i.- IntroducciÓn a Las Centrales tÉrmicas Generadores

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.-


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.-


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.-


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.-


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.-

i.- IntroducciÓn a Las Centrales tÉrmicas Generadores

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