10-Manipulacion de Combustibles
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8/14/2019 10-Manipulacion de Combustibles
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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-
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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
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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-
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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
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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
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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.