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8/14/2019 i.- Introduccin a Las Centrales trmicas Generadores
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INDICE
I.- INTRODUCCIN A LAS CENTRALES TRMICASGeneradores de vapor;Metodologa 1-3Configuracin del sistema trmico, influencia de la fuente energtica y de las condiciones del vapor 5
Fundamentos de la generacin de vapor; vaporizacin en tubos en circulacin natural y forzada 10-12
Componentes del generador de vapor de combustible fsil; hogares, sobrecalentadores, 13
recalentadores, economizadores, bancos de caldera, calderines de vapor, calentadores de aire 14-16
Sistemas de flujo agua-vapor 16
Sistemas de combustin y auxiliares 17
Circuito del flujo de gases 18
Control de emisiones 19
Sistemas nucleares de generacin de vapor (NSS), (PWR), (BWR), (PHWR), (GCR), (BR) 20-27
Diseo del sistema de vapor 28
Aire comburente y agua de alimentacin 32-33
II.-TRANSFORMACIONES TERMODINMICAS
Propiedades de los gases y vapores 35
Principios termodinmicos y su aplicacin a calderas 37-40
Entropa e irreversibilidad 40
Ciclos de Carnot y Rankine; rendimiento 42
Extracciones y sangras de vapor; temperaturas de extraccin 46
Energa utilizable; rendimiento y consumo calorfico del ciclo Rankine 50
Ciclos de vapor en plantas nucleares 51
Ciclos de vapor supercrticos 54
Ciclo elemental de turbina de gas 56
Ciclos combinados; calderas de recuperacin, cogeneracin 58Procesos de combustin 60
Energa libre 62
Tablas de propiedades termodinmicas del vapor de agua 64-76
III.- PRDIDAS DE PRESIN
Principios de conservacin de la masa, de la cantidad de movimiento y de la energa 79
Ecuacin energtica para un flujo de fluido no viscoso 82
Prdida de presin por rozamiento 83
Coeficiente de rozamiento; diagrama de Moody 87
Flujo turbulento; campo de velocidades 89
Resistencia al flujo en vlvulas y accesorios 92Prdidas irreversibles en estrechamientos y ensanchamientos 93
Flujo en codos y curvas 95
Flujo en serpentines 96
Flujo en conductos de seccin rectangular 96
Deflectores de direccin 97
Caida de presin: Flujo a travs de bancos tubulares; tubos lisos y aleteados 99
Arrastre de fluido por el flujo 100
Circulacin por la caldera 101
4.- TRANSMISIN DE CALOR
Conduccin trmica 101Coeficiente de conductividad trmica, calor especfico y densidad 102
Resistencia de contacto 105Indice.-
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Conveccin: Formulacin prctica para la conveccin 107
Conveccin forzada en rgimen laminar; flujo por el interior de tubos 108
Flujo turbulento por el interior y por el exterior de tubos. Flujos cruzados 108
Radiacin 115
Balance de radiacin para recintos con medio no participante y con medio participante 117
Propiedades de la radiacin 118
Emisividad de los gases 119
Absortividad de los gases 124
Determinacin practica de la emisividad y de la absortividad del anhidrido carbnico, 125
xido de carbono, vapor de agua, humos 125-126
Radiacin de nubes de partculas, llamas luminosas y llamas de carbn pulverizado 127
Hornos y hogares 129
Ejemplo IV.1.- Conduccin a travs de pared plana 131
Ejemplo IV.2.- Flujo de calor por conveccin en pared compuesta 131
Ejemplo V3.- Flujo de calor a travs de la tubera aislada. 132
Ejemplo IV.4.- Transferencia trmica entre un objeto pequeo y una cavidad grande 133
Ejemplo IV.5.- Transferencia de calor entre dos superficies 133
Ejemplo IV.6.- Radiacin de un gas caliente a las paredes de hogar 134
Ejemplo IV.7.- Radiacin en una cavidad 135
Factores de forma de radiacin (configuraciones en 3 dimensiones) 137
V.- INTERCAMBIADORES DE CALOR
Introduccin a los intercambiadores de calor (Mtodos LMTD y NTU) 141-149
Mtodos de transmisin de calor en superficies ampliadas y materiales porosos 149-150
Condensacin en pelcula, difusin y transferencia de masa; vaporizacin 151
Consideraciones de diseo en hogares de calderas y bancos de conveccin 153-155
Transferencia de calor al agua 156
Transferencia de calor al vapor 156
Cavidades 157
Aislamientos 158Modelado numrico de hogares; Analoga elctrica. Diseo emprico 159
Modelado numrico de calderas 163
VI.- VAPORIZACIN
Fundamentos del proceso de vaporizacin 165
Vaporizacin forzada 167
Coeficientes de transferencia de calor: Vaporizacin subenfriada, Vaporizacin convectiva y puntual 169
Post-flujo trmico crtico, Reinundacin 170
Fenomenologa del flujo trmico crtico 171
Tubos estriados. Criterios de evaluacin del flujo trmico crtico 173
Intercambio trmico supercrtico. Seudovaporizacin 176Flujo en dos fases. Modelos de flujos 177
Diagramas de flujo. Cada y gradiente de presin 178
Modelo de flujo homogneo 180
Modelo de flujos separados 181
Inestabilidad errtica y de densidad oscilante 182
Separacin vapor-agua. Separacin natural. Separacin primaria asistida por deflectores 185-189
Separadores mecnicos 190
Volumen del caldern de vapor 192
Circulacin natural y forzada 193-196
Criterios de diseo: Lmites de flujo trmico crtico, de estabilidad, en separadores de vapor 196
y en caldern de vapor, mnimos de velocidad 197
Flujo trmico crtico 198
VII.- MATERIALES UTILIZADOS EN LOS GENERADORES DE VAPORIndice.-
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Metalurgia. Estructuras cristalinas; defectos en cristales 201
Metalurgia fsica del acero; diagrama Fe-C; diagramas de transformaciones isotermas 203-207
Efecto de los elementos aleados en el diagrama Fe-Fe3C 209
Agentes desgasificadores 214
Tratamientos termicos 215
Procesos de fabricacin 217
Soldadura: Factores que afectan a la calidad de la soldadura 219
Materiales utilizados en la fabricacin de calderas: Aceros, Materiales bimetlicos, 221-225
Fundiciones, Materiales cermicos y refractarios 226-227
Envolturas y protecciones 227
Propiedades mecnicas a baja temperatura. Ensayos de traccin, dureza, tenacidad, conformacin 229
Propiedades mecnicas a alta temperatura. Ensayos de traccin y termofluencia 233
Materiales para calderas: a) Especificaciones ASME y tensiones admisibles; 238
b) Caldera, paredes hogar, zonas de conveccin y economizadores; 238
c) Sobrecalentadores y recalentadores. Factores de seleccin 238
Factores de seleccin: Sobrecalentadores 239
Materiales para colectores, tuberas y calderines 241
Aceros termoresistentes para partes no presurizadas 242
Equipos medioambientales: a) Desulfuracin de humos; b) Entrada en la torre de absorcin; 243
c) Zona humidificada por rociado en la torre de absorcin; 243
d) Tanque de recirculacin en la torre de absorcin; e) Colectores con rociadores internos; 243
f) Separadores. g) Flujode gases aguas abajo 244
VIII.- DISEO Y ANLISIS ESTRUCTURAL DE RECIPIENTES A PRESIN
Diseo y anlisis estructural en condiciones estacionarias 245
Diseo y anlisis en condiciones transitorias: a) Teora de la tensin mxima; 246
b) Teora del esfuerzo cortante mximo; c) Teora de la energa de distorsin 247
Clasificacin de las tensiones: primarias, secundarias y de pico 247
Requisitos para el anlisis y el diseo 248Mtodos de anlisis de tensiones. Restricciones. Tensiones trmicas. Tensiones por fatiga. 249-252
Anlisis de discontinuidades 253
Anlisis por elementos finitos 254
Mtodo de mecnica de fractura: a) Mecnica de fractura elstica lineal 258
b) Mecnica de fractura elastoplstica 260
Propagacin subcrtica de grietas: a) Por fatiga; b) Por fluencia 261
Configuraciones constructivas: Aberturas, refuerzos, ligamento, uniones y tubuladura 262
Componentes estructurales de soportes 264
Soportes de tipo lineal 266
IX.- FUENTES DE ENERGA
Formacin de los carbones 271
Clasificacin de los carbones: ASTM por porcentajes 273
Turba, lignito, subbituminoso, bituminoso, antracita 275
Caracterizacin de los carbones: Anlisis estndar ASTM; Humedad de equilibrio y residual; 277
Anlisis inmediato y elemental; Poder calorfico superior del carbn; Grindabilidad; 278
Indice de hinchamiento libre; Temperatura de fusin y composicin de la ceniza 279
Perfil de la combustin 280
Indice de abrasividad y de erosin. Viscosidad de la escoria 281
Propiedades y tipos de carbones 281
Combustibles derivados del carbn: cocke, subcoque y lquidos 281
Combustibles gaseosos, gas de batera de coque, gas de horno alto, gas de agua, gas de gasgeno, 284
gases subproductos de la gasificacin, combustible mezcla carbn y agua 285Fuelleos: anlisis, densidad API, poder calorfico, viscosidad, puntos de congelacin y gasificacin, 287
agua y sedimentos. Propiedades. 201Indice.-
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Gas natural 293
Otros combustibles: Coque de petrleo, Coque retardado, Alquitrn de petrleo, Emulsiones de aceite, 294
Maderas, Bagazo, Desechos vegetales, Residuos slidos urbanos 295
X.- PREPARACIN Y MANIPULACIN DE COMBUSTIBLES SLIDOS
Clasificacin del carbn bruto 299
Equipos para reducir el tamao del carbn: triturador rotativo, simple, de doble tambor, 300
con retencin de martillos 302
Cribas: de gravedad, giratoria, de sacudidas, oscilante 302
Preparacin y limpieza del carbn: Concentracin hmeda 303
Concentracin por gravedad en va hmeda: Lavado con criba, Mesa hidrulica de concentracin 306
Concentracin por flotacin. Concentracin por va seca. Deshidratacin 308
Manipulacin y almacenamiento de carbn en centrales trmicas: manipulacin del carbn bruto, 308
Descarga de vagones ferroviarios y camiones 310
Almacenamiento: en pila, en silo, en tolva. Diseo de los conductos de transferencia 312
Alimentadores: volumtricos, gravimtricos 314
Mezcla de carbones 315
Manipulacin del carbn: Supresin de polvo, oxidacin, carbn congelado, incendio en pilas de carbn 316
Flujo en tolvas, incendios en tolvas, situacin medioambiental 317
Manipulacin de combustibles slidos alternativos: Residuos slidos municipales, desechos de madera 318
XI.- INTRODUCCIN A LA COMBUSTIN
Leyes fundamentales: Ley de conservacin de la masa, Ley de conservacin de la energa, 319
Ley de los gases ideales, Ley de pesos combinados, Ley de Avogadro, Ley de Dalton, Ley de Amagat 319
Aplicacin de las leyes fundamentales 320
Evaluacin molar de la combustin: Combustibles gaseosos, lquidos y slidos 323
Composicin del aire y aire terico para la combustin 324
Productos de la combustin por unidad de masa de combustible 327
Unidades alternativas: Mtodo en BTU 329Calor de combustin, su medida y poderes calorficos superior e inferior 330
Temperatura de ignicin 331
Temperatura adiabtica de la llama 333
Clculos de combustin en aplicaciones comerciales: a) Absorbentes y aditivos; 334
Residuos y desechos; Exceso de aire 336
Clculos de combustin y rendimiento: Aire comburente-aire terico; Gases de combustin; 337
Eficiencia; Prdidas trmicas; Prdidas por radiacin y conveccin; Prdidas no consideradas 340
Entalpa del aire y gases 341
Entalpa de slidos y combustibles 342
Medida del exceso de aire: Anlisis de humos; Toma de muestras de los humos 344
Ensayo de combustibles heterogneos 345
Ejemplos de clculos de combustin: Mtodo en MOL; Mtodo en BTU 347
XII.- COMBUSTIN DE GASES Y FUELLEOS
Fuelleos: Almacenamiento, Viscosidad, Anlisis elemental, Poder calorfico, Densidad relativa, 355
Temperatura de desprendimiento de gases, Punto de inflamabilidad, Temperatura de fluidez 357
Destilacin, Agua y sedimentos, Residuo carbonoso, Contenido en asfaltenos, Perfi l de la combustin 357
Gas natural: Transporte, almacenamiento y manipulacin 357
Combustin de fuelleos y gases 359
Ventiladores 359
Exceso de aire 360
Estabilidad y campo operativo 361
Pulsacin de quemadores 361Rendimiento de la combustin 362
Tcnicas de control de emisiones: xidos de nitrgeno; Bajo aire exceso; 362Indice.-
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Quemadores fuera de servicio; Combustin en dos etapas; Estequiometra en zona de quemadores 364
Lumbreras de aire terciario y su ubicacin; Quemadores; Geometra del hogar; Control gasto aire; 364
Recirculacin de humos; Recombustin; xidos de S; Materias slidas; Opacidad 365
Seleccin y diseo de quemadores: Quemador circular; Quemador tipo S; Quemador tipo DRB-XCL 369
Atomizadores 372
Atomizadores mecnicos: Mechero con atomizador mecnico uniflujo; 373
Mechero con atomizador mecnico con retroflujo; Mechero combinado con atom. mecnico y vapor 374
Atomiz. por vapor: Atomizador chorro-Y; Atomizador Racer; Atomizadores Chorro-T y Chorro-I 374
Equipamiento para gas natural: Antorcha multilanza mezcla variable; Antorcha lanza hemisfrica; 376
Antorcha de lanza radial 376
Gases subproductos 377
Puesta en servicio de calderas desde el estado fro 378
Ignitores y pilotos 379
Precauciones de seguridad 381
XIII.- PULVERIZADORES DE CARBN
Pulverizadores verticales con extraccin por chorro de aire. De rodillos MPS y Loesche 383-388
Pulverizadores horizontales con extraccin por chorro de aire 389
Pulverizadores horizontales de alta velocidad; tecnologa de molienda+secado 389
Pulverizadores de baja velocidad: Combustin indirecta y directa; Temperatura de salida 391-397
Grindabilidad 398
Propiedades de desgaste: Abrasividad; Erosividad; Humedad 399
Seleccin del tamao del pulverizador 400
Consumo energtico: Mantenimiento; Materiales cermicos; Incendios y explosiones; Control; 401
Sistemas especiales de seguridad 404
Pulverizadores avanzados: Clasificadores giratorios EL 404
Molienda ultrafina 407
XIV.- COMBUSTORES CICLN
Disposicin del combustor cicln 409
Principios operativos. Combustor cicln 411
Combustin en cicln: Distribucin del aire, regmenes de calor, capa de escoria 412
Combustibles idneos. Criterios de evaluacin de combustibles 414
Factor T250 de viscosidad de la escoria 415
Combustores cicln para carbones: Quemador espiral, quemador vorticial y quemador radial 416
Caractersticas de diseo. Hogar de caldera principal 417
Entrega del carbn: Combustin indirecta (configuracin del silo), 418
combustin directa y combustin directa con presecado 419
Alimentadores de carbn. Equipo de manipulacin de escoria 421
Quemadores de fuelleo y de gas 422
Otros combustibles: Desechos y residuos, cubiertas de caucho, coque de petrleo; virutas de madera 423Control de la combustin: Ignitores, cortatiros de control del aire secundario 423
Funcionamiento a cargas bajas 424
Revestimiento de tubos con protuberancias y refractario, y con protuberancias planas 425
Revestimiento por metalizacin y refractarios 426
Control de la contaminacin atmosfrica: Polvo, reduccin de SO2 y NOx 427
XV.- HOGARES MECNICOS
Hogares mecnicos con alimentacin inferior horizontal y por gravedad 429
Hogares mecnicos con alimentacin a granel: 433
Parrilla vibrante refrigerada por agua y parrilla mvil articulada o sinfn 433
Parrillas mecnicas planas: Combustin del carbn, alimentadores distribuidores, 435sistemas de reinyeccin de carbon y de aire comburente 438
Caractersticas del carbn a utilizar, seleccin de la parrilla y evacuacin de ceniza 440Indice.-
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Combustin de cortezas, maderas y otros combustibles de biomasa en parrillas mecnicas planas 441
Emisiones 445
XVI.- CALDERAS DE LECHO FLUIDIFICADO
Tecnologa de la combustin en lecho fluidificado; Comparacin con otros mtodos de combustin 449
Ventajas de la combustin en lecho fluidificado: Emisiones reducidas de SO2 y NOx; Cenizas; 453
Combustibles de bajo poder calorfico 454
Calderas de lecho fluidificado a presin atmosfrica: 454
de lecho fluidificado burbujeante y de lecho fluidificado circulante, (CFB) 454-457
Emisiones de dixido de azufre, xidos de nitrgeno, monxido de carbono, hidrocarburos, 457
partculas (filtro de sacos y precipitador electrosttico) 460
Diseo del hogar de una caldera de lecho fluidificado. Requisitos de combustin 461
Caracterizacin y medida de partculas 463
Cada de presin en lecho burbujeante y en lecho circulante 464
Transferencia de calor en lecho burbujeante: a) Desde lecho denso a bancos de tubos; 465
b) Desde lecho denso a paredes; c) Desde la zona de desprendimiento a tubos; 466-467
d) Desde la zona de desprendimiento a paredes; e) En la parte superior del hogar 467
Transferencia de calor en lecho circulante: a) Desde el lecho denso; 467
b) Desde la zona de desprendimiento y la parte superior del hogar 468
Balance de materia en lecho fluidificado circulante y en lecho burbujeante 469-471
Configuracin de calderas de lecho fluidificado: Placa distribuidora y casquetes de burbujeo; 473
Sistema de aire secundario; Cerramiento de la caldera 473-474
Equipos auxiliares: Sistema de alimentacin inferior y superior del combustible; 474
Sistema de alimentacin del absorbente; Sistema de evacuacin de la ceniza del lecho; Sopladores 475
Diseo de calderas de lecho fluidificado: Remodelacin con lechos burbujeantes; 476-477
Calderas de lecho fluidificado circulante 478
Puesta en servicio de las calderas de lecho fluidificado 482
Control de la temperatura, densidad del lecho, aire secundario 483-485
XVII.- GASIFICACIN DEL CARBN
Qumica de los procesos de gasificacin 489
Clasificacin de los procesos de gasificacin: Lecho agitado o de contracorriente; 491
Lecho fluidificado o de mezcla en contracorriente; Flujo arrastrado o de equicorriente 493
Tecnologas prcticas: Gasificador de lecho agitado, Gasificador de lecho fluidificado, 494
Gasificador de flujo arrastrado, Gasificador primitivo a presin atmosfrica y presurizado 495
Caractersticas del gasificador de flujo arrastrado: Ventajas e inconvenientes 498
Gasificadores modernos: Gasificador Texaco; Gasificador Shell; Gasificador Dow; 499
Gasificador de escoria BGC/Lurgi; Gasificador Winkler de alta temperatura (HTW) 501
Lneas en desarrollo. Materiales del refrigerador de gas sinttico 503
Servicio como economizador, vaporizador y sobrecalentador 504
Composicin del gas producto 505Purificacin del gas: Procesos convencionales; Eliminacin de cido; Emisiones de NOx 506-509
Procesos en desarrollo: Desulfuracin en caliente; Efluentes acuosos; Descarga de slidos 509
Gasificacin del carbn para generacin de energa: Planta energtica de ciclo combinado 512
XVIII.- CALDERAS, SOBRECALENTADORES Y RECALENTADORES
Calderas de vapor 515
Calderas industriales de pequea potencia: a) Caldera con hogar integrado; b) Caldera Stirling 516
Grandes calderas energticas: Diseo de calderas; Circulacin natural; Proceso directo o paso nico; 517-521
Criterios de diseo. Seleccin y especificacin del combustible; Superficie de cerramiento; Tamao del hogar; 521
Criterios de diseo del hogar 523
Influencia de la ceniza 524Paredes refrigeradas por agua; Superficie de conveccin de la caldera 526
Anlisis del clculo numrico de calderas 528Indice.-
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Diseo de las partes a presin; Soportes de caldera 530
Sobrecalentadores y recalentadores. Tipos. Tamao de los tubos. Diseo. Soportes. Limpieza 532-538
Ajuste y control de la temperatura del vapor. Exceso de aire. 539
Temperatura del agua de alimentacin 540
Atemperacin: Atemperador de simple etapa, de simple etapa doble, de dos etapas 541
Aplicacin del atemperador en calderas de presin universal: Cortatiros de distribucin de los gases 543
Recirculacin de humos. Seleccin de quemadores. Hogares con diferentes caldeos. Sobrecalentadores autnomos 543-546
Sistemas bipaso y puesta en servicio: Sistema bipaso de caldera con caldern; 547
Tiempo de puesta en servicio; Cambio rpido de la carga; Control de la presin del caldern 548
Control presin a la salida del sobrecalentador; Control de la temperatura del vapor recalentado 549-550
Puesta en servicio fra, templada y en caliente 550
Retirada de servicio 551
Sistema de puesta en servicio de calderas de presin universal 551
Sistema de puesta en servicio a presin constante; Control de la temperatura del vapor 551
Sistema de puesta en servicio a presin variable: Vlvulas de presin dual. 553
Bipaso de sobrecalentador a condensador. Control de la temperatura del vapor 555
XIX.- ECONOMIZADORES Y CALENTADORES DE AIRE
Economizadores 557
Economizador de superficie: Tubos lisos. Superficies ampliadas. Protuberancias. 560
Aletas longitudinales. Aletas helicoidales. Aletas anulares de perfil rectangular. Deflectores 561
Economizadores vaporizadores 563
Transferencia trmica: Tubos desnudos. Tubos aleteados. Cada de presin del lado de humos. 564
Cada de presin del lado de agua. Sistemas soporte del economizador. Colectores 565
Calentadores de aire 570
Calentadores de aire recuperativos: Calentadores tubulares de acero. 570
Calentadores tubulares de fundicin. Calentadores de chapas. Calentadores con tubos isotermos 572
Calentadores de aire regenerativos: Calentador Ljungstrm. Calentador de aire Rothemhle 574
Caractersticas trmicas: Fugas de aire, de holgura, de arrastre y de presin 578
Corrosin, obstruccin, limpieza, erosin e incendios. Aplicaciones a plantas energticas 580Reduccin de los NOx y del SOx 583
XX.- EFECTO DE LA CENIZA DEL COMBUSTIBLE EN EL DISEO Y FUNCIONAMIENTO
Diseo del hogar para la evacuacin de la ceniza: Contenido de ceniza en el carbn. 585
Hogares de ceniza seca y lquida. Deposicin de la ceniza. Escorificacin. Ensuciamiento 588
Caractersticas de la ceniza del carbn: Origen. Composicin mineralgica. Composicin qumica. 589
Fusibilidad de la ceniza 592
Influencia de los elementos de la ceniza: Clasificacin de las cenizas. Efecto del Fe. 593
Relacin entre componentes bsicos y cidos. Viscosidad de la ceniza. Influencia de los lcalis. 595
Relacin entre la viscosidad y la temperatura de la ceniza de un carbn 599
Mtodos de caracterizacin de la ceniza: Clasificacin 601ndice de escorificacin: Para ceniza bituminosa. Viscosidad-temperatura Rvs. 602
ndice de ensuciamiento Rf de las cenizas bituminosas y lignticas 603
Efecto de la ceniza del carbn en el diseo de la caldera: Diseo del hogar. Efecto de la escorif icacin. 603
Diseo del paso de conveccin. Erosin de la ceniza volante en polvo. Aplic. al diagnstico de calderas 606
Mtodos no habituales de evaluacin de la ceniza: Hogar incinerador de laboratorio. 609
Medida de la viscosidad de la ceniza. Medida de la resistencia de sinterizacin de la ceniza. 610
Corrosin de la ceniza de carbn. Depsitos de cenizas corrosivas: Capa exterior, intermedia e interna. 611
Depsitos de cenizas corrosivas. Mecanismos de la corrosin 613
Ceniza del fuelleo: Liberacin de la ceniza durante la combustin 615
Formacin y deposicin de las cenizas de aceites: Caractersticas de la ceniza del fuelleo. 617
Diseo de la caldera: Funcionamiento 618
Corrosin de la ceniza del aceite: Corrosin a alta y baja temperatura. Control 619Suministro de fuelleo: Aditivos para fuelleo. Control del exceso de aire 621-623
Indice.-
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XXI.- CARACTERSTICAS OPERATIVAS DE LOS COMPONENTES DE UNA CALDERA
Condiciones de funcionamiento 625
Balances de calor y de materia 628
Clculo de las caractersticas de funcionamiento de los diversos componentes: a) Hogar 631
b) Pantalla de salida del hogar. Radiacin del hogar hacia la pantalla. 632
Prdida de tiro en la pantalla (lado de humos). Cada presin en el interior de los tubos de la pantalla 638
c) Sobrecalentador: Transferencia de calor. Prdida de tiro. Cada presin del vapor en el sobrecal. 639-643
d) Banco de caldera: Transferencia de calor. Prdida de tiro 645-646
e) Cavidad banco de caldera a economizador: Transferencia de calor 647
f) Economizador: Transferencia de calor. Prdida de tiro. 648
Cada de presin en el agua que circula por el interior de los tubos. 650
g) Calentador de aire: Transferencia de calor. Prdida de tiro (humos en el interior de los tubos). 650-653
Cada de presin en el aire (flujo cruzado exterior a los tubos) 653
h) Conductos de aire, humos y chimenea: Prdidas en el lado aire-salida ventilador forzado a hogar. 653
XXII.- CIERRES EN CALDERAS
Estanqueidad de la caldera 659
Cerramientos con paredes tubulares: Paredes membrana. Paredes membrana con camisa refractaria. 660
Paredes de tubos con aletas planas. Paredes de tubos tangentes. 661
Mejora de paredes con tubos de aletas y tubos tangentes 662
Cerramiento de envolventes: Tolvas. Caja de aire. Cmara de humos de atemperacin. Cobertizo 663
Consideraciones de diseo: Resistencia a la ceniza en polvo y escoria. Expansiones. Soportes. 664
Explosiones. Implosiones. Vibraciones 666
Prdidas de calor: Lana mineral. Bloques de silicato clcico. Pasta plstica para alta temperatura. 667
Clculos: a) Flujo de calor a travs de una pared compuesta. b) Ventilacin y temperatura superficial. 667
c) Fugas e infiltraciones. d) Corrosin. e) Resistencia a la intemperie 671
Fabricacin y montaje 671
XXIII.- ELEMENTOS AUXILIARES DE CALDERA
Sopladores: Medio de limpieza, presin mxima de impacto y velocidad del chorro 675
Tipos de sopladores: De posicin fija. Retrctil de carrera corta. Retrctil de carrera larga. 677
De lanza de agua. Para limpieza de calentadores de aire. Diseos especiales 679
Aplicacin a: Calderas que queman carbn pulverizado. Calderas que queman aceite. 680
Calderas recuperadoras de calor de procesos. Calderas que queman basuras. 681
Calderas de lecho fluidificado. Control 682
Vlvulas de seguridad y desahogo 682
Sistemas de manipulacin de ceniza 685
Sistemas de escoria: Cenicero l leno de agua. Transportador de cadena sumergida. Sistema de piritas. 685
Sistema de ceniza del paso de conveccin de la caldera. 688
Sistemas de manipulacin de ceniza seca en polvo: Transporte neumtico. Transporte mecnico. 688Almacenamiento de ceniza y descarga 690
Cortatiros de aire y de humos: Cortatiros de persianas, de lenteja, de compuerta 690
Chimeneas: Efecto chimenea. Ejemplo de clculo del efecto chimenea. 692-695
Chimeneas metlicas y de hormign. Prdida por flujo en chimenea. Dimensiones de la chimenea. 696-698
Agentes externos que afectan a la altura de la chimenea. Mantenimiento de la chimenea 699
Ventiladores: Potencia y caractersticas de funcionamiento. Caractersticas aerodinmicas 700-703
Control de ventiladores centrfugos a la salida. Accionamiento de ventiladores. 704
Ventilador de tiro forzado. De tiro inducido. De recirculacin de humos. De aire primario. Axial. 706
Caractersticas operativas y de control. Funcionamiento de ventiladores en paralelo. 707
Zona de inestabil idad. Ruidos 708
Sistema atemperador de condensacin 710
XXIV.- CALDERAS PARA PLANTAS ELCTRICAS
Indice.-
8/14/2019 i.- Introduccin a Las Centrales trmicas Generadores
9/12
Seleccin del equipo generador de vapor 713
Flujo de vapor. Agua de alimentacin de la caldera. Consideraciones medioambientales. 714
Combustin de carbn pulverizado: Caldera radiante (RB). 716
Caldera radiante para carbn pulverizado, CAROLINA (RBC) 716
Caldera radiante para carbn pulverizado, tipo Torre. Caldera de presin universal (UP). 721
Caldera de presin universal para carbn pulverizado. 723
Caldera universal (SWUP) para carbn pulverizado, con paredes de tubos del hogar en espiral. 724
Calderas energticas para fuelleo y gas. Caldera radiante para gas natural y aceite. 729
XXV.- DISEO DE CALDERAS INDUSTRIALES
Generador de vapor: Vapor para procesos y calentamientos. Servicio combinado de calor y energa. 733
Generacin de energa. Potencia de los servicios auxiliares. Agua de alimentacin de la caldera. 738
Control medioambiental. 739
Calderas para aplicaciones industriales: caldera energtica Stirling (SPB). Caldera Towerpack. 740-743
Caldera (PFI).- Caldera (PFT). Caldera (FM). Calderas de alta capacidad (HCFM). Caldera (PFM). 744
Caldera de lecho fluidificado circulante (CFB). Caldera de lecho fluidificado burbujeante (BFB). 749-751
Caldera para extraccin mejorada de aceite (EOR). 753
XXVI.- RECUPERACIN DE PRODUCTOS Y CALOR EN LA INDUSTRIA PAPELERA
Procesos de pulpa: 755
PROCESO DE SULFATO: 755
Filtros de licor verde, de dregs, de licor blanco 758
Capacidad de una unidad recuperadora de una fbrica de pulpa 760
Flujos en el proceso Kraft de la caldera recuperadora: Sistema de distribucin de aire 760
Distribucin y combustin del licor negro en el hogar: 762
Reacciones de reduccin y oxidacin del S en el lecho de fundido, y sistema de alimentacin de aire 763
Caractersticas trmicas de la caldera 765
El licor negro como combustible 769
Emisiones: de NOx y SO2 770Cenizas procedentes de arrastres, y efluvios 771
Evolucin del diseo de la caldera recuperadora de licor negro: 772
Caldera Tomlinson: Construccin de paredes, Diseo con uno o dos calderines, Diseo de bajo olor, 772
Diseo del sobrecalentador, Sistema de aire comburente 774
Consideraciones de diseo para calderas recuperadoras: Diseo del hogar, 775
Sistemas auxiliares de la caldera recuperadora: Evaporacin de licor negro, Evaporador cicln, 779
Evaporador en cascada, Oxidacin del licor negro 781
Calderas recuperadoras de licor negro 782
Quemadores de licor negro: Quemador oscilador y Quemador de barrido vertical limitado (LVS) 783
Sistema de ceniza 784
Sistema de aire comburente 785
Sistema de limpieza de las portillas 786Sistema de humos 787
Sistema de limpieza de la ceniza. Sistema de combustible auxiliar 787
Sistema de licor verde 787
Caldera recuperadora del proceso de sosa 789
Caldera recuperadora para licor de fibras no leosas 790
PROCESOS DE SULFITO: 790
Sodio, magnesio: Pulpa de magnesio y proceso recuperador, Combustin del licor de magnesio 791
Absorcin del SO2 793
Calcio, Amoniaco: Recoleccin de gases olorosos: Recoleccin en la lnea de fibras, 793
Recoleccin en la planta de evaporacin, Recoleccin en la caldera de recuperacin: gases GOL, 793
Recoleccin en la planta de licor blanco 794
Calderas de gases olorosos: 794Calderas de gases de bajo volumen y alta concentracin (GOS, LVHC) 794
Calderas de gases de gran volumen y baja concentracin (GOL, HVLC) 795Indice.-
8/14/2019 i.- Introduccin a Las Centrales trmicas Generadores
10/12
Recoleccin de gases diluidos para la incineracin en la caldera de recuperacin 796
Recoleccin e incineracin de gases olorosos (concentrados y dbiles) en el horno de cal 796
XXVII.- CENTRALES QUE QUEMAN BASURAS
Combustin de basuras: Combustin en masa, Combustin de basuras preparadas (RDF), Corrosin 799
Unidades de combustin en masa 803
Unidades que queman combustibles derivados de basuras 804
Combustin en masa: Tamao de la planta de caldera, Diseo del hogar mecnico, 805
Manipulacin del combustible, Sistema de alimentacin de combustible, Sistema de aire comburente 808
Sistemas de manipulacin de ceniza: Extractor de ceniza de brazo mvil, 809
Tolva de ceniza de compuerta doble, Ceniza volante de limpiadores, precipitadores y filtros de saco 810
Combustin de RDF: Calderas especficas para quemar RDF, Sistemas de preparacin de los RDF, 811-815
Rendimiento y Calidad de los RDF 816-817
Procesado de los RDF: 818
Separacin de vidrio, piedras, arenisca y polvo 818
Recuperacin de latas de Al. Residuos voluminosos de tamaos superiores (OBW) 819
Lnea de troceado de neumticos 820
Sistema de alimentacin de combustible: Espitas distribuidoras por chorro de aire, Parri llas sinfn 820
Diseo del hogar inferior 821
Temperatura de los humos a la salida del hogar 821
Sistemas de manipulacin de ceniza 822
Readaptaciones para RDF 822
Diseo del sobrecalentador 823
Diseo de la caldera: Diseo del hogar superior, Banco de generacin de vapor, Economizador, 824-826
Calentadores de aire, Equipo de limpieza de ceniza, Quemadores auxiliares de aporte 826
Equipo de control de contaminacin atmosfrica 827
XXVIII.- CENTRALES QUE QUEMAN MADERAS
Suministro de vapor a procesos industriales: Pulpa y papel y Procesado de alimentos 829Suministro de vapor para generacin energtica: Cogeneracin, Plantas que queman biomasa 830
Combustibles: Constituyentes, Combustin de madera y biomasa, 831
Combustin combinada con combustibles tradicionales, Combustin de lodos 832
Sistemas de combustin: Cmara exterior anexa, Parrilla porosa, Parrilla mvil 832-835
Hogar con zona de combustin controlada (CCZ) 836
Secadores y pulverizadores 838
Lecho fluidificado 839
Diseo de componentes de caldera para combustin de madera y biomasa: 839
Parril la, Distribuidor de combustible, Quemadores, Hogar, Sobrecalentador, Banco de caldera, 840
Economizador, Economizador 841
Equipos auxiliares: Ventiladores de tiro forzado (FD), Sopladores, 842
Sistemas de manipulacin del combustible, Sistemas de manipulacin de la ceniza, Sistemas de aire 843Equipos para el control de emisiones: Colectores de polvo, Precipitadores, Filtros de tela o cmaras de sacos, 845
Depuradores hmedos 846
Impacto medio ambiental: Emisin de partculas, xidos de nitrgeno, Dixido de azufre, Monxido de carbono, 846
Compuestos orgnicos voltiles (VOC) 848
XXIX.- COMBUSTIN EN LECHO FLUIDO PRESURIZADO
Proceso de combustin en lecho fluidificado presurizado (PFBC): Eficiencia del ciclo, 849
Emisiones reducidas y combustin mejorada 850
Tamao de caldera reducido 852
Construccin modular 853
Ciclos para plantas de (PFBC): Ciclo turboalimentado, Ciclo combinado, Ciclo combinado avanzado 853-857Diseo del ciclo combinado: Procesos en lecho fluidificado: Fluidificacin, Transferencia calor, Eficiencia combus 859
Emisiones: xidos de nitrgeno, Captura de azufre 861Indice.-
8/14/2019 i.- Introduccin a Las Centrales trmicas Generadores
11/12
Ciclos de los fluidos: Ciclo agua-vapor, Ciclo aire-humos 862
Prdidas de energa 864
Sistemas de (PFBC) 864
Generador de vapor: Tipo de caldera (PFBC), Cerramiento de la caldera, Bancos tubulares, 865-869
Agua de alimentacin, Distribuidor de aire 870
Turbina de gas 871
Equipos auxiliares: La vasija del combustor, Preparacin y alimentacin del combustible, 872
Alimentacin del absorbente, Evacuacin de ceniza, Reinyeccin en el lecho, Limpieza de humos, 874
Evacuacin de la ceniza 875
Funcionamiento de unidades de (PFBC): Control, Puesta en servicio, 876
Operacin normal y cambio de carga, Retirada de servicio o parada, Condiciones anormales 878
XXX.- CICLOS COMBINADOS, RECUPERACIN DE CALOR RESIDUAL Y OTROS SISTEMAS
Ciclos combinados y cogeneracin: Sistema de ciclo combinado simple, 881
Sistemas comerciales de ciclo combinado, Cogeneracin, Gen. de vapor recuperador de calor HRSG 883-885
Consideraciones tcnicas 886
Sistemas de vapor basados en calor residual 889
Hogar de oxgeno bsico: Campana de generador de vapor, 891
Campana de vapor presurizado en circuito cerrado, 893
Sistema de vapor presurizado y agua a alta temperatura en circuito cerrado 893
Calderas de calor residual: Hornos Martin-Siemens, 894
Calderas de calor residual para condiciones especiales, 895
Caldera simple de calor residual de tres calderines 895
Sistemas de vapor mediante combustibles singulares: Calderas de CO, 896
Calderas que queman gas de horno alto (BFG) y gas de batera de coque (COG) 898
Calderas que queman gases peligrosos (RCRA) 899
Ejemplo de sistema de ciclo combinado simple 899
XXXI.- CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES
Fuentes de emisiones y descargas de planta 903
Mtodos de control de la contaminacin atmosfrica 905
Tipos de contaminantes, fuentes e impactos 906
Tecnologas de control de contaminacin atmosfrica 910
Tecnologas de control de SO2: Precombustin, Modificaciones de la combustin, 910
Tecnologas de inyeccin de absorbente, Tecnologa de depuracin hmeda y seca 911
Tecnologas de control de NOx: Modificacin de la combustin, 913
Tratamientos postcombustin para controlar los NOx 914
Tecnologas de control de partculas: Lavado del carbn, Colectores mecnicos, Filtros de tela, 915
Precipitadores electrostticos (ESP) 915
Control de contaminacin del agua: Fuentes de descarga (efluentes) de plantas energticas, 917
Agua de refrigeracin en circuito abierto, Purgas de torre de refrigeracin, 917Residuos de agua en la manipulacin de la ceniza, Purga de depuracin (desulfuracin) de humos (FGD) 919
Residuos acuosos de limpieza de metales, Residuos de poco volumen, Clarificacin, Filtracin 920
Vertido y tratamiento de residuos slidos: Deshidratacin, Estabilizacin, Fijacin 921-923
Mtodos de colocacin y utilizacin 923
XXXII.- ELIMINACIN DE PARTCULAS
Cenizas 925
Regulacin de las emisiones de partculas y equipamiento para su control 926
Precipitadores electrostticos secos (ESP): Caega, Recoleccin, Golpeado, Retirada de la ceniza, 927
Caractersticas del combustible y ceniza 927
Dimensiones del precipitador: Distribucin del flujo, Componentes del precipitador, 928Electrodos de descarga, Superficie colectora, Sistema de golpeo, Cerramiento, Tolvas, Control 930-933
Aplicaciones y caractersticas funcionales: Energticas, Industriales, Pulpa y papel, 933Indice.-
8/14/2019 i.- Introduccin a Las Centrales trmicas Generadores
12/12
Mejora de las caractersticas funcionales 934
Precipitadores electrostticos 935
Cmaras de sacos: Fundamentos operativos, Filtros de sacos, Tecnologa del chorro de pulsos, 936
Materiales de los sacos y soportes, Tolvas 939
Colectores mecnicos 939
Depuradores hmedos tipo Venturi 940
Filtros de lecho mvil granular, Depurador electrosttico Electroscrubber (CPC), de tubos cermicos 941-943
Seleccin del equipo 944
XXXIII.- CONTROL Y ELIMINACIN DE LOS NOx
Mecanismos de formacin de los NOx: NOx trmico, NOx del combustible 945
Efecto NOx sobre la salud y medio ambiente: Ozono/huminiebla, Lluvia cida, Partculas en suspensin 948
Control de las emisiones de NOx en generadores de vapor: Tratamientos previos a la combustin, 948
Tcnicas de combustin 949
Tcnicas de postcombustin: Reduccin selectiva no cataltica (SNCR) 949
Reduccin selectiva cataltica (SCR): Consideraciones de diseo, Catalizadores de metales ordinarios-aleaciones 951
Catalizadores de zeolita, Catalizadores de metales preciosos 955
Consideraciones sobre el amoniaco y estequiometra: Parrilla de inyeccin de amonaco (AIG) 958
Ubicacin del sistema (SCR) en una unidad generadora de vapor 959
XXXIV.- CONTROL Y ELIMINACIN DE LOS SOx
Control de los SOx 963
Depuracin hmeda (FGD): Diseo de depuradores 965
Procesos de (FGD) con caliza y con cal: Preparacin del reactivo: Caliza, Cal. 968
Secado y colocacin de la lechada: Deshidratacin primaria, Deshidratacin secundaria de los 971
subproductos de (FGD), Diagramas de flujo y balance de masa del proceso global 971
Qumica del depurador hmedo 976
Caractersticas que refuerzan los aditivos, Aditivos para el control de incrustaciones, Medida del pH 979
Depuradores secos: Qumica del depurador seco 982-985Otras tecnologas 986
XXXV.- CONTROL MEDIOAMBIENTAL
Situacin de las tomas de muestras 989
Medidas del lado de humos 994
Medidas de presin, caudal y temperatura 998
Aparatos de medida de la presin 998
Aparatos de medida de la temperatura. Pirometra ptica y de radiacin 1000
Propiedades elctricas: Termmetro de resistencia elctrica 1002
Termopares. termopar encamisado. Hilos conductores en termopares. Unin caliente 1006
Medida de la temperatura de fluidos en tuberas. Medida de la temperatura de los tubos. Tubos de paredes de hog 1007Propiedades acsticas 1008
Medida del flujo trmico. Deteccin de incrustaciones 1009
Medida de la temperatura de los humos. Termopar de alta velocidad 1010
Medida de la temperatura del aislamiento y envolventes: Superficies aislantes externas. envolventes de acero 1012
Medida del ttulo y pureza del vapor. Obtencin de la muestra de vapor. Mtodo trazador de sodio. 1013
Mtodo de conductividad elctrica. Calormetro de laminacin 1015
Medida de caudales: ventajas e inconvenientes de cada tipo de medidor elemental 1018
Bibliografa 1023
Indice 1039
Indice.-