mojar; en esta situacin el

carbn asciende hacia la superficie de la suspensin, donde se

concentra en una espuma sobre la parte superior del agua; la

materia mineral se mantiene en dispersin, Fig X.8.

Para mejorar el ataque selectivo de las burbujas de aire a las

partculas de carbn y permitir la formacin de una espuma

estable, se aaden reactivos espumantes. La flotacin se usa

para la limpieza de carbn con finura superior a la que corres-ponde al tamiz 48 mesh (300 micras).

La eficacia del proceso se mejora mediante:

- Una cuidadosa seleccin del tipo y cantidad de reactivos

- Un cribado fino que genere un carbn y unas partculas de desecho bien determinadas

-La generacin de partculas finas de aire

CONCENTRACIN POR VA SECA.- El proceso de separacin del carbn por va seca (proceso

neumtico) se aplica slo a carbones de tamao inferior a 0,5(12,7 mm) con baja humedad superficial.

DESHIDRATACIN.- Es un proceso clave en la preparacin del carbn, ya que la reduccin del

contenido en humedad del combustible incrementa su poder calorfico.

El carbn basto con tamao de partculas superior a 0,375(9,53 mm) se puede deshidratar sufi-

cientemente usando cribas oscilantes.

El carbn de tamao intermedio, del orden de 0,375x 28 mesh = (9,53 mm x 600 micras), se deshi-

drata normalmente en cribas oscilantes seguidas de centrifugacin.

La deshidratacin del carbn fino implica el uso de un espesador que aumente el contenido de slidos

de la alimentacin mediante un tanque de vaco, o una centrifugadora de alta densidad. La deshidrata-

cin del carbn fino sirve para clarificar el agua separada, con vistas a su reutilizacin en la planta de

preparacin del carbn. Los finos se separan del agua a reciclar, para maximizar la eficiencia de los dife-

rentes pasos del proceso de separacin.

La deshidratacin trmica se utiliza para cumplimentar las especificaciones de humedad cuando el

carbn bruto se ha limpiado con un tamao muy fino, maximizando el rechazo correspondiente a la ce-

niza y S. Los secadores trmicos pueden ser cribas rotativas en cascada, y secadores de lecho suspendi-

do y de lecho fluidificado.

Los finos de carbn recogidos se reciclan para ayudar a las operaciones de secado del carbn.

X.3.- MANIPULACIN Y ALMACENAMIENTO DE CARBN EN CENTRALES TRMICAS

El almacenaje del carbn en una planta termoelctrica es necesario para proveer un suministro

continuo y seguro de combustible. Una planta de 100 MW quema 850 Tn/da, mientras que otra de 1300

MW requiere alrededor de 11000 Tn/da de carbn. En algunas centrales termoelctricas hay que alma-X.-308

Fig X.8.- Celda de flotacin


11/20

cenar, por ley, una cantidad mnima de carbn equivalente al consumo de 60 a 90 das de operacin a

plena carga, por lo que el factor econmico es la clave para determinar cundo se debe comprar el car-

bn y cunto se debe almacenar en la planta energtica.

En plantas industriales pequeas, el almacenamiento en silo se prefiere al almacenaje en pila, con

ventajas que incluyen el abrigo frente a los agentes atmosfricos y la facilidad de recuperacin. Comer-cialmente existen tanques y silos prefabricados, con capacidades que alcanzan 2700 m3 y que pueden

contener del orden de 2200 Tn de carbn.

La complejidad de las operaciones de almacenamiento y manipulacin del carbn se incrementan

con el tamao del generador de vapor.

Cinta transportadora

Silos de planta

Bscula de cinta

Tolva compensadora

Toma de muestras

Tolva de vaDos cintas transportadoras

Cabina de trituradora

Cintas recuperadoras

Pluma apiladora

Bscula de cinta

Tolvas y alimentador

de recuperacin

Cinta

Cinta colectora

Pila activa

Pila de reserva

Toma de muestras

Fig X.9.- Manipulacin de carbn para una central trmica

En la Fig X.9 se muestran los componentes de un sistema de almacenamiento y manipulacin decarbn, para una planta termoelctrica de 1000 MW.

El carbn se entrega en vagones de ferrocarril, con descarga automtica por el fondo de los mismos

a una pila grande. Un sistema automtico de recuperacin recoge el carbn de la pila para su troceado yX.-309


12/20

posterior distribucin a los silos de almacenamiento del generador de vapor. Este sistema automatizado

puede manipular hasta 6500 Tn/da de carbn. Todos los equipos, desde los alimentadores del sistema de

recuperacin, hasta los silos y tolvas del generador de vapor, carecen de personal y se controlan desde la

sala de control de la central.

Manipulacin del carbn bruto.- Para la descarga del carbn en la planta consumidora y su

posterior distribucin a los almacenajes en pila, silos y tolvas, se precisa de un equipamiento que depen-

de del:

- Mtodo de entrega del carbn a la planta

- Tipo de generador de vapor

- Capacidad del carbn a manipular

En plantas pequeas se usan transportadores mviles para:

- Descargar vagones ferroviarios

- Recuperar el carbn de las pilas de almacenaje- Llenar los silos o tolvas correspondientes

Las plantas grandes precisan instalaciones exclusivas para cumplimentar la demanda de un sumi-

nistro continuo de combustible.

La capacidad del sistema de manipulacin del carbn se determina por:

- El rgimen de utilizacin del carbn que tiene la caldera

- La frecuencia de las entregas de carbn a la planta

- El tiempo admitido para la descarga

Descarga de vagones ferroviarios.- En los sistemas de volcadores giratorios para vagones, s-tos se inmovilizan en un bastidor, mecnica o hidrulicamente, a continuacin el bastidor se gira y el

carbn cae en una tolva situada bajo las vas; en la Fig X.10, para planta termoelctrica pequea y en

la Fig X.11 para una planta de gran potencia.

Fig X.10.- Sistema volcador de vagones para planta termoelctrica pequea

X.-310


13/20

Fig X.11.- Sistema de descarga de vagones ferroviarios y de manipulacin de carbn para planta termoelctrica grande

El carbn procedente de la tolva de descarga de vagones alimenta un triturador de tambor con car-

casa perforada, en el que el carbn se trocea a tamaos ms pequeos que se transporta a las tolvas de

almacenaje, donde una cinta basculante lo distribuye a lo largo de ellas.

Descarga de camiones.- Los camiones pueden volcar el carbn que transportan a travs de una

parrilla, cayendo directamente a una tolva del sistema de almacenamiento de la planta.En la Fig X.12 se muestra un sistema de descarga de carbn para camiones y su posterior manipu-

lacin, para una caldera de tamao medio con hogar mecnico.

El elevador y la tolva de almacenaje se encuentran a la intemperie y no dispone de equipos de tritu-

racin ni de separacin de metales.

Los canalones de transferencia van inclinados 60 con respecto al plano horizontal, para disminuir

la posibilidad de que el carbn se atasque.

Fig X.12.- Manipulacin de carbn para entregas por camin

X.-311


14/20

X.4.- ALMACENAMIENTO

Almacenamiento en pila.-El lugar debe tener una adecuada accesibilidad para las entregas de

carbn en gabarra, ferrocarril o camin; debe incluir una evaluacin de la ubicacin, la supervisin me-

dioambiental y datos climticos y meteorolgicos, teniendo en cuenta:

- El anlisis de las caractersticas del suelo utilizado

- La estructura de las rocas subyacentes

- El esquema del drenaje local que se proyecte

- La posibilidad de inundacin de la parcela

El carbn bituminoso, el subbituminoso y el lignito se apilan en capas mltiples horizontales.

Para reducir la posibilidad de una combustin espontnea, las pilas de carbn se compactan con el

fin de minimizar las diversas canalizaciones que la masa de la pila ofrece al aire, que se comportan como

chimeneas, y que pueden provocar un mayor flujo de aire a travs de la pila cuando el carbn se calienta

al entrar en combustin espontnea.En uncarbn bituminoso, el apilado consiste en la colocacin de una capa inicial de 1 2 ft = (0,3

0,6 m) de espesor, que se compacta para eliminar espacios de aire en la pila.

Para el carbn subbituminoso y el lignito se requiere una capa inicial ms delgada, que permita

asegurar una buena compactacin. Para un almacenamiento a largo plazo, la parte superior de la pila

debe estar ligeramente abombada, para que pueda escurrir por ella el agua de lluvia. La superficie late-

ral de la pila y la parte superior se deben cubrir con una capa compactada de 1 ft (0,3 m) de espesor,

compuesta fundamentalmente por finos que, a su vez, se debe recubrir con otra capa de 1 ft de espesor,

formada por tamaos gruesos de carbn.

No resulta prctico sellar las pilas de carbn subbituminoso y de lignito, con carbn de tamaogrueso, ya que ste se puede disgregar y romper en tamaos ms pequeos, en perodos de tiempo cor-

tos. En plantas industriales pequeas, para las que no se justifica la maquinaria pesada que requiere la

compactacin, el sellado de la superficie exterior de la pila se consigue mediante el rociado con una ligera

capa de gasleo.

Almacenamiento en silo.- Para una capacidad dada, el

almacenamiento en silo requiere un menor volumen cons-

truido, en comparacin con el correspondiente al almace-

namiento en tolva de igual capacidad.

La Fig X.13 presenta un diseo de silo en el que un compo-

nente interno (raqueta) facilita la mxima utilizacin del

espacio disponible para el almacenaje.

Cuando el carbn de la parte superior de la raqueta se ha

utilizado, se recupera el carbn inferior de la misma que

constituye el almacenamiento de reserva ubicado en la

parte baja del silo.

Almacenamiento en tolva.- Las tolvas facilitan un al-

macenaje a corto plazo, aguas arriba de los pulverizadoreso de otros equipamientos propios para la alimentacin del

carbn hacia la zona de combustin. La complejidad del di-

seo de la tolva y de los canalones de transferencia aumenta con el tamao de las calderas y con el rgi-X.-312

Fig X.13

Sistema de silo para almacenaje activo y de reserva


15/20

men de consumo de carbn.

Cuando las tolvas y los tubos de transferencia se seleccionan y dimensionan adecuadamente, el

factor dominante en la efectividad del sistema de suministro viene condicionado por el estado en que se

encuentre el carbn. Un flujo de carbn fino es difcil de mantener cuando su humedad superficial es del

5 10%. Las pequeas canalizaciones que se pueden formar en las tolvas provocan un flujo intermitentee incluso una interrupcin total del flujo de carbn.

La tolva de carbn forma parte de la estructura del edificio del generador de vapor. Su capacidad

debe ser suficiente para proveer unas 30 horas de suministro de carbn a plena carga.

Las tolvas de carbn se construyen con baldosas, hormign armado, chapas de acero al carbono,

chapas revestidas de acero inoxidable, chapas recubiertas de hormign resistente a cidos, chapas re-

vestidas de caucho, etc. En ellas hay que evitar bolsas en las que se restringe el flujo de carbn y que

pueden contribuir a la ignicin espontnea; en la Fig XIII.14 se muestran algunas formas de tolvas de

carbn.

Fig X.14.- Perfiles usados en el diseo de tolvas de carbn

Las tolvas se colocan en los niveles superiores de la planta, para facilitar un flujo por gravedad ha-cia los alimentadores del pulverizador o hacia el hogar, que estn situados a nivel ms bajo.

Las tolvas de almacenamiento tienen que estar lo ms lejos posible de:

- La salida de humos del hogar

- Los conductos de aire caliente

- Las tuberas de vapor

- Otras fuentes externas de calor

que podran contribuir a la ignicin y combustin espontnea del carbn.

En algunos casos se necesita aislar la tolva y proveerla de una ventilacin adecuada, que reduzca

la posible transferencia de calor desde las tuberas de vapor o desde los conductos de aire o humos.

Las tolvas se disean para conseguir un vaciado completo del carbn en el caso de una prolongada

indisponibilidad de la unidad.

Diseo de los conductos de transferencia.- Son de seccin circular, longitud corta y disposicin

tan vertical como sea posible. Hay que evitar cualquier reduccin de su seccin transversal y los cam-

bios bruscos de direccin. Si un flujo se bifurca en dos, sus direcciones deben formar un ngulo de diver-

gencia lo menor posible. En aquellos casos en los que resulte imposible evitar un ngulo importante en

un cambio de direccin, se utiliza un ensanchamiento brusco de la seccin transversal del conducto con

el fin de aliviar la presin lateral y la friccin en la canalizacin de transferencia.En el caso de alimentar pulverizadores presurizados, hay que tener cuidado en el diseo de estos

conductos de transferencia, dado que el carbn que se encuentra dentro del conducto sirve tambin

como sellador, con vistas a evitar la prdida del aire de presurizacin, desde el pulverizador hacia la tol-

X.-313


16/20

va, por lo que se necesita una altura mnima (altura de sellado) dentro del tubo de transferencia, para

sellar debidamente el sistemaconducto de transferencia+alimentador; en este caso no se pueden utilizar

disipadores.

Fig X.15.- Descarga de tolva a pulverizador, mostrando un sistema de alimentacin

En la Fig X.15 se muestra una tolva integrada en el sistema de un pulverizador, en la que se pueden

observar los conductos de transferencia verticales de seccin constante conectados con el alimentador y

con el pulverizador. Este sistema se completa con los acoplamientos y vlvulas adecuados.

X.5.- ALIMENTADORES

Los alimentadores se utilizan para controlar el flujo de carbn desde la tolva de almacenaje. La se-

leccin del alimentador se basa en el anlisis de las propiedades del material como:

- Tamao mximo de partculas

- Distribucin de tamaos

- Densidad

- Contenido en humedad y abrasividad

y en el rgimen y grado de control requerido por el flujo.Los alimentadores de las modernas plantas que consumen carbn se clasifican, en

volumtricos

gravimtricos

X.-314


17/20

Alimentadores volumtricos.- Se disean para facilitar un rgimen controlado de volumen de

carbn hacia el pulverizador; pueden ser alimentadores de paletas, de mesa, de alvolos, de banda arti-

culada y de cinta. Los alimentadores de cinta, anchura fija, son los ms precisos, cuentan con una barra

enrasadora para mantener el flujo de carbn con una altura constante, mientras que la velocidad de la

cinta determina la cantidad de carbn a travs de la abertura disponible; este alimentador no compensalas posibles variaciones en la densidad del carbn, lo que produce variaciones en el aporte de energa ha-

cia los quemadores, a travs del pulverizador.

Alimentadores gravimtricos.- Compensan las alteraciones de densidad debidas

- Al contenido en humedad

- Al tamao de las partculas

- A otros factores inherentes al carbn basto

Los alimentadores facilitan un rgimen de flujo de carbn hacia el pulverizador ms preciso y, por lo

tanto, un aporte de energa ms exacto hacia los quemadores y caldera, lo que es importante cuando senecesita un control exacto de la relacin combustible/aire con el fin de:

- Minimizar la formacin de NOx

- Controlar el nivel de escorificacin en el hogar

- Maximizar la eficiencia trmica de la caldera, reduciendo los excesos de aire

En los alimentadores gravimtricos, el carbn se transporta por una cinta transportadora, de for-

ma que una clula piezoelctrica monitoriza el peso del carbn mediante:

- El ajuste de la altura de la barra enrasadora, que controla el rea de la seccin recta correspondien-

te al flujo de carbn

- El ajuste de la velocidad de la cinta, si la seccin recta correspondiente al flujo de carbn se mantie-

ne constante

X.6.- MEZCLA DE CARBONES

Cuando el generador de vapor se aprovisiona con carbones procedentes de varias fuentes, se re-

quiere una mezcla efectiva de los mismos que facilite una alimentacin uniforme a la caldera.

La utilizacin de carbones mltiples puede estar justificada:

-Por motivos econmicos-Por el contenido de S en el carbn de referencia

-Por el efecto de los distintos carbones en la operacin de la caldera

El objetivo de la mezcla es facilitar un suministro de carbn con propiedades uniformes, que definan:

- El contenido de S

- El poder calorfico

- El contenido de humedad

- La grindabilidad

- Cualquier otro parmetro caracterstico del combustible

La mezcla de carbones puede tener lugar enuna ubicacin remota

la propia planta generadora de vapor

.

La mezcla realizada lejos de la planta consumidora elimina la necesidad de un almacenamiento in-

X.-315


18/20

dependiente y de otras instalaciones que se precisan para la mezcla de los carbones.

La mezcla de carbones efectuada en la propia planta generadora de vapor se puede realizar por me-

dio de una gran variedad de tecnologas, como:

- La instalacin de pilas de almacenaje separadas para cada fuente de carbn y el empleo de cucha-

ras de carga frontal, para tomar las adecuadas cantidades de cada pila y dirigirlas hacia otra pila o tolva

para su mezcla, antes de que sta se dirija al triturador o pulverizador.

- El carbn de cada fuente se puede almacenar en silos independientes, con un alimentador bajo cada

silo, para dosificar las cantidades requeridas sobre una cinta comn de transferencia

La mezcla de carbones en la planta generadora de vapor proporciona ms flexibilidad para la obten-

cin de un carbn mezcla y ajustar las variaciones que se puedan presentar en los carbones, las cuales

influyen en el funcionamiento de pulverizadores, quemadores, sopladores de holln y equipo de depuracin

de humos.

Si no se produce una mezcla uniforme, las caractersticas operativas del pulverizador se pueden de-teriorar, de forma que:

- La caldera puede experimentar gran escorificacin y ensuciamiento

- La captacin de partculas en los precipitadores electrostticos puede disminuir de modo notable

X.7.- MANIPULACIN DEL CARBN

Supresin de polvo.- Los agentes para la supresin de las emisiones de polvo en la manipulacin

del carbn y en el transporte, son: el agua, el aceite y el cloruro de calcio CaCl2.

Sobre el flujo de carbn se puede rociar agua o aceite en forma de niebla. El aceite es el agente ms

utilizado y reduce las emisiones de polvo provocando su adherencia a las partculas mayores del carbn,formando conglomerados que tienen menos facilidad para flotar en el aire.

El empleo de CaCl2 es ms limitado, debido a sus perjudiciales efectos sobre la operacin de caldera.

Oxidacin.- Los diversos componentes que constituyen el carbn se oxidan cuando se exponen al

aire; esta oxidacin se puede considerar como un proceso de combustin muy lento a baja temperatura,

dado que los productos finales son los mismos que los de la combustin del carbn en un hogar. Aunque

hay evidencias de que la accin bacteriana puede provocar un calentamiento del carbn, el calenta-

miento de ste se debe a una reaccin qumica.

Para evitar la combustin espontnea, el calor procedente de la oxidacin se minimiza retrasando

la oxidacin o evacuando el calor generado.

La velocidad de oxidacin se incrementa con el contenido en humedad que tenga el carbn.

Las partculas ms finas del carbn tienen ms superficie para un volumen dado y se oxidan ms

rpidamente.

La velocidad de oxidacin se incrementa con el contenido en humedad del carbn, o cuando est re-

cin triturado o pulverizado.

El rgimen de absorcin de oxgeno por el carbn a temperatura constante, decrece con el tiempo.

Una vez establecida una pila de almacenaje segura, la probabilidad de oxidacin de la misma dismi-

nuye.

Carbn congelado.- Las dificultades asociadas a la manipulacin de un carbn congelado se pue-

den evitar por elSecado trmico o mecnico de los finos

Rociado del carbn con una niebla de aceite de desecho o solucin anticongelante

X.-316


19/20

El empleo de CaCl2 puede provocar una acelerada deposicin de ceniza o una rpida corrosin de las

superficies tubulares que forman los intercambiadores de la caldera, por lo que la utilizacin de este

agente no es recomendable.

Incendios en pilas de carbn.- Una de las principales preocupaciones en el almacenamiento del

carbn, es la combustin espontnea en algn punto de la pila, consecuencia de las propiedades de auto-

calentamiento que son caractersticas de algunos carbones.

Un incendio en una pila se puede manejar de distintas formas, dependiendo de la extensin del fuego.

La zona caliente se asla del resto de la pila, lo que se consigue con un sellado de los lados y de la

parte superior de la zona caliente, por medio de una capa estanca al aire de alquitrn o de asfalto.

En un incendio de una pila de carbn, no se debe utilizar el agua para el control de las llamas ya que

el agua derramada en la pila humeante, que arde en rescoldo, produce chimeneas ms pronunciadas y

genera mayores flujos de aire a travs de ella.

Flujo en tolvas.- Los atascos de carbn fino provocan reducciones e interrupciones de flujo, y apa-recen en las tolvas cuando la humedad superficial del carbn es del 5% 10% en peso.

Las medidas preventivas para minimizar los problemas del flujo en tolvas, se concretan en:

- Tcnicas mejoradas de almacenaje a granel

- Una recuperacin cuidadosa y adecuada del carbn

La alimentacin de un carbn fino y hmedo desde la salida inferior de una tolva, tiende a formar

chimeneas o canalizaciones de circulacin preferente, que se prolongan hasta la superficie libre del car-

bn de la tolva; cuando esto ocurre, el flujo de carbn hacia los alimentadores que circula exclusivamen-

te por estas chimeneas, se hace intermitente e incluso se puede interrumpir por completo.

Las tolvas se pueden equipar con orificios en su extremo de salida, que permitan el empleo de lan-zas o caones de aire que restauren el flujo en toda la seccin transversal de la tolva.

Si hay riesgo de incendio, estos caones se cargan con gas inerte N2 o CO2 para evitar una explo-

sin de polvo de carbn.

Para revestir las tolvas y los tubos de transferencia se utiliza un poliuretano moldeable, a fin de au-

mentar la resistencia a la abrasin y reducir la resistencia al flujo.

Lostolvines de tolvas

conos de silos

estn revestidos frecuentemente con chapas de acero inoxidable laminadas

en fro y con todas sus soldaduras rectificadas y pulidas hasta un grado equivalente al de la chapa lami-

nada original. La superficie pulida y resistente a la abrasin frena la formacin de deposiciones suscep-tibles de facilitar posibles masas estacionarias de carbn que iniciaran los atascos en la tolva.

Incendios en tolvas.- Un incendio en una tolva de carbn constituye un peligro, tanto para el per-

sonal, como para el equipo, y siempre exige accin inmediata, parando la alimentacin de carbn a la

tolva afectada que se debe vaciar por completo; no se debe aadir carbn fresco hasta que la tolva se

haya enfriado y no antes de que se haya determinado la causa del incendio.

El fuego se puede ahogar empleando vapor o CO2 que se asienta a travs del carbn y desplaza al

oxgeno del aire de la zona incendiada al ser ms pesado que el aire.

El fuego se tiene que extinguir completamente antes de vaciar la tolva, lo que es prcticamente im-posible debido a:

- Las demandas de carga en la caldera

- A la dificultad de eliminar el flujo de aire hacia el fuego del incendio

X.-317


20/20

La temperatura del carbn se vigila con termopares instalados en la tolva.

Situacin medioambiental.- El agua que se infiltra a travs de la pila de almacenaje del carbn

constituye una fuente de drenaje cido que, eventualmente, puede contaminar los acuferos locales. El

agua de escorrenta de la pila se asla dirigiendo ese drenaje a una balsa de retencin, en la que se debe

ajustar el valor del pH. El polvo suspendido en el aire que procede de las pilas de almacenaje del carbn,

es una molestia pblica, tiene efectos peligrosos en la vegetacin de los alrededores y puede violar las

normas sobre emisiones de polvo que se determinan por:

- Las caractersticas del carbn de la capa superficial (tamao de partculas, humedad, etc.)

- El diseo de la pila de almacenamiento (rea expuesta, altura, etc.)

- Las condiciones climticas locales (velocidad del viento, precipitaciones, etc.)

X.8.- MANIPULACIN DE COMBUSTIBLES SLIDOS ALTERNATIVOS

Las preocupaciones econmicas y medioambientales han llevado a incrementar la generacin de

vapor a partir de combustibles slidos obtenidos de subproductos y desperdicios residenciales, comercia-

les e industriales, como las basuras slidas municipales, maderas y biomasa.

Las propiedades de estos combustibles requieren unas condiciones especficas dealmacenaje

manipulacinseparacin

que son diferentes de las que se aplican a los carbones.

Residuos slidos municipales.- Se pueden quemar en un proceso de incineracin en masa como

combustible derivado de residuos; tal como se reciben en la unidad de incineracin, se entregan en el

rea de descarga y almacenan en un foso de hormign, que puede estar cerrado y sometido a una ligeradepresin, para controlar los olores y emisiones de polvo; el foso est equipado con un sistema de rociado

de agua, para apagar posibles incendios que pueden aparecer por el calor generado en la descomposicin

de los residuos. La capacidad del almacenamiento es de 3 a 5 das, con el fin de acomodarse a perodos en

los que hay menos residuos disponibles. No es recomendable, en ningn caso, el almacenamiento de los

residuos slidos municipales a largo plazo. Se pueden someter a un proceso con el fin de producir un

combustible residual que cuente con ms poder calorfico y menos ceniza.

Desechos de madera.- Comprenden la corteza, el serrn, las recuperaciones de subproductos de

aserraderos y los rechazos madereros; se transportan en camin, hacia el generador de vapor ubicado

en las proximidades de estos productos. El material se descarga directamente en la pila de almacena-

miento; el equipo de descarga y de manipulacin se disea para un funcionamiento en condiciones extre-

madamente pulverulentas, sin olvidar que se trata de un material muy abrasivo.

Los productos de madera se pueden almacenar en grandes pilas a la intemperie (por un perodo in-

ferior a 6 meses), o en depsitos o silos (durante 3 a 5 das). Para manipular este combustible de madera

en la planta se utilizan transportadores mecnicos de cinta, siendo tambin efectivos los sistemas neu-

mticos cuando se trata de un combustible limpio y finamente molido, como el serrn.

En las modernas plantas que queman madera, se pueden consumir materiales con un contenido en

humedad del 65%, tal como se recibe, aunque en algunos casos se puede necesitar una operacin de pre-

secado para la que se usan prensas mecnicas y secadores por gases calientes.

Documents

10-Manipulacion de Combustibles