Central térmica

Tecnología. Carbón. Vaporizar. Proceso GASOX. Diseño de planta. Gases

  • Enviado por: Rafael Díaz
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 6 páginas
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Alternativas de acondicionamiento de gases de combustión

Muchas centrales térmicas de carbón (CTC) pueden tener necesidad de instalar algún sistema de AGC optando por cualquiera de los ya comercializados; esto es, aditivar SO3 al nivel de ppm`s en la entrada a los precipitadores electrostáticos (PES) disminuyendo así la resistividad eléctrica de las cenizas hasta valores que optimicen la eficiencia de separación. Esta adición de SO3 generado a partir de fuentes externas puede hacerse de varias formas:

  • Vaporizar SO3 (l) a temperatura moderada e inyectarlo mezclado con aire seco en corriente principal de gases en un punto frío anterior a los PES.

  • Similar a A) partiendo de SO2 (l) y pasando una mezcla al 8 %v en aire a través de un catalizador convencional (pellets de V2O5) para obtener SO3.

  • Similar a las anteriores partiendo de la combustión de azufre elemental sublimado desde un tanque de S líquido.

  • Vaporizar ácido sulfúrico a alta temperatura e inyectando el vapor ácido en la corriente de gases calientes (antes de los precalentadores de aire o PA).

  • Inyectar en alguna zona caliente pequeñas cantidades de ácido sulfámico (H2N-SO2-OH) en estado sólido o en solución acuosa saturada.

  • Similar al anterior usando una disolución concentrada de sulfato amónico.

  • En general, los tres primeros métodos son las más usados, aunque se aplican en CTC`s con PES "fríos" (120 - 150 ºC), situados después de los PA. Los otros sistemas AGC serían aplicables cuando los PES operen a 300 - 400 ºC.

    En principio, muchas CTC y entre ellas la mayoría de las españolas son suceptibles de aplicar algún sistema de AGC por encontrarse en cualquiera de estas cuatro situaciones:

  • Consumen o pueden estar obligadas a consumir carbones diferentes (de bajo contenido en S) a los que se consideraron en el diseño de los PES.

  • Operan con PES infradimensionados, defectuosos o a cargas superiores a las consideradas en su diseño.

  • Operan con PES con bajas eficiencias respecto de las exigibles, a causa de la alta resistividad de las cenizas generadas con el carbón consumido.

  • Operan con PES que presentan un elevado consumo de auxiliares

  • En definitiva, los procesos de FGC tratan de independizar la eficacia óptima de los PES y el tipo de carbón de partida según sea su % S. También permiten a la CT disponer de una cierta capacidad de respuesta ante episodios esporádicos de mal funcionamiento de los PES además de disminuir sus emisiones ante futuros límites legales más restrictivos.

    El proceso GASOX representado esquemáticamente en la figura 1 (oxidación "in-situ" de SO2 en una alícuota pequeña de los gases de combustión, usando un catalizador conformado en "panal de abeja") representa una alternativa técnica y económica a los sistemas convencionales de FGC, aparte de ofrecer una serie de ventajas operativas y de seguridad derivadas de su simplicidad y de su plena integración en el esquema del proceso de una CTC. El GASOX es simple y no conlleva riesgos de emisión de nieblas de SO3 por la chimenea.

    GASOX puede aplicarse en todas aquellas CTC que generen gases con un contenido en SO2 < 1000 ppmv ó, en ausencia de problemas de resistividad de cenizas, operan con PES defectuosos. Conviene, por consiguiente, estudiar la aplicabilidad del proceso caso por caso.

    Elementos estructurales diferenciales del GASOX

    Resulta ilustrativo realizar una comparación entre los equipos principales que necesitan las unidades de FGC convencionales y los de una planta GASOX. Estas diferencias se detallan en la tabla siguiente:.

     

    FGC vía S

    FGC vía SO2

    GASOX

    Parque de S (s)

    Alimentación de SO2

    Entronque a pared caldera

    Manutención

    Sistema de seguridad

    Válvula de regulación

    Tanque de fusión

    Bomba de dosificación

    Reactor catalítico

    Sistema de calentamiento

    Sistema de calefacción

    Conductos

    Filtro de S (l)

    Vaporización de SO2

    Recuperador de calor

    Bomba dosificadora

    Calentador de aire

    Soplante booster

    Calent. aire de combustión

    Secador de aire

    Parrilla de distribución

    Secadores de aire

    Filtro de aire

     

    Filtro de aire

    Compresor de aire

     

    Compresor de aire

    Mezclador aire-SO2

     

    Quemador de S

    Convertidor catalítico

     

    Convertidor catalítico

    Soplante de SO3

     

    Soplante de SO3

    Parrilla de distribución

     

    Parrilla de distribución

     

     

     

    Diseño de la planta GASOX

    El tamaño de los equipos, las características y la implantación de la unidad GASOX varía de unas CTC a otras según su potencia y su lay-out, pero el reactor, que es su equipo clave, puede modelarse sin conocer en detalle la disposición general de los otros elementos. La ingeniería básica se realizarían en cada caso a partir de las siguientes bases:

    • El caudal de gases generado en cada CTC puede estimarse utilizando el parámetro: 3.275 (Nm3/h)/(MWe) y el consumo de combustible con 9,3 (Nm3/h)/(kg carb./h)

    • El [SO3] requerido a la entrada de los PES puede fijarse en 20 ppmv, aunque se necesita la curva de resistividad específica y las características de las cenizas.

    • El [SO3] generado en el hogar será variable, pero en la mayoría de las CTC está entre valores de 0,6 a 0,9 % del SO2 formado a partir del azufre del combustible de partida.

    • El reactor GASOX tendrá al menos dos capas de catalizador de 1000 mm de altura y operará en las condiciones deducidas de los datos experimentales a escala piloto.

    Rendimiento de conversión: 70 - 80 % (SO2 → SO3)

    Velocidad espacial: 4.000 h-1 (ecuación cinética)

    Velocidad lineal s/ s. abierta: 1 m/s

    • El catalizador es monolítico de panal de abeja (pitch ð 3 - 5 mm) con 350 - 400 canales, del tipo másico V/K en 90 x 90 x 1000 mm (ó alternativamente 90 x 90 x 500 mm). El desarrollo fundamental ha sido realizado por el ICP - CSIC - Madrid.

    La aplicabilidad del proceso GASOX es amplia y dada una CT determinada, cabe modelar el proceso con la base de cualquiera de los carbones que consuma y con los resultados de las pruebas del catalizador que han de llevarse a cabo en la planta piloto del DIQA. El catalizador sería fabricado en España, con un coste inferior a 20 ECU por litro..

    5. Costes de la unidad GASOX

    Los costes asociados a la implantación de la unidad GASOX en una CT determinada pueden estimarse utilizando los datos disponibles sobre dos unidades de demostración diseñadas por el DIQA (50.000 Nm3/h (550 Mwe) y 30.000 Nm3/h (220 Mwe) respectivamente.

    La estimación de los costes operativos de GASOX, se afectarán con los correspondientes criterios de amortización (impuestos por la CTC) e incluyen otros costes asociados (catalizador y consumibles de la planta).

    Comparación económica de GASOX con otros procesos de acondicionamiento de gases

    La tabla adjunta recoge los valores comparativos obtenidos de una estimación económica de referencia para 23 CTC españolas representativas. No se ha tenido en cuenta la traducción económica de los riesgos asociados a las primeras materias, sobre todo del SO2..

    Conclusiones

    El proceso GASOX presenta siempre unos costes de operación y mantenimiento (O&M) inferiores a los procesos AGC en las mismas condiciones. Teniendo en cuenta además los costes de inversión, resulta que GASOX puede ser de aplicación directa en todos aquellos grupos de mediana o gran potencia con un contenido en SO2 en los gases superior a 400 ppm .

    En cualquier caso, la aplicación de GASOX a una CT concreta requerirá un estudio más exhaustivo y un análisis más detallado de los problemas actuales ó previsibles que pueden presentar los PES, con los combustibles consumidos y con los futuros de menor % S.