007 central termica

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  • 7/25/2019 007 Central Termica

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    MQUINAS TRMICAS I CENTRALES TRMICAS

    1

    COMPONENTES DE UNA CENTRAL TRMICA CONVENCIONAL

    INTRODUCCIN

    En todos los clculos relativos al ciclo de Rankine siempre aparece un flujo de

    calor qc

    hacia la caldera. En las centrales trmicas convencionales(a diferenciade lo que ocurre en las plantas nucleares) esta energa se extrae de la corriente

    de productos de combustin calientes que resulta al quemar una mezcla de

    combustible y aire. El combustible puede ser gas natural, petrleo, carbn o

    lea, segn la disponibilidad. El gas natural no puede ser transportado con

    facilidad desde los pozos a los centros de consumo. El petrleo, por su parte, es

    ms caro (al menos en Paraguay) que la lea. Por razones econmicas, la

    mayora de las centrales trmicas utiliza carbn mineralcomo combustible.

    Haremos una descripcin de los diversos componentes de una tpica centraltrmica a carbn, (hacemos la salvedad que no cambia sustancialmente losdems componentes de la central si se quema otro combustible).

    Para ello nos ayudaremos con el diagrama tecnolgico simplificado que semuestra en la

    Fig. 1

    .

    Fig. 1

    : Diagramatecnolgico simplificado delos componentes de una

    central trmica conrecalentamiento y

    regeneracin.

    DESCRIPCIN

    Sistema de generacin de vapor:

    El elemento 1 es una tolva de acumulacin de carbn, 2 es un molino queproduce carbn pulverizado y 3es un ventilador que aspira la mezcla de carbn

    en polvo y aire primario, para enviarla a los quemadores, 4. La mezcla de aireprimario y carbn pulverizado se enciende y se quema parcialmente a la salida

    del quemador. La combustin se completa en la caldera mediante un flujo de airesecundario, que proviene del ventilador, 32. El conjunto de tolvas, 5, recoge laceniza que cae a la parte inferior de la caldera o que es arrastrada junto con los

    productos de combustin gaseosos.

    En este tipo de centrales las calderas poseen un domo superior, 6, suspendidosobre la cmara de combustin, donde se separan,

    7, el vapor y el lquido.Este aparato es un tambor cilndrico con extremos hemisfricos desde donde el

    vapor saturadose extrae por la parte superior. El agua lquida es conducida porel tubo descendente,

    8

    , (downcomer) hacia los domos inferiores,10

    , tambin

    llamados domos de barro, desde donde salen los tubos ascendentes,9

    ,

    (risers) que conectan nuevamente con el domo superior. Los tubos

    ascendentes forman la pared de la caldera, y, puesto que van casi pegados uno

    junto al otro, estas calderas son tipo paredes de agua. En los tubosascendentes tiene lugar el cambio de fase. El calor se transmite desde los gases

    incandescentes hacia los tubos de agua principalmente mediante el mecanismo

    de radiacin. El tubo descendente, en cambio, no est calefaccionado.

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    MQUINAS TRMICAS I CENTRALES TRMICAS

    2

    Fig. 2: Diagrama delcircuito de circulacin

    natural.

    En el tipo de calderas que se muestra en la Fig 1, la circulacin del fluido se

    efecta por conveccin natural, muchas veces sin necesidad de bombas. Esto esposible por el efecto chimenea, tambin llamado termosifn, que resulta de ladiferencia de densidad entre el lquido del tubo descendente y la mezcla agua-

    vapor de los tubos ascendentes.

    Veamos este aspecto en mayor detalle, en la Fig 2se ha modelado el conjunto

    de domos, superior e inferior, el tubo descendente y uno de los tubosascendentes, a fin de mostrar el principio de funcionamiento del circuito de

    circulacin naturalen la caldera de esta central trmica.

    El vapor saturado que sale del domo superiorpasa por el sobrecalentador, 11,donde aumenta su temperatura (pero no su presin) debido a la transferencia de

    calor desde los gases de combustin, todava muy calientes.

    Sistema de generacin de en erga mecnica y elctrica:

    El vapor sobrecalentado entra a la turbina de alta presin, 14. La descargaretorna a la caldera para su recalentamiento, en 12, para ingresar

    posteriormente a laturbina de presin media, 15, e inmediatamente a la turbinade baja presin, 16. Las tres turbinas tienen en este caso un eje comn. Nteselas extracciones a los calentadores. El elemento

    17

    es el alternador donde segenera electricidad.

    Sistema de recuperacin de condensado y alimentacin de la caldera:

    Al salir de las turbinas, el vapor, a muy baja presin, debe condensarse. Esto

    tiene lugar en el condensador18. Obsrvese que la condensacin ocurre debido aque el vapor entra en contacto con los tubos enfriados con agua del circuitosecundario. El agua de refrigeracin es aspirada desde un lago, ro o mar, 28, porla bomba de agua de refrigeracin, 29, saliendo a mayor temperatura por 30,despus de haber atravesado el condensador. Como el condensador trabaja en

    vaco, se producen infiltraciones de aire, el cual debe ser removido mediante el

    eyector, 20.

    El condensado se recoge en el pozo, 19, y es enviado por la bomba, 21, al primercalentador, 23. En seguida la bomba principal, 24, impulsa al lquido de retorno ala caldera despus de hacerlo pasar por el segundo calentador, 25. Para nocomplicar esta figura, no se han dibujado las lneas de drenaje de los

    calentadores.

    El intercambiador, 27, se denomina economizador. Su funcin es precalentar elagua de alimentacin, recuperando parte de la entalpa que todava poseen los

    productos de combustin.

    Sistema de Aspiracin de aire y evacuacin de los gases

    El aire necesario para la combustin es aspirado, en31

    , por un ventiladorde tiroforzado, 32. Este aire se precalienta en el intercambiador rotatorio, 33, queaprovecha el calor residual de los productos de combustin. Los productos,

    despus de pasar por este intercambiador, son conducidos a los precipitadoreselectrostticos, 34, cuya funcin es retener las cenizas. Finalmente, el ventiladorde tiro inducido, 35enva los productos a la chimenea, 36.

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    ASPECTOS E IMPACTOS AMBIENTALES DE LAS CENTRALES TRMICAS

    Descripcin del mbito de actividad

    Lascentrales trmicas

    son instalaciones que hacen posible unatransformacin de portadores energticos

    en

    corriente elctrica

    o encorriente y calor til.

    Eltipo de central

    se define en funcin delportador energtico

    utilizado

    y laenerga til producida.

    Los portadores energticospueden ser:

    Combustibles fsiles como carbn, derivados del petrleo o gas natural

    Materias residuales y desechos, como la basura domstica e industrial y los aceites residuales

    Energa nuclear.

    Pueden disearse centrales trmicaspara diferentes tipos de combustible a fin de diversificar el material de

    carga u obtener un mayor rendimiento, como en el caso de las centrales combinadas, con turbina de gas

    natural y turbina de vapor (generacin de vapor con aceite o carbn).

    Lascentrales nucleares,

    al igual que lasfuentes de energa renovables

    (por ejemplo, madera u otra

    biomasa) no se contemplan aqu, pues son tema de uncaptulo propio.

    Lascentrales hidroelctricas,

    por su

    parte,

    se describen en elcaptulo 'Grandes construcciones hidrulicas'.

    El anlisis de este captulo se dirige

    ms bien acentrales trmicas que generan electricidad a partir de combustibles fsiles,

    en especial carbn y

    derivados del petrleo, por ser stas las ms importantes actualmente y en el futuro prximo en la mayora

    de los pases en desarrollo.

    Clasificacin de centrales trmicas segn la clase de energa producida:

    Centrales de condensacin con produccin exclusiva de electricidad

    Centrales de calefaccin con produccin exclusiva de vapor o de agua caliente para fines de calefaccin privados

    o industriales

    Centrales de calefaccin con produccin adicional de corriente elctrica.

    Por razones econmicas, la produccin de calor para calefaccin o procesos industriales debe realizarse

    cerca del consumidor,

    siendo racionalesdistancias mximas de 2 a 5km

    en el caso de un rendimiento

    trmico entre 50 y 100MW. Lacorriente elctrica,

    en cambio,puede transportarse econmicamente a

    distancias mucho mayores

    .

    El tamao de lascentrales trmicas que consumen combustibles fsiles

    va desdevarios cientos de kW

    (centrales diesel) hastams de 1.000 MW

    (centrales de petrleo y de hulla). Enmuchos pases,

    los tamaos

    unitarios se limitan a200 300 MW,

    ya sea para garantizar laestabilidad de la red

    o por laescasa

    disponibilidad de equipos

    .Condiciones mejores

    permiten instalarunidades de mayor capacidad

    .

    Impacto ambiental y medidas de proteccin

    Elimpacto ambiental

    que proviene de unacentral trmica

    depende de las caractersticas de sta y de su

    emplazamiento.

    En las centrales trmicas aqu consideradas tal impacto puede aparecer en diferentes

    lugares. A continuacin se resean loscomponentes principales

    que puede tener una central trmica:

    Instalaciones para la preparacin y almacenamiento del material de cargaInstalaciones para el quemado de combustibles y generacin de vapor

    Instalaciones para la produccin de energa elctrica y de calor til

    Instalaciones para el tratamiento de gases de escape y de materias residuales slidas y lquidas

    Instalaciones de enfriamiento.

    Latabla siguiente

    presenta lostipos de emisin

    que pueden producirse en las distintasfases de proceso:

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    4

    Tabla 1:Emisiones potenciales de las centrales trmicas

    Fases de proceso

    Tipo de emisin Almacenamientoy preparacin del

    combustible

    Combustin y

    generacin de

    vapor

    Depuracin del gas

    de combustin

    Generacin de

    corriente elctrica

    Instalaciones de

    enfriamiento

    Tratamiento

    de materias

    residuales

    Polvo* * * *

    Gases contaminantes* *

    Agua residual* * * * *

    Materia residual

    slida* * *

    Calor residual* * *

    Ruido* * * * * *

    Contaminantes de

    aguas subterrneas*

    Como se deduce de la tabla, las centrales trmicas pueden influir sobre los mediosaire, agua

    ysuelo,

    as

    como sobreel ser humano, los animales, las plantas y el paisaje.

    La disposicin final de residuosoriginados, por ejemplo, en centrales de petrleo y de carbn, se trata en el

    apartado correspondiente.

    Losefectos ambientales

    de una central trmica provienen delproceso de combustin,

    as como de las

    emisiones de polvo y gases contaminantes. En general losefectos ambientales

    -por ejemplo, emisiones

    contaminantes, ocupacin de espacio por la central y volumen de residuos - aumentan en el orden siguiente:

    gas,

    fuel oil

    ligero,

    fuel oil

    pesado y combustin de carbn.

    Antes de explicar el impacto ambiental de los respectivos combustibles y las posibles medidas de proteccin,

    se harn algunas observaciones bsicas. La parte principal de este captulo informa sobre los efectos

    ambientales y las medidas de proteccin; los anexos, por su parte, proveen informacin detallada

    relacionada especialmente conmedidas tcnicas.

    Dentro losefectos ambientales

    causados por el funcionamiento de una central trmica se distingue en

    algunos pases entreemisin,

    -es decir,expulsin al medio ambiente de contaminantes

    desde diversas

    partes de la instalacin, sobre todo la chimenea- e inmisin,o incidencia de los contaminantes en el medio

    ambiente,que generalmente se mide a nivel del suelo. Las designaciones inglesas ground level concentrationy ambient air quality concentration son en este caso ms expresivas que la palabra inmisin. Emisin einmisin se condicionan mutuamente

    a travs de distintos factores,

    como lo son lascaractersticas tcnicas

    de la instalacin(altura de la emisin, velocidad de salida del gas de escape, temperatura), las condiciones

    meteorolgicas (situacin del tiempo, velocidad del viento) y la distancia (entre el emisor y el punto de

    medicin de la inmisin). Al construir centrales trmicas nuevas,an pueden variarse los parmetrosde la

    primera y ltima categora

    (por ejemplo, altura de chimenea y distancia a la zona habitada). En las

    instalaciones antiguas,

    en cambio, slo se puedenvariar

    los de laprimera categora

    citada. Segn la ley de

    conservacin de la masa, casi todos los contaminantes emitidos (a excepcin del CO2) acaban por caer otra

    vez a la superficie de la tierra, aunque su rea de dispersin aumenta en funcin de la altura de la chimenea,la velocidad de salida del gas y la intensidad del viento. Sobre todo el

    aumento de la altura de la chimenea

    es unamedida tcnica relativamente sencilla

    parareducir

    lainmisin

    en una zona considerada. Sin embargo,

    como laemisin

    sedistribuye

    entonces sobre unasuperficie mayor,

    hay quecomprobar

    hasta qu punto

    esta medidaaumenta de forma inadmisible los efectos ambientales fuera de la zona considerada.

    Las medidas destinadas a reducir los efectos ambientales de una central trmica pueden agruparse en las

    siguientescategoras:

    Cambio de las condiciones bsicas

    Medidas de proteccin no tcnicas

    Medidas de proteccin tcnicas

    Laescala de prioridades

    en la aplicacin demedidas de proteccin

    se define en funcin del principio deevitar

    o reducir las emisiones antes de recurrir a tratamientos secundarios;

    es decir, deben tomarse todas las

    medidas primarias

    factibles para evitar o minimizar la expulsin de contaminantes antes de recurrir a

    tratamientos complementarios.

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    Es importante en este contexto lograr unalto grado de eficiencia en las centrales

    a fin de reducir las

    emisiones,

    por ejemplo, mediante la construccin decentrales combinadas

    o mediante elsuministro

    simultneo de electricidad y calor.

    Elaumento de la eficiencia

    es tambin lamedida ms importante para reducir las emisiones de CO

    2

    ,

    lo cual

    es importante para disminuir el efecto invernadero.

    Dentro delimpacto ambiental

    hay que distinguir entreefectos directos,

    producidos por las emisiones

    contaminantes en s, yefectos indirectos,

    como los que se producen al transferir la contaminacinatmosfrica primaria a las

    aguas

    (evacuacin de aguas residuales no tratadas procedentes del lavado de

    gases), al explotar piedra caliza para la desulfuracin y al transportar la piedra caliza desde el lugar de

    explotacin hasta la central trmica (gases de escape de los camiones). Adems pueden surgir otros

    problemas asociados,como la necesidad de eliminar el yesoproducido al desulfurar el gas de combustin.

    A continuacin se explican losefectos ambientales

    yposibles medidas de proteccin

    para los mbitos antes

    discutidos.

    Aire

    En el caso de una central trmica el aire recibe la mayor parte de la contaminacin directa, en forma de

    emisiones de polvoy gases contaminantes.

    Posteriormente, elpolvo emitido

    y lamayor parte de los gases contaminantes

    y productos de transformacin

    atmosfricos (por ejemplo, NO2y nitratos procedentes de las emisiones de NO)vuelven a la tierra

    a travsdeprecipitaciones

    ydeposicin seca;

    ello constituye unacarga contaminante para el agua y el suelo

    que

    puedeperjudicar a la vegetacin y a la fauna.

    Dependiendo del combustible utilizado en la central (clase, composicin, poder calorfico) y de la tcnica de

    combustin

    (por ejemplo en seco o en fusin), los gases de escape pueden llevardiferentes cantidades de

    contaminantes

    (polvo, metales pesados, SOx, NOx, CO, CO2, HCl, HF, compuestos orgnicos). En la siguiente

    tabla se resumen los posibles niveles de emisin con distintos combustibles, sin medidas de depuracin del

    humo.

    Tabla 2: Concentraciones de contaminantes masivos en el humo sin tratar

    Clase de combustible

    Clases de emisin Gas natural Fuel oil ligero Fuel oil pesado Hulla Lignito

    xidos de azufre (SOx)

    mg/m (c.n.)*20-50 300-2.000 1.000-10.000 500-800 500-18.000

    Oxidos de nitrgeno (NOx)

    mg/m

    (c.n.)100-1.000 200-1.000 400-1.200 600-2.000 300-800

    Polvo

    mg/m

    (c.n.)

    0-30 30-100 50-1.000 3.000-40.000 3.000-50.000

    *c.n. = en condiciones normales

    Lasgamas de valores

    indicadas en la tabla 2 se obtienen, en el caso de losxidos de azufre,

    de lasdistintas

    concentraciones de azufre en los combustibles utilizados,

    que en muchos pases suelen sercombustibles

    nacionales

    como ellignito,

    debajo poder calorfico

    yalto contenido en azufre.

    Lacombinacin de un gran

    potencial contaminante

    y de unbajo poder calorfico

    da lugar aconcentraciones relativamente altas de SO

    x

    en el gas sin tratar.

    Slo una pequea parte de las concentraciones de NOx

    proviene del nitrgeno contenido en el combustible

    (NOxde combustible); la mayor parte proviene de la oxidacin del nitrgeno atmosfrico a temperaturas de

    combustin superiores a 1.200C

    (NOx trmico). Es decir, la combustin a temperaturas altas produce

    emisiones de NO

    x

    relativamente importantes. La adopcin de medidas primarias destinadas a optimizar la

    combustin -que pueden ser integradas en una instalacin nuevaa un costo relativamente bajo,permiten

    conseguir los valores inferiores de la gama citados en la tabla. Sin embargo, hay que evitar que las medidas

    primarias

    destinadas areducir el NO

    x

    aumenten en forma desproporcionadaotras emisiones

    , tales como el

    monxido de carbono y los hidrocarburos sin quemar.

    Lalimitacin del CO

    se realiza generalmente con el fin de lograr que la combustin sea completa, reduciendo

    as las emisiones de este gas y la expulsin de hidrocarburos sin quemar. A diferencia del polvo, SO 2, NOxy

    los compuestos halogenados, el CO y loshidrocarburos sin quemar son casi imposibles de retener en las

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    nmero de sustancias qumicas, algunas de ellas altamente txicas,como el benzopireno.

    En lacombustin de carbn y de

    fuel oil

    pesado

    se emiten tambinpequeas cantidades de cloruro y

    fluoruro de hidrgeno

    (HCl y HF), en concentraciones de 50-300 mg/m (en condiciones normales [c.n.]).

    Estasconcentraciones

    son generalmentemuy inferiores a las de SO

    2

    yson reducidas conjuntamente con

    stas

    -incluso en mayor grado que el S2- en el proceso de desulfuracin.

    Para lareduccin de las emisiones atmosfricas de centrales trmicas

    se dispone de ungran nmero

    de

    medidas primarias y secundarias.

    A continuacin se describen brevemente las diversas medidas empleadas

    para reducir las emisiones.

    Eliminacin de polvo

    En las centrales elctricas la eliminacin de polvo puede realizarse mediante ciclones sencillos, ciclones

    mltiples, precipitadores electrostticos y filtros textiles. La tcnica a utilizar depende del grado de

    separacin

    requerido, pudindose alcanzar valores del 60% - 70% en los ciclones y de ms del 99% en los

    precipitadores electrostticos

    yfiltros textiles.

    El costo de estas tecnologasaumenta

    desproporcionadamente a mayor grado de despolvoracin.

    En losprecipitadores electrostticos

    elgrado de

    separacin

    mejora con elnmero de campos conectados sucesivamente.

    Con estos filtros y con los filtros

    textiles se obtienenemisiones residuales menores de 50 y 30 mg/m (en condiciones normales [c.n.]),

    respectivamente.

    Uninconveniente de los ciclones

    es que separan principalmente lasfracciones de polvo

    grueso,

    dejandofracciones respirables de polvo fino

    ,toxicolgicamente crticas.

    Losfiltros textiles

    son muy

    tiles

    para laseparacin de polvos finos con contenido en metales pesados.

    Losgastos de inversin

    para la

    eliminacin de polvo en los gases de combustin

    dependen de diversos factores, tales como eltipo de

    combustible

    y elgrado de purificacin

    necesario, as como de latcnica

    utilizada. En el caso decombustibles

    con alto contenido en cenizas,

    laeliminacin del polvo de los gases de combustin suele presentar

    problemas.

    Comoproblema posterior

    surge lagestin de las masas de polvo voltil separadas,

    que han de

    aprovecharse,

    por ejemplo, en la industria de materiales de construccin, o ser llevadas a disposicin final.

    Dependiendo de lanaturaleza del polvo voltil,

    pueden requerirsemateriales suplementarios

    paracompactar

    el producto depositado, a fin de evitar una posiblecontaminacin de las aguas subterrneas

    con productos

    de lixiviacin.

    Desulfuracin

    Para lareduccin de las emisiones de SO

    x

    procedentes de las centrales trmicas pueden adoptarsemedidas

    primarias

    (uso de combustibles pobres en azufre, desulfuracin directa en la cmara de combustin,inyeccin de aditivos secos), o

    medidas secundarias,

    como eliminacin del SOxdel gas de combustin.

    Loscombustibles pobres en azufre

    en muchos casos no se utilizanpor motivos econmicos.

    Encada caso

    debe examinarse quconcepcin tcnica

    genera losgastos generales ms bajos.

    Por ejemplo, aunque eluso

    de un combustible pobre en azufre aumenta los gastos de explotacin,

    tambinreduce los gastos de

    inversin y explotacin requeridos para la desulfuracin,

    y con ello losgastos totales

    de la central trmica en

    cuestin. Junto a estas reflexiones hay que considerar tambinotros factores,

    como la conveniencia deusar

    combustibles localmente disponibles para asegurar el suministro.

    Los derivados del petrleo con contenido en azufre se prestan, al igual que los combustibles slidos, a la

    aplicacin de medidas primarias y secundarias. Las medidas primarias permiten eliminar el azufre del

    combustible (por ejemplo del gasleo de vaco o de aceites residuales obtenidos por destilacin atmosfrica o

    al vaco). La desulfuracin de estos productos se realiza generalmente mediantehidrogenacin

    . Sin embargo,

    esteprocedimiento

    slo resultaeconmico en gran escala,

    por lo quese reserva a las refineras de petrleo.

    En la

    central trmica,

    aparte deelegir un producto petrolfero pobre en azufre

    y demezclar distintos

    combustibles,

    se pueden reducir lasemisiones de SO

    x

    mediante ladesulfuracin de humos.

    En el caso delcarbn,

    dadas las grandesvariaciones de composicin

    que se observan incluso en los

    yacimientos de un mismo pas,

    resulta convenientemezclar y/o homogeneizar los combustibles disponibles,

    evitando as la presencia ocasional de altas concentraciones de azufre cuya eliminacin habra de preverse en

    el sistema de desulfuracin. Dado lo anterior, ser importante llevar a cabo un anlisis cuidadoso del

    combustible

    (procedente, por ejemplo, de distintos yacimientos) para conocer su poder calorfico y su

    contenido en agua, cenizas y azufre. Tambin debe considerarse elpotencial de autodesulfuracin

    que

    ofrecen loscompuestos clcicos

    presentes en el carbn.

    En algunos casos, elazufre del carbn

    puede eliminarse de antemano, junto con otroscomponentes inertes,

    durante la concentracin del mineral en la mina subterrnea o explotacin a cielo abierto, siendo preferibles

    en este caso losprocedimientos en hmedo.

    De esta manera, dependiendo deltipo de carbn

    y de la forma

    deenlazamiento qumico del azufre,

    se puedereducir la concentracin de azufre

    en un5 hasta un 80 ,

    sobre todo si se trata de hulla. Mientras que el azufre enlazado orgnicamente no se puede extraer con

    procesos mecnicos de concentracin, el azufre sulfuroso (generalmente en forma de pirita FeS2

    ) s se

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    MQUINAS TRMICAS I CENTRALES TRMICAS

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    pueden ser separados por trituracin.

    Ladesulfuracin directa en el hogar

    se aplica a loscombustibles slidos

    mediante sucombustin en lecho

    fluidizado,

    consiguindose grados de desulfuracin del 80 hasta el 90 %. Lainyeccin de aditivos secos

    durante la combustin

    permite un grado de desulfuracin deentre 60 y 80

    .

    En ladesulfuracin de los gases de combustin

    se alcanzanrendimientos de separacin del SO

    2

    de 90 - 95

    .

    Dado que lasinstalaciones de desulfuracin de gases de combustin

    originangastos de inversin y

    explotacin relativamente elevados,

    encasos aislados

    puede ser conveniente llevar a cabo unadesulfuracin

    en flujo parcial;

    en este caso, slo unaparte de los gases

    pasa por lainstalacin de desulfuracin

    mientras

    que losgases sin desulfurar

    se usan paracalentar los gases depurados.

    Las instalaciones de desulfuracin de los gases de combustinson, de las posibilidades descritas, las ms

    gravosas,tanto por los costos como por el tamao de la construccin. En cada caso particularhay que ver

    cmo se puedenintegrar estas instalaciones en el espacio disponible

    , sobre todo en el caso decentrales

    existentes.

    Si se comparan entre s las medidas primarias y secundarias descritas para la desulfuracin, las primeras

    presentan los grados de desulfuracin menores,pero son, en cambio, ms econmicasy por regla general se

    pueden adaptar posteriormente a instalaciones existentes.Ese no es el caso del sistema de combustin en

    lecho fluidizado

    , queslo es realizable en instalaciones nuevas

    (la capacidad mxima de las instalaciones a

    gran escala construidas hasta ahora es de 150 MWel).

    En todos losprocedimientos de desulfuracin

    se da, lo mismo que en la eliminacin del polvo, elproblema

    posterior

    de lautilizacin

    odisposicin final de los residuos

    y, en su caso, delagua residual

    producida

    durante la explotacin de la instalacin.

    Para ladesulfuracin,

    losgastos de inversin

    se mantienen, dependiendo del tamao de la instalacin, tipo

    de procedimiento, rendimiento de separacin, etc., dentro de un margen relativamente amplio.

    Loscostos

    ms bajos

    se originan en el uso deaditivos secos

    y losms altos

    en elprocedimiento regenerativo con

    obtencin de compuestos de azufre.

    Los diferentesprocedimientos de desulfuracin separan

    tambincompuestos halogenados

    como HCl y HF,

    logrndose ungrado de eliminacin

    incluso mayor que el de loscompuestos sulfurados.

    Desnitrogenacin

    Para ladesnitrogenacin

    se aplicanmedidas primarias y secundarias.

    Como en el caso del azufre, laeleccin

    del combustible influye

    sobre las emisiones nitrogenadas. Sin embargo, laseparacin de NO

    x

    es ms

    complicada que la transformacin del azufre del combustible en SO

    2

    . Lasmedidas primarias

    sirven para

    reducir la velocidad de formacin del NOx

    durante el proceso de combustin.El objetivo esencial en este

    caso es disminuir la temperatura mxima de llama. Para tal fin se pueden adoptar tanto medidas

    constructivas,por ejemplo, diseo de la cmara de combustin, disposicin y estructura de los mecheros,

    graduacin del aire, reduccin del exceso de aire, como tambinmedidas operativas,

    por ejemplo,

    disminucin de la temperatura de precalentamiento del aire o uso de combustibles pobres en nitrgeno.

    Lasmedidas secundarias

    se ocupan de ladisminucin de las emisiones de NO

    x

    en el gas de combustin.

    Para ello se han creadodiversos procedimientos

    que permiten unaeliminacin exclusiva de NO

    x

    o una

    separacin conjunta de SO

    x

    y NO

    x

    .

    Elnico procedimiento

    que hasta hoy se haimpuesto en instalaciones a gran escala es la reduccin cataltica

    selectiva de NO

    x

    (procedimiento SCR).

    Para lareduccin

    se utilizaamonaco,

    que reacciona con el NOxenpresencia del catalizador para formar agua y nitrgeno. Por ello este

    procedimiento no produce residuos

    sujetos a disposicin final como ocurre en el caso de la eliminacin de polvo o la desulfuracin. El

    procedimiento SCR

    requiere unos300 - 400C

    y puede efectuarse, de acuerdo con las condiciones locales, en

    laparte del gas crudo,

    por ejemplo, delante del precalentador de aire, o bien en laparte del gas purificado,

    despus de la instalacin de desulfuracin.

    Con procedimientos SCRse alcanzan grados de separacin del NOx

    de 80 90 , aproximadamente.

    Otro concepto,

    particularmente adecuado paragrados de separacin bajos de hasta cerca del 60 ,

    lo

    constituye elprocedimiento SNCR (reduccin selectiva no cataltica)

    . En este procedimiento la reduccin de

    NOxse realiza inyectando amonaco en la instalacin a una temperatura de unos 1.000C.

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    MQUINAS TRMICAS I CENTRALES TRMICAS

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    Efecto invernadero

    Algunos de los llamadosoligogases antropgenos

    como eldixido de carbono

    (CO2), metano (CH4),

    clorofluorocarbonos (CFC)

    ,ozono troposfrico

    (O3) y dixido de nitrgeno (N2O) revisten una gran

    importancia para el llamadoefecto invernadero (calentamiento de la atmsfera terrestre a largo plazo).

    El

    orden de mencin corresponde tambin a la importancia de estos gases, cuya contribucin especfica al

    efecto invernadero

    vara considerablemente. As, por ejemplo, aunque elmetano

    tiene un efecto unas 21

    veces mayor que el CO2, su produccin total es bastante menor a escala mundial, ya que el CO2se generacomo producto final de cualquier quemado de combustibles que contengan carbono.

    Lasmedidas de proteccin contra la emisin de CO

    2

    consisten, en primer lugar, en utilizarcentrales trmicas

    altamente eficientes;

    por ejemplo, las deproceso combinado y las que suministran simultneamente energa

    y calor.

    Otras medidas, como la reduccin del consumo de corriente elctrica y eluso de soportes energticos

    renovables

    (especialmente energa hidrulica) para la produccin de electricidad tienen igualmente gran

    importancia,

    pero en ningn caso permiten prescindir de laproduccin de electricidad en centrales trmicas

    a partir de combustibles fsiles.

    Emisiones difusas

    Adems de las

    emisiones

    hasta ahora discutidas, procedentes ante todo de lachimenea,

    lacentral trmica

    emite contaminantes desde otros puntos.El almacenamiento, transporte y preparacin del combustible, por

    ejemplo, dan lugar a emisiones importantes de polvo,las cuales se pueden reducir muy significativamente

    con medidas adecuadas, por ejemplo mediantehumedecimiento

    con agua oconfinamiento/encapsulamiento

    de zonas crticas. Algo parecido ocurre en elalmacenamiento y transporte de derivados del petrleo

    , donde

    la instalacin dedispositivos apropiados en el tanque

    y en losequipos de bombeo

    permitereducir al mnimo

    las fugas por evaporacin

    ocaptarlas y devolverlas al sistema.

    Efectos sobre las Aguas

    Las centrales trmicas necesitan agua principalmente parafines de enfriamiento.

    Generalmente, despus de

    ser utilizada para la absorcin de calor(aumento de temperatura de unos 4 a 8 C) esta agua se devuelve al

    lugar de toma.

    En lascentrales con enfriamiento continuo la demanda de agua asciende a unos 160 - 220

    m/hora y MWel

    (con prdidas de agua generalmente inferiores al 2 %). En la generacin de electricidad sin

    aprovechamiento del calorel agua de refrigeracin absorbe entre el 60 y el 80 de la energa aportada por

    el combustible,

    en forma decalor residual

    . Estaproporcin disminuye

    al utilizarcentrales ms eficientes,

    por

    ejemplo, con uso combinado de electricidad y calor. Dependiendo de las condiciones locales, elcalor residual

    puede producir unacarga trmica de las aguas superficiales

    (por ejemplo,aumento de temperatura

    de un

    ro), cuya magnitud depende de la conduccin y el caudal del curso receptor. En lospases tropicales,

    las

    aguas

    estn sometidas a lo largo del ao avariaciones muy notables

    , y el aumento de temperatura produce

    rpidamente unaescasez de oxgeno

    , causada en parte por elestmulo del metabolismo de los seres

    vivientes

    y en parte por lamenor disolucin de oxgeno en el agua ms caliente.

    Estaescasez de oxgeno

    puede provocarserios problemas

    para losorganismos acuticos

    .

    Paraevitar el calentamiento excesivo de las aguas,

    elagua de refrigeracin

    se puedeenfriar en una torre de

    refrigeracin

    (de paso o recirculacin), antes de devolverla al ro. Sin embargo, dependiendo de las

    condiciones climticas,

    estesistema de refrigeracin

    puede causargrandes prdidas de agua por

    evaporacin,

    que se emiten a la atmsfera en forma de vapor. Esto se podra evitar utilizandocircuitos de

    refrigeracin cerrados

    en combinacin contorres de refrigeracin en seco,

    o al menos minimizar mediante

    torres de refrigeracin hbridas.

    Lastorres

    detiro natural

    requieren inversiones relativamente altas, pero en

    cambio ahorran costos de explotacin, mientras que lastorres de tiro forzado

    tienen el inconveniente de

    necesitar para el funcionamiento energa elctrica, en cuya obtencin se producen cargas ecolgicas

    adicionales.

    Aparte del agua de refrigeracin

    slo se requierenpequeas cantidades de agua

    (aprox. 0,1-0,3 m/h y

    MWel) parasustituir las prdidas del circuito de vapor, enfriar las cenizas

    ydepurar el gas de combustin

    (depuracin en solucin absorbente pulverizada o procesamiento en hmedo).

    Las aguas residualesde centrales trmicas, sobre todo de las que usan carbn como combustible,pueden

    contaminar las aguas superficiales

    .

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    MQUINAS TRMICAS I CENTRALES TRMICAS

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    Las centrales trmicas pueden producir los siguientestipos de aguas residuales:

    Efluente regenerado procedente del tratamiento del agua complementaria y de la desalinizacin del agua de

    condensacin;

    Aguas procedentes del lavado de filtros utilizados para limpiar el agua de condensacin;

    Aguas residuales procedentes de la carga de carbn y de su almacenamiento;

    Aguas residuales especiales (por ejemplo, con contenido en cido, procedentes de la limpieza o conservacin de

    tuberas/calderas);

    Aguas residuales procedentes de la extraccin de cenizas en hmedo (equipos de descorificacin);

    Aguas procedentes de calderas, turbinas y transformadores;

    Aguas procedentes de las torres de refrigeracin (aguas de descarga y/o aguas de alimentacin suplementaria

    depuradas)

    Aguas residuales de la instalacin depuradora del gas de combustin.

    Estas aguas residuales, producidas en cantidades muy variables segn el tipo de combustible y las

    condiciones especficas de la instalacin (10 - 100 l/h y MWel), pueden estar contaminadas con materiales en

    suspensin, sales, metales pesados, cidos, lcalis, amonaco o aceite.

    El tratamiento de las aguas residuales puede realizarse con procedimientos fsicos, qumicos y trmicos.Para

    una parte de las aguas residuales -procedentes, por ejemplo, dellavado de filtros y del rociado de carbn

    almacenado-

    suele bastar untratamiento fsico

    (filtracin, sedimentacin, aireacin). Otras, en cambio,

    requieren untratamiento qumico

    (por ejemplo, floculacin, precipitacin, neutralizacin) y/otrmico

    (evaporacin, desecacin).

    Estas ltimas incluyen lasaguas residuales especiales,

    las procedentes de la

    regeneracin o tratamiento de aguas complementarias y condensados

    y las que han sido utilizadas en la

    depuracin de gases de combustin

    .

    Como ya se indic, algunosmtodos de desulfuracin

    generanaguas residuales contaminadas,

    provenientes

    dellavado del gas de combustin.

    La composicin de estas aguas residuales depende de diferentes factores,

    tales como el combustible utilizado, las caractersticas del agua de proceso y la calidad de los aditivos.

    Elagua residual procedente de la depuracin del gas de combustin

    ha de someterse generalmente a un

    tratamiento combinado qumico y fsico

    (neutralizacin, floculacin, sedimentacin y filtracin),

    destinado

    ante todo aprecipitar los metales pesados

    y a separar losslidos en suspensin

    tales como el yeso.

    En elmtodo de desulfuracin en hmedo

    con produccin de yeso aprovechable, lacantidad de agua

    residualdepende principalmente del contenido de cloruros en el carbny de la concentracin admisible de

    cloruros

    en ellquido de lavado.

    En lascentrales de hulla,

    lacantidad de agua residual procedente del

    equipo de desulfuracin de humos

    oscila entre20 y 50 l/h y MWel.

    El cloruro clcico (CaCl2) contenido en el agua residual no se puede separar debido a su gran solubilidad, por

    lo que constituye una emisin salina.

    En caso de estar prohibida laevacuacin de cargas salinas

    a las aguas, elagua residual del equipo de

    desulfuracin de humos podr depurarse por evaporacin.

    Lassales secas

    provenientes de este proceso son

    altamente solubles, por lo que han de someterse a unadisposicin racional

    (por ejemplo, en depsitos de

    residuos especiales subterrneos). Puesto que la evaporacin del agua residual supone, entre otras cosas, un

    elevado consumo de energa,

    debe comprobarse en estos casos si pueden aplicarseprocedimientos que no

    generen agua residual

    (procesamiento en seco, limpieza en solucin lquida pulverizada).

    Adems de los efectos directos arriba citados, el aguapuede ser afectada tambin indirectamente por una

    central trmica.

    Cabe mencionar aqu el fenmeno de la 'lluvia cida',

    producida por la reaccin qumica del

    agua lluvia y otras precipitaciones naturales con los contaminantes atmosfricos emitidos por la central (SOx,

    HCl, NOx).

    Suelo y aguas subterrneas

    Lascentrales trmicas

    tienen efectos muy diversos sobre elsuelo

    y lasaguas subterrneas.

    Lacalidad del

    suelo

    puede empeorar debido a laprecipitacin de polvo,

    sobre todoen las proximidades de la central,

    siendo especialmente peligrosa lacontaminacin

    ocasionada por losmetales pesados contenidos en el polvo.

    Tambin pueden cambiar laspropiedades qumicas del suelo

    debido a lasprecipitaciones cidas,

    atribuibles

    principalmente a la hidrogenacin de las sustancias SO2 y NOx; en condiciones desfavorables, las

    precipitaciones cidas afectan tambin a lasaguas subterrneas y superficiales.

    Lacontaminacin del suelo y

    de las aguas subterrneas

    no depende primordialmente de las concentraciones de polvo y de formadores de

    cido en el gas de escape, sino ms bien de lasemisiones totales a lo largo del ao

    (carga contaminante) yde las condiciones de difusin.Por tanto, a medida que aumenta el tamao de la central, hay que mejorar

    tambin elgrado de eliminacin de las sustancias nocivas.

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    por la fuga de sustancias contaminantes provenientes, ante todo, de deficiencias en la captacin y

    depuracin de aguas residuales, fugas de aceite

    ylquidos oleosos, almacenamiento inadecuado de aceite y

    carbn

    y disposicin dematerias residuales

    .

    Otros efectos

    sobre elsuelo,

    y ms an sobre lasaguas subterrneas,

    provienen de losdepsitos de

    residuos, que en las centrales constan principalmente de escorias, cenizas voltiles, residuos de la

    desulfuracin de los gases de combustin y lodos procedentes del tratamiento del agua y de aguas

    residuales.

    Lacantidad

    de estos residuos depende en parte delprocedimiento empleado,

    siendo

    especialmente elevada cuando se utilizancarbones de baja calidad.

    Dependiendo de su composicin, lasescorias

    ycenizas voltiles

    podrnreutilizarse

    (por ejemplo, como

    agregado del cemento en la construccin de carreteras). Si no hay ningunaposibilidad de aprovechamiento,

    estos materiales deben llevarse avertederos/depsitos apropiados

    (por ejemplo, por encima del nivel

    fretico).

    Losresiduos

    procedentes de ladesulfuracin del gas de combustin

    dependen del procedimiento utilizado y

    algunos de ellos pueden aprovecharse (por ejemplo, elyeso).

    Lacantidad de residuos

    depende delcontenido

    de azufre y del poder calorfico del combustible,

    as como delgrado de desulfuracin

    y de losaditivos

    que se

    utilicen. Antes de escoger elmtodo de desulfuracin,

    conviene saber si existe en el pas unademanda

    comercial del residuo

    que se produce obligatoriamente a raz del procedimiento. A estos fines conviene

    realizar un minuciosoestudio de mercado

    en el lugar de emplazamiento y tomar contacto con empresas

    locales. Debe estudiarse si losresiduos

    sonaprovechables

    (por ejemplo, en la industria de materiales de

    construccin) y, de lo contrario, si se puedendepositar sin perjuicios

    y bajo qu condiciones.

    Como ejemplo del volumen de residuosgenerado en la desulfuracin del gas de combustin,se presentan a

    continuacin los valores para dos clases de carbn diferentes y para fuel oilpesado:

    Tabla 3: Volumen de residuos generado en la desulfuracin del gas de combustin

    Hulla Lignito Fuel oil pesado

    Poder calorfico (kJ/kg) 28.000 10.000 40.000

    Contenido en azufre (% en peso) 2,0 2,0 2,0

    Grado de desulfuracin (%) 85 85 85

    SOxen el gas sin depurar (kg/MWelh) 14 38 9,5

    (mg/m [c.n.*]) 4.000 8.600 2.850

    SOxen el gas depurado (kg/MWelh) 2,1 5,7 1,4

    (mg/m[c.n.]) 600 1.300 427

    Cantidad de residuo (kg/MWel) (vara segn el mtodo) Hulla Lignito Fuel oil pesado

    Yeso 32 87 22

    Sulfitos y sulfatos 36 97 24

    Azufre 6 16 4

    Acido sulfrico 18 50 12

    * c.n. = en condiciones normales

    Cuando hay queeliminar productos de desulfuracin

    (yeso o mezcla de sulfitos y sulfatos) ycenizas voltiles

    se recomienda mezclar los dos productos antes de depositarlos. Las cenizas voltiles y los productos de

    desulfuracin pueden as iniciar juntos unproceso de endurecimiento

    que produzca unaestabilizacin

    y

    disminucin de la lixiviabilidad de los componentes solubles en agua

    .

    En lastcnicas de desulfuracin con productos finales aprovechables

    se produce, en eltratamiento del agua

    residual,un lodo con alto contenido en metales pesados.Este lodo debe llevarse a un vertedero/depsito

    especial.

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    Efectos sobre el Ser humano

    El perjuicio al ser humano ocasionado por las centrales trmicas puede ser directo (accin de los gases

    contaminantes sobre el organismo), o indirecto (cadena alimentaria y alteraciones del medio ambiente).

    Sobre todo los gases contaminantes como SO2 y NOx, emitidos en conjunto con polvos finos en

    concentraciones muy altas, pueden producir afecciones de los rganos respiratorios. Perjuicios a la salud por

    el SO2 y el NOx pueden producirse incluso por debajo de los valores prescritos en el reglamento alemn

    relativo al smog,siendo decisiva la duracin de la exposicin. Los problemas sanitarios incluyen tambin laingestin, por el ser humano, de metales pesados nocivos (por ejemplo, plomo, mercurio, cadmio) a travs

    de la cadena alimentaria (agua potable y productos vegetales y animales). La salud humana tambin puede

    verse afectada por eventuales cambios climticos, producidos, por ejemplo, por el calentamiento y la

    acidificacin de las aguas superficiales, la desaparicin de los bosques debido a la lluvia cida, o el efecto

    invernadero ocasionado por la accin a largo plazo de oligogases como el CO 2. Tambin son relevantes los

    efectos que pueden tener los cambios climticos sobre la agricultura y la selvicultura (y por tanto tambin

    sobre las costumbres y el nivel de ingresos de la poblacin), pudindose mencionar especialmente el

    desplazamiento en gran escala de zonas de cultivo y la reduccin del rendimiento agrcola. En vista de las

    repercusiones socioeconmicas y socioculturales que conlleva la construccin y operacin de una central

    trmica, conviene incluir estudios preliminares adecuados en la fase de proyeccin. En este contexto, ser

    necesario estudiar las consecuencias especficas para cada sexo y prever servicios mdicos para la zona del

    proyecto. Una participacin amplia y oportuna de los grupos de poblacin afectados en el proceso de

    planificacin y decisin contribuye a prevenir o a reducir los conflictos.

    Un tipo de emisin especial de las centrales trmicas lo constituye elruido,

    que acta directamente sobre el

    ser humano y los animales. Lasfuentes de ruido

    importantes en una central trmica son:

    Salida de chimenea, cintas transportadoras, ventiladores, motores, canales de gas de combustin, tuberas y

    turbinas.

    En toda central trmica, una parte delpersonal

    est sometida aruido molesto,

    a vecesde gran intensidad

    .

    Existendiversas medidas

    para eliminar losruidos molestos

    oreducirlos a un nivel soportable,

    debiendo

    darse especial prioridad a la proteccin del personal de la central.Por una parte, se tratar de instalar la

    central a una distancia suficiente de las zonas habitadas. Por otra, a la hora de planificar y construir la

    centraldebern preverse todas las medidas necesarias para disminuir el ruidoen cada fuente sonora.

    Para este objetivo son recomendables, sobre todo,

    losdispositivos de insonorizacin

    destinados a reducir el

    ruido producido por la corriente de fluidos, as como los elementos deencapsulamiento de mquinas

    que

    reducen el ruido propagado por el aire y las estructuras slidas. Otra medida para la reduccin simultnea de

    los niveles de emisin e inmisin es elconfinamiento,

    que tambin tiene aplicacin preferente en el sector de

    centrales trmicas por motivos de proteccin contra la intemperie.

    Efectos sobre el Paisaje

    Para laconstruccin de una central elctrica

    se necesitangrandes superficies de terreno,

    las cuales suelen

    ser mucho mayores en las centrales de carbnque en las de gas o de petrleo.

    Elpaisaje es afectado

    tambin por la construccin de lasvas de transporte

    necesarias para el suministro de

    medios de explotacin y para la gestin de residuos. Lasactividades extractivas

    (extraccin decarbn

    para

    lacombustin

    o depiedra caliza

    para ladesulfuracin)

    pueden incidir de forma importante en elpaisaje,

    al

    igual que ladisposicin de residuos no aprovechables

    . En lagestin de residuos

    debe intentarse primero el

    relleno de terrenos

    (por ejemplo, de explotaciones de carbn a cielo abierto agotados) o elsecado de

    terrenos costeros

    (land reclaiming), con lo que se evita la construccin de vertederos separadosy se da unuso racional

    a losresiduos.

    Desde el punto de vista ecolgico, las sustancias inertes son las ms favorables,

    por lo que conviene escoger productos que generen residuos con estas propiedades o someter los residuos a

    tratamiento previo, a fin de lograr, por ejemplo, una lixiviabilidad escasa.Adems, hay que estudiarhasta

    qu punto se requieren medidas de impermeabilizacin del terreno, drenaje controlado y tratamiento del

    agua de infiltracin,

    para impedir la contaminacin deaguas subterrneas

    ocosteras

    por la entrada de

    metales pesados solubles

    yotras sustancias

    procedentes de los residuos.

    Finalmente, cabe mencionar que lasinmisiones contaminantes

    pueden producir undeterioro de bosques,

    lagos

    yros,

    que alargo plazo

    acarreengraves alteraciones del paisaje.