CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES ÍNDICE DE...

CENTRALES TÉRMICAS. CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES ISMAEL PRIETO

INDICE 1

CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES

ÍNDICE DE MATERIAS

1. CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES MAS COMUNES EN UNACENTRAL TÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2. LOS CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES SÓLIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

3. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE PREPARACIÓN Y COMBUSTIÓNPARA COMBUSTIBLES SÓLIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

4. EL SISTEMA DE COMBUSTIÓN INDIRECTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5. EL SISTEMA DE COMBUSTIÓN DIRECTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

6. ALIMENTADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.1. ALIMENTADOR DE REGLETAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66.2. ALIMENTADOR DE CINTA SIN FIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

7. PULVERIZADORES O MOLINOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77.1. MOLINO TUBULAR DE BOLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107.2. MOLINOS DE RODADURA DE PISTA Y RODILLOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127.3. MOLINOS DE RODADURA DE PISTAS Y BOLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147.4 MOLINO DE RODADURA DE PLATO Y RODILLOS CÓNICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177.5. MOLINOS DE MARTILLOS O IMPACTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

8. FACTORES QUE AFECTAN A LA CAPACIDAD DEPULVERIZACIÓN DE UN MOLINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

9. TRANSPORTE DEL CARBÓN PULVERIZADO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

10. QUEMADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2310.1. QUEMADORES HORIZONTALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2510.2. QUEMADORES TANGENCIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3010.3. QUEMADORES VERTICALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

11. COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3711.1. DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3711.2. BOMBAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3811.3. CALENTADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3911.4. QUEMADORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

12. COMPONENTES DEL CIRCUITO DE COMBUSTIBLES GASEOSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4312.1. SISTEMA DE CANALIZACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4412.2. QUEMADORES PARA GAS NATURAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4712.3. QUEMADORES PARA GAS DE HORNO ALTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4812.4. QUEMADORES PARA GAS DE BATERÍA DE COQUE

Y DE REFINERÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49


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CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES

1. CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES MAS COMUNES EN UNA CENTRALTÉRMICA

Atendiendo a los distintos combustibles susceptibles de ser usados en una central térmicay a sus distintas características, que impondrán una tipo específico de manipulación, seránecesario que existan, para cada uno de ellos, unas instalaciones que comprendanalmacenamiento, transporte, preparación e inyección en el hogar. Como grupos de combustiblesdiferenciados, que imponen instalaciones o circuitos específicos, se pueden considerar, por unlado los "combustibles sólidos", por otro lado los "combustibles líquidos" dentro de los cualesse debe de diferenciar el circuito de gas-oil y el circuito de fuel-oil y por otro lado los"combustibles gaseosos".

2. LOS CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES SÓLIDOSLos combustibles sólidos que se utilizan en las centrales térmicas son los distintos tipos

de carbones, para los cuales se requieren una serie de instalaciones y equipos, que comprendenlas instalaciones de descarga, pesaje y toma de muestras, los parques de almacenamiento, lossistemas de transporte, las tolvas de alimentación de los molinos, el equipo de preparación y elequipo de combustión o inyección en el hogar.

Los sistemas de descarga dependen del tipo de transporte que se utilice para llevar elcarbón hasta la central. Si este se realiza en camiones, éstos se descargan directamente en losparques de almacenamiento o en una tolva que tiene una cinta extractora inferior que enlaza conla red de cintas transportadoras de la central. Si el sistema de transporte es por ferrocarril, losvagones más modernos están dotados de compuertas de descarga por el fondo y se descargan entolvas de las mismas características que las descritas para camiones. En el caso de que eltransporte hasta la central sea por cinta, la de llegada vierte en la red interna de cintas, mediantela cual puede ser transportado al punto que convenga en cada momento. Hay otros sistemas detransporte entre los que cabe mencionar el sistema hidráulico, que consiste en transportarlo hastala central por tuberías arrastrado por agua, lo cual obliga a disponer en la central de instalacionesde separación del agua.

Dentro de la central hay un sistema de cintas cuya longitud total raramente es inferior alkilometro. Mediante esta red se puede llevar el carbón desde los puntos de descarga hasta lastolvas de alimentación o hasta el parque de almacenamiento y también desde éste hasta las tolvasde alimentación. En la figura 1 se puede ver el esquema de un sistema de cintas transportadorastípico de una central térmica.

Es también necesaria la existencia de un parque de almacenamiento, con una capacidadmínima tal que en él se pueda almacenar el carbón que necesita la central para el consumo de unmes. En este parque se podrán formar varias pilas. Cada pila debe de formarse extendiendosucesivamente, unas sobre otras, capas finas de carbón, hasta completar el volumen estipuladopara la pila. Si ésta se consume mediante cortes verticales, se asegura, mientras dure, lahomogeneidad del carbón que llega al hogar y como consecuencia una buena estabilidad en lacombustión. La red de cintas tiene que poder verter el carbón en el parque mediante sistemas quepermitan la formación de pilas y también debe de poder recoger el carbón de las pilas, de modoque se mantenga la homogeneidad de la mezcla, y transportarlo hasta las tolvas de alimentación.


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Desde las tolvas de alimentación, el carbón va a los sistemas de preparación. Estas tolvassuelen tener una capacidad tal que, con el carbón almacenado en ellas, la unidad pueda funcionar

a plena potencia durante un tiempo comprendido entre veinticuatro y treinta y seis horas. Suelen


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formar parte de la estructura del generador de vapor.Los equipos de preparación y combustión se verán con más detalle en los epígrafes

siguientes.

3. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE PREPARACIÓN Y COMBUSTIÓN PARACOMBUSTIBLES SÓLIDOS

En la selección de estos equipos hay que buscar un compromiso, teniendo en cuenta elrendimiento, las necesidades de funcionamiento y el tipo de combustible. Casi todos los tiposde carbones se pueden quemar satisfactoriamente en "hogares mecánicos", en "hogares de carbónpulverizado" o en "hogares de lecho fluido" y además hay algunos tipos de carbones que sepueden quemar en el "hogar ciclón". Los sistemas de hogar mecánico son de capacidad limitada,no siendo económicos para capacidades de vapor superiores a cincuenta toneladas hora y por ellose han impuesto, sobre ellos, los sistemas de carbón pulverizado que son de una gran capacidady reúnen además las siguientes ventajas:

-Pueden utilizar tamaños desde finos hasta 50 mm-Tienen una respuesta rápida a los cambios de potencia-El exceso de aire es bajo y por tanto el rendimiento mejor-El consumo energético de funcionamiento es bajo-Se puede combinar la combustión de carbón con otros combustibles líquidos y gaseosos.Los sistemas de lecho fluido para combustibles sólidos, mantienen en gran parte las

ventajas del carbón pulverizado y añaden otras como reducir drásticamente las emisiones deóxidos de azufre y óxidos de nitrógeno, por lo que se pueden imponer en el futuro si se resuelvenalgunos problemas técnicos aun pendientes.

Además de la selección del tipo de hogar, si este se elige de carbón pulverizado hay queseleccionar el tipo de quemadores, lo cual dependerá fundamentalmente del tipo de carbón.También hay que seleccionar el tipo de pulverizadores, lo cual se hará atendiendofundamentalmente a características del carbón como la triturabilidad o grindabilidad, y dentrode los que se adapten a estas características, se hará la selección basándose en criterioseconómicos.

Los hogares mecánicos hace años que se han desechado como hogares para lacombustión de carbón, sin embargo, en la actualidad hay una cierta tendencia a su utilización enhogares que queman residuos sólidos urbanos con objeto de aprovechar su contenido energético.

Los hogares de carbón pulverizado son los más utilizados en las centrales térmicas quequeman combustibles sólidos y son aquellos en los que nos centraremos en este capítulodedicado a los circuitos de combustibles de una central térmica.

Los hogares de lecho fluido representan la solución que la tecnología actual pretende dara los problemas de contaminación por lluvia ácida. En la actualidad existen varios prototipos enfuncionamiento, de pequeña potencia relativa, pero subsisten todavía algunos problemas técnicosque impiden su imposición y que sustituyan a medio plazo a los hogares de carbón pulverizado.Este tipo de hogares se estudiarán en otro capítulo.

4. EL SISTEMA DE COMBUSTIÓN INDIRECTA DE CARBÓN PULVERIZADO La función del sistema de pulverización consiste en moler el carbón y entregarlo al

sistema de combustión. Los dos sistemas principales que se han utilizado para este proceso sonel "sistema de combustión indirecta" (sistema de silos) y el "sistema de combustión directa".

El sistema de combustión indirecta, tiene principalmente interés histórico. Se utilizó antesde que los equipos de pulverización alcanzasen el actual grado de desarrollo. El carbón se


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procesa en un lugar independiente del hogar y una vez pulverizado se transporta neumáticamentehasta un ciclón que lo separa del aire cargado de la humedad del secado. El ciclón descarga enlos silos de almacenamiento. Para su utilización se transporta neumáticamente desde los silos(con el aire primario) hasta los quemadores. Además de no ser competitivos con los sistemas decombustión directa, hay que tener en cuanta que hay muchos tipos de carbones cuyoalmacenamiento en estado pulverizado comporta un alto riesgo de incendio.

5. EL SISTEMA DE COMBUSTIÓN DIRECTAPermite la utilización continua del carbón bruto, directamente desde las tolvas de

alimentación. Este sistema debe de funcionar de forma continua y responder de forma adecuadaa las variaciones de potencia y a las variaciones en las características del carbón. El carbón pasa,de la tolva de alimentación a un alimentador dosificador, el cual extrae de la tolva la cantidadde carbón correspondiente a la potencia en cada momento. Desde el alimentador, el carbón caedirectamente en el molino o pulverizador, en el cual se seca el carbón y se tritura hasta lostamaños adecuados para la combustión. Por el molino fluye una corriente de aire caliente queademás de secar el carbón, una vez molido, lo arrastra en suspensión por las líneas de aire-carbón (tuberías que van desde los molinos a los quemadores) hasta inyectarlo en el hogar porlos quemadores. El aire caliente de secado y arrastre es el aire primario, el cual se suministrapor un sistema de ventiladores llamados ventiladores de aire primario, los cuales pueden estarsituados después de cada molino (exhaustores) o antes de los molinos, en el primer caso setratará de molinos en depresión y en el segundo caso de molinos presurizados. El aire quemanipulan estos ventiladores debe de pasar por algún tipo de calentador que eleve sutemperatura a valores adecuados para conseguir el secado del carbón y que la mezcla aire-carbónsalga del molino a una temperatura entre 60 y 110 oC.

Los quemadores son los elementos por donde se inyecta en el hogar la mezcla de aireprimario y carbón y que además cumplen la misión de inyectar el aire secundario rodeando a lamezcla anterior, de tal manera que se mezcle adecuadamente con el chorro de carbón y aireprimario, para lograr una buena combustión.

Ya se mencionó en párrafos anteriores que hay dos métodos de utilización del sistemade combustión directa: los de pulverizadores (o molinos) en presión y en depresión.

En el método de pulverizadores presurizados, figura 2, los ventiladores de aire primarioaspiran aire frío de la atmósfera o de la descarga de los ventiladores de tiro forzado y lo impulsanhacia los molinos, pasando previamente, parte de este aire, por un calentador que eleva sutemperatura hasta un valor determinado. A la zona de los molinos llegan dos conductos, uno deaire frío y otro de aire caliente. Cada molino toma de cada conducto la cantidad de aire necesariapara obtener una determinada temperatura de la mezcla de aire-carbón a la salida del molino, loque implica que dentro del molino se debe de producir a demás de la molienda, el secado delcarbón y el calentamiento hasta la temperatura indicada. El aire que entra al molino con lacantidad de calor necesario para vaporizar la humedad y mantener la temperatura adecuada,constituye el aire primario que después arrastra la fracción de carbón ya molida hacia losquemadores. Cuando los pulverizadores trabajan en presión, necesitan un sistema de aire desellado o de cierres que consta de unos ventiladores que aspiran aire de la descarga de losventiladores de aire primario, a través de un filtro y lo inyectan, produciendo un efecto debarrido, en todos aquellos puntos a los que no es deseable que llegue aire con carbón del interiordel molino, que, en el caso de los rodamientos, los deterioraría rápidamente, en el caso delsistema de lubricación, contaminaría el aceite y en el caso de las holguras de los ejes que salenal exterior, produciría la salida de aire con polvo de carbón. Este sistema funciona de tal manera


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Figura 2: Sistema de aire a molinos con ventiladores de aire primario y molinos presurizados

que presuriza las cámaras a las que no debe de entrar aire del molino, con una presión superiora la de éste e inyecta aire, a presión superior a la del molino, en los pasos de ejes o vástagos alexterior de tal manera que el aire limpio circula desde el punto de inyección hacia el exterior yhacia el interior impidiendo que salga el aire contaminado del molino.

En el método de pulverizadores en depresión, figura 3, las veces de los de ventiladoresde aire primario, las hacen los ventiladores extractores (exhaustores) situados a la salida de cadapulverizador. El aire de secado y arrastre (aire primario) procede de la descarga de losventiladores de tiro forzado, después de pasar por los calentadores regenerativos, este aire secalienta a mayor temperatura mediante un segundo calentador (calentador tubular en el ejemplo),función la temperatura que se necesite para secar adecuadamente el carbón, luego llega alpulverizador, de donde sale la mezcla de aire primario y de carbón hacia el ventilador-extractor,que lo impulsa a los quemadores. Con esta disposición, el ventilador manipula una mezcla deaire y carbón. Por lo tanto en su diseño hay que tener en cuenta los desgastes además delrendimiento. Los elementos de desgaste de estos extractores (exhaustores) suelen tener una vidarelativamente corta, del orden de 3000 horas

6. ALIMENTADORESTienen por objeto alimentar los pulverizadores con el carbón que reciben de las tolvas,

regulándolo de tal manera que en cada momento, la caldera reciba la cantidad de combustiblenecesaria para producir la cantidad de vapor que se le demande, la cual dependerá de la potenciade la unidad. La regulación de la cantidad de carbón, por parte de los alimentadores, puede serpor peso (gravimétrica) o volumétrica. La regulación gravimétrica requiere la existencia de algúnsistema de pesada continua, pero estos sistemas, cuando la granulometría del producto esvariable, como suele ocurrir con el carbón de las centrales térmicas, dan errores bastanteelevados, lo cual hace que esté más generalizado el uso los sistemas de control volumétricos. Lostipos de alimentadores más utilizados en centrales térmicas son los siguientes.


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Figura 3: Sistema de aire a molinos con exhaustores y molinos en depresión

6.1. ALIMENTADOR DE REGLETASEstos alimentadores constan (Figura 4) de una cadena formada por eslabones en forma

de listón transversal, que avanza entre dos ruedas dentadas, una de ellas motriz, y en surecorrido, tanto en la ida como en la vuelta, se desliza sobre una superficie lisa de chapa deacero. El carbón es extraído de la tolva en el recorrido de avance de la parte superior de lacadena, que lo arrastra sobre la chapa y lo vierte a la zona inferior sobre el recorrido de vueltade la cadena que lo vuelve a arrastrar sobre el fondo hasta el tubo de bajada al pulverizador. Losalimentadores de este tipo son volumétricos y como variables de medida se utiliza la velocidadde la cadena y la altura que alcanza el carbón cuando la cadena lo arrastra sobre la chapa inferior.

6.2. ALIMENTADOR DE CINTA SIN FINEstos alimentadores (Figura 5) constan de una cinta que se mueve entre dos tambores,

uno de los cuales es de accionamiento, y se apoya sobre rodillos de forma similar a cualquier tipode cinta transportadora, pero manteniéndose la cinta plana en lugar de forma de artesa. Cuandola cinta avanza extrae el carbón de la tolva y lo vierte en la parte frontal en el tubo de bajada alpulverizador. Lleva todos los accesorios típicos de las cintas transportadoras como rascadoresde limpieza etc. Debajo de la cita propia del alimentador lleva una cinta de limpieza, sobre laque caen las fracciones que se pegan a la cinta principal y luego se desprenden en el recorridode retorno. La cinta de limpieza envía estas fracciones al tubo de baja da evitando que seacumulen el compartimento del alimentador. Este alimentador también se suele emplear comovolumétrico y utiliza como variables de medida la altura de carbón en la cinta y su velocidad,si en lugar de estas, utiliza un sistema de pesada continua de los que son comunes en las cintastransportadoras el alimentador sería gravimétrico.


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Figura 4: Esquema de un alimentador de regletas

Estos dos últimos tipos de alimentadores, son los más utilizados en centrales térmicas,siendo los de rasquetas más ventajosos cuando el carbón es de contenidos en humedadrelativamente altos y cuando tiene contenidos altos en materiales arcillosos, pero presenta elinconveniente de que produce frecuentes averías de tipo mecánico. Los de cinta sin fin no suelenpresentar problemas frecuentes de tipo mecánico, pero con los carbones húmedos y arcillosos,suele deslizar la cinta sin que se produzca la extracción del carbón, originando graves problemasde funcionamiento de la unidad por irregularidades de la alimentación de combustibles.

7. PULVERIZADORES O MOLINOSComo ya se ha mencionado repetidamente, los molinos se alimentan con carbón y con

aire. El caudal de carbón depende de la potencia de la unidad y su regulación la realizan los

alimentadores ya vistos en apartados anteriores. El caudal de aire debe ser proporcional al caudalde carbón de tal manera que se mantenga la adecuada relación aire/combustible para que seanbuenas las condiciones de secado, finura de molienda, arrastre en las tuberías a los quemadoresy estabilidad de la llama. Dentro del molino se cumplen las funciones de secado, molienda,clasificación y además otra necesaria para lograr las dos anteriores, que es la de circulación.


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Figura 5: Esquema de un alimentador de cinta sin fin

El carbón necesita una buena pulverización que se consigue mediante una correctadisposición y funcionamiento de los elementos de molienda. En los pulverizadores se estableceuna circulación interna que obliga al carbón a pasar varias veces por los elementos de molienda,hasta que se alcance una finura tal que un sistema de clasificación permita su salida del molinohacia los quemadores. Los elementos de molienda deben de poder rechazar o asimilar, cualquiermaterial extraño que entre en el molino. La molienda debe de realizarse con el menor consumoenergético.

Para obtener una buena manipulación neumática del carbón finamente pulverizado, es

necesario que tenga un grado de secado tal que esté en forma pulverulenta. El secado se realizamientras el carbón circula y se muele. La temperatura de la mezcla aire-carbón a la salida delpulverizador debe de controlarse en un valor tal que no haya peligro de inflamación antes deentrar en la caldera y suele estar entre 60 oC y 110 oC, siendo la más baja para los de contenidosaltos en volátiles y viceversa.

La circulación del carbón, dentro del molino, se necesita para que tenga lugar un rápidosecado, para mantener cargadas las superficies de molienda y para evacuar el materialpulverizado. Para la obtención de una buena circulación se combinan los efectos de fuerzacentrífuga, gravedad y circulación de aire.

Como la pulverización del carbón, a la finura deseada, no se puede lograr en un solo pasopor los elementos de molienda, en el camino que sigue el carbón dentro del molino, se sitúa unclasificador que hace que el carbón molido hasta el tamaño deseado, abandone el molino hacialos quemadores, mientras que el carbón de mayor tamaño permanece dentro de la corriente decirculación interna del molino.


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Figura 6: Esquema de un molino tubular de bolas y de la instalación de elementos asociados

La velocidad en las líneas desde el molino hasta los quemadores, debe ser lo bastante altapara impedir la deposición del carbón. Cuando, dentro de los límites admisibles, disminuye elcaudal de aire, lo hace también el caudal de carbón y aumenta la proporción de finos a la salidadel molino. A la salida del molino de sitúa un distribuidor que hace que la mezcla aire-carbónse reparta entre las distintas líneas que van de un molino a sus quemadores asociados,manteniendo en todas ellas la misma cantidad aire-carbón.

Los principios empleados en la pulverización son impacto, presión, fricción o una

combinación de ellos, dependiendo esto del tipo de carbón.Los tipos de pulverizadores pueden ser de baja velocidad (inferior a 75 rpm), de media

velocidad (entre 75 y 225 rpm) y de alta velocidad (superior a 225 rpm).Los tipos más comunes de molinos de baja velocidad son:

-Molino tubular de bolas.-Molino de rodadura de pista y rodillos

Los tipos de molinos de velocidad media son:-Molino de rodadura de pistas y bolas.-Molino de rodadura de plato y rodillos cónicos

El tipo más común de molinos de alta velocidad es:-Molino de martillos o impacto.


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7.1. MOLINO TUBULAR DE BOLASEn la figura 6 se representa un esquema de este molino. Está formado por un cilindro con

su eje dispuesto horizontalmente, que tiene su superficie interior revestida de placas de desgasterecambiables y que se carga, hasta un 30 % de su volumen con bolas de acero de distintostamaños, que se mueven por gravedad cuando el cilindro gira sobre su propio eje.

El carbón procedente de dos alimentadores cae en el alojamiento de dos sinfines, situadosen los extremos del molino y arrollados sobre estructuras tubulares huecas, que tienen el mismoeje que el cilindro y un diámetro bastante inferior. Al girar el molino, el sinfín introduce elcarbón en el interior del cilindro que está cargado de bolas en movimiento.

El carbón se pulveriza por fricción debido a los deslizamientos en el movimiento de lacarga, por impacto, al ascender la carga de bolas y caer en forma de cascada desde la partesuperior a la inferior y por presión de las bolas sobre el carbón que quede hacia el inferior de lacarga.

El aire primario entra por el interior de las estructuras tubulares y recorre el interior delmolino como se indica en la figura. La mezcla aire carbón sale atravesando la parte superior delsinfín, la cual queda libre al ser el carbón arrastrado por el fondo del alojamiento, llegando alrecipiente de alimentación-clasificación, cuyo corte se muestra en la parte izquierda de la figura6, en el que sigue una trayectoria circular, de la cual se desvían hacia la periferia, debido a lafuerza centrífuga, las partículas gruesas, las cuales salen de la corriente de aire y se incorporanal carbón de alimentación, mientras las más finas siguen su camino hacia el exhaustor. Se puederegular la finura de molienda variando la posición de la ranura de incorporación al tubo de salidalo cual varía la longitud de la circunferencia recorrida. El molino representado tiene exhaustory corresponde a un molino que trabaja en depresión. Desde éste la mezcla aire-carbón va hacialos quemadores

Al girar el cilindro, debido a la fuerza centrífuga y al rozamiento, la mezcla de bolas yde carbón sube pegada a la pared hasta que se pierde el equilibrio entre las fuerzas y cae enforma de cascada al fondo del molino produciéndose los efectos de impacto y de fricción. Lavelocidad de rotación debe de ser idónea para que se produzca la cascada de bolas pero sin llegara la velocidad de centrifugación (aquella a la que la fuerza centrífuga vence a la gravedad). Lavelocidad idónea suele ser el 76 % de la velocidad de centrifugación.

Aunque el molino mostrado en la figura es un molino en depresión, los de este tipotambién pueden ser presurizados y funcionar con ventiladores de aire primario con las ventajasque esto representa.

El arrastre del cilindro lo hace un motor eléctrico que acciona, después de lacorrespondiente reducción, un piñón que ataca una corona que rodea el cilindro. Los sistemasde accionamiento y de apoyo están continuamente lubricados mediante una bomba que lessuministra aceite a presión. El eje de apoyo del molino se levanta mediante una inyección deaceite a presión, en los mismos cojinetes, antes de comenzar a girar.

Este tipo de molino ofrece de ventaja de poder dar grandes cargas, de no necesitarmantenimiento durante largos períodos, no tienen problemas con los objetos extraños, mantienenuna gran cantidad de carbón almacenado y como consecuencia, tienen una gran capacidad derespuesta.


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Figura 7: disposición esquemática de los componentes de un molino de pista y rodillos

Como desventajas se puede apuntar, un gran consumo energético, especialmente concargas pequeñas. La mala mezcla que se produce entre el aire y el carbón hace que, este molino,

no sea tan efectivo en el secado de carbón como los de rodadura que se verán posteriormente.La humedad del carbón influye de forma importante disminuyendo la capacidad del molino.Cuando hay una parada imprevista, el molino queda con mucho carbón, y durante el arranque


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Figura 8: esquema del sistema de clasificación mediante ciclón

posterior, se produce la entrada repentina de una gran cantidad de carbón en la caldera quedesestabiliza la combustión y produce un aumento, no deseado, importante y casi instantáneode la potencia. Por esta última razón, son molinos poco recomendables para operaciónintermitente. Si no están bien regulados pueden producir un exceso de finura que resulta

antieconómico.

7.2. MOLINOS DE RODADURA DE PISTA Y RODILLOSLos molinos más empleados de este tipo, en las centrales térmicas, son los fabricados

por B & W del tipo MPS (figura 7) tiene una velocidad de giro entre 20 y 30 rpm. Efectúan lamolienda principalmente por aplastamiento y por fricción.

El mecanismo de accionamiento consta de un motor eléctrico que a través de un reductor


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Figura 9: Esquema de un molino de pistas y bolas

triple acciona el árbol vertical. La lubricación se realiza mediante una bomba externa.Los elementos de trituración se componen de tres cilindros con la superficie de rodadura

curvada, de forma tórica. Están montados sobre un eje, que les permite girar sobre si mismos,y que se soporta en un triángulo articulado. Un anillo inferior de rodadura tiene un canal desección circular que guía los rodillos. Este anillo va solidario con una estructura que gira con elárbol vertical.

La presión necesaria para la trituración la da un sistema de resortes y se aplica al eje delos cilindros a través del triángulo sobre el que van soportados. La tensión de los muelles esregulable.

El carbón procedente del alimentador cae en el centro del molino, por fuerza centrífugava hacia la pista de rodadura donde es triturado por los efectos de presión y fricción al rodar ypresionar los rodillos sobre el canal. A la salida del canal, el carbón es arrastrado por unacorriente ascendente de aire que lo lleva hacia la parte superior, las partículas más gruesas que


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Figura 10: Detalle del sistema de presión de bolas del molino depistas y bolas

no pueden ser arrastradas son devueltas al interior del molino, la corriente de aire con el carbónarrastrado llega a un sistema de clasificación (figura 8) consistente en un anillo de paletasregulables que imprimen a la mezcla aire- carbón un movimiento helicoidal cuya velocidad derotación depende de la inclinación de las paletas y cuyo movimiento de avance es primerodescendente y luego ascendente. Mediante la rotación las partículas más gruesas se van hacia laparte más externa de la corriente aire-carbón y mediante el cambio de dirección de avance, estaspartículas se desvían de la corriente incorporándose al carbón que se está alimentando al molino.La finura del carbón que abandona el molino se puede regular variando la inclinación de laspaletas.

Este molino puede ser diseñado para funcionar en presión con las consiguientes ventajasque se obtienen al evitar la existencia de exhaustores. Estos molinos son de grandes dimensiones,por ejemplo, uno de los modelos puede tener nueve metros de altura, cuatro de diámetro, cada

rodillo pesa diez toneladas y el motor de accionamiento es de más de 500 kW. El gran tamañoy la forma redondeada de los rodillos y el canal de molienda, da como consecuencia una largavida de utilización de sus componentes. Los tamaños grandes hacen que se pueden admitirtamaños mayores en el carbón de alimentación. La baja velocidad de funcionamiento hace queéste sea suave y poco ruidoso.

7.3. MOLINOS DE RODADURA DE PISTAS Y BOLASLa velocidad de funcionamiento de estos molinos suele variar entre 100 y 250 rpm. Los

principios de trituración que se utilizan en estos molinos son la presión, la fricción y en menormedida, el impacto. Este tipo de molinos trabaja como un rodamiento; consta de un conjunto debolas alojadas entre una pista inferior y otra superior como se muestra en la figura 9. El anillomóvil es el inferior que se soporta mediante una estructura solidaria con el eje vertical delmolino, el anillo superior se mantiene estacionario y presionado contra las bolas, que descansanen el anillo inferior, mediante unos muelles de presión ajustable, tal como muestra el esquemade la figura 10. El carbón bruto se alimenta al molino por el centro y es impulsado por fuerza


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Figura 11: Disposición esquemática de un molino de plato y rodillos cónicos, de plato relativamente cerrado yrodillos relativamente verticales

centrífuga hacia la periferia, siendo necesario que en su recorrido atraviese la línea de bolas queruedan entra las dos pistas, en donde el carbón se somete a aplastamiento y fricción. A la salidade las pistas y


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Figura 12: Esquema de un molino de plato y rodillos cónicos con plato más abierto yrodillos más horizontales

bolas, una corriente de aire ascendente lo arrastra hacia la parte superior del molino, mientras


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que las partículas más gruesas son devueltas hacia el interior. En la parte superior existe unsistema de clasificación (tipo ciclón) exactamente igual que el visto en los molinos de pista yrodillos. Este molino tiene una recirculación alta, lo que le confiere una buena capacidad desecado. Los cuerpos que no pueden ser triturados tales como hierros, rocas de muy bajagrindabilidad, etc no son arrastradas por la corriente de aire y se caen a una cámara situadadebajo del cono de apoyo del anillo inferior, de donde son extraídos mediante un sistema depaletas (arrastradores) que gira con el eje y los arrastra hacia una salida. Las bolas son de unmaterial menos duro que las pistas de rodadura y por tanto su desgaste es más rápido y cuandoalcanzan un diámetro mínimo es necesario sustituirlas por otras nuevas. El accionamiento esmediante un piñón cónico, solidario con un eje acoplado al motor, que ataca una corona solidariacon el eje vertical principal del molino. La lubricación del engranaje piñón-corona y de losrodamientos que existen a lo largo del eje vertical, se logra mediante una bomba sumergida enel aceite que alcanza un cierto nivel en el compartimento donde está la corona. Este tipo demolinos puede ser diseñado para trabajar en presión o en depresión; cuando trabajan en presiónnecesitan un sistema de aire de sellado. Este tipo de molinos ofrecen las ventajas de bajoconsumo energético, alta capacidad de secado y son relativamente silenciosos.

7.4 MOLINO DE RODADURA DE PLATO Y RODILLOS CÓNICOSEstos molinos (figuras 11 y 12) efectúan la trituración de forma muy parecida a los

molinos de rodadura de pista y rodillos y de pistas y bolas. La fricción se logra por eldeslizamiento entre distintas capas de carbón y entre éste, el plato y los rodillos, la presión laejerce el rodillo sobre la masa de carbón cuando éste pasa entre él y el plato. Hay unacomponente de impacto (de muy poca importancia) cuando el carbón cae en el centro del platoy es impulsado por fuerza centrífuga hacia la zona de trituración.

El accionamiento consta de un motor eléctrico cuyo eje acopla con el de un sinfín queataca la corona situada en la parte inferior del molino y solidaria con el eje vertical. La coronay el sinfín van sumergidos en aceite refrigerado por agua mediante un serpentín. La lubricaciónde todos los elementos se logra mediante una bomba externa que impulsa aceite a los engranajesy rodamientos.

El plato del molino lleva la pista de rodadura que es troncocónica y está formada porsectores de fundición encajados, los cuales son de desgaste y fácilmente reemplazables. Lainclinación de esta pista sobre la horizontal determina la utilización de molino. Cuando suinclinación es grande, la capacidad del molino es más baja y a medida que disminuye, lacapacidad del molino se hace relativamente mayor.

Los rodillos son de forma troncocónica y sus ejes están situados a 120o. Los hace girarsobre su propio eje la capa de carbón existente entre ellos y la pista de rodadura, van equipadosde un sistema de presión que, en los antiguos es de resortes y en los más modernos es hidráulico.Cuando no hay carbón el rodillo debe de mantenerse sin tocar la pista de rodadura con una ciertaholgura y manteniendo el paralelismo entre ambos.

El carbón bruto se alimenta por el centro del molino y es impulsado por fuerza centrífugahacia la periferia, siendo necesario, que en su camino, atraviese la zona de la pista de rodadura,en donde es sometido a aplastamiento y fricción por los rodillos. A la salida de la pista, unacorriente de aire ascendente lo arrastra hacia la parte superior del molino y en este recorrido laspartículas más gruesas son devueltas al interior. En la parte superior existe un sistema declasificación (tipo ciclón) exactamente igual que el visto en los molinos de rodadura anteriores

La capacidad de secado es alta porque tiene, lo mismo que los de rodadura de pista yrodillos y los de rodadura de pistas y bolas, una gran recirculación interna.


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Figura 13: disposición esquemática de un molino de martillos o impacto

Tienen un bajo consumo energético y ocupan poco espacio.Cuando trabajan en depresión llevan el ventilador extractor (exhaustor) al lado del mismo

molino. Este ventilador tiene un diseño en el que se tiene más en cuanta los desgastes, debidoa que manipulan una mezcla de aire y de carbón, que el rendimiento. Cuando el molino trabajaen presión debe de llevar un sistema de aire de sellado.

7.5. MOLINOS DE MARTILLOS O IMPACTO

Un molino de impacto (figura 13) consta de un conjunto de martillos fijos o articuladosque giran en una cámara revestida con placas de fundición antidesgaste. Este molino funcionaa unas 600 rpm y muele fundamentalmente por impacto y rozamiento. El carbón entra en elmolino por la sección de impacto para producir una reducción inicial de tamaños. Luego pasaa la sección de fricción donde tiene que circular entre un conjunto de espigas fijas y móviles queson las que confieren al molino la característica de molienda por fricción. Finalmente el carbón


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Figura 14: Influencia de la finura deseada y de la triturabilidad del carbón en la capacidad de unmolino

pasa a la sección de aspiración que consta de un exhaustor que luego lo impulsa hacia losquemadores. Este molino carece de clasificador. La clasificación se realiza por efecto de lafuerza centrífuga que mantiene las fracciones más gruesas circulando próximas a la periferiamientras que las más finas son las que pueden alcanzar la parte central que es donde está el pasode la zona de pulverización a la zona de aspiración. El carbón pasa muy rápido por el molino demanera que éste almacena una cantidad muy pequeña. La humedad que admiten está limitadaal 20 % o menos debido el bajo tiempo de residencia del carbón.

Otro tipo de molinos de martillos o impacto no tienen la sección de fricción y tienen unasección de martillos mas prolongada. Estos son los más apropiados para la molienda de loslignitos pardos, con altos contenidos en cenizas y con humedades que pueden sobrepasar el 50%. Para conseguir la capacidad de secado necesaria, a pesar del corto tiempo se residencia, sereemplaza el aire primario por gases extraídos de zonas del hogar de alta temperatura(aproximadamente 1000 ºC). Luego se mezcla con gas de baja temperatura, que puede ser de lasalida de los calentadores de aire, para obtener la temperatura deseada a la salida del molino.Téngase en cuenta que al utilizar gas de combustión, que contiene una cantidad de oxígeno muypequeña se evita que se incendie el carbón a pesar de las altas temperaturas utilizadas para elsecado. Este tipo de molinos también suelen funcionar a velocidad variable dependiendo esta de

la carga del molino. Se utilizan máquinas de uno o dos ejes, siendo las primeras más simples ylas segundas más flexibles. Debido a la baja calidad del carbón que manipulan las cantidadestienen que ser enormes por lo que suelen ser máquinas de tamaños muy grandes.


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Figura 15: Influencia de la humedad del carbón en la capacidad de un molino

8. FACTORES QUE AFECTAN A LA CAPACIDAD DE PULVERIZACIÓN DE UNMOLINO

Refiriéndose únicamente a los propios del carbón, éstos son el tamaño, la triturabilidad,la humedad y la finura que se requiere en el carbón molido.

Cuanto mayor sea el tamaño del carbón bruto que se aporta al molino, menor será sucapacidad y viceversa.

La triturabilidad del carbón, cuyo significado conceptual se vio en el capítulo dedicadoa combustibles, tiene una influencia importante en la capacidad del molino tal como se puedever en la figura 14. En esta misma figura también se puede ver la influencia de la finura deseada.

La cantidad de humedad admisible en el carbón pulverizado depende del tipo de carbón.Si el carbón es muy compacto tipo antracita la mayor parte de la humedad es superficial y si esmuy poroso, hay una gran parte de la humedad interior atrapada en los poros. La humedad quemás perjudica la pulverización es la superficial, debido a que produce un efecto de aglomeraciónsobre el carbón. Un ejemplo de la disminución de la capacidad de un molino con la humedad sepuede ver en la figura 15. Los carbones muy húmedos también pueden producir problemas enotros puntos del circuito que afectan al funcionamiento de la unidad. En los molinos conrecirculación interna alta, se produce una mezcla del carbón de entrada con el carbón derecirculación haciendo que la mezcla que manipula el molino tenga una humedad inferior a ladel carbón de alimentación. Para conseguir un buen secado del carbón debe de mantenerse latemperatura de salida del molino de la mezcla aire-carbón lo más alta posible pero evitando que


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Figura 16: Relación entre humedad del carbón, temperatura del aire y cantidad deaire de un molino

se produzca la inflamación espontanea antes de la llegada al quemador. Las temperaturasrecomendables según los distintos tipos de carbones son las siguientes:

Temperaturas típicas de salida de la mezcla aire-carbón de un pulverizador

Tipo de carbón Contenido en materias volátiles Temperatura de salida. ºC

Lignito y subbituminoso - 52 a 60

Bituminoso de altos volátiles 30 60 a 65

Bituminoso de bajos volátiles 14 a 22 65 a 80

Antracita y residuos de carbón 12 90 a 100

Coque de petroleo 0 a 8 100 a 120

En la figura 16 se relacionan las humedades de entrada y salida del carbón con la relación


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Figura 17: Disposición de los quemadores horizontales en una caldera

aire/carbón y con la temperatura del aire a la entrada al molino para que, a la salida, la mezclaaire-carbón tenga una temperatura de 80 oC

La finura requerida en el carbón molido influye en la capacidad del molino. La energía


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necesaria para producir una molienda es directa-mente proporcional al aumento de la superficieque se produzca en el material molido, a mayor finura corresponde una mayor superficie delmaterial y como consecuencia se necesitará una mayor energía. La variación de la capacidad conla finura requerida se puede ver en la figura 14. La variación de la finura se consigue variandoel ajuste del clasificador de que vaya provisto el molino. Con el tiempo de funcionamiento,debido a los desgastes de los componentes del molino, la finura obtenida va disminuyendo y esnecesario reajustar periódicamente el clasificador hasta que, finalmente, sea necesaria lasustitución de las partes desgastadas.

9. TRANSPORTE DEL CARBÓN PULVERIZADOEl transporte del carbón molido desde los molinos a los quemadores, se realiza en

suspensión en la corriente de aire primario, por tuberías de fundición de alta dureza o revestidasinteriormente de material antidesgaste.

En el caso de molinos en presión, la mezcla aire-carbón es impulsada mediante losventiladores de aire primario, los cuales aspiran el aire de la atmósfera o de la descarga de losventiladores de tiro forzado, lo impulsan a través del sistema de calentamiento y lo inyectan enlos molinos donde produce el secado del carbón y el arrastre de la mezcla hacia las tuberías detransporte. Cuando se trata de molinos en depresión, hay un ventilador extractor (exhaustor) ala salida de cada molino, el cual aspira el aire, procedente de los ventiladores de tiro forzadotomado en un punto posterior a los calentadores regenerativos, a través del sistema decalentamiento y los molinos, donde hace el secado y arrastre, de donde pasa, ya con el carbónen suspensión, al extractor. Este ventilador (exhaustor) tiene la desventaja, respecto a los de aireprimario, de que al manipular el carbón, el cual contiene partes abrasivas, está sujeto a desgastesmuy fuertes que hacen que, en su diseño haya que perder en rendimiento a costa de hacer queel desgaste sea menos acusado

Normalmente cada molino alimenta a varios quemadores y la mezcla aire-carbón esnecesario dividirla, sin que varíe su composición, entre dos o cuatro conductos. Para ello se sitúaa la salida de los molinos presurizados o a la salida del exhaustor, en los molinos en depresión,un distribuidor que divide la mezcla en dos y en cada uno de estos otro distribuidor que dividecada corriente en otras dos, obteniendo así cuatro corrientes iguales.

10. QUEMADORESHay varios factores que influyen en el grado en que llegue a completarse la reacción de

combustión, estos son la temperatura, las concentraciones de combustible y comburente, la formaen que se encuentre el combustible, la distribución de los elementos reaccionantes y el tiempodisponible para combustión. Todos estos factores influyen en el grado de contacto entre lasmoléculas de los reactivos.

La temperatura incrementa la velocidad molecular y como consecuencia, el contactoentre moléculas. La concentración de reactivos aumenta la probabilidad de contacto entremoléculas. Lo mismo se puede decir de la forma en que se encuentren los elementosreaccionantes y de como se distribuyan los mismos, cuanto más fino sea el carbón mayor serála superficie de contacto con el aire. En el extremo de la llama, cuando la reacción está a puntode concluir cobran aun mayor importancia la concentración y la distribución porque la diluciónde los reactivos, por los productos inertes de la combustión, hace que su concentración seaproxime a cero.

La preparación de los reactivos y el logro de una turbulencia suficientemente alta, son


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Figura 18: Quemador de carbón horizontal clásico

los factores más importantes de que dispone el diseñador de quemadores. La agitación queproduce la turbulencia aumenta las probabilidades de los encuentros moleculares entre elcombustible y el comburente.

La preparación de combustible es misión de los pulverizadores, vistos en párrafosanteriores. La temperatura necesaria para una buena combustión se logra por la radiación de lapropia llama sobre la mezcla de entrada, esta mezcla debe de tener una proporción de aire tal quesea la mínima necesaria para transportarlo e incluso, en algunos casos, se separa parte del aireantes de entrar en el quemador, con lo que se tiene una menor cantidad inicial a calentar; con laseparación de aire se logra también una menor velocidad de entrada y como consecuencia sedispone de mayor tiempo de calentamiento para que la ignición tenga lugar en el mismo

recorrido. La concentración de reactivos ideal se logra manteniendo el exceso de aire óptimovisto en el capítulo de combustión. Por lo tanto, queda como misión fundamental del quemadorconseguir la turbulencia necesaria para una buena combustión.

Se puede considerar que hay dos formas de conseguir esta turbulencia:Una de ellas consiste en dividir y distribuir el combustible y el aire e multitud de filetes

similares que salen del quemador según trayectorias prácticamente paralelas. De esta manera lainterferencia entre filetes será, al principio, nula y luego irá aumentando, debido a la interacciónlateral, logrando que la mezcla y turbulencia sea total ya cerca del final de la llama. Con estemétodo se logran llamas de varias capas. En los primeros momentos de la combustión se limitala probabilidad de encuentro entre combustible y comburente y por tanto también será menor lavelocidad de combustión y mayor el tiempo necesario para completarla; también será menor la


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Figura 19: dispositivo de entrada de aire secundario al quemador horizontal clásico

temperatura de la llama.La otra forma consiste en provocar la interacción entre el aire y el combustible desde el

momento de su entrada en la cámara de combustión, produciendo llamas de una sola capa. Eneste caso se produce la mezcla total del combustible y del aire desde el primer momento y lavelocidad de reacción resulta mayor y también la temperatura de la llama.

Los tipos de quemadores representativos de estas dos formas son, de la primera losquemadores tangenciales y los horizontales modernos de baja formación de óxidos de nitrógeno

y de la segunda los quemadores horizontales clásicos. Los quemadores verticales que se utilizanpara conseguir altas temperaturas del hogar propias para quemar carbones de altos rangos,participan de las dos formas.

10.1. QUEMADORES HORIZONTALESEn los quemadores horizontales clásicos, tal como se puede ver en la figura 18 el

combustible se mezcla con el aire de combustión individualmente a la salida de cada quemador.La mezcla de carbón y aire primario puede llegar al quemador tal como se indica en la figura otangencialmente a la tobera del quemador para que adquiera un fuerte movimiento de rotaciónen el propio tobo de inyección. El aire secundario, procedente de la caja de aire, se inyectarodeando al tubo de inyección de aire primario y carbón a través de un dispositivo de paletasregulables inclinables, que además de regular la cantidad de aire varía la rotación con la que seinyecta (figura 19). Los dos flujos acoplados producen un movimiento con fuerte turbulencia que


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Figura 20: Quemador horizontal con distintos dispositivos para regulación del caudal del caudal de aire y dela turbulencia

se prolonga dentro de la cámara de combustión una distancia igual a varias veces el diámetro dela tobera del quemador. La radiación de la propia llama suministra a la mezcla la energíanecesaria para alcanzar la temperatura de inicio de la combustión.

Estos quemadores van colocados en filas, situadas en varios niveles y pueden ir en lapared frontal solamente o en ésta y en la posterior. La disposición clásica de estos quemadoresse representa en la figura 17.

En este tipo de quemadores casi toda la combustión debe de tener lugar dentro de la zonadonde se mantiene la turbulencia que imprime el quemador, por ello la relación aire combustibledebe de mantenerse en los límites adecuados en cada quemador individualmente, tal como si se

tratara de una llama única, sin tener en cuenta los aportes del resto de quemadores. No essuficiente con que la relación aire-combustible se mantenga en el conjunto de la caldera. Laeficacia de la combustión disminuye rápidamente cuando las partículas combustibles abandonanesta zona y llegan a la de interacción entre llamas sin que se haya completado la combustión.

En los sistemas de combustión de este tipo se puede suponer que hay múltiples llamas,una por cada quemador.

Esta tecnología se ha mejorado haciendo que sean distintos los dispositivos de regulaciónde la cantidad de aire y los de la turbulencia del mismo. Un ejemplo se puede ver en la figura 20.La regulación independiente del caudal de aire y de la turbulencia da más flexibilidad alquemador siendo más fácil su adaptación a distintos tipos de combustibles y a distintas potencias.


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Figura 21: Quemador horizontal de carbón de baja formación de óxidos de nitrógeno

Un avance tecnológico más reciente es el diseño de quemadores de baja formación de


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Figura 22: Elemento de inyección de aire por encima del último nivel de quemadores

óxidos de nitrógeno. Par minimizar la formación de NOX, procedente del nitrógeno delcombustible, es necesario que los compuestos de nitrógeno alcancen la fase gaseosa (lo cual seproduce fundamentalmente durante el desprendimiento de volátiles) en una zona de la llama enla que se den condiciones reductoras. Manteniendo las condiciones reductoras, se produce unmáximo en el grado de transformación de los compuestos intermedios de nitrógeno en nitrógeno

molecular. Para lograr que durante el desprendimiento de volátiles la atmósfera sea reductora,el aire secundario no se introduce todo en el primer momento, si no que se hace llegar a la llamaen etapas sucesivas de manera que, hasta una zona próxima al final de la llama, no se termina laincorporación de todo el aire necesario para la combustión. Mediante la inyección en etapas delaire de combustión tal como se muestra en la figura 21, se logra este efecto al mismo tiempo quese alarga la llama, lo cual también da lugar a que la temperatura máxima que se alcanza en lamisma sea inferior a la de los quemadores anteriores, lo que hace que también disminuya laoxidación del nitrógeno atmosférico a NOX. Estos dos efectos logrados por este tipo dequemadores son los que les confieren la cualidad de ser de baja formación de óxidos denitrógeno.


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Figura 24: Direcciones de inyección de los quemadores tangenciales

El alargamiento y el aumento de la extensión de la llama hace que desaparezca elconcepto anterior de una llama por cada quemador y que la combustión se parezca más a unallama única para todo el hogar sobre todo en la parte final de las mismas que será por encima delos quemadores y más hacia el centro del hogar. Esta circunstancia hace posible introducir airesecundario por encima del último nivel de quemadores, que se incorporará a la llama en estazona, hasta la cual se podrán mantener condiciones reductoras, lo que refuerza aun más lascaracterísticas de baja formación de óxidos de nitrógeno. En la figura 22 se muestra eldispositivo de inyección de aire por encima del último nivel de quemadores.

10.2. QUEMADORES TANGENCIALESEste tipo de quemadores se disponen como se puede ver en las figuras 23, donde se

aprecia la disposición y la posibilidad de inclinarse hacia arriba y hacia abajo. En la figura 24se puede ver como inyectan en una dirección tangente a un círculo imaginario situado en elcentro del hogar. En la figura 25, se puede ver como se van deformando las líneas de corrientedebido a la dilatación de la masa en combustión. Con este tipo de quemadores se puede suponerque hay una sola llama en la cámara de combustión. El combustible y el aire son inyectados por


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Figura 25: deformación de las lineas de corriente en la formación de la llama de losquemadores tangenciales

el quemador sin imprimirles ningún movimiento que no sea el de avance y se proyectan dentrodel hogar desde cada una de las cuatro esquinas según la dirección de una línea tangente a unpequeño circulo horizontal situado en el centro del hogar. Cuando se encuentran las cuatrocorrientes se produce una mezcla intensiva y un movimiento ciclónico que se puede considerarel cuerpo de una llama única, que se extiende y llena gran parte del hogar. Cuando se proyectael carbón pulverizado y el aire secundario dentro del hogar, la mezcla y turbulencia que tienenlugar durante su trayecto, hasta interferir con las otras corrientes, son muy bajas comparadas conlas que tienen lugar en los quemadores horizontales. La zona turbulenta no es muy grande porqueel gas en expansión deforma las trayectorias y fuerza un recorrido más largo con flujo laminar,como se puede ver en la figura 25. Esto tiene gran importancia en la producción de óxidos de

nitrógeno, que se discutirá más tarde. Cuando las corrientes interfieren, ya en el centro del hogar,correspondiendo con las etapas intermedias de combustión, se crea un alto grado de turbulencia.

Los quemadores se sitúan en las esquinas del hogar existiendo varios niveles; los de lascuatro esquinas de un mismo nivel proceden del mismo molino. Cada quemador tiene uncompartimento para el aire secundario, al cual acede, desde la caja de aire, a través de uncortatiros, con el que se puede variar la proporción de aire de cada quemador y por tanto, elaporte a través de él al conjunto de todos ellos. Como en este tipo de quemadores la llama es


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Figura 26: Conjunto de una esquina de quemadores tangenciales


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Figura 27: Módulo de quemador tangencial correspondiente a un quemador de carbón

única para todo el hogar, no es necesario que cada quemador aporte la cantidad de aire paraquemar en condiciones óptimas su propio combustible. Al variar la proporción de aire de unquemador se varía también la velocidad de inyección y como consecuencia, la distancia delcomienzo de la llama a la boca del quemador.

En la figura 26 se representa la disposición de una esquina completa, donde se puedeapreciar que, intercalados entre los quemadores, suele haber otros niveles por los que solo seinyecta aire secundario, de esta manera la inyección de aire puede distribuirse entre distintosniveles con una gran flexibilidad en la forma de repartirlo a lo largo de la altura que ocupan.

Todos los quemadores y boquillas de inyección de aire, se pueden inclinar al unísonohacia arriba y hacia abajo (figura 23 y 27), con lo que se varía en el mismo sentido la posición

de la llama en el hogar y la efectividad de la absorción de calor por las paredes, lo cual es útilpara controlar la temperatura de los gases de salida del hogar y como consecuencia latemperatura del vapor sobrecalentado y recalentado. Cuando la llama está hacia arriba, lassuperficies de la zona inferior del hogar, son poco efectivas en la adsorción de calor, es como sila superficie total de trasmisión de calor disminuyera, se trasmite menos calor en el hogar, losgases salen más calientes, el calor trasmitido en los sobrecalentadores es mayor y aumenta latemperatura final del vapor sobrecalentado y recalentado. Cuando la llama está hacia abajoocurre lo contrario.


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Figura 28: Reducción de las emisiones de NOX en función de la inyección de airesobrefuegos

La reducción de la formación de óxidos de nitrógeno, se puede lograr en los quemadorestangenciales mediante dos formas de actuación. Una de ellas es de diseño y consiste en que porencima del último nivel de quemadores de carbón, se añaden otros niveles que no llevanquemadores y que solamente inyectan aire secundario (aire sobrefuegos, figura 26). En estosniveles se puede inyectar una cantidad de aire secundario del orden del 20 % del total. Este airealcanza la columna de llama en su extremo final y por tanto se cumple la condición impuesta enel párrafo anterior. En la figura 28 se puede ver, para un caso particular, la reducción que se

produce en la emisión de NOX en función del tanto por ciento de apertura de los cortatiros de losniveles de aire sobrefuegos. Otra posibilidad de actuación está en la forma de operación yconsiste en reducir la velocidad de entrada del aire secundario en el hogar, con lo cual sedisminuye la velocidad de avance del aire combustible y se retrasa la formación completa de lallama, lo que aumenta el tiempo para que el desprendimiento de volátiles tenga lugar encondiciones reductoras, antes de que comience a ser importante la incorporación del airesecundario. Este retraso de la combustión también hace un efecto de disminución de latemperatura de la llama y como consecuencia la oxidación del nitrógeno atmosférico será menor.

10.3. QUEMADORES VERTICALESEste tipo de quemadores se utilizan en la actualidad para carbones de difícil ignición,

como los encuadrados dentro de los grupos de bituminosos de bajos volátiles y las antracitas. Ladisposición de estos quemadores en la caldera se puede ver en la figura 29. Van dispuestos sobreuna bóveda e inyectan la mezcla de carbón y de aire primario en dirección vertical hacia abajo,


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Figura 29: Disposición de los quemadores verticales


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Figura 30: Esquema de la disposición de los ciclones y de las entradas de aire de la bóveda en losquemadores verticales

lo que obliga a la llama a hacer un recorrido descendente y luego ascendente. Así se consiguenllamas de mayor longitud y se dispone de un mayor tiempo de combustión, de acuerdo con el quenecesitan los carbones para los que se utiliza. Suele haber una fila de quemadores en cada

bóveda, aunque en generadores de vapor de muy alta capacidad se pueden instalar dos filas porbóveda Constan de un equipo más complejo que los vistos anteriormente, tanto en losquemadores horizontales como en los tangenciales.

Tal como se muestra en la figura 30, un conducto de aire-carbón de los que llegan a lazona de quemadores alimenta a dos ciclones, en los que entra tangencialmente y adquiere unmovimiento de rotación intenso. Dentro de cada ciclón, esta rotación hace que las partículas de


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carbón, de mayor densidad que el aire, se vayan hacia la periferia, de tal manera que a la bocadel tubo de desaireo del ciclón llega prácticamente aire y pocas partículas de carbón de las másfinas. Por lo tanto, por el desaireo sale prácticamente aire. La mezcla de aire primario y carbónque se inyecta en el hogar desde la parte baja del ciclón, tiene menos aire que el necesario parael transporte del carbón, con esto la velocidad de inyección será más baja y la masa inyectadaserá más pequeña, lo que facilita que se alcancen mayoras temperaturas, las adecuadas para quese provoque la ignición de la mezcla. La velocidad de inyección será menor cuanto mayor seala cantidad de aire separada. El aire secundario se inyecta rodeando a la mezcla de aire primarioy carbón. Además de la mezcla de aire primario y carbón y del secundario, en la bóveda máshacia el interior se inyecta un chorro de aire procedente de la caja de aire secundario. Este chorrotiene la misión de evitar cortocircuitos entre las trayectorias descendentes y ascendentes de lallama, evitando que la misma se acorte. En el punto de inyección del aire de chorro se inyectael desaireo del ciclón. Una parte del aire total de combustión no se incorpora a la llama hasta unavez avanzada ésta dentro del hogar (aire terciario). Este aire terciario entra perpendicularmentea la trayectoria de la llama, desde cajas de aire situadas en las paredes verticales inferiores a losquemadores. Esta inyección de aire provoca un cierto grado de turbulencia. En la zona de lasbóvedas y parte de la pared vertical inferior, los tubos vaporizadores están recubiertos de unacapa de refractario, que impide que en esta zona se refrigere el hogar, con lo que las temperaturasque se pueden alcanzar son suficientemente altas para que se pueda producir la ignición de laantracita. Como ya se ya dicho, este tipo de quemadores produce unas llamas de gran longitud,primero descendentes y luego ascendentes con la salida de gases calientes por la parte centralsuperior cerca de la zona de ignición. La gran longitud de la llama ofrece tiempos de residenciasuficientemente altos para que se complete la combustión de las partículas más gruesas. Lautilización de este tipo de quemadores, se está reduciendo en Estados Unidos, a medida queaumenta el tamaño de las calderas y que las restricciones medioambientales, con relación a losóxidos de nitrógeno, se hacen más severas. Sin embargo siguen siendo muy utilizados en otrospaíses para quemar carbones bajos en volátiles.

11. COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOSLos combustibles líquidos utilizados en las centrales térmicas españolas son básicamente

el gas-oil y el fuel-oil. El gas-oil se utiliza fundamentalmente como combustible de ignición yde calentamiento y en alguna central pequeña, como combustible de potencia. El fuel-oil seutiliza como combustible de potencia y también como combustible de calentamiento durante losarranques en las centrales de carbón pulverizado, en las cuales se comienza a quemar despuésde haber alcanzado un cierto grado de calentamiento con gas-oil o con gas natural y como pasaprevio a la combustión del carbón.

Los componentes principales del circuito de combustibles líquidos son los depósitos dealmacenamiento, las bombas, los calentadores, las válvulas y los quemadores. Además disponende amortiguadores, caudalímetros y varios elementos de instrumentación. En la figuras 31 serepresenta un esquema con los elementos fundamentales de un circuito de gas-oil y en la figura32 un esquema con los elementos fundamentales de un circuito de fuel-oil.

11.1. DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTOEn las centrales térmicas se suele disponer de los típicos tanques de almacenamiento de

fuel-oil, cilíndricos, de chapa, con capacidades de algunos miles de toneladas. También se sueledisponer de un tanque de almacenamiento, situado en las proximidades de la caldera, de una


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Figura 31: Esquema de un circuito de gas-oil representando los elementos básicos

capacidad del orden de algunos cientos de toneladas, del que se alimenta el circuito que lleva elfuel-oil a los quemadores, llamado tanque diario porque diariamente se suele reponer la cantidadfuel-oil consumida. Todos los tanques de almacenamiento de fuel-oil disponen de algún sistemade calentamiento para mantenerlo a una temperatura tal que su viscosidad se adecuada para quesea posible el bombeo. Todos los tanques de almacenamiento deben llevar algún sistema deprotección contra incendios.

La capacidad de almacenamiento de gas-oil en las centrales térmicas suele ser muchomenor que la de fuel-oil, ya que solo se utiliza de forma importante en los arranques (unos 25000litros para un arranque en frío de una central de carbón) y de en cantidades pequeñas siempreque, durante el funcionamiento normal, sea necesario encender los ignitores. Por lo tanto lacapacidad total de almacenamiento no suele alcanzar los 100000 litros y suele constar de uno omás tanques que pueden ser subterráneos o no. Con el gas-oil no se necesita calentamiento, ya

que a la temperatura ambiente tiene una viscosidad adecuada para su manipulación,pulverización e ignición.

11.2. BOMBASSe dispone de bombas de trasiego necesarias para bombear el fuel-oil y el ga-oil de unos

depósitos a otros y de bombas de impulsión, cuya misión fundamental es impulsar el combustiblelíquido hasta los quemadores de tal manera que llegue a ellos con la presión adecuada para quela atomización que debe de producir el quemador sea muy buena, ya que es indispensable parauna buena combustión. Las bombas que manipulan los combustibles líquidos en una centraltérmica son volumétricas de tornillo o de engranajes. Este tipo de bombas es muy fiable ynecesita un mantenimiento moderado. Su característica presión/caudal tiene una pendientenegativa muy pronunciada que se aproxima a la vertical. Por lo tanto para evitar subidas bruscasy muy grandes de la presión, cuando disminuye el caudal, se instalan válvulas de alivio en ladescarga de las bombas, que evitan que la presión sobrepase un valor límite superior. De todos


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Figura 32: Esquema de un circuito de fuel-oil representando los componentes básicos

modos, en condiciones de régimen, la presión se mantiene mediante válvulas automáticas derecirculación que evitan que las válvulas de alivio funcionen de forma continua. La necesidadde una respuesta más rápida que la que pueden dar las válvulas a las variaciones de presión, seconsigue instalando “amortiguadores” que son botellas que en su interior disponen de unamembrana flexible que divide el recipiente en dos partes, una rellena con un gas inerte a presióny la otra conectada al circuito y por lo tanto rellena con combustible. La compresibilidad del gasinerte asegura una respuesta, a las variaciones de presión relativamente suave, dando tiempo ala actuación de las válvulas de control.

11.3. CALENTADORESEl fuel-oil a la temperatura ambiente tiene una viscosidad que hace imposible su

manipulación por las bombas. Para alcanzar una viscosidad tal que la atomización en losquemadores sea óptima, es necesario calentarlo a temperaturas superiores a 100 ºC. Paracalentarlo se utilizan calentadores tipo tubular en los que por el interior de los tubos circula el

fuel-oil y por el exterior vapor de calentamiento, obtenido del sistema de vapor auxiliar de launidad. La temperatura se controla con una válvula automática situada a la entrada del vapor. Elvapor cede calor al fuel-oil y se condensa, por lo que los calentadores deben de disponer de unsistema de drenaje de condensado. Este condensado no se suele devolver al circuito agua-vaporya que comporta riesgo de contaminación del mismo si se produce una rotura de tubos de loscalentadores.

Insistiremos una vez más en que el circuito de gas-oil no necesita calentamiento debidoa que su viscosidad a la temperatura ambiente es la adecuada para su manipulación, incluso paraque se pueda obtener una buena atomización en los quemadores.


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Figura 33: Atomizador de plato y orificio central

11.4. QUEMADORESLos quemadores de combustibles líquidos que se instalan como apoyo en las calderas de

carbón pulverizado de fuegos horizontales, de fuegos tangenciales y de fuegos verticales, sealternan con los quemadores de carbón, se sitúan en la proximidad de estos o como en el casode varios quemadores horizontales vistos anteriormente, se instalan atravesando la parte centraldel quemador de carbón. Cuando se trata de calderas que solamente utilizan combustibleslíquidos, las direcciones de inyección del combustible y las formas de aportación de airesecundario y terciario, cuando exista, son exactamente las mismas que las utilizadas en losquemadores de combustibles sólidos vistos en apartados anteriores

Los quemadores de combustibles líquidos, además de producir la buena mezcla del airey el carbón, propia de todos los tipos de quemadores, tienen que producir una buena atomización

del combustible para obtener una gran superficie de contacto entre combustible y comburente.Todo ello es necesario para que la combustión se complete dentro del hogar y no se arrastren alexterior esferas carbonosas con fuel-oil en su interior, a que pueden dar lugar las gotas grandes.Cuando la caldera está fría, una mala atomización da lugar a que se produzcan vapores dehidrocarburos ligeros, de bajo punto de inflamación (. 150 ºC), que se condensan en loscalentadores de aire, en los que pueden originar incendios de graves consecuencias.

Los quemadores para combustibles líquidos que se utilizan suelen ser de atomizaciónmecánica o de atomización con fluido auxiliar.

La atomización mecánica se obtiene por la formación a la salida del quemador de unapelícula en forma de lámina cónica con el líquido en rapidísimo movimiento, que, debido a lainteracción con el aire, se fragmenta en gotas que, la efectividad de las condiciones operativas,debe de conseguir que sean lo más pequeñas posibles. La viscosidad del combustible juega un


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Figura 34: Pulverizador centrífugo de hélice central

Figura 35: Pulverizador de cámara de turbulencia, con detalle de la disposición del diafragma

papel muy importante desde el punto de vista de esta efectividad. La viscosidad necesaria seobtiene, en el fuel-oil, elevando su temperatura, mientras que la del gas-oil es adecuada a latemperatura ambiente.

Como parte descriptiva de los quemadores de combustibles sólidos solo merece la penaver la forma de funcionamiento de la atomización ya que el resto del quemador sería

aproximadamente una repetición de los visto en los quemadores de combustibles sólidos.

La atomización mecánica requiere presiones del combustible líquido de unos 20 bar.Dentro de los quemadores de atomización mecánica se verán los siguientes:

De plato con orificio central: El mecanismo de atomización se puede ver en la figura 33

el combustible converge hacia el centro y de aquí, a través del borde vivo del orificio, seensancha sobre el cono del mismo produciendo una lámina que se divide en gotas finas alinteraccionar con el aire.

Centrífugo de hélice central: El mecanismo de atomización se puede ver en la figura 34.La hélice central contribuye a dar un fuerte movimiento de rotación al combustible, lo que


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Figura 36: Esquema de un atomizador con vapor

provoca una fuerza centrífuga elevada que refuerza el efecto del caso anterior, y comoconsecuencia se forma una capa más fina adosada a la superficie del orificio, que sale al exterioren forma de lámina que se atomiza al interferir con el aire.

De cámara de turbulencia: El mecanismo de atomización se puede ver en la figura 35.El combustible entra en el cuerpo del quemador por el conducto A y se deriva por los conductosB, a la salida de estos entra en la pieza C por los canales H, que llegan, tangencialmente, alcompartimento circular F, donde se provoca un fuerte movimiento de rotación que produce elmismo efecto que en el tipo anterior.

Entre los quemadores de atomización con fluido auxiliar distinguiremos los siguientestipos:

De atomización con vapor: Con este sistema, la atomización se logra por la interaccióndel vapor inyectado sobre el combustible líquido. En la figura 36 se representa la boquilla de unquemador de este tipo. La atomización se obtiene en las cámaras A, al incidir el vaportransversalmente a la corriente de combustible. La presión del fuel-oil es del orden de ocho baresy la del vapor suele superar a ésta en un valor comprendido entre uno y medio y dos bares. Esnecesario que el vapor sea ligeramente sobrecalentado o como mínimo, saturado seco, ya quecuando tiene un grado de humedad alto, se reduce fuertemente su poder de atomización.

Los quemadores de atomización con aire se basa en los mismos principios que laatomización por vapor. El consumo de aire oscila entre el veinticinco y el cincuenta por ciento,en peso, de la cantidad de combustible que se atomiza. Este consumo es alto cuando se utilizanpresiones de aire bajas y bajo cuando se utilizan presiones de aire altas. La atomización con airees una buena solución para quemadores de baja capacidad, como los ignitores, y también paralos casos en que se necesite variar la forma de la llama. El inconveniente de la atomización conaire es el elevado coste de explotación y de mantenimiento del sistema de compresoresnecesarios para suministrar el aire. La atomización con aire es la única posible en la primera fasede calentamiento de la caldera cuando la caldera todavía no puede proporcionar un suministro


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Figura 37: Esquema de un quemador de gas natural

de vapor adecuado.Hay otros tipos de atomización que combinan los dos vistos anteriormente. Después de

haberse formado la típica lámina de una atomización mecánica, se hace incidir sobre ella aire ovapor. En este caso el fluido atomizador necesita una presión más baja que en los casos deatomización con fluido auxiliar.

12. COMPONENTES DEL CIRCUITO DE COMBUSTIBLES GASEOSOSEl gas más empleado en las centrales térmicas es el gas natural. El gas de horno alto, el

gas de horno de coque, el gas de refinería y el propano (éste solo en encendido) también sonempleados, los dos primeros donde en las proximidades de la Central hay una factoríasiderúrgica, como ocurre en la Central Térmica de Aboño .

Dentro del circuito de combustibles hay una etapa de preparación que comprende lareducción de presión, en el caso de gas natural; y la medida del caudal de gas. Debe de haber unun sistemas de seguridad que en caso de circunstancias de riesgo corte el suministro de gas.También debe estar dispuesto el sistema de aislamiento y de inertización de la instalación parcialo totalmente, para cuando sea necesario realizar trabajos de mantenimiento. Los elementosfinales de la instalación son los quemadores. Normalmente la instalación de gas es de suministrodirecto sin que haya ningún sistema de almacenamiento


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Figura 38: Quemador de gas natural con separación de la regulación del caudal de aire y de la rotación y conincorporación de aire central

12.1. SISTEMA DE CANALIZACIÓNLas instalaciones que queman gas natural tienen dos etapas de reducción de presión:

- La primera etapa raramente se encuentra en la propia central. En ella se produce unacaída de presión desde la de transporte hasta unos cinco bares. En la instalación de primerareducción de presión se suele realizar además:

- Una eliminación de humedad.- Un filtrado.- Un calentamiento.El calentamiento es necesario porque, si la caída de temperatura que produce la expansión

es muy grande, se forman cristales de hidratos de metano que pueden obstruir las tuberías ytambién se forman estratos de escarcha en el exterior de los expansionadores y de los aparatosde medida que pueden dificultar su funcionamiento.

- La segunda etapa de reducción de presión, sí se suele encontrar en la central y respondea un tipo de instalación en la que se encuentran:

- Las válvulas reductoras de presión.

- Las válvulas de corte de seguridad.- Las válvulas de alivio.- Los instrumentos de medida.


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Figura 39: Quemador de gas natural de baja formación de óxidos de nitrógeno

De esta segunda reducción de presión parte un colector del que se derivan las tuberías quesuministran el gas a cada quemador.

Las instalaciones que queman gas de horno alto suelen estar próximas a las instalacionesde producción, el sistema de transporte suele ser siempre un gasoducto de gran diámetro y debaja presión. Suele existir un gasómetro que cumple la misión de regular la presión y minimizarlas fluctuaciones de caudal debidas a la explotación de los hornos altos, pero que tiene poca oninguna utilidad como almacenamiento. Se necesita un filtrado y no es necesaria ningunaexpansión. La distribución desde el gasómetro hasta los quemadores consta de:

- Un colector de alimentación de unos dos metros de diámetro.- Un sistema de calentamiento de gas. Aunque este gas no sufre expansión que justifiqueun calentamiento, éste se realiza porque con ello se mejora la combustión.- Un colector de gas caliente.

- Un colector de alimentación a quemadores.- Las derivaciones a cada uno de los quemadores.

Una particularidad del gas de horno alto es su gran contenido en óxido de carbono que,incluso en pequeñas cantidades, puede producir graves trastornos en los seres vivos y a partir deuna concentración de 5 por 1000, la muerte en el hombre. Por tanto es preciso una especialatención a la estanqueidad de la instalación y un control de la ausencia de óxido de carbono en


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Figura 40: Esquema de un quemador de gas de horno alto

toda la central.Las instalaciones que queman gas de horno de coque también suelen estar próximas a las

instalaciones de producción, el transporte se realiza por gasoductos de baja presión y el gas esnecesario someterlo a algún tipo de filtrado y limpieza para eliminar los líquidos condensados

y sólidos que contienen. También es necesario instalar un gasómetro que permita la regulaciónde la presión y las fluctuaciones de caudal producidas por la explotación de los hornos de coque.Como se reciben a baja presión, no es necesario ni la expansión ni el calentamiento.

El gas de refinería tiene una composición muy variable y se suele quemar en instalacionespróximas al lugar de producción. El transporte se realiza por gasoductos y como particularidadprincipal de estas instalaciones se pueden considerar, una vez más, el filtrado, el almacenamientoen gasómetro y una expansión.

La principal utilización del propano como combustible en centrales térmicas es comocombustible de encendido en los ignitores de los quemadores principales. Se suele transportarlicuado en cisternas a siete bar. Los depósitos de almacenamiento son depósitos cilíndricoshorizontales, de acero, situados a la intemperie. Para su utilización es necesario una expansióny si el caudal es muy grande, también es necesario un calentamiento para evitar la congelacióndel depósito y conseguir la velocidad de vaporización necesaria.

En las instalaciones de preparación de los combustibles gaseosos son necesarios una seriede dispositivos como válvulas de regulación de presión, válvulas de regulación de caudal,


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Figura 41: Quemador de gas de batería de coque como apoyo a la combustión de carbón, inyectadorodeando a la vena de éste

caudalímetros, válvulas de corte de seguridad, válvulas de aislamiento, válvulas de alivio,desaireos, etc, que den a la instalación la seguridad necesaria en una instalación de manipulaciónde gases inflamables.

12.2. QUEMADORES PARA GAS NATURALLos quemadores para combustibles gaseosos suelen tener disposiciones horizontales como

los mostrados en los combustibles sólidos. La misión de los quemadores de gas natural es

conseguir la mezcla de aire y combustible lo mas perfecta posible, incorporando el airesecundario de la forma mas conveniente posible. En al figura 37 se muestra un quemador conincorporación e aire secundario a través de persianas regulables que al mismo tiempo que regulanla cantidad de aire, modifican el grado de rotación que se les imprime de la misma manera quelos que los quemadores clásicos de carbón. El gas natural se alimenta al quemador a través de unconducto concéntrico que rodea la parte exterior del quemador, desde donde se alimentan seisu ocho inyectores de gas extraibles, que atraviesan la caja de aire y penetran hasta la boca delquemador donde terminan dispuestos en una circunferencia concéntrica con el quemador.

En la figura 38 se muestra un quemador que representa una evolución sobre el anteriorconsistente, por una parte, en separar la regulación de la cantidad de aire de la regulación de larotación con lo que se consigue una mejor adaptación a la carga. Por otra parte se incorpora airecentral, con lo que se mejora la velocidad con la que se consigue la mezcla y se reduce el tiempode combustión. El suministro de gas es igual que en el quemador anterior.


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Figura 42: Quemador de gas de batería de coque, como apoyo a la combustión de carbón, inyectado medianteantorcha diagonal a la vena de carbón

La última evolución de los quemadores de gas natural es la representada en la figura 39,con la que se consigue una reducción en la formación de óxidos de nitrógeno. En ellos seincorpora el mismo principio que se utilizaba en los quemadores de bajo formación de óxidos denitrógeno utilizados en la combustión del carbón, es decir, la aportación de aire en etapas. Seincorpora el aire en dos niveles concéntricos, el aire interior y el aire exterior y se suprime el aire

central utilizado en los quemadores anteriores. La aportación de aire exterior lleva primero unaspaletas fijas para provocar la rotación del aire y a continuación lleva un conjunto de paletasregulables. El suministro de gas es igual que en los quemadores anteriores.

12.3. QUEMADORES PARA GAS DE HORNO ALTOEste gas dio grandes problemas ya que, si no está bien mezclado con el aire, provoca

combustiones secundarias que hacían poco eficaz la combustión y aumentaban las pérdidas. Unode los principales factores que han contribuido al éxito de la combustión del gas de horno alto,ha sido el uso del precalentado del mismo, que actúa como acelerador de la inflamación. El pocopoder calorífico de este gas acentúa la necesidad de una mezcla rápida con el aire de combustión.Los quemadores más utilizados son los de turbulencia, mostrados en la figura 40 en los que sealimentan con aire externo y aire interno y se imprime turbulencia al gas, haciendo su llegada alquemador tangente al tubo de inyección, y también se imprime turbulencia, mediante cortatirosde inclinación variable al aire externo y al aire interno.


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12.4. QUEMADORES PARA GAS DE BATERÍA DE COQUE Y DE REFINERÍAEn los casos de quemar gases de este tipo en grandes cantidades o sin otro combustible,

se utilizarían quemadores de los tipos utilizados para el gas natural, con los ajustes de tamañosegún el poder calorífico del gas. De todos modos estos gases, al tratarse de subproductosdisponibles en algunos tipos de factoría, puede ser conveniente quemarlos en una central que estésituada en las proximidades. En tal caso y si la central es de carbón se pueden adoptar algunadisposición de las representadas en las figuras 41 y 42, en la primera de ellas el gas se inyecta enun quemador de carbón rodeando a la vena de carbón, con lo que, además de quemar cumple laimportante misión de servir de apoyo a su combustión. En la figura 42, se muestra otradisposición, más barata que la anterior porque no requiere modificaciones importantes en elquemador original, pero que también cumple la misión de apoyar a la combustión del carbón,inyectando el gas en la vena de carbón en dirección diagonal a la misma.

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