Fusión de escorias en calderas de potencia con carbón de bajo rango. Análisis, diagnóstico y estrategias preventivas de operación

Autores: Cortes Gracia, Cristobal
Año publicación: 1991
CategoríasCO2 CAPTURE,CO2-REDUCCION EMISIÓN,COMBUSTION,EMISSIONS,
Código: CP-0166

 

Resumen

La tecnología de la combustión de carbón pulverizado tuvo su primera aplicación práctica en 1918, con la puesta en servicio de la central de Oneida Street perteneciente a la Milwaukee Electric Railway and Light Co., U. S. (Singer, 1981). El concepto de tubos de agua ya había abierto en el siglo pasado las perspectivas de realización de ciclos a altas presiones de vapor; el avance tecnológico se completaba ahora con la posibilidad de aumentar en un orden de magnitud la capacidad de producción de una sola unidad.El resultado final de este proceso de desarrollo es la caldera moderna de carbón pulverizado utilizada para la generación de energía eléctrica.

60 años después de la primera aplicación, la potencia máxima se cifraba en unos 1300 MWe, con un vapor principal a 240 bar (ciclos supercríticos) y 540 °C. Pero la combustión en polvo representó además otra ventaja respecto a los antiguos métodos de combustión sobre parrillas. Todos los carbones poseen una determinada fracción de materia mineral, que en su mayor parte es incombustible y origina lo que genéricamente se denomina ceniza. Los contenidos típicos en ceniza se sitúan en torno al 10 % en el caso de las antracitas y superan el 30 % para los lignitos. Aunque los diseños actuales han sido notablemente mejorados (Babcock &Wilcox, 1978), un lecho de carbón ardiendo implica en general mayores temperaturas del combustible y sus residuos y peor distribución del oxígeno. Ambos factores pueden influir negativamente sobre el comportamiento de la materia mineral, lo que conlleva posibles problemas de ensuciamiento de las superficies de intercambio. Por su propia naturaleza, la tecnología del carbón pulverizado permite una mezcla eficaz con el aire y reduce a segundos el tiempo de exposición de la ceniza a las temperaturas de llama. A consecuencia de ello, los fenómenos de deposición son en principio mucho menos acusados o inexistentes. Sin embargo, uno de los aspectos de la producción de energía eléctrica a partir de carbón que necesita hoy en día de las mayores mejoras es precisamente la acumulación de ceniza en el lado gas del generador de vapor. En efecto, los diseños de calderas de gran capacidad pecaron de un exceso de optimismo al tratar la cuestión. Citando a Raask (1985): Con el advenimiento del carbón pulverizado, los ingenieros de combustión y proyectos pensaron que tenían la panacea para todos los problemas de ensuciamiento y escorificación. Quedaron encantados al comprobar que los carbones con alto contenido en cenizas podían quemarse con éxito; se pensaba que la naturaleza de las especies minerales del carbón no tenía ninguna importancia significativa cuando el combustible ardía bajo la forma de una nube de partículas portadora de la llama. No obstante, conforme se fue incrementando la intensidad de la combustión, resultando así mayores temperaturas y potencia volumétrica liberada, grandes cantidades de escoria fundida deslizaban por las paredes del hogar al utilizar ciertos carbones. El problema es en apariencia una paradoja. En un ejemplo hipotético, la temperatura de reblandecimiento de la escoria de cualquier carbón puede ser tan baja como unos 1000 °C en las peores condiciones. Un tubo evaporador de una caldera subcrítica que funciona a 170 bar no alcanzará bajo ninguna circunstancia los 600 °C. ¿Cómo es posible entonces el desarrollo de depósitos tenaces e incluso fundidos? Parece evidente que el fenómeno se presta a evaluaciones completamente equivocadas. El error histórico al que alude Raask responde en realidad a una serie de condicionantes más complicados.