Segundo Fernández Aguilera |
Ingeniero Industrial. Director Central Térmica Litoral Almería |
La Central Térmica Litoral de Almería, con la incorporación del Grupo 2, introduce nuevas tecnologías que permiten una importante reducción del impacto ambiental, estando sus emisiones por debajo de lo que permite la Normativa Comunitaria y la autorización permitida según el BOE 641/91 para el Grupo 2.
Las nuevas tecnologías que se han aplicado permiten:
1) Reducción de emisiones de SO2 (anhidrido sulfuroso ):
Solución adoptada: Desulfuración de gases vía húmeda con agua de mar y con carbonato cálcico (caliza) diluido.
2) Reducción de emisiones de NOx (oxidos de nitrogeno):
Solución adoptada: Quemadores de bajo NOx complementado con molinos de alta capacidad y clasificadores rotativos.
3) Reducción de Vertidos (Sólidos en suspensión) y residuos.
Solución adoptada: Cenicero seco, con reducción de inquemados y aprovechamiento de residuos.
4) Mejora eficiencia: Menor consumo de carbón por kWh producido.
Solución adoptado: Rotor AP-PI de con nuevo diseño de toberas.
1) REDUCCIÓN DE EMISIONES DE SO2
SISTEMA DE DESULFURACIÓN EN LA C. TÉRMICA LITORAL ALMERÍA.
1.1 ANTECEDENTES
En el Grupo 2 de 550 MW de la CTLA se ha instalado una planta de desulfuración para adaptarse a la nueva normativa de la CEE para nuevas plantas de producción de energía eléctrica. Esta nueva normativa limita la emisión a los valores siguientes:
AHORA ANTES
SO2 800 mgr/m3 N 5.500
NOx 650 mgr/m3 N --
Partículas 50 mgr/m3 N 250
Para el caso del SO2 se ha aplicado la tecnología de desulfuración vía húmeda con agua del mar, y utilizando como adsorbente caliza.
Para el caso de partículas se instalaran precipitadores electrostáticos de alta eficacia 99'89 y gran superficie colectora.
La planta de desulfuración proyectada para la C.T. Litoral de Almería, está basada en el proceso Bischoff que utiliza caliza (Ca CO3) como absorbente y se inyecta en el absorbedor en forma de lechada (slurry). Mezcla de caliza con agua de mar.
El diseño de la planta se ha realizado con la más alta tecnología existente en el mercado, no solo como proceso sino en el conjunto de equipos, materiales y sistema de control.
Antes del proyecto del nuevo grupo, en el Grupo 1 de la CTLA, se experimentaron otros procesos de desulfuración con el fin de comprobar y analizar el grado de desulfuración y el coste que ello conlleva.
Así se estuvo experimentando con un proyecto de desulfuración de gases por inyección de caliza en el hogar, también se utilizó hidróxido cálcico. De los resultados y pruebas realizadas se comprobó que el grado máximo de desulfuración fue entre un 20 y 25 %; como la normativa de emisiones de SO2 era de 800 mg/m3 N, quedándose en el entorno de ese valor pero con buen criterio se decidió tener un margen mayor de desulfuración que nos permitieron utilizar una gama más amplía de carbones.
Por ese motivo se decidió por un proceso vía húmeda con agua de mar.
1.2. CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO BISCHOFF: ABSORBEDOR.
En este sistema se produce la oxidación del Sulfito Cálcico a Sulfato Cálcico directamente en el circuito de lavado. Esto proporciona las siguientes ventajas:
* Menor espacio ocupado puesto que las zonas de absorción, oxidación, neutralización, así como la separadora de gotas se encuentra en un mismo equipo, sin tener que adicionarle elemento de separación entre gas y líquido.
* Eliminación de incrustación dado que la suspensión de lavado contiene casi exclusivamente cristales de yeso, sobre los que crece espontáneamente nueva formación de yeso.
* Consumo mínimo de aire de oxidación, dado que el bisulfito cálcico formado parcialmente en la zona de absorción durante la reacción química, se oxida inmediatamente en solución.
* Cristales de yeso de gran tamaño y bien formados. Este yeso se caracteriza por sus cualidades extraordinarias de deshidratación.
* Óptimo aprovechamiento del aditivo.
* No hay necesidad de añadir productos químicos como la sosa cáustica, ácido sulfúrico, sulfato de magnesio, ácido fórmico o sustancias similares.
* Cantidades mínimas de aditivos sin reaccionar en el yeso, dado que la extracción de yeso desde la zona de oxidación se realiza por separado de la alimentación del aditivo que tiene lugar en el foso de la parte inferior del lavador.
1.3. EL LAVADOR DE GASES.
Consta de las siguientes partes:
* Zona de absorción: en la parte media superior consta de varias zonas de pulverizaciones, en las cuales mediante toberas, se pulveriza la suspensión de lavado (slurry) en contracorriente con los gases de la combustión.
* Zona de separador de niebla: en esta zona existe un separador de gotas para eliminar parte del agua que transporta los gases.
* Zona de oxidación: situado en la parte inferior del lavador, en la cual se inyecta aire para producir la oxidación pasando el sulfito cálcico a sulfato cálcico, yeso, existiendo una separación total entre la zona de oxidación y de neutralización por lo que está separado la extracción de yeso de la aditivación de caliza.
* Zona de cristalización: el yeso formado en grandes cristales se va generando en esta zona del lavado pasando de yeso (beta) a yeso (alfa), éste último tipo de yeso presenta un valor de resistencia mayor al doble de los obtenidos tradicionalmente.
1.4. RECALENTAMIENTO DEL GAS
Después de lavar los gases, éstos se enfrían hasta unos 60 ºC, a esta temperatura su densidad aumenta y es necesario aumentar la temperatura para poder evacuarlo por la chimenea. El recalentamiento de estos gases antes de la entrada en la chimenea se realiza con cambiadores de calor regenerativos REGAVO.
1.5. DESHIDRATACIÓN DE YESO.
El equipo que se ha instalado es un filtro de banda de vacío.
1.6. TRATAMIENTO DEL YESO
El yeso producido mediante el proceso de Bischoff, después de lavado y deshidratado es perfectamente apto para su utilización en la fabricación de placas y paneles de celulosa-yeso, así como en la industria cementera.
2.- DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.
2.1. CIRCUITO DE GASES.
En este caso el Ventilador de Tiro Inducido (VTI) de caldera, tiene también la función de ventilador de gases calientes para vencer la presión necesaria para la planta de desulfuración de gases.
Los gases salidos del precalentador aire-gas a unos 130 ºC se aspiran a través del precipitador electrostático y se impulsa a través del absorbedor de gases.
En el absorbedor de gases en contracorriente se desulfuran los gases y se enfrían a la temperatura de saturación. En la parte superior del absorbedor se separan las gotas de líquido arrastrados, mediante separadores de láminas, hasta un contenido restante de gotas de 75 mgr/Nm3.
A través de un conducto by-pass el gas de combustión puede también ser conducido directamente a la chimenea.
En funcionamiento normal se conduce gas bruto a través del by-pass para recalentar los gases, que en el absorbedor se enfrían hasta la temperatura de saturación. Funcionando la caldera con el carbón de diseño se conduce un 50 % del caudal de gases a través del by-pass y se mezcla con el gas depurado antes de entrar a la chimenea (tª mezcla _ 88 ºC) por lo que no sería necesaria un posterior calentamiento del gas. Si el carbón utilizado para la combustión en la cadera fuera el de peor calidad se conduce un 35 % del caudal de gases a través del by-pass a fin de aumentar la temperatura llegándose a unos 80 ºC.
2.2. TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUALES
Teniendo en cuenta que los cloruros contenidos en el gas de combustión son también lavados del flujo de gases y considerando además que el agua de lavado se concentra por evaporación, es preciso purgar un determinado caudal de agua de lavado como agua residual.
Se considera agua residual:
a) Al filtrado que se produce en la deshidratación de yeso.
b) El rebose de la instalación de hidrociclones.
El filtrado se caracteriza por una reacción ácida, es decir, por valores de PH entre 4 y 5, así como por la presencia de impurezas como cloruro cálcico, sulfato cálcico e iones metálicos.
Por ello, la FGD dispone a su vez de una planta de tratamiento de agua residuales.
En la planta de tratamiento se realizan los procesos siguientes:
* Neutralización y precipitación de metales pesados.
* Floculación y decantación.
* Deshidratación de lodos.
* Filtros de arena.
* Eliminación de cloruros de las aguas residuales.
* Eliminación de sulfatos en el agua.
Después de todo el proceso el agua queda perfectamente apta para realizar su vertido al mar. El subproducto de la desulfuración, el yeso una vez lavado para eliminar los cloruros debido al uso del agua de mar, podrá ser comercializado.
GASES SALIDA PRECALENTADOR (GAS BRUTO)
CAUDAL GAS 2.557.000 kg/m
EXCESO AIRE 28,5 %
Tª DEL GAS 124 º C
CAUDAL EFECTIVO 800 m3/seg.
CAUDAL GAS 1.925.700 Nm3/h.h
PRESIÓN SALIDA - 27,8 mbar
CANTIDAD CENIZA 27.297 kg/h
CONCENTRACIÓN
POLVO EN GAS 13,8 g/Nm3
COMPOSICIÓN DEL GAS BRUTO ENTRADA
ANÁLISIS DEL GAS:
O2 4,7 %
H2O 53,59 g/Nm3
SO2 1.343 g/Nm3
NOx 500 g/Nm3
HCL < 0,1 g/Nm3
HF < 0,1 g/Nm3
Polvo 50 g/Nm3
GASES SALIDA DEL DESULFURADOR
CONTENIDO GOTAS 75 g/Nm3
POLVO 40 g/Nm3
SOx <= 700 g/Nm3
EFICACIA DESULFURACIÓN
EN EL ABSORBEDOR 85,26 g/Nm3
Tª GASES >= 85 º C
CAUDAL GAS 1.983.171 º C
CARACTERÍSTICAS DE LA CALIZA
Ca CO3 >= 90 % en peso
Mg CO3 <=4 % en peso
Inerte <=1,5 % en peso
Granulometría Grava 10 nn
2) REDUCCIÓN DE EMISIONES NOx.
QUEMADORES DE BAJO NOx(NO, NO2)
La normativa aplicable para el Grupo 2 en lo que se refiere a las emisiones de NOx, se fija según el BOE 646/91, en base a la nueva normativa comunitaria y se establece en 650 mgr/m3N.
Para conseguir ese límite de emisión es necesario incorporar en el nuevo Grupo 2 unos quemadores de bajo NOx. La producción del NOx en la combustión se produce al reaccionar a alta temperatura (> 1400 º C) el O2 y el N2 del aire; por tanto para reducir estas emisiones es necesario controlar la temperatura de la combustión, y además, la combustión es conveniente realizarla en dos etapas, produciendo una combustión en condiciones subestequiométrica. Para controlar la temperatura el conjunto de los quemadores dispone de un sistema de inclinación de ± 30 º lo que permite desplazar la bola de fuego hacia arriba o hacia abajo; además en la parte superior del conjunto de quemadores lleva una entrada de aire auxiliar (over fire aire) que permite enfriar la zona de combustión y además; sobre la caja de quemadores lleva un conjunto de boquilla de aire sobre fuego que a su vez y de forma independiente permite desplazar su posición a derecha e izquierda pudiendo desplazar la bola de fuego (SOFA). Alrededor de los quemadores se dispone de una entrada de aire secundario para la combustión, es posible modificar la apertura de estos dampers permitiendo una entrada mayor o menor de aire (CCOFA). Superando el tiempo de residencia por debajo de las condiciones necesarias de estoquiometría, se consigue una importante reducción de NOx, posteriormente con una inyección mayor de aire se produce una post combustión rica en O2. El efecto de introducir aire frío para controlar la producción de NOx, puede producir inquemados y por consiguiente una reducción del rendimiento de la caldera. Para compensar esta situación, se utilizan molinos de gran capacidad, que junto con unos clasificadores rotativos permiten una mayor finura en la molienda del carbón, esta mayor finura permite que al tener más superficie de contacto con el comburente la reacción de combustión se favorezca, permitiendo por otra parte quemar mejor cada partícula de carbón.
3) REDUCCIÓN DE VERTIDOS. CENICERO SECO.
Una de las grandes innovaciones tecnológicas en el Grupo 2 es la instalación de cenicero seco para la extracción de escorias procedentes de la combustión del carbón.
El cenicero está compuesto por:
* Una tolva de salida de hogar, de acero revestido interiormente de cemento aislante, recubierto de refractario.
* Una parrilla de placas de acero inoxidable apoyadas sobre una malla del mismo material y arrastrada por cadenas laterales que engranan sobre ruedas dentadas.
* Una compuerta de accionamiento hidráulico, de aislamiento del cenicero.
La escoria cae sobre la parrilla y es transportada sobre ella a una velocidad variable de 5 a 15 cm/seg. que se consigue mediante un motor de frecuencia variable, esta escoria llega a una trituradora primaria.
La capacidad del diseño del cenicero es de 12,84 T/h, si bien puede transportar hasta 25 T/h, variando la altura de la capa de transporte o la velocidad. La altura de la escoria en la banda transportadora, para las condiciones de diseño será de 8 cm. Los trituradores primarios tienen una capacidad de 150 T/h.
Estos trituradores descargan sobre un post-cooler que transporta la escoria hasta los trituradores secundarios y desde aquí hasta las tolvas de transferencia.
El post-cooler y los trituradores secundarios, tienen una capacidad de diseño igual a la del cenicero. Existen dos trituradores secundarios, uno de reserva del otro, así como dos tanques de transferencia.
La parte inferior del cenicero y el post cooler, tienen una boca de toma de aire. Absorbido por el tiro del hogar el aire penetra por ellos y entra por entre las placas del transportador a contracorriente con la escoria, enfriando la misma y consumiendo parte de los inquemados. Ante un problema en la cadena o en el sistema de trituración primario, se cerraría las compuertas de aislamiento del cenicero.
La tolva tiene una capacidad para almacenar la escoria producida en caldera durante 8 h., ésto permite que una vez solventada la avería, se podrán abrir la compuerta una a una hasta la evacuación total.
VENTAJAS DEL CENICERO SECO:
Las ventajas que presenta un cenicero seco respecto al húmedo son las siguientes:
* En las calderas instaladas en la CTLA que queman carbones importados con un bajo porcentaje de escorias (_ 5 %), al ser esta escoria muy fina, es necesario para arrastrar esa escoria, un volumen muy grande de agua para poder arrastrar los finos hacia la balsa de decantación. Además generan unos vertidos con un nivel de salidas en suspensión elevado que a veces es muy difícil reducir, estando en el límite de la legislación de vertidos, generando además un alto consumo en auxiliares. Ésto no ocurriría con un cenicero seco.
* Al utilizar para el barrido de la escoria el agua de mar, ésta produce fuertes corrosiones en el cenicero húmedo del Grupo 1, por lo que se ha tenido que cambiar tuberías y válvulas a otro tipo de material inoxidable y PVC.
* Los cierres del cenicero húmedo, tanto la chapa como la malla del cierre y en el refractario de las tolvas presenta deformaciones que necesitan un fuerte mantenimiento, además, en los tubos de pared de agua, que forma el techo del canal de sellado presenta una costra de sal debido a las salpicaduras, produciéndose corrosión en los tubos.
Todas estas son las desventajas que tiene el cenicero húmedo en el Grupo 1 y que en el Grupo 2 al ser seco no las tiene.
Además, el cenicero seco del Grupo 2, al sacar la escoria fina y seca, ésta se transporta hasta el silo de cenizas pudiéndose comercializar, por lo que se obtiene una ventaja adicional.
* Otra ventaja muy importante del cenicero seco, es que los inquemados que lleva la escoria, al caer sobre la parrilla y recibir el aire de la parte inferior del cenicero y el post cooler, se produce una post combustión de esos inquemados aprovechando su capacidad térmica y mejora del rendimiento.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
- Carbón: Importación Colombiano, Sudafricano, Indonesio.
- Análisis inmediato:
DISEÑO LÍMITE
* Humedad % 8 6 - 11
* Volátiles % 25 22 - 36
* Carbono fijo % 52 -- - --
* Ceniza % 15 5 - 20
- Análisis elemental (ss)
* Azufre % 0,6 0,4 - 0,9
* Hidrógeno % 3,6 -- - --
* Carbono % 65,3 -- - --
* Nitrógeno % 1,9 -- - --
* Ceniza % 23 11 - 31
- Consumo Carbón Tm/h
* MCR 200 PCS aprox. 6400 kcal/kg s.b.
- Cenizas
SiO2 % 57
Al2O3 % 28,2
Fe2O3 % 6,9
CaO % 1
MgO % 0,8
Na2O % 0,2
K2O % 1,8
TiO2 % 3,2
SO3 % 0,6
P2O5 % 0,3
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS: TRANSPORTADOR
* Capacidad normal operación Tm/h 6,4
* Capacidad diseño Tm/h 12,84
* Capacidad máxima Tm/h 25
* Velocidad operación normal cm/sg 5
* Velocidad máxima cm/sg 12
* Rango de velocidad cm/sg 1,5 - 15
* Anchura mm 1.400
* Longitud m 25
* Inclinación º horizontal
* Peso kg 40.000
POST COOLER
* Capacidad diseño Tm/h 12,84
* Máxima capacidad Tm/h 25
* Velocidad operación normal cm/sg 5
* RPM operación normal cm/sg 1,61
* Anchura mm 1.200
* Distancia m 18
* Ángulo máxima inclinación º 45
* Peso kg 31.000
* Entrada aire a través del transportador
(del total de la combustión) % >= 2
4) MEJORA EFICIENCIA
El objetivo básico de una central de producción de energía eléctrica es la mejora de la eficiencia, pues ello genera muchas ventajas:
a) Aprovechamiento máximo de la capacidad térmica del combustible.
b) Reducción específica de contaminante por kWh producido.
c) Reducción de costes de producción.
Como complemento de lo anterior otro objetivo básico es consumir el mínimo de kWh en el proceso de generación.
Por todo ello, todas las mejoras que se implementan en un nuevo proyecto lleva como objetivo la mejora de la eficiencia.
Las actuaciones llevadas a cabo en el nuevo Grupo 2 referente a la eficiencia son:
4.1. Instalación de nuevo rotor de Alta Presión y Presión Intermedia en la turbina. Nueva rueda de álabes en la turbina de baja presión, nuevo diseño caja toberas. Nuevos cierres de presión positiva entre el cuerpo de Alta Presión y el de Media Presión.
Con esta mejora se consigue:
Potencia:
_ potencia de 6,5 MW (rotor AP-PI).
_ potencia de 1,6 MW (nuevos álabes etapa 22, BP).
_ potencia de 3,4 MW (reducción de fugas).
Eficiencia: Mejora de la eficiencia en 26,5 kcal/kWh.
4.2. Ventiladores TI, TF. Los álabes de los ventiladores son móviles mediante un sistema hidráulico lo que permite ajustar los consumos de los motores a las necesidades de carga de cada momento, optimizando el consumo de auxiliares.
4.3. Aprovechamiento térmico, drenaje y purgas: Reutilización de los efluentes térmicos para su mejor aprovechamiento energético y como fluido (agua).
4.4. Precipitadores: Electrostático.Sistema de control que permite optimizar el consumo de auxiliares en los precipitadores.
4.5. Compresores rotativos (S. aire general e instrumentos), que tiene un menor consumo eléctrico, producen menos ruidos.
4.6. Condensador de titanio: Mejora el mantenimiento y elimina elementos protectores anticorrosivos.
Como resultado de todo ello podemos afirmar y las estadísticas del sector eléctrico y que publica UNESA lo confirman que la Central Térmica Litoral de Almería es la que tiene el mejor consumo específico (mejor rendimiento) de entre todas las Centrales Térmicas de Carbón nacional e importado, así como de las Centrales de Fuel Oil y las de Gas.