Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
La fluidización es un método de mezclar combustible y aire en una proporción específica, para obtener la combustión. Un lecho fluidizado se puede definir como el lecho de partículas sólidas que se comportan como un fluido. Opera según el principio de que cuando un aire distribuido uniformemente se hace pasar hacia arriba a través de un lecho de partículas sólidas finamente dividido a baja velocidad, las partículas permanecen inalteradas, pero si la velocidad del flujo de aire aumenta constantemente, se alcanza una etapa en la que las partículas individuales están suspendidos en la corriente de aire.
Si la velocidad del aire aumenta aún más, el lecho se vuelve muy turbulento y se produce una mezcla rápida de partículas que aparece como la formación de burbujas en un líquido en ebullición y, como resultado, el proceso de combustión se conoce como combustión en lecho fluidizado .
La velocidad del aire que causa la fluidización depende de varios parámetros, como: –
- Tamaño de las partículas de combustible.
- Densidad de la mezcla de aire y combustible.
Por lo tanto, estos parámetros se tienen debidamente en cuenta, mientras se manipulan con la velocidad del flujo de aire para obtener la tasa de combustión deseada. En la combustión de lecho fluidizado , la mezcla rápida asegura la uniformidad de temperatura. La principal ventaja del sistema de combustión de lecho fluidizado es que los residuos municipales, los lodos de las plantas de tratamiento de aguas residuales, la biomasa, los residuos agrícolas y otros combustibles con alto contenido de humedad se pueden utilizar para la generación de calor.
Un horno fluidizado tiene un espacio cerrado con una base que tiene aberturas para admitir aire. El carbón triturado, la ceniza y la dolomita o piedra caliza triturada se mezclan en el horno de lecho y luego se hace pasar aire de combustión a alta velocidad a través del lecho, entrando desde el fondo del horno.
Con el aumento constante de la velocidad del aire, se alcanzará una etapa en la que la caída de presión a través del lecho sea igual al peso por unidad de sección transversal del lecho, y esta velocidad crítica particular se denomina velocidad mínima de fluidización .
Con un mayor aumento de la velocidad del aire, el lecho comenzará a expandirse y permitirá el paso de aire adicional, en forma de burbujas. Cuando la velocidad del aire se vuelve de 3 a 5 veces la velocidad crítica, el lecho se asemeja al de un líquido que hierve violentamente. En la figura siguiente se muestra una representación pictórica de la combustión en lecho fluidizado:
Los tubos evaporadores de la caldera están directamente sumergidos en el lecho fluidizado y los tubos, al estar en contacto directo con las partículas de carbón en combustión, producen tasas de transferencia de calor muy altas. Debido a esto, el tamaño de la unidad se reduce en gran medida y también produce una combustión con una eficiencia muy alta.
Tipos de combustión en lecho fluidizado
La combustión en lecho fluidizado (FBC) puede presentarse en 2 variantes, a saber:
- FBC de tipo vertical : Estos se utilizan generalmente en plantas más pequeñas y tienen la capacidad de producir vapor de hasta 6 toneladas por hora solamente. Su forma vertical reduce la dimensión total de la caldera de vapor y es extremadamente eficiente en plantas donde el espacio disponible es limitado.
- FBC de tipo horizontal : hay casi 10 veces más de capacidad en comparación con la combustión de lecho fluidizado de tipo vertical. Pueden producir hasta 60 toneladas de vapor por hora y se colocan horizontalmente con respecto a los tubos de la caldera. La alta capacidad de las calderas fluidizadas de tipo horizontal, junto con su alta eficiencia, las convierte en una opción extremadamente deseable para la central térmica de carbón.
Ventajas y desventajas de la combustión en lecho fluidizado
El FBC se está utilizando de forma exhaustiva en la actualidad en las principales centrales eléctricas de todo el mundo, debido a las numerosas ventajas que ofrece sobre los otros métodos de combustión predominantes. Algunos de ellos son:
- Alta eficiencia térmica.
- Sistema de fácil eliminación de cenizas, para ser transferido por cemento elaborado.
- Periodo corto de puesta en servicio y montaje.
- Totalmente automatizado y, por lo tanto, garantiza un funcionamiento seguro, incluso a temperaturas extremas.
- Funcionamiento eficiente a temperaturas de hasta 150 o C (es decir, muy por debajo de la temperatura de fusión de las cenizas).
- Trituración reducida de carbón, etc. (el carbón pulverizado no es una necesidad aquí).
- El sistema puede responder rápidamente a los cambios en la demanda de carga, debido al rápido establecimiento del equilibrio térmico entre el aire y las partículas de combustible en el lecho.
- El funcionamiento del horno de lecho fluidizado a una temperatura más baja ayuda a reducir la contaminación del aire. La operación a baja temperatura también reduce la formación de óxidos de nitrógeno. Añadiendo dolomita (un carbonato de calcio y magnesio) o piedra caliza (carbonato de calcio) al horno, la descarga de óxidos de azufre a la atmósfera también se puede reducir si se desea.
En vista de todas estas ventajas de la combustión en lecho fluidizado anteriores, donde la combustión en lecho fluidizado emerge como la mejor alternativa disponible en la actualidad, el mayor inconveniente de este sistema es que la potencia del ventilador debe mantenerse a un valor considerablemente alto, ya que el aire ha para ser suministrado continuamente a una presión muy alta para sostener el lecho. Esto a su vez aumenta el costo operativo de las unidades auxiliares de la planta. Pero está más que compensado por los altos valores de eficiencia que proporciona FBC.