CENTRALES CARBOELECTRICAS

I. INTRODUCCION:

En cuanto a su concepción básica, las centrales carboeléctricas son básicamente las mismas que las plantas termoeléctricas de vapor, el único cambio importante es que son alimentadas por carbón, y las cenizas residuales requieren maniobras especiales y amplios espacios para el manejo y confinamiento.

En las centrales carboelectricas, el carbón es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la planta mediante chorro de aire precalentado.

En el Perú se cuenta con cuatro reservas potenciales de carbón los cuales están ubicadas en las cuencas de Alto Chicama, santa, Oyón y Goyllariquizja

II. OBJETIVOS:

II.1. OBJETIVOS GENERALES:

- Conocer el funcionamiento de una central carboelectrica. - Conocer si en el Perú hay tecnologías de generación eléctrica a carbón.- Conocer las tecnologías de generación eléctrica usando el carbón como

combustible.

II.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

- Conocer la composición del carbón.- Conocer donde están ubicadas las reservas de carbón que existen en el

Perú.- Conocer el proceso de pulverización del carbón.- Conocer el proceso de combustión del carbón pulverizado.- Conocer en donde se podría aplicar este tipo de tecnología.

III. ESTUDIO TEORICO

CENTRALES CARBOELECTRICAS

III.1. EL CARBON:

Es un hidrocarburo compuesto químicamente de carbón, hidrogeno, azufre, oxigeno, nitrógeno y otros compuestos más.El carbón se utiliza en procesos de combustión y coquizado. El cual puede utilizarse para generar electricidad o vapor para usos industriales y domésticos, asimismo se emplea en los sectores siderúrgico, cementero y de fabricación de coque. El resto se utiliza en actividades como pueden ser la fabricación de pigmentos y materiales de relleno y la filtración de agua.Físicamente está compuesto por carbón fijo (85%), materia volátil, humedad y ceniza.

III.1.1. CLASIFICACION DEL CARBON:

Según su calidad el carbón se clasifica en el siguiente orden:- Bituminoso- Semi-Bituminoso- Antracita - Lignita - Turba

III.1.2. RESERVAS DE CARBON:

En el Perú se cuenta con cuatro reservas potenciales de carbón principalmente antracita, carbón bituminoso y semibituminoso. Las cuales están ubicadas en las cuencas de Alto Chicama, Santa, Oyón y Goyllariquizga.Sus reservas probadas en la cuenca de Alto Chicama son de 59000000, en la cuenca de Santa 48000000 y en la cuenca de Oyón 26000000.

III.1.3. PODER CALORIFICO DEL CARBON:

El poder calorífico del carbón así como del gas natural, depende de su composición química. En el Perú el poder calorífico del carbón varía entre:3500 kcal/kg a 7500 kcal/kg.

III.1.4. Mapa de reservas de carbón en el Perú

III.2. TECNOLOGIAS PARA PLANTAS CARBOELECTRICAS

El carbón puede utilizarse mediante dos tecnologías para la generación de calor relacionado a la generación eléctrica:

- De manera directa en forma de carbón pulverizado en generadores de vapor acuotubulares, a estos sistemas se les llama centrales carboelectricas.

Cuenca de Alto Chicama

Cuenca de Santa

Cuenca de Oyón

Cuenca de Goyllarisquizga

- Otra tecnología es la gasificación de carbón (GICC), el cual consiste en un proceso termoquímico de oxidación parcial, en este caso con defecto de aire mediante el cual a raves de tres procesos definidos se obtiene un gas pobre o gas de gasógeno o gas de síntesis, el cual tiene un regulado porcentaje de monóxido de carbono (CO) e hidrogeno (H).

III.3. CENTRALES CARBOELECTRICAS

III.3.1. DEFINICION. En cuanto a su concepción básica, las centrales carboeléctricas son básicamente las mismas que las plantas termoeléctricas de vapor, el único cambio importante es que son alimentadas por carbón, y las cenizas residuales requieren maniobras especiales y amplios espacios para el manejo y confinamiento.

Si se trata de una planta termoeléctrica de carbón, este es previamente triturado en molinos pulverizadores hasta quedar convertido en un polvo muy fino para facilitar su combustión. De los molinos es enviado a la caldera de la planta mediante chorro de aire precalentado.

Figura n°1: Central Carboelectrica

III.3.2. PULVERIZADORES DE CARBON El desarrollo de la pulverización de carbón es paralelo al de la tecnología de combustión del carbón pulverizado; los primitivos sistemas utilizaban molinos con carga de bolas para pulverizar el carbón, y silos para el almacenaje antes de quemarlo. La evolución tecnológica para eliminar los silos y quemar el carbón, transportado directamente por vía neumática desde los pulverizadores, requiere equipamientos más sensibles y fiables, necesidad que complementan los pulverizadores verticales con extracción por chorro de aire.

PULVERIZADORES VERTICALES CON EXTRACCIÓN POR CHORRO DE AIRE

Los pulverizadores verticales son equipos efectivos para el proceso de secado del carbón dentro del pulverizador, en los que se han manipulado carbones con contenidos en humedad del orden del 40% en peso y temperatura del aire primario 750ºF (400ºC). También se pueden procesar carbones con mayores niveles de humedad, aunque la temperatura del aire primario, más elevada, requiere de materiales estructurales especiales, al tiempo que se aumentan los riesgos de eventuales incendios en el pulverizador. Conforme el flujo de aire +sólidos va ascendiendo dentro del pulverizador, la sección de paso aumenta y la velocidad del flujo disminuye, facilitándose el retorno de las partículas mayores directamente hacia la zona de molienda. El estado final de la separación de tamaños se realiza mediante un clasificador, separador centrífugo, colocado en la parte superior del pulverizador.

Figura n°2: Pulverizador vertical de rodillos tipo MPS

PULVERIZADORES HORIZONTALES CON EXTRACCIÓN POR CHORRO DE AIRE

Los pulverizadores horizontales se dividen en dos grandes grupos: de alta y baja velocidad.

Figura n°3: Pulverizador Horizontal de alta velocidad

Pulverizadores horizontales de alta velocidad. Sirven para las mismas aplicaciones que los verticales; operan a unas 600 rev/min y muelen por impacto o aplastamiento, de forma que:

- El carbón entra en la sección de impacto y experimenta inicialmente una reducción de tamaño pasando a continuación entre las partes molturadoras móviles y estacionarias para sufrir la reducción final de tamaño, Fig 3

- En la fase final, un ventilador extractor exhaustor facilita un flujo de aire para el secado, y para el transporte del carbón pulverizado

- El carbón atraviesa el pulverizador muy rápidamente, de modo que sólo existe una pequeña cantidad de carbón en el mismo

- - El pulverizador horizontal de alta velocidad limita su uso a carbones con una humedad máxima del 20%, debido al corto tiempo de residencia del carbón para su secado.

Pulverizadores de baja velocidad. Un modelo antiguo de pulverizador, todavía en uso para ciertas aplicaciones, es el molino tubular con carga de bolas, que está constituido por un cilindro de eje horizontal cargado parcialmente con bolas de pequeño diámetro, Fig 4.

- El cilindro está recubierto con un material resistente al desgaste y convenientemente perfilado para mejorar la acción de caída de las bolas, que constituyen su carga muerta

- La velocidad de rotación del cilindro es el 80% de la velocidad para la cual la fuerza centrífuga supera a la gravedad, nivel de velocidad con el que las bolas al girar quedan adheridas a la superficie del cilindro

- La molienda se produce por la acción de la caída de las bolas, entre las cuales quedan atrapadas las partículas de carbón que chocan entre sí.

Los pulverizadores tubulares con carga de bolas pueden ser de simple y doble flujo.

- En el molino de simple flujo, el aire y el carbón entran por uno de los extremos y la mezcla aire + carbón sale por el extremo opuesto

- El molino de doble flujo se alimenta con carbón y aire por ambos extremos, mientras que el carbón pulverizado y seco se extrae por ambos extremos del cilindro mediante aire.

En ambos molinos tubulares con carga de bolas, los clasificadores son exteriores al molino de forma que las partículas de carbón sobredimensionadas vuelven a él, junto con el carbón bruto alimentado. El molino tubular con carga de bolas no desarrolla una fluidificación similar como la de los pulverizadores verticales, por lo que en cierto modo, la mezcla pobre de aire y carbón limita la capacidad de secado. Cuando hay que moler carbones con más del 20% de humedad en peso se utilizan equipos auxiliares, como los secadores trituradores.

Figura n°4: sistema de pulverización presurizada en molino tubular con carga de bolas

Los molinos tubulares con carga de bolas se han sustituido por pulverizadores verticales con extracción por chorro de aire:

- Requieren mayor espacio

- Consumen más energía que los molinos verticales

- Son más difíciles de regular

- Poseen un mayor desgaste de sus materiales

Sin embargo siguen siendo los más adecuados para moler materiales extremadamente abrasivos, de baja humedad y con extrema dificultad de molienda, como por ejemplo el coque de petróleo. El amplio tiempo de residencia que caracteriza los molinos tubulares, los hace efectivos para una molienda muy fina.

Los componentes que integran un sistema que quema carbón, se disponen conforme a factores de índole económica, teniendo en cuenta las propiedades específicas del carbón para el que se diseñan, junto con las características funcionales y operativas del proceso, como:

- La finura del producto carbón pulverizado

- La temperatura de salida del molino de la mezcla carbón pulverizado+aire

- La relación en peso aire/carbón

Los pulverizadores de carbón que se integran en las plantas que lo queman, forman parte del sistema de combustión directa o indirecta.

III.3.3. Funcionamiento de una central carboelectrica.

El combustible está almacenado en los parques adyacentes de la planta, desde donde, mediante cintas transportadoras, es conducido al molino para ser triturado. Una vez pulverizado, se inyecta, mezclado con aire caliente a presión, en la caldera para su combustión. Dentro de la caldera se produce el vapor que acciona los álabes de los cuerpos de las turbinas de alta presión, media presión y baja presión, haciendo girar el rotor de la turbina que se mueve solidariamente con el rotor del generador, donde se produce energía eléctrica, la cual es transportada mediante líneas de transporta a alta tensión a los centros de consumo. Después de accionar las turbinas, el vapor pasa a la fase líquida en el condensador. El agua obtenida por la condensación del vapor se somete a diversas etapas de calentamiento y se inyecta de nuevo en la caldera en las condiciones de presión y temperatura más adecuadas para obtener el máximo rendimiento del ciclo. El sistema de agua de circulación que refrigera el condensador puede operarse en circuito cerrado, trasladando el calor extraído del condensador a la atmósfera mediante torres de refrigeración, o descargando dicho calor directamente al mar o al río. Para minimizar los efector de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la planta posee una chimenea de gran altura las hay de más de 300 metros, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia planta. Impacto medioambiental.

Figura n°2: Central Carboelectrica

III.3.4. Combustión del carbón

III.3.4.1. Combustión de carbón Pulverizado

La mayor parte de las plantas de producción de energía eléctrica se basan en esta técnica. El carbón se muele hasta tamaños menores a ~100 µm (menores que el grosor de un pelo), y se introduce en la caldera acompañado por el aire que lo quemará; este mismo aire lo arrastra hacia la salida, donde se sitúan los intercambiadores de calor, primero, y los sistemas de limpieza de gases, después; la figura n°2 representa un esquema de una caldera típica, y el recorrido de los gases. El diseño de las calderas depende del tipo de carbón a quemar, y no son en general intercambiables. Se trata de instalaciones muy grandes (el hogar de las mayores alcanza los 80 m de altura interior), con paradas muy espaciadas en el tiempo (del orden de dos años) y eficiencias globales relativamente altas (~35% de la potencia térmica introducida se convierte en electricidad, aunque los últimos diseños, con circuitos de vapor a muy alta temperatura y presión, alcanzan hasta un 45%).

Figura n°2: Esquema de una central de carbón pulverizado

III.3.5. Combustión en lecho fluido o fluidizado.

Se introdujeron como un medio de disminución de emisiones contaminantes, sobre todo SOx y NOx. El carbón, molido en tamaños milimétricos (o sea, mucho mayores que en pulverizado), se mantiene en suspensión con ayuda de un lecho de arena. Las temperaturas alcanzadas son bastante menores que en las calderas anteriores (800-1.000°C frente a 1.300-1.500°C), y también la eficiencia energética es en general menor. Buena parte de la limpieza de gases se lleva a cabo en el propio lecho. La figura 3 es un ejemplo de una central de lecho fluido circulante, en la que las partículas de carbón son en parte arrastradas por el aire de combustión y retenidas, hasta que están quemadas por completo, por un ciclón que las devuelve al hogar principal.

Figura n°3: Esquema de una planta de lecho fluido

IV. APLICACIONES - Para generación de energía eléctrica - En la industria - En las fábricas donde se necesita vapor como fluido de trabajo.

V. BIBLIOGRAFIAS:

- Página web www.energia2012 - Gasificación del carbón, Guevara Chinchayan Robert - Página web https://prezi.com/iw5ang5gvnja/calderas-de-carbon-

pulverizado/- Artículo: Visión futura del carbón peruano, Antonio Luyo Quiroz.