INTRODUCCIÓN HISTORIA El concepto de combustión en lecho fluido surió ! principios de los !"os #$ en Est!dos Unidos % el Rei Reino no Un Unido ido&& pe pero ro no !t !tr! r!'o 'o el in inte ter( r(ss de l! l!ss em empr pres es!s !s el el(c (ctr tric ic!s !s&& princip!lmente por el !lto coste % l! poc! import!nci! de l!s emisiones cont!min!ntes en !)uel tiempo* En +,-. se constru%ó un! pl!nt! e/periment!l en Reino Unido donde se me'oró l! tecnolo0! % se prob!ron l!s posibilid!des )ue ofrec0! este tipo de centr!les& sin emb!ro el obierno brit1nico no tu2o mucho inter(s en l! pl!nt!& por lo )ue l! m!%or p!rte de los estudios er!n fin!nci!dos por empres!s suec!s* A principios de los !"os 3$ se constru%ó l! primer! pl!nt! )ue suministró electricid!d ! l! red& er! un! pe)ue"! pl!nt! de c!rbón en Ri2es2ille&4irini Ri2es2ille& 4irini! ! Occident!l Occident!l** Tr!s muchos problem!s económicos % t(cnicos& debidos !l !lto coste de m!ntenimiento de l! pl!nt!& l! centr!l se cerró ! fin!les de es! mism! d(c!d!* Otr!s pl!nt!s pioner!s t!mbi(n e/periment!ron muchos problem!s con l! erosión& l! entr!d! de !ire % l! !liment!ción por c!rbón* A medi!dos de los !"os 3$ se inició l! construcción de pl!nt!s en Est!dos Unidos % Unidos % Reino Unido )ue fin!lmente lor!ron prob pr ob!r !r su ef efic ic!c !ci! i! % be bene nefifici cios os&& in incl clus uso o !l !lu un! n!ss de es est! t!ss pl pl!n !nt! t!ss se h! h!llll!n !n en funcion!miento* 5!r!lel!mente se efectuó ! principios de los !"os .$ un r!n des!rrollo % construcción de pl!nt!s en Esp!"! Esp!"!%% los p!0ses esc!ndin!2os& )ue sir2ió p!r! me'or!r l! tecn te cnol olo o0! 0! e/ e/is iste tent nte e !s !s00 co como mo l! cr cre! e!ci ción ón de nu nue2 e2os os co conc ncep epto tos* s* Act ctu! u!lm lmen ente te l! comb co mbus ustitión ón en le lech cho o flflui uido do es est1 t1 e/ e/pe peri rime ment nt!n !ndo do un r r!n !n !u !ue e&& de debi bido do !l me me'o 'or r !pro2ech!miento del c!rbón % l! menor emisión de !ses cont!min!ntes*
NUE4AS TECNO6O78AS DE CO9:USTIÓN
Nuevas tecnologías de combustión La tecnología de combustión de lecho fluidizado es parte de las “Tecnologías de Carbón Limpias” (Clean Coal Technologies), que nacieron en respuesta a los altos nieles de contaminación que inhere inherente nteme ment nte e produc produce e la comb combust ustión ión en las centr centrale ales s a carbó carbón n cone conenci nciona onales les (carb (carbón ón pulerizado)! "stas tecnologías buscan, al mismo tiempo, alcanzar una alta eficiencia # obtener mínimas mínimas emisiones emisiones sin tener tener que para ello implem implementar entar filtros filtros de contamin contaminante antes s e$terno e$ternos s al proceso de combustión!
Los dos problemas principales de la combustión de carbón en las centrales eléctricas son la emisión de contaminantes y el bajo rendimiento. Las centrales térmicas crean problemas ecológicos graves. Los óxidos de azufre emitidos a la atmósfera se convierten en ácido sulfúrico que, al caer con la lluvia, destruye los bosques. s el fenómeno, bien conocido, de las !lluvias ácidas". Los óxidos de nitrógeno tienen también efectos nocivos. #or otra parte, el rendimiento de una central de carbón convencional es relativamente bajo. n la actualidad se está trabajando, con el apoyo de la $omunidad, en estos dos frentes. ste art%culo tiene por objeto explicar brevemente los principales procedimientos y presentar la terminolog%a correspondiente en inglés y espa&ol. 'ecordemos que, en una central térmica convencional, el carbón u otro combustible se quema en una caldera y el calor generado se utiliza para producir vapor, el vapor mueve una turbina y ésta, a su vez, un alternador, produciéndose as% la electricidad. (na buena parte del calor generado en este proceso se pierde.
Cogeneración
(n concepto que encontramos frecuentemente es el de !cogeneración" o !generación combinada de calor y electricidad" )cogeneration, combined heat and power generation*+ con este término se designa la producción al mismo tiempo de calor y electricidad. n un sistema de cogeneración se recoge el calor generado y se utiliza, por ejemplo, para redes de calefacción urbana ) district heating, frecuente en los pa%ses nórdicos* o para procesos industriales )secado en las papeleras, etc.*.
Combustión en lecho fluido tro avance importante -a sido la !combustión en lec-o fluido" )a veces se dice también !fluidizado"* ) fluidised bed combustion*. $onsiste en quemar el carbón en un lec-o de part%culas inertes, fluidizado mediante una corriente de aire que -ace que burbujee. l mismo tiempo se inyecta piedra caliza que se combina con el azufre y forma un compuesto, que se retira con las cenizas. /e este modo, se mejora la combustión y se emiten a la atmósfera menos part%culas y menos 0 1.
Combustión en lecho fluido circulante l método anterior se -a mejorado mediante !la combustión en lec-o fluido circulante" ) circulating fluidised bed combustion*. n esta variante, las part%culas son transportadas desde el -orno a intercambiadores de calor donde se enfr%an y vuelven a la cámara de combustión para mezclarse, de nuevo, con el carbón.
Combustión en lecho fluido a presión La !combustión en lec-o fluido a presión" ) pressurized fluid bed combustion* consiste en inyectar aire a presión en la cámara de combustión, al mismo tiempo que se a&ade dolomita )carbonato mixto de calcio y magnesio* para eliminar el azufre.
Ciclo combinado unque estos sistemas son muc-o menos contaminantes, el rendimiento sigue siendo bajo. #ara mejorarlos, se -a experimentado el llamado !ciclo combinado" )combined cycle*+ en éste los gases producidos por la combustión de un combustible fósil -acen funcionar directamente una turbina de gas y los gases de escape de ésta, todav%a muy calientes, se aprovec-an para producir vapor, que impulsa, a su vez, otra turbina de vapor.
Ciclo combinado con gasificación integrada (na v%a alternativa es gasificar el carbón en vez de quemarlo. l gas caliente se enfr%a, recogiéndose el calor para su utilización en otra parte del ciclo, y se limpia de sustancias contaminantes. continuación se quema y los gases resultantes d esta combustión se utilizan para propulsar una turbina de gas. Los gases de escape de ésta, todav%a muy calientes, se aprovec-an para producir vapor, otra turbina de vapor.
Ciclo combinado con gasificación integrada (na v%a alternativa es gasificar el carbón en vez de quemarlo. l gas caliente se enfr%a, recogiéndose el calor para su utilización en otra parte del ciclo, y se limpia de sustancias contaminantes. continuación se quema y los gases resultantes de esta combustión se utilizan para propulsar una turbina de gas. Los gases de escape de la turbina se usan para producir vapor, que mueve una segunda turbina de vapor, como en el ciclo combinado mencionado anteriormente. ste método se denomina !ciclo combinado con gasificación integrada" )$$23* )integrated gasification combined cycle )32$$**.
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6! combustión de un! c!lder! de lecho fluidi& de form! )ue el tiempo de perm!nenci! de l!s p!rt0cul!s en inición es mu% superior !l de l!s c!lder!s con2encion!les de c!rbón pul2eri
6! combustión en lecho fluido =luidi es un! tecnolo0! de combustión us!d! en centr!les el(ctric!s* Est! tecnolo0! permite un! m!%or fle/ibilid!d en el uso de combustibleB c!rbón& biom!s!& b!sure!& etc*& !dem1s de un m!%or !pro2ech!miento del combustible % un! me'or tr!nsferenci! del c!lor producido dur!nte l! combustión* Un lecho fluido est1 form!do por el combustible en ped! % el lecho propi!mente dicho =ceni* No se permite l! fundición del lecho& por lo )ue l! temper!tur! est1 limit!d! ! .#$,$$FC* El lecho fluido sustent! el combustible sólido mientr!s se bombe! !ire h!ci! !rrib! dur!nte l! combustión* El result!do es l! form!ción de remolinos )ue f!2orecen l! me
1ependiendo de la presión a la que opera la caldera, se pueden definir dos tipos de plantas de lecho fluidizado2 plantas de lecho fluidizado con combustión a presión atmosf'rica (%34C) # plantas de lecho fluidizado con combustión presurizada (534C)! % su ez, en las plantas %34C dependiendo de si e$iste reciclado ó no de los gases a la salida del horno, se tendr&n plantas C34C (Circulating 3luidized 4ed Combustion) en las que sí ha# reciclado, ó 434C (4ubbling 3luidized 4ed Combustion), en las que no ha# reciclado! 1entro de estas tecnologías, las plantas 534C tienen una ma#or eficiencia, un menor tama6o # meor control de contaminantes que las plantas de tipo %34C, pero esto hasta el momento tambi'n ha estado asociado con ma#ores costos de inersión!
TI5OS G CARACTER8STICAS 6os distintos tipos de lechos fluidos se cl!sific!n en función del p!r1metro R )ue indic! l! c!ntid!d de m!teri!l )ue recircul! entre el m!teri!l )ue se introduce en el lecho* Si $R+& se denomin! lecho fluido est!cion!rio* Si +R$ el lecho fluido se ll!m! circul!nte* Lecho fluido estacionario 4elocid!d
del lechoB + ms Altur! de l! c!p!B ++&# m JK +& +&- 9LmM 4ent!'!sB Temper!tur! de combustión m1s b!'!& buen! tr!nsferenci! de c!lor =superficie de met!l p!r! f!2orecer l! tr!nsmisión de c!lor dentro del lecho>& desulfur!ción intern! por medio de piedr! c!li* Des2ent!'!sB Alto consumo propio % p(rdid!s en el ho!r& m!l! respuest! ! tr!b!'o ! c!r! p!rci!l& el !rr!n)ue en fr0o es complic!do& t(cnic! % económic!mente costoso& l! superficie de interc!mbio es susceptible ! l! erosión& se super! frecuentemente el l0mite de emisión de NO/ Lecho fluido circulante Comp!r!ción
con lecho fluido est!cion!rioB 91s comple'id!d t(cnic!& es decir m1s componentesB ciclón de recircul!ción& no e/iste interc!mbi!dor de
c!lor dentro del lecho& 2elocid!d del !s m!%or )ue l! 2elocid!d de c!0d! de l!s p!rt0cul!s=#- ms>& me'or me& temper!tur! const!nte en todo el ciclo& menos p(rdid!s en el ho!r& menores emisiones de NO/ =l! combustión es esc!lon!d!>* Las principales entaas de las centrales con combustión 34C son2 7 Flexibilidad de combustibles. 5uede funcionar sin ma#or problema con ariedad de combustibles distintos de carbón conencional tales como carbón de bao niel calorífico, carbón con alto contenido en sulfuro sulfuroso, lignito, biomasa, etc! 7 Control y reducción de contaminantes In-situ. 8racias a la adición de la caliza unto al carbón, en las plantas 34C la desulfurización se llea a cabo en el proceso de combustión mismo, llegando remoerse m&s del .9: de * + por 'ste concepto! %dem&s, la baa temperatura en el horno (en relación a los hornos de plantas conencionales) # el continuo fluo de aire en la combustión producen baas emisiones de ;* $ tras la combustión! 7 Procesamiento previo de combustible mínimo. ;o es necesario pulerizar el combustible que alimenta la caldera, solo se necesita machacarlo! 7 Eficiencia del ciclo de calor. 1ebido a que el ciclo termodin&mico es esencialmente el mismo que el de las centrales a carbón conencionales, las centrales 34C tienen una eficiencia similar de <:! 7 Tecnología probada. "$iste una gran e$periencia en aplicaciones de esta tecnología # ha# arias de empresas dedicadas a su implementación tal como se describe en la siguiente tabla en donde se muestran algunos eemplos de plantas 534C!
Entrada Tama"o en ombre!País Combustible #$%& operación comercial
Empresa Instaladora
=artan, "stocolmo, uecia
><9 (+$ 5+--)
Carbón 4ituminoso
>..-
%447Carbon, 5o?er @ Aeat
Tidd, %"5, *hio, 0%
B<
Carbón 4ituminoso
>..>
%sea74abcoc (%447 Carbon # 4@D Eoint =enture)
"scatron, ";1"%, "spa6a
B.,9
Lignito ;egro
>..-
%44 Carbon, 4abcoc @ Dilco$
B>
Carbón 4ituminoso
>..G
5lanta de demostración proporcionada por HAH, Licencia de %44
Daamatsu, "51C, F#ushu, Eapón
Tomato7%tsuma, A"5C*, Eapón
9
Carbón
>..
IAH, EapónJ
Treboice, Kepublica Checa
B-
Carbón duro
>..
5o?er, team @ Aeat
Tabla 4: Ejemplos plantas PFBC.
1ebido a lo preiamente descrito, se tiene que 'sta alternatia es potencialmente atractia para el caso chileno! 1e hecho, las nueas centrales que tiene en carpeta la empresa %" 8ener, 8uacolda HHH (+--ID) # ;uea =entanas (+9-ID), ocupar&n la tecnología de lecho fluidizado circulante (C34C)!
:I:6IO7RA8A httpsBes*iipedi!*oriiCombustiCP:PnQenQlechoQfluido httpBec*europ!*eutr!nsl!tionbulletinspunto%com!+p%c+P*htm httpBrefr!ct!rios*info$+P+$$3c!lder!delechofluidi
