Caldera de vapor de lecho fluidizado

¿Cómo funcionan las calderas de lecho fluidizado?

El principio de funcionamiento de una caldera de vapor de lecho fluidizado es básicamente un método avanzado de combustión utilizado para quemar partículas de combustible sólido suspendidas en una cámara. Para proporcionar el oxígeno necesario para la combustión, se soplan chorros de aire a través de un lecho de materiales particulados como arena y piedra caliza, creando un lecho fluidizado burbujeante. Este proceso mejora la mezcla rápida y completa de gases y sólidos, promueve una rápida transferencia de calor y favorece reacciones químicas eficientes dentro del lecho. Los sistemas de calderas de lecho fluidizado pueden quemar una variedad de combustibles sólidos de baja calidad como carbón, madera y biomasa con alta eficiencia, sin necesidad de preparaciones costosas como la pulverización del carbón. Además, los modelos de nueva generación de estas calderas son más compactos que los hornos convencionales equivalentes, lo que ofrece ventajas significativas en términos de costos y flexibilidad operativa. También reducen la cantidad de azufre emitido en forma de SO₂. La piedra caliza se utiliza durante la combustión para capturar el azufre, lo que mejora la transferencia de calor al equipo que recupera la energía del calor de la caldera (típicamente tubos de agua). El calor liberado entra en contacto directo con los tubos y se transfiere por conducción, aumentando la eficiencia general.

Ventajas de las calderas de lecho fluidizado

La piedra caliza se utiliza durante la combustión para capturar el azufre, lo que permite una transferencia de calor más eficiente al equipo utilizado para extraer la energía (típicamente tubos de agua). El residuo calentado que entra en contacto directo con los tubos (calentamiento por conducción) mejora la eficiencia. Como permite que las plantas de carbón quemen a temperaturas más bajas, se emite menos NO₂. Sin embargo, la combustión a bajas temperaturas puede provocar un aumento en las emisiones de hidrocarburos. Las unidades comerciales de calderas de lecho fluidizado funcionan con alta eficiencia, tienen un costo más bajo que las calderas tradicionales actuales y emiten niveles reducidos de SO₂ y NO₂. Esto las convierte en una de las calderas de vapor más preferidas.

Desventajas de las calderas de lecho fluidizado

Sin embargo, existen desventajas como la erosión de los tubos dentro de la caldera, la distribución desigual de la temperatura causada por obstrucciones en la entrada de aire del lecho, y largos tiempos de puesta en marcha que en algunos casos pueden alcanzar hasta 48 horas.

• Mientras que los sistemas de lecho fluidizado operan a una temperatura de combustión más baja de 750 °C, las calderas convencionales funcionan a 850 °C.
• Las calderas de vapor con lecho fluidizado presentan un bajo nivel de sinterización (fusión de cenizas).
• Producción reducida de NO₂ debido a la baja temperatura.
• Producción reducida de SO₂ gracias a la absorción por la piedra caliza.
• Diez veces más transferencia de calor que otros procesos de combustión debido a las partículas en combustión, lo que resulta en una mayor eficiencia de combustión.
• Requiere menos espacio debido al alto coeficiente de transferencia de calor por convección.
• Puede ocurrir una combustión isotérmica del lecho ya que la temperatura se mantiene constante tanto en la zona libre como en la activa.

¿Qué tipos de calderas existen?

Los tipos de calderas de vapor de lecho fluidizado se dividen en dos grupos principales: sistemas atmosféricos y sistemas presurizados. Los sistemas presurizados, a su vez, se subdividen en dos grupos más pequeños: calderas de lecho fluidizado burbujeante y calderas de lecho fluidizado circulante.

Caldera de Lecho Fluidizado Atmosférico

Las calderas de vapor de lecho fluidizado atmosférico utilizan piedra caliza o dolomita para capturar el azufre liberado durante la combustión del carbón. Los chorros de aire suspenden la mezcla de sorbente y carbón en combustión, convirtiéndola en partículas incandescentes que fluyen como un líquido. Estas calderas operan a presión atmosférica.

Caldera de Lecho Fluidizado Presurizado

La caldera de lecho fluidizado presurizado utiliza sorbente y chorros de aire para suspender la mezcla de sorbente y carbón en combustión. Sin embargo, estos sistemas operan a alta presión y producen una corriente de gas a alta presión a temperaturas adecuadas para accionar una turbina de gas. El vapor generado por el calor del lecho fluidizado se envía a una turbina de vapor, creando un sistema de ciclo combinado de alta eficiencia.

Caldera Avanzada de Lecho Fluidizado Presurizado

El sistema de caldera avanzada de lecho fluidizado presurizado de nueva generación aumenta la temperatura de encendido de la turbina de gas utilizando gas natural además del aire deteriorado del quemador de lecho fluidizado. Este sistema utiliza gas natural, que suele ser más caro que el carbón.

En los sistemas avanzados de caldera presurizada de segunda generación, se incluye un carbonizador presurizado para convertir el carbón alimentado en gas combustible y coque. La caldera de lecho fluidizado presurizado quema el carbón para producir vapor para la turbina de vapor y calentar el aire de combustión. El gas combustible procedente del carbonizador se quema en un quemador auxiliar conectado a la turbina de gas y calienta los gases hasta la temperatura nominal de encendido de la turbina. El calor del escape de la turbina de gas se recupera para producir vapor que se utiliza para accionar una turbina de vapor convencional, lo que mejora la eficiencia de la producción de energía en ciclo combinado. Estos sistemas también se conocen como sistemas avanzados de caldera de lecho fluidizado presurizado de circulación. Un sistema de caldera de lecho fluidizado presurizado de circulación funciona completamente con carbón.

La gasificación implica un gasificador parcial de lecho fluidizado de circulación presurizado que alimenta gas de síntesis al quemador auxiliar de la turbina de gas. El escape de la turbina de gas proporciona aire de combustión para un quemador de lecho fluidizado circulante atmosférico que quema el carbón procedente del gasificador parcial.