INDICE

I.- INTRODUCCIÓN A LAS CENTRALES TÉRMICAS 

Generadores de vapor; Metodología 1-3Configuración del sistema térmico, influencia de la fuente energética y de las condiciones del vapor 5Fundamentos de la generación de vapor; vaporización en tubos en circulación natural y forzada 10-12Componentes del generador de vapor de combustible fósil; hogares, sobrecalentadores, 13

recalentadores, economizadores, bancos de caldera, calderines de vapor, calentadores de aire 14-16Sistemas de flujo agua-vapor 16Sistemas de combustión y auxiliares 17Circuito del flujo de gases 18Control de emisiones 19Sistemas nucleares de generación de vapor (NSS), (PWR), (BWR), (PHWR), (GCR), (BR) 20-27Diseño del sistema de vapor 28Aire comburente y agua de alimentación 32-33

II.-TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS

Propiedades de los gases y vapores 35Principios termodinámicos y su aplicación a calderas 37-40Entropía e irreversibilidad 40Ciclos de Carnot y Rankine; rendimiento 42Extracciones y sangrías de vapor; temperaturas de extracción 46Energía utilizable; rendimiento y consumo calorífico del ciclo Rankine 50Ciclos de vapor en plantas nucleares 51Ciclos de vapor supercríticos 54Ciclo elemental de turbina de gas 56Ciclos combinados; calderas de recuperación, cogeneración 58Procesos de combustión 60Energía libre 62Tablas de propiedades termodinámicas del vapor de agua 64-76

III.- PÉRDIDAS DE PRESIÓN

Principios de conservación de la masa, de la cantidad de movimiento y de la energía 79Ecuación energética para un flujo de fluido no viscoso 82Pérdida de presión por rozamiento 83Coeficiente de rozamiento; diagrama de Moody 87Flujo turbulento; campo de velocidades 89Resistencia al flujo en válvulas y accesorios 92Pérdidas irreversibles en estrechamientos y ensanchamientos 93Flujo en codos y curvas 95Flujo en serpentines 96Flujo en conductos de sección rectangular 96Deflectores de dirección 97Caida de presión: Flujo a través de bancos tubulares; tubos lisos y aleteados 99Arrastre de fluido por el flujo 100Circulación por la caldera 101

4º.- TRANSMISIÓN DE CALOR

Conducción térmica 101Coeficiente de conductividad térmica, calor específico y densidad 102Resistencia de contacto 105

Indice.-

Convección: Formulación práctica para la convección 107Convección forzada en régimen laminar; flujo por el interior de tubos 108Flujo turbulento por el interior y por el exterior de tubos. Flujos cruzados 108Radiación 115Balance de radiación para recintos con medio no participante y con medio participante 117Propiedades de la radiación 118Emisividad de los gases 119Absortividad de los gases 124Determinación practica de la emisividad y de la absortividad del anhidrido carbónico, 125

óxido de carbono, vapor de agua, humos 125-126Radiación de nubes de partículas, llamas luminosas y llamas de carbón pulverizado 127Hornos y hogares 129Ejemplo IV.1.- Conducción a través de pared plana 131Ejemplo IV.2.- Flujo de calor por convección en pared compuesta 131Ejemplo V3.- Flujo de calor a través de la tubería aislada. 132Ejemplo IV.4.- Transferencia térmica entre un objeto pequeño y una cavidad grande 133Ejemplo IV.5.- Transferencia de calor entre dos superficies 133Ejemplo IV.6.- Radiación de un gas caliente a las paredes de hogar 134Ejemplo IV.7.- Radiación en una cavidad 135Factores de forma de radiación (configuraciones en 3 dimensiones) 137

V.- INTERCAMBIADORES DE CALOR

Introducción a los intercambiadores de calor (Métodos LMTD y NTU) 141-149Métodos de transmisión de calor en superficies ampliadas y materiales porosos 149-150Condensación en película, difusión y transferencia de masa; vaporización 151Consideraciones de diseño en hogares de calderas y bancos de convección 153-155Transferencia de calor al agua 156Transferencia de calor al vapor 156Cavidades 157Aislamientos 158Modelado numérico de hogares; Analogía eléctrica. Diseño empírico 159Modelado numérico de calderas 163

VI.- VAPORIZACIÓN

Fundamentos del proceso de vaporización 165Vaporización forzada 167Coeficientes de transferencia de calor: Vaporización subenfriada, Vaporización convectiva y puntual 169

Post-flujo térmico crítico, Reinundación 170Fenomenología del flujo térmico crítico 171Tubos estriados. Criterios de evaluación del flujo térmico crítico 173Intercambio térmico supercrítico. Seudovaporización 176Flujo en dos fases. Modelos de flujos 177Diagramas de flujo. Caída y gradiente de presión 178Modelo de flujo homogéneo 180Modelo de flujos separados 181Inestabilidad errática y de densidad oscilante 182Separación vapor-agua. Separación natural. Separación primaria asistida por deflectores 185-189Separadores mecánicos 190Volumen del calderín de vapor 192Circulación natural y forzada 193-196Criterios de diseño: Límites de flujo térmico crítico, de estabilidad, en separadores de vapor 196

y en calderín de vapor, mínimos de velocidad 197Flujo térmico crítico 198

VII.- MATERIALES UTILIZADOS EN LOS GENERADORES DE VAPORIndice.-

Metalurgia. Estructuras cristalinas; defectos en cristales 201Metalurgia física del acero; diagrama Fe-C; diagramas de transformaciones isotermas 203-207Efecto de los elementos aleados en el diagrama Fe-Fe3C 209Agentes desgasificadores 214Tratamientos termicos 215Procesos de fabricación 217Soldadura: Factores que afectan a la calidad de la soldadura 219Materiales utilizados en la fabricación de calderas: Aceros, Materiales bimetálicos, 221-225

Fundiciones, Materiales cerámicos y refractarios 226-227Envolturas y protecciones 227Propiedades mecánicas a baja temperatura. Ensayos de tracción, dureza, tenacidad, conformación 229Propiedades mecánicas a alta temperatura. Ensayos de tracción y termofluencia 233Materiales para calderas: a) Especificaciones ASME y tensiones admisibles; 238

b) Caldera, paredes hogar, zonas de convección y economizadores; 238 c) Sobrecalentadores y recalentadores. Factores de selección 238

Factores de selección: Sobrecalentadores 239Materiales para colectores, tuberías y calderines 241Aceros termoresistentes para partes no presurizadas 242Equipos medioambientales: a) Desulfuración de humos; b) Entrada en la torre de absorción; 243c) Zona humidificada por rociado en la torre de absorción; 243

d) Tanque de recirculación en la torre de absorción; e) Colectores con rociadores internos; 243 f) Separadores. g) Flujode gases aguas abajo 244

VIII.- DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE RECIPIENTES A PRESIÓN

Diseño y análisis estructural en condiciones estacionarias 245Diseño y análisis en condiciones transitorias: a) Teoría de la tensión máxima; 246

b) Teoría del esfuerzo cortante máximo; c) Teoría de la energía de distorsión 247Clasificación de las tensiones: primarias, secundarias y de pico 247Requisitos para el análisis y el diseño 248Métodos de análisis de tensiones. Restricciones. Tensiones térmicas. Tensiones por fatiga. 249-252Análisis de discontinuidades 253Análisis por elementos finitos 254Método de mecánica de fractura: a) Mecánica de fractura elástica lineal 258

b) Mecánica de fractura elastoplástica 260Propagación subcrítica de grietas: a) Por fatiga; b) Por fluencia 261Configuraciones constructivas: Aberturas, refuerzos, ligamento, uniones y tubuladura 262Componentes estructurales de soportes 264Soportes de tipo lineal 266

IX.- FUENTES DE ENERGÍA

Formación de los carbones 271Clasificación de los carbones: ASTM por porcentajes 273Turba, lignito, subbituminoso, bituminoso, antracita 275Caracterización de los carbones: Análisis estándar ASTM; Humedad de equilibrio y residual; 277

Análisis inmediato y elemental; Poder calorífico superior del carbón; Grindabilidad; 278Indice de hinchamiento libre; Temperatura de fusión y composición de la ceniza 279

Perfil de la combustión 280Indice de abrasividad y de erosión. Viscosidad de la escoria 281Propiedades y tipos de carbones 281Combustibles derivados del carbón: cocke, subcoque y líquidos 281

Combustibles gaseosos, gas de batería de coque, gas de horno alto, gas de agua, gas de gasógeno, 284gases subproductos de la gasificación, combustible mezcla carbón y agua 285

Fuelóleos: análisis, densidad API, poder calorífico, viscosidad, puntos de congelación y gasificación, 287agua y sedimentos. Propiedades. 201

Indice.-

Gas natural 293Otros combustibles: Coque de petróleo, Coque retardado, Alquitrán de petróleo, Emulsiones de aceite, 294

Maderas, Bagazo, Desechos vegetales, Residuos sólidos urbanos 295

X.- PREPARACIÓN Y MANIPULACIÓN DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS

Clasificación del carbón bruto 299Equipos para reducir el tamaño del carbón: triturador rotativo, simple, de doble tambor, 300

con retención de martillos 302Cribas: de gravedad, giratoria, de sacudidas, oscilante 302Preparación y limpieza del carbón: Concentración húmeda 303Concentración por gravedad en vía húmeda: Lavado con criba, Mesa hidráulica de concentración 306Concentración por flotación. Concentración por vía seca. Deshidratación 308Manipulación y almacenamiento de carbón en centrales térmicas: manipulación del carbón bruto, 308

Descarga de vagones ferroviarios y camiones 310Almacenamiento: en pila, en silo, en tolva. Diseño de los conductos de transferencia 312Alimentadores: volumétricos, gravimétricos 314Mezcla de carbones 315Manipulación del carbón: Supresión de polvo, oxidación, carbón congelado, incendio en pilas de carbón 316

Flujo en tolvas, incendios en tolvas, situación medioambiental 317Manipulación de combustibles sólidos alternativos: Residuos sólidos municipales, desechos de madera 318 XI.- INTRODUCCIÓN A LA COMBUSTIÓN

Leyes fundamentales: Ley de conservación de la masa, Ley de conservación de la energía, 319Ley de los gases ideales, Ley de pesos combinados, Ley de Avogadro, Ley de Dalton, Ley de Amagat 319Aplicación de las leyes fundamentales 320Evaluación molar de la combustión: Combustibles gaseosos, líquidos y sólidos 323Composición del aire y aire teórico para la combustión 324Productos de la combustión por unidad de masa de combustible 327Unidades alternativas: Método en BTU 329Calor de combustión, su medida y poderes caloríficos superior e inferior 330Temperatura de ignición 331Temperatura adiabática de la llama 333Cálculos de combustión en aplicaciones comerciales: a) Absorbentes y aditivos; 334

Residuos y desechos; Exceso de aire 336Cálculos de combustión y rendimiento: Aire comburente-aire teórico; Gases de combustión; 337

Eficiencia; Pérdidas térmicas; Pérdidas por radiación y convección; Pérdidas no consideradas 340Entalpía del aire y gases 341Entalpía de sólidos y combustibles 342Medida del exceso de aire: Análisis de humos; Toma de muestras de los humos 344Ensayo de combustibles heterogéneos 345Ejemplos de cálculos de combustión: Método en MOL; Método en BTU 347

XII.- COMBUSTIÓN DE GASES Y FUELÓLEOS

Fuelóleos: Almacenamiento, Viscosidad, Análisis elemental, Poder calorífico, Densidad relativa, 355Temperatura de desprendimiento de gases, Punto de inflamabilidad, Temperatura de fluidez 357Destilación, Agua y sedimentos, Residuo carbonoso, Contenido en asfaltenos, Perfil de la combustión 357Gas natural: Transporte, almacenamiento y manipulación 357Combustión de fuelóleos y gases 359Ventiladores 359Exceso de aire 360Estabilidad y campo operativo 361Pulsación de quemadores 361Rendimiento de la combustión 362Técnicas de control de emisiones: Óxidos de nitrógeno; Bajo aire exceso; 362

Indice.-

Quemadores fuera de servicio; Combustión en dos etapas; Estequiometría en zona de quemadores 364Lumbreras de aire terciario y su ubicación; Quemadores; Geometría del hogar; Control gasto aire; 364Recirculación de humos; Recombustión; Óxidos de S; Materias sólidas; Opacidad 365Selección y diseño de quemadores: Quemador circular; Quemador tipo S; Quemador tipo DRB-XCL 369Atomizadores 372Atomizadores mecánicos: Mechero con atomizador mecánico uniflujo; 373Mechero con atomizador mecánico con retroflujo; Mechero combinado con atom. mecánico y vapor 374Atomiz. por vapor: Atomizador chorro-Y; Atomizador Racer; Atomizadores Chorro-T y Chorro-I 374Equipamiento para gas natural: Antorcha multilanza mezcla variable; Antorcha lanza hemisférica; 376

Antorcha de lanza radial 376Gases subproductos 377Puesta en servicio de calderas desde el estado frío 378Ignitores y pilotos 379Precauciones de seguridad 381

XIII.- PULVERIZADORES DE CARBÓN

Pulverizadores verticales con extracción por chorro de aire. De rodillos MPS y Loesche 383-388Pulverizadores horizontales con extracción por chorro de aire 389Pulverizadores horizontales de alta velocidad; tecnología de molienda+secado 389Pulverizadores de baja velocidad: Combustión indirecta y directa; Temperatura de salida 391-397Grindabilidad 398Propiedades de desgaste: Abrasividad; Erosividad; Humedad 399Selección del tamaño del pulverizador 400Consumo energético: Mantenimiento; Materiales cerámicos; Incendios y explosiones; Control; 401

Sistemas especiales de seguridad 404Pulverizadores avanzados: Clasificadores giratorios EL 404Molienda ultrafina 407

XIV.- COMBUSTORES CICLÓN

Disposición del combustor ciclón 409Principios operativos. Combustor ciclón 411Combustión en ciclón: Distribución del aire, regímenes de calor, capa de escoria 412Combustibles idóneos. Criterios de evaluación de combustibles 414Factor T250 de viscosidad de la escoria 415Combustores ciclón para carbones: Quemador espiral, quemador vorticial y quemador radial 416Características de diseño. Hogar de caldera principal 417Entrega del carbón: Combustión indirecta (configuración del silo), 418

combustión directa y combustión directa con presecado 419Alimentadores de carbón. Equipo de manipulación de escoria 421Quemadores de fuelóleo y de gas 422Otros combustibles: Desechos y residuos, cubiertas de caucho, coque de petróleo; virutas de madera 423Control de la combustión: Ignitores, cortatiros de control del aire secundario 423Funcionamiento a cargas bajas 424Revestimiento de tubos con protuberancias y refractario, y con protuberancias planas 425Revestimiento por metalización y refractarios 426Control de la contaminación atmosférica: Polvo, reducción de SO2 y NOx 427

XV.- HOGARES MECÁNICOS

Hogares mecánicos con alimentación inferior horizontal y por gravedad 429Hogares mecánicos con alimentación a granel: 433

Parrilla vibrante refrigerada por agua y parrilla móvil articulada o sinfín 433Parrillas mecánicas planas: Combustión del carbón, alimentadores distribuidores, 435

sistemas de reinyección de carbon y de aire comburente 438Características del carbón a utilizar, selección de la parrilla y evacuación de ceniza 440

Indice.-

Combustión de cortezas, maderas y otros combustibles de biomasa en parrillas mecánicas planas 441Emisiones 445

XVI.- CALDERAS DE LECHO FLUIDIFICADO

Tecnología de la combustión en lecho fluidificado; Comparación con otros métodos de combustión 449Ventajas de la combustión en lecho fluidificado: Emisiones reducidas de SO2 y NOx; Cenizas; 453

Combustibles de bajo poder calorífico 454Calderas de lecho fluidificado a presión atmosférica: 454

de lecho fluidificado burbujeante y de lecho fluidificado circulante, (CFB) 454-457Emisiones de dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, hidrocarburos, 457

partículas (filtro de sacos y precipitador electrostático) 460Diseño del hogar de una caldera de lecho fluidificado. Requisitos de combustión 461Caracterización y medida de partículas 463Caída de presión en lecho burbujeante y en lecho circulante 464Transferencia 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; 467b) Desde la zona de desprendimiento y la parte superior del hogar 468

Balance de materia en lecho fluidificado circulante y en lecho burbujeante 469-471Configuración de calderas de lecho fluidificado: Placa distribuidora y casquetes de burbujeo; 473

Sistema de aire secundario; Cerramiento de la caldera 473-474Equipos auxiliares: Sistema de alimentación inferior y superior del combustible; 474

Sistema de alimentación del absorbente; Sistema de evacuación de la ceniza del lecho; Sopladores 475Diseño de calderas de lecho fluidificado: Remodelación con lechos burbujeantes; 476-477

Calderas de lecho fluidificado circulante 478Puesta en servicio de las calderas de lecho fluidificado 482Control de la temperatura, densidad del lecho, aire secundario 483-485

XVII.- GASIFICACIÓN DEL CARBÓN

Química de los procesos de gasificación 489Clasificación de los procesos de gasificación: Lecho agitado o de contracorriente; 491

Lecho fluidificado o de mezcla en contracorriente; Flujo arrastrado o de equicorriente 493Tecnologías prácticas: Gasificador de lecho agitado, Gasificador de lecho fluidificado, 494

Gasificador de flujo arrastrado, Gasificador primitivo a presión atmosférica y presurizado 495Características del gasificador de flujo arrastrado: Ventajas e inconvenientes 498Gasificadores modernos: Gasificador Texaco; Gasificador Shell; Gasificador Dow; 499

Gasificador de escoria BGC/Lurgi; Gasificador Winkler de alta temperatura (HTW) 501Líneas en desarrollo. Materiales del refrigerador de gas sintético 503Servicio como economizador, vaporizador y sobrecalentador 504Composición del gas producto 505Purificación del gas: Procesos convencionales; Eliminación de ácido; Emisiones de NOx 506-509Procesos en desarrollo: Desulfuración en caliente; Efluentes acuosos; Descarga de sólidos 509Gasificación del carbón para generación de energía: Planta energética de ciclo combinado 512

XVIII.- CALDERAS, SOBRECALENTADORES Y RECALENTADORES

Calderas de vapor 515Calderas industriales de pequeña potencia: a) Caldera con hogar integrado; b) Caldera Stirling 516Grandes calderas energéticas: Diseño de calderas; Circulación natural; Proceso directo o paso único; 517-521Criterios de diseño. Selección y especificación del combustible; Superficie de cerramiento; Tamaño del hogar; 521

Criterios de diseño del hogar 523Influencia de la ceniza 524Paredes refrigeradas por agua; Superficie de convección de la caldera 526Análisis del cálculo numérico de calderas 528

Indice.-

Diseño de las partes a presión; Soportes de caldera 530Sobrecalentadores y recalentadores. Tipos. Tamaño de los tubos. Diseño. Soportes. Limpieza 532-538Ajuste y control de la temperatura del vapor. Exceso de aire. 539Temperatura del agua de alimentación 540Atemperación: Atemperador de simple etapa, de simple etapa doble, de dos etapas 541Aplicación del atemperador en calderas de presión universal: Cortatiros de distribución de los gases 543Recirculación de humos. Selección de quemadores. Hogares con diferentes caldeos. Sobrecalentadores autónomos 543-546Sistemas bipaso y puesta en servicio: Sistema bipaso de caldera con calderín; 547

Tiempo de puesta en servicio; Cambio rápido de la carga; Control de la presión del calderín 548Control presión a la salida del sobrecalentador; Control de la temperatura del vapor recalentado 549-550

Puesta en servicio fría, templada y en caliente 550Retirada de servicio 551Sistema de puesta en servicio de calderas de presión universal 551Sistema de puesta en servicio a presión constante; Control de la temperatura del vapor 551Sistema de puesta en servicio a presión variable: Válvulas de presión dual. 553

Bipaso de sobrecalentador a condensador. Control de la temperatura del vapor 555

XIX.- ECONOMIZADORES Y CALENTADORES DE AIRE

Economizadores 557Economizador de superficie: Tubos lisos. Superficies ampliadas. Protuberancias. 560

Aletas longitudinales. Aletas helicoidales. Aletas anulares de perfil rectangular. Deflectores 561Economizadores vaporizadores 563Transferencia térmica: Tubos desnudos. Tubos aleteados. Caída de presión del lado de humos. 564

Caída de presión del lado de agua. Sistemas soporte del economizador. Colectores 565Calentadores de aire 570Calentadores de aire recuperativos: Calentadores tubulares de acero. 570

Calentadores tubulares de fundición. Calentadores de chapas. Calentadores con tubos isotermos 572Calentadores de aire regenerativos: Calentador Ljungström. Calentador de aire Rothemühle 574Características térmicas: Fugas de aire, de holgura, de arrastre y de presión 578

Corrosión, obstrucción, limpieza, erosión e incendios. Aplicaciones a plantas energéticas 580Reducción de los NOx y del SOx 583

XX.- EFECTO DE LA CENIZA DEL COMBUSTIBLE EN EL DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO

Diseño del hogar para la evacuación de la ceniza: Contenido de ceniza en el carbón. 585Hogares de ceniza seca y líquida. Deposición de la ceniza. Escorificación. Ensuciamiento 588

Características de la ceniza del carbón: Origen. Composición mineralógica. Composición química. 589Fusibilidad de la ceniza 592Influencia de los elementos de la ceniza: Clasificación de las cenizas. Efecto del Fe. 593Relación entre componentes básicos y ácidos. Viscosidad de la ceniza. Influencia de los álcalis. 595Relación entre la viscosidad y la temperatura de la ceniza de un carbón 599Métodos de caracterización de la ceniza: Clasificación 601Índice de escorificación: Para ceniza bituminosa. Viscosidad-temperatura Rvs. 602Índice de ensuciamiento Rf de las cenizas bituminosas y ligníticas 603Efecto de la ceniza del carbón en el diseño de la caldera: Diseño del hogar. Efecto de la escorificación. 603Diseño del paso de convección. Erosión de la ceniza volante en polvo. Aplic. al diagnóstico de calderas 606Métodos no habituales de evaluación de la ceniza: Hogar incinerador de laboratorio. 609Medida de la viscosidad de la ceniza. Medida de la resistencia de sinterización de la ceniza. 610Corrosión de la ceniza de carbón. Depósitos de cenizas corrosivas: Capa exterior, intermedia e interna. 611Depósitos de cenizas corrosivas. Mecanismos de la corrosión 613Ceniza del fuelóleo: Liberación de la ceniza durante la combustión 615Formación y deposición de las cenizas de aceites: Características de la ceniza del fuelóleo. 617Diseño de la caldera: Funcionamiento 618Corrosión de la ceniza del aceite: Corrosión a alta y baja temperatura. Control 619Suministro de fuelóleo: Aditivos para fuelóleo. Control del exceso de aire 621-623

Indice.-

XXI.- CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE LOS COMPONENTES DE UNA CALDERA

Condiciones de funcionamiento 625Balances de calor y de materia 628Cálculo de las características de funcionamiento de los diversos componentes: a) Hogar 631b) Pantalla de salida del hogar. Radiación del hogar hacia la pantalla. 632

Pérdida de tiro en la pantalla (lado de humos). Caída presión en el interior de los tubos de la pantalla 638c) Sobrecalentador: Transferencia de calor. Pérdida de tiro. Caída presión del vapor en el sobrecal. 639-643d) Banco de caldera: Transferencia de calor. Pérdida de tiro 645-646e) Cavidad banco de caldera a economizador: Transferencia de calor 647f) Economizador: Transferencia de calor. Pérdida de tiro. 648

Caída de presión en el agua que circula por el interior de los tubos. 650g) Calentador de aire: Transferencia de calor. Pérdida de tiro (humos en el interior de los tubos). 650-653

Caída de presión en el aire (flujo cruzado exterior a los tubos) 653h) Conductos de aire, humos y chimenea: Pérdidas en el lado aire-salida ventilador forzado a hogar. 653

XXII.- CIERRES EN CALDERAS

Estanqueidad de la caldera 659Cerramientos con paredes tubulares: Paredes membrana. Paredes membrana con camisa refractaria. 660Paredes de tubos con aletas planas. Paredes de tubos tangentes. 661Mejora de paredes con tubos de aletas y tubos tangentes 662Cerramiento de envolventes: Tolvas. Caja de aire. Cámara de humos de atemperación. Cobertizo 663Consideraciones de diseño: Resistencia a la ceniza en polvo y escoria. Expansiones. Soportes. 664

Explosiones. Implosiones. Vibraciones 666Pérdidas de calor: Lana mineral. Bloques de silicato cálcico. Pasta plástica para alta temperatura. 667Cálculos: a) Flujo de calor a través de una pared compuesta. b) Ventilación y temperatura superficial. 667

c) Fugas e infiltraciones. d) Corrosión. e) Resistencia a la intemperie 671Fabricación y montaje 671

XXIII.- ELEMENTOS AUXILIARES DE CALDERA

Sopladores: Medio de limpieza, presión máxima de impacto y velocidad del chorro 675Tipos de sopladores: De posición fija. Retráctil de carrera corta. Retráctil de carrera larga. 677

De lanza de agua. Para limpieza de calentadores de aire. Diseños especiales 679Aplicación a: Calderas que queman carbón pulverizado. Calderas que queman aceite. 680

Calderas recuperadoras de calor de procesos. Calderas que queman basuras. 681Calderas de lecho fluidificado. Control 682

Válvulas de seguridad y desahogo 682Sistemas de manipulación de ceniza 685Sistemas de escoria: Cenicero lleno de agua. Transportador de cadena sumergida. Sistema de piritas. 685

Sistema de ceniza del paso de convección de la caldera. 688Sistemas de manipulación de ceniza seca en polvo: Transporte neumático. Transporte mecánico. 688

Almacenamiento de ceniza y descarga 690Cortatiros de aire y de humos: Cortatiros de persianas, de lenteja, de compuerta 690Chimeneas: Efecto chimenea. Ejemplo de cálculo del efecto chimenea. 692-695

Chimeneas metálicas y de hormigón. Pérdida por flujo en chimenea. Dimensiones de la chimenea. 696-698Agentes externos que afectan a la altura de la chimenea. Mantenimiento de la chimenea 699

Ventiladores: Potencia y características de funcionamiento. Características aerodinámicas 700-703Control de ventiladores centrífugos a la salida. Accionamiento de ventiladores. 704Ventilador de tiro forzado. De tiro inducido. De recirculación de humos. De aire primario. Axial. 706Características operativas y de control. Funcionamiento de ventiladores en paralelo. 707

Zona de inestabilidad. Ruidos 708Sistema atemperador de condensación 710

XXIV.- CALDERAS PARA PLANTAS ELÉCTRICAS

Indice.-

Selección del equipo generador de vapor 713Flujo de vapor. Agua de alimentación de la caldera. Consideraciones medioambientales. 714Combustión de carbón pulverizado: Caldera radiante (RB). 716Caldera radiante para carbón pulverizado, CAROLINA (RBC) 716Caldera radiante para carbón pulverizado, tipo Torre. Caldera de presión universal (UP). 721Caldera de presión universal para carbón pulverizado. 723Caldera universal (SWUP) para carbón pulverizado, con paredes de tubos del hogar en espiral. 724Calderas energéticas para fuelóleo y gas. Caldera radiante para gas natural y aceite. 729

XXV.- DISEÑO DE CALDERAS INDUSTRIALES

Generador de vapor: Vapor para procesos y calentamientos. Servicio combinado de calor y energía. 733Generación de energía. Potencia de los servicios auxiliares. Agua de alimentación de la caldera. 738

Control medioambiental. 739Calderas para aplicaciones industriales: caldera energética Stirling (SPB). Caldera Towerpack. 740-743

Caldera (PFI).- Caldera (PFT). Caldera (FM). Calderas de alta capacidad (HCFM). Caldera (PFM). 744Caldera de lecho fluidificado circulante (CFB). Caldera de lecho fluidificado burbujeante (BFB). 749-751

Caldera para extracción mejorada de aceite (EOR). 753

XXVI.- RECUPERACIÓN DE PRODUCTOS Y CALOR EN LA INDUSTRIA PAPELERA

Procesos de pulpa: 755PROCESO DE SULFATO: 755Filtros de licor verde, de dregs, de licor blanco 758Capacidad de una unidad recuperadora de una fábrica de pulpa 760Flujos en el proceso Kraft de la caldera recuperadora: Sistema de distribución de aire 760Distribución y combustión del licor negro en el hogar: 762

Reacciones de reducción y oxidación del S en el lecho de fundido, y sistema de alimentación de aire 763Características térmicas de la caldera 765El licor negro como combustible 769Emisiones: de NOx y SO2 770Cenizas procedentes de arrastres, y efluvios 771Evolución del diseño de la caldera recuperadora de licor negro: 772Caldera Tomlinson: Construcción de paredes, Diseño con uno o dos calderines, Diseño de bajo olor, 772

Diseño del sobrecalentador, Sistema de aire comburente 774Consideraciones de diseño para calderas recuperadoras: Diseño del hogar, 775

Sistemas auxiliares de la caldera recuperadora: Evaporación de licor negro, Evaporador ciclón, 779 Evaporador en cascada, Oxidación del licor negro 781

Calderas recuperadoras de licor negro 782Quemadores de licor negro: Quemador oscilador y Quemador de barrido vertical limitado (LVS) 783Sistema de ceniza 784Sistema de aire comburente 785Sistema de limpieza de las portillas 786Sistema de humos 787Sistema de limpieza de la ceniza. Sistema de combustible auxiliar 787Sistema de licor verde 787Caldera recuperadora del proceso de sosa 789Caldera recuperadora para licor de fibras no leñosas 790PROCESOS DE SULFITO: 790Sodio, magnesio: Pulpa de magnesio y proceso recuperador, Combustión del licor de magnesio 791Absorción del SO2 793Calcio, Amoniaco: Recolección de gases olorosos: Recolección en la línea de fibras, 793

Recolección en la planta de evaporación, Recolección en la caldera de recuperación: gases GOL, 793 Recolección en la planta de licor blanco 794

Calderas de gases olorosos: 794Calderas de gases de bajo volumen y alta concentración (GOS, LVHC) 794 Calderas de gases de gran volumen y baja concentración (GOL, HVLC) 795

Indice.-

Recolección de gases diluidos para la incineración en la caldera de recuperación 796Recolección e incineración de gases olorosos (concentrados y débiles) en el horno de cal 796

XXVII.- CENTRALES QUE QUEMAN BASURAS

Combustión de basuras: Combustión en masa, Combustión de basuras preparadas (RDF), Corrosión 799Unidades de combustión en masa 803Unidades que queman combustibles derivados de basuras 804Combustión en masa: Tamaño de la planta de caldera, Diseño del hogar mecánico, 805

Manipulación del combustible, Sistema de alimentación de combustible, Sistema de aire comburente 808Sistemas de manipulación de ceniza: Extractor de ceniza de brazo móvil, 809

Tolva de ceniza de compuerta doble, Ceniza volante de limpiadores, precipitadores y filtros de saco 810Combustión de RDF: Calderas específicas para quemar RDF, Sistemas de preparación de los RDF, 811-815

Rendimiento y Calidad de los RDF 816-817Procesado de los RDF: 818Separación de vidrio, piedras, arenisca y polvo 818Recuperación de latas de Al. Residuos voluminosos de tamaños superiores (OBW) 819Línea de troceado de neumáticos 820Sistema de alimentación de combustible: Espitas distribuidoras por chorro de aire, Parrillas sinfín 820Diseño del hogar inferior 821Temperatura de los humos a la salida del hogar 821Sistemas de manipulación de ceniza 822Readaptaciones para RDF 822Diseño del sobrecalentador 823Diseño de la caldera: Diseño del hogar superior, Banco de generación de vapor, Economizador, 824-826

Calentadores de aire, Equipo de limpieza de ceniza, Quemadores auxiliares de aporte 826Equipo de control de contaminación atmosférica 827

XXVIII.- CENTRALES QUE QUEMAN MADERAS

Suministro de vapor a procesos industriales: Pulpa y papel y Procesado de alimentos 829Suministro de vapor para generación energética: Cogeneración, Plantas que queman biomasa 830Combustibles: Constituyentes, Combustión de madera y biomasa, 831

Combustión combinada con combustibles tradicionales, Combustión de lodos 832Sistemas de combustión: Cámara exterior anexa, Parrilla porosa, Parrilla móvil 832-835Hogar con zona de combustión controlada (CCZ) 836Secadores y pulverizadores 838Lecho fluidificado 839Diseño de componentes de caldera para combustión de madera y biomasa: 839

Parrilla, Distribuidor de combustible, Quemadores, Hogar, Sobrecalentador, Banco de caldera, 840 Economizador, Economizador 841

Equipos auxiliares: Ventiladores de tiro forzado (FD), Sopladores, 842Sistemas de manipulación del combustible, Sistemas de manipulación de la ceniza, Sistemas de aire 843

Equipos para el control de emisiones: Colectores de polvo, Precipitadores, Filtros de tela o cámaras de sacos, 845Depuradores húmedos 846

Impacto medio ambiental: Emisión de partículas, Óxidos de nitrógeno, Dióxido de azufre, Monóxido de carbono, 846Compuestos orgánicos volátiles (VOC) 848

XXIX.- COMBUSTIÓN EN LECHO FLUIDO PRESURIZADO

Proceso de combustión en lecho fluidificado presurizado (PFBC): Eficiencia del ciclo, 849 Emisiones reducidas y combustión mejorada 850

Tamaño de caldera reducido 852Construcción modular 853Ciclos para plantas de (PFBC): Ciclo turboalimentado, Ciclo combinado, Ciclo combinado avanzado 853-857Diseño del ciclo combinado: Procesos en lecho fluidificado: Fluidificación, Transferencia calor, Eficiencia combustión 859Emisiones: Óxidos de nitrógeno, Captura de azufre 861

Indice.-

Ciclos de los fluidos: Ciclo agua-vapor, Ciclo aire-humos 862Pérdidas de energía 864Sistemas de (PFBC) 864Generador de vapor: Tipo de caldera (PFBC), Cerramiento de la caldera, Bancos tubulares, 865-869

Agua de alimentación, Distribuidor de aire 870Turbina de gas 871Equipos auxiliares: La vasija del combustor, Preparación y alimentación del combustible, 872

Alimentación del absorbente, Evacuación de ceniza, Reinyección en el lecho, Limpieza de humos, 874Evacuación de la ceniza 875

Funcionamiento de unidades de (PFBC): Control, Puesta en servicio, 876 Operación normal y cambio de carga, Retirada de servicio o parada, Condiciones anormales 878

XXX.- CICLOS COMBINADOS, RECUPERACIÓN DE CALOR RESIDUAL Y OTROS SISTEMAS

Ciclos combinados y cogeneración: Sistema de ciclo combinado simple, 881Sistemas comerciales de ciclo combinado, Cogeneración, Gen. de vapor recuperador de calor HRSG 883-885Consideraciones técnicas 886Sistemas de vapor basados en calor residual 889Hogar de oxígeno básico: 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 893Calderas de calor residual: Hornos Martin-Siemens, 894

Calderas de calor residual para condiciones especiales, 895Caldera simple de calor residual de tres calderines 895

Sistemas de vapor mediante combustibles singulares: Calderas de CO, 896Calderas que queman gas de horno alto (BFG) y gas de batería de coque (COG) 898

Calderas que queman gases peligrosos (RCRA) 899Ejemplo de sistema de ciclo combinado simple 899

XXXI.- CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES

Fuentes de emisiones y descargas de planta 903Métodos de control de la contaminación atmosférica 905Tipos de contaminantes, fuentes e impactos 906Tecnologías de control de contaminación atmosférica 910Tecnologías de control de SO2: Precombustión, Modificaciones de la combustión, 910

Tecnologías de inyección de absorbente, Tecnología de depuración húmeda y seca 911Tecnologías de control de NOx: Modificación de la combustión, 913Tratamientos postcombustión para controlar los NOx 914Tecnologías de control de partículas: Lavado del carbón, Colectores mecánicos, Filtros de tela, 915

Precipitadores electrostáticos (ESP) 915Control de contaminación del agua: Fuentes de descarga (efluentes) de plantas energéticas, 917Agua de refrigeración en circuito abierto, Purgas de torre de refrigeración, 917Residuos de agua en la manipulación de la ceniza, Purga de depuración (desulfuración) de humos (FGD) 919

Residuos acuosos de limpieza de metales, Residuos de poco volumen, Clarificación, Filtración 920Vertido y tratamiento de residuos sólidos: Deshidratación, Estabilización, Fijación 921-923Métodos de colocación y utilización 923

XXXII.- ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS

Cenizas 925Regulación de las emisiones de partículas y equipamiento para su control 926Precipitadores electrostáticos secos (ESP): Caega, Recolección, Golpeado, Retirada de la ceniza, 927

Características del combustible y ceniza 927Dimensiones del precipitador: Distribución del flujo, Componentes del precipitador, 928Electrodos de descarga, Superficie colectora, Sistema de golpeo, Cerramiento, Tolvas, Control 930-933Aplicaciones y características funcionales: Energéticas, Industriales, Pulpa y papel, 933

Indice.-

Mejora de las características funcionales 934Precipitadores electrostáticos 935Cámaras de sacos: Fundamentos operativos, Filtros de sacos, Tecnología del chorro de pulsos, 936

Materiales de los sacos y soportes, Tolvas 939Colectores mecánicos 939Depuradores húmedos tipo Venturi 940Filtros de lecho móvil granular, Depurador electrostático Electroscrubber (CPC), de tubos cerámicos 941-943Selección del equipo 944

XXXIII.- CONTROL Y ELIMINACIÓN DE LOS NOx

Mecanismos de formación de los NOx: NOx térmico, NOx del combustible 945Efecto NOx sobre la salud y medio ambiente: Ozono/huminiebla, Lluvia ácida, Partículas en suspensión 948Control de las emisiones de NOx en generadores de vapor: Tratamientos previos a la combustión, 948Técnicas de combustión 949Técnicas de postcombustión: Reducción selectiva no catalítica (SNCR) 949Reducción selectiva catalítica (SCR): Consideraciones de diseño, Catalizadores de metales ordinarios-aleaciones 951

Catalizadores de zeolita, Catalizadores de metales preciosos 955Consideraciones sobre el amoniaco y estequiometría: Parrilla de inyección de amoníaco (AIG) 958Ubicación del sistema (SCR) en una unidad generadora de vapor 959

XXXIV.- CONTROL Y ELIMINACIÓN DE LOS SOx

Control de los SOx 963Depuración húmeda (FGD): Diseño de depuradores 965Procesos de (FGD) con caliza y con cal: Preparación del reactivo: Caliza, Cal. 968Secado y colocación de la lechada: Deshidratación primaria, Deshidratación secundaria de los 971

subproductos de (FGD), Diagramas de flujo y balance de masa del proceso global 971Química del depurador húmedo 976Características que refuerzan los aditivos, Aditivos para el control de incrustaciones, Medida del pH 979Depuradores secos: Química del depurador seco 982-985Otras tecnologías 986

XXXV.- CONTROL MEDIOAMBIENTAL

Situación de las tomas de muestras 989Medidas del lado de humos 994Medidas de presión, caudal y temperatura 998Aparatos de medida de la presión 998Aparatos de medida de la temperatura. Pirometría óptica y de radiación 1000Propiedades eléctricas: Termómetro de resistencia eléctrica 1002Termopares. termopar encamisado. Hilos conductores en termopares. Unión caliente 1006Medida de la temperatura de fluidos en tuberías. Medida de la temperatura de los tubos. Tubos de paredes de hogar 1007Propiedades acústicas 1008Medida del flujo térmico. Detección de incrustaciones 1009Medida de la temperatura de los humos. Termopar de alta velocidad 1010Medida de la temperatura del aislamiento y envolventes: Superficies aislantes externas. envolventes de acero 1012Medida del título y pureza del vapor. Obtención de la muestra de vapor. Método trazador de sodio. 1013Método de conductividad eléctrica. Calorímetro de laminación 1015Medida de caudales: ventajas e inconvenientes de cada tipo de medidor elemental 1018

Bibliografía 1023

Indice 1039

Indice.-