realiza una descripción de los tipos y el funcionamiento de las calderas recuperadoras de químicos , usualmente utilizadas en celulosa y que generan energía eléctrica

1. Capítulo 14
Caldera Recuperadora

2. MOM - Cap 14 2
1. Evolución histórica
2. Funciones principales
3. Componentes
4. Combustión del LN en ambientes reductor y
oxidante
5. Circuitos de aire de combustión
6. Formación y arrastre de partículas
Alcance

3. 3
Proceso Kraft
MOM - Cap 14

4. 4
Principales funciones
La Caldera Recuperadora cumple tres funciones fundamentales:
• Caldera: combustiona la fracción orgánica y genera vapor de
alta presión
• Reactor Químico: al recuperar la fracción inorgánica útil al
proceso.
• Ambiental:
• Al evitar que el licor negro sea descargado al ecosistema. Combustión
de TRS + Metanol + jabón
MOM - Cap 14

5. 5
La Caldera Recuperadora fue desarrollada por G. H. Tomlinson y la colaboración
de la empresa Babcock & Wilcox (USA) a comienzos de los años 30.
Funciones
1. Combustión de la fracción orgánica del LN para generar calor
2. Reducción de compuestos de Azufre inorgánico a sulfuro de sodio, que sale
junto al fundido.
3. Producción de fundido inorgánico de carbonato y sulfuro de sodio. Este
último es posteriormente reciclado al digestor.
4. Recuperación del polvo inorgánico que sale con los gases de combustión.
5. Producción de vapores de Sodio para capturar el azufre residual.
Principales funciones
MOM - Cap 14

6. 6
Funciones de la CR
MOM - Cap 14
1. Inyección y mezcla del aire de combustión
2. Atomización del licor y formación de gotas
3. Secado de las gotas de licor
4. Pirólisis del LN y combustión de gases de pirólisis
5. Gasificación y combustión del carbón en hogar
6. Reducción del azufre a compuestos sulfurados

7. 7
MOM - Cap 14
Evolución histórica

8. 8
Los inicios
MOM - Cap 14
Uno de los primeros hornos para
quemar el LN
Fines de años 1800’s.
Fuente: Edling, 1981

9. 9
Los inicios
Tampella - 1929 Fuente: Esa Vakkilainen
Jaakko Pöyry, Oy

10. 10
Los inicios
MOM - Cap 14
Primera Caldera
Recuperadora Tomlinson,
Babcok & Wilcok, de 1929
Ventilador
T Forzado
Ventilador
T inducido
Tubos
de pared
Canaleta
de fundido
Estanque
disolvedor
sobrecalentador
Boiler bank
Domo de vapor
Buzón
de cenizas

11. 11
Los inicios
MOM - Cap 14
Combustion
Engineering, 1939

12. 12
Los inicios - actual
MOM - Cap 14
domo
Boiler bank
sobrecalentado
Tubos de nariz
Hogar
Estanque
disolverdor
Primera Caldera
Recuperadora
Tomlinson

13. 13
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Fuente: Valmet.com

14. 14
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Fuente: Valmet.com
Calderas de tamaño XXL
20,5
23,9
21,6
22,3 tss/m2

15. 15
Evolución de capacidades de CR
MOM - Cap 14
Fuente: Andrews Jones, International Paper
Década Tvapor/tss Presión, bar Temp, °C
1940s 2,3 – 2,5 40 375
1950s 2,5 - 2,7 55 400
1960s 2,7 – 2,9 60 450
1970s 3,0 – 3,3 80 470
1980s 3,3 – 3,5 100 480
1990s 3,5 – 3,7 100 495
2000s 3,7 – 3,8 110 510

16. 16
Evolución de capacidades de CR
MOM - Cap 14

17. 17
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Fuente: Valmet.com
Caldera de tamaño XXL
Parámetros
principales de
la nueva CR de
la Planta
Äänekoski -
Finlandia
Sólidos 83 %

18. 18
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Fuente: Valmet.com
Caldera recuperadora de
planta Äänekoski,
finland. Puesta en
marcha 2017
Altamente
eficiente
térmicamente

19. 19
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Fuente: Valmet.com
Caldera recuperadora de
planta Äänekoski,
finland. Puesta en
marcha 2017
Altamente
eficiente
térmicamente
Generación de vapor

20. 20
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Caldera de tamaño XXL
Fondo del hogar de la CR de
Äänekoski de acero compuesto
Tubos compuestos
Sanvik – Sanicro 38

21. 21
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Tubos compuestos
Sanvik – Sanicro 38

22. 22
MOM - Cap 14
Tubos “composite” con membrana

23. 23
MOM - Cap 14
Evolución carga térmica CR Evolución área basal del hogar CR
Evolución tamaño de las CR
1980 = 15
2015 = 24

24. 24
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Longitud de tubos en la mayor
CR existente

25. 25
MOM - Cap 14
Evolución tamaño de las CR
Domo de vapor CR de 6000 tss/d (20 mt largo, 132 ton)

26. 26
Actualmente la
Caldera
Recuperadora más
grande construida
es para 8500 tss/d
Evolución de Capacidades de las C. Recuperadoras
MOM - Cap 14

27. 27
• El desarrollo de una
mejor metalurgia para
el material de
construcción de las
calderas ha permitido
subir la presión del
vapor y la temperatura.
• A mayor temperatura
del vapor es mayor la
corrosión.
Mayor Generación de Vapor y de EE
MOM - Cap 14
Evolución de Capacidades de las C. Recuperadoras

28. 28
Características de una CR Moderna
1. Presión y temperaturas altas para aumentar la generación de EE
2. Material de sobrecalentadores de aleaciones especiales
3. Incremento de sólidos del LN a 90 % con concentradores que usan vapor de
elevadas presiones
4. Combustión de lodos biológicos y lodos de prensa de corteza
5. Combustión de gases TRS diluidos
6. Combustión de gases TRS concentrados
7. Gases del estanque disolvedor se queman en la Caldera
8. Remoción de cloro y potasio desde las cenizas
9. Cuatro niveles de aire, para control de NOx
MOM - Cap 14

29. 29
MOM - Cap 14 Fuente: Valmet.com
Multicombustibles
Alta versatilidad en el
uso de diferentes
combustibles

30. 30
Principales Componentes
MOM - Cap 14

31. 31
Principales Componentes
1 Hogar de la caldera
2 Sobre calentadores
3 Tubos de ebullición
(boiler bank)
4 Economizadores
5 Domo de vapor
6 Aire primario
7 Quemadores de LN
8 Aire terciario
9 Canaletas de fundido
10 Estanque disolvedor
MOM - Cap 14

32. 32
Principales Componentes
MOM - Cap 14
Perfil de T°

33. 33
Principales Componentes
MOM - Cap 14
Identificarlos….

34. 34
Equipos Periféricos
1. Ventiladores de tiro forzado, para aires 1rio, 2rio, 3rio y 4rio
 Calderas antiguas (un ventilador y dampers)
 Calderas nuevas (un ventilador para cada aire)
2. Ventiladores de tiro inducido (extraen los gases de combustión
pasándolos por los PPT)
3. Sistemas de calentamiento de aire de Combustión
 Por Radiación de la caldera misma
 Calentamiento con vapor
4. Sistema de Licor negro
MOM - Cap 14

35. 35
Equipos Periféricos
5. Quemador con boquillas
 Bombas y piping
 Anillo de alimentación y recirculación
 Estanque de mezcla para recircular desde el PPT
 Calentadores de licor
 Sistema de monitoreo de sólidos y derivación del LN
cuando bajan los sólidos (< 58 % ref)
MOM - Cap 14

36. 36
Equipos Periféricos
5. Canaletas de fundido
 Una para cada salida de fundido
 Enfriadas con agua desmineralizada
 Agua tk emergencia
 Acero especial para corrosión alcalina
6. Estanque Disolvedor: recibe el fundido atomizado con vapor
 Agitadores
 Chimenea con scrubber
 Bombas de LV
 Tapas de explosión
 Sistema de control de nivel y densidad del LV
MOM - Cap 14

37. 37
Equipos Periféricos
7. Deshollinadores. Usados para remover depósitos en las
zonas de transferencia de calor.
 Sobrecalentadores
 Tubos de ebullición
 Economizadores
 Trabajan de acuerdo a un ciclo modificable de limpieza
MOM - Cap 14

38. 38
Equipos Periféricos
8. Precipitador Electrostático: para limpiar de partículas los
gases de combustión.
 Transformadores
 Pantalla de distribución
 Transformadores
 Electrodos
 Placas colectoras
 Sistema de limpieza de las placas
 Sistema de extracción del polvo del PPT
 Alimentación a estanque (transportador de helicoide + v/v
rotativa)
MOM - Cap 14

39. 39
Equipos Periféricos
9. Sistema de Combustible auxiliar
 Quemadores auxiliares de FO (paradas, partidas y estabilizar
combustión LN) – ubicados a nivel de aire 1rio
 Quemadores de carga de FO; para generar más vapor, cuando el LN
no es suficiente – ubicados a nivel de aire 3rio
 Encendedores (propano/butano) – “piloto”
 Sistema de Seguridad (Detectores de llama)
MOM - Cap 14

40. 40
Circulación del Agua
MOM - Cap 14

41. 41
Principio de la circulación natural
MOM - Cap 14
Fuerza impulsora
∆Ppérdida = (ρagua – ρmezcla)gh
∆Ppérdida = pérdidas del flujo de circulación
ρ agua = densidad del agua
ρ mezcla = densidad de la mezcla agua vapor
g = aceleración de gravedad
h = altura de la circulación

42. 42
MOM - Cap 14
Circulación de agua
Arreglo de la circulación natural en una caldera recuperadora moderna
1. Agua desciende por los dowcomers
2. Agua + vapor ascienden por tubos de pared
3. Agua + vapor llegan al domo y recircula
4. Banco hervidor tiene downcomers y risers
separados
• Downcomers: tubos con circulación descendente
• Risers: tubos con circulación ascendente

43. 43
Domo de vapor
MOM - Cap 14
• Aquí se produce la separación
del vapor del líquido.
• Por tanto el vapor sale
saturado
• Hay dispositivos que eliminan
que el vapor arrastre de agua
líquida, dado la alta
turbulencia

44. 44
Domo de vapor
MOM - Cap 14
Llegada
de agua al
domo
Bajada de
agua del
domo

45. 45
Transferencia de calor y Eficiencia térmica
Economizadores Sobrecalentadores
Tubos de Pared
Boiler Bank
MOM - Cap 14
Diagrama
T-S

46. 46
MOM - Cap 14
Combustión del LN

47. 47
Composición Elemental del LN
MOM - Cap 14
Elemento %
Na 19,17
S 4,76
C 35,93
H 3,56
O 35,2
K 1,02
Cl 0,12
Inertes 0,24
Total 100

48. 48
Propiedad Unidad 2 domos
antiguas
1 domo
nuevas
2002
L Negro Kg/ADt 1982 1992 1780
Sulfidez % 42 45 41
P Calorífico Sup. MJ/kgs LN 15,0 13,9 13,0
Sólidos del LN % 64 72 80
A. Elemental
C % 36,4 34 31,6
H % 3,75 3,5 3,4
N % 0,1 0,1 0,1
Na % 18 18,4 19,8
S % 5,4 5,9 6
Cl % 0,2 0,4 0,8
K % 0,75 1,0 1,8
Sulfidez: Na2S/(Na2S+NaOH)
Desarrollo de las características del LN
MOM - Cap 14

49. 49
Propiedad Unidad 2 domos 1 domo 2002
Cl/(Na+Cl) %-mol 0,7 1,37 2,49
K/(Na+K) %-mol 2,39 3,1 5,07
Calor Neto KW/kg LN 13600 12250 11200
Aire de Combustión m3N/kg LN 4,1 3,7 3,4
Gases de Combustión m3N/kg LN 4,9 4,3 3,9
Desarrollo de las características del LN
La generación de vapor se incrementa con el % de sólidos del LN.
Entre 65 a 80 % se incrementa en aproximadamente un 7%
MOM - Cap 14

50. 50
Importancia de la concentración del LN
Efecto de la concentración de LN sobre la capacidad de generación de Energía
MOM - Cap 14

51. 51
MOM - Cap 14
Beneficios combustión a Sólidos > 75 %
• Mayor eficiencia térmica
• Menor tendencia al ensuciamiento
• Mayor capacidad de combustión
• Menor corrosión en la parte alta del hogar
• Menor emisiones ambientales (S)

52. 52
MOM - Cap 14
• Aumento de emisiones de NOx
• Incremento de carga al PPT
• Incremento de corrosión zona de alimentación de
LN
• Riesgo con la viscosidad del LN
Beneficios combustión a Sólidos > 75 %

53. 53
MOM - Cap 14
Etapas en la combustión del LN
Etapa Tiempo
Secado
• Evaporación de agua
• Diámetro constante
0,1 a 0,2
Volatilización
• Inicio de ignición
• Hinchamiento de la partícula
• Emisión de volátiles
0,2 a 0,3
Combustión
• Desaparición de la llama
• Disminución del diámestro
• Reacciones de reducción
0,5 a 1
Fundido largo

54. 54
Factores que afectan la combustión en CR
MOM - Cap 14
• Diseño de la caldera (sistema de aire, sistema de licor,
materiales, etc.)
• Distribución de flujos de aire de combustión
• Calidad del licor (poder calorífico, viscosidad, org/inor,
álcali residual, hinchamiento, etc.)
• Características de combustión del licor (temperatura,
presión, tipo de boquillas)

55. 55
Etapas en la Combustión del LN
Hinchamiento de la partícula de Licor Negro durante la combustión
• El licor negro no queda
finamente atomizado
cuando ingresa al hogar.
• El tamaño de partículas
es de aprox 3 mm
• Puede llegar material no
quemado a la “cama” o
“monte” del fundido.
MOM - Cap 14

56. 56
Combustión del LN
MOM - Cap 14
Gota de
L Negro
Secado de la gota
Hinchamiento de la partícula
Partícula de carbón
Cama de fundido

57. 57
Combustión del LN
MOM - Cap 14
1. Secado de la corriente de licor: toda el agua contenida
en la gota de licor se evapora
2. Pirólisis: la llama aparece (ignición) y parte de la
materia orgánica se desintegra (la gota se expande)
3. Combustión del carbón: el residuo carbonoso
(estructura de carbón porosa), que incluye sales
inorgánicas en forma sólida y fundida, se quema

58. 58
Combustión del LN
Etapa Caracterizada por Tiempo, seg
Secado Evaporación del agua, diámetro constante hasta
antes del hinchamiento inicial
0,1 a 0,2
Devolatización Aparición de llama, ignición, hinchamiento de las
gotas, eliminación de volátiles (°T >200 °C)
0,2 a 0,3
Combustión del
Carbón
Desaparición de la llama, reacciones de reducción,
disminución del diámetro
0,5 a 1
Fundido Aumento de diámetro, reoxidación larga
• Hinchamiento para el LN puede variar entre 10 a 50 cm3/gr, dependiendo del licor
• Tiene que existir gases al interior de la partícula y tener una superficie plástica
• Formación de una masa de alta porosidad
MOM - Cap 14

59. 59
Combustión del LN
Partícula de LN al inicio de devolatización Partícula de LN al término de devolatización
Fuente: Åbo Akademi - Finland
MOM - Cap 14

60. 60
LN Concentrado
MOM - Cap 14
Fluido visco-elástico
Características
reológicas, que influyen
directamente en su
atomización para ser
combustionado

61. 61
MOM - Cap 14
Boquilla de atomización del LN
Fuente: Ari Kankkunen1 *, Pasi Miikkulainen2 , Mika Järvinen1 , Carl-Johan Fogelholm1
Aalto University, Andritz OY

62. 62
Atomización del Licor Negro
MOM - Cap 14
Partículas de carbón hinchadas, a 95 % seco y 800 °C

63. 63
Atomización del Licor Negro
MOM - Cap 14

64. 64
MOM - Cap 14
Formas de la atomización del LN en boquilla

65. 65
MOM - Cap 14
Boquilla de atomización del LN
Fuente: Ari Kankkunen1 *, Pasi Miikkulainen2 , Mika Järvinen1 , Carl-Johan Fogelholm1
Aalto University, Andrits OY

66. 66
MOM - Cap 14
Etapas en la combustión del LN
O
2
O
2
Reaciones de secado y
pirolisis
Reacciones de formación de
partículas
Reacciones de oxidación
Reacciones de oxidación
Reacciones de
reduçción
fundido

67. 67
MOM - Cap 14
Boquillas
de licor
Proceso de combustión
Etapas Aires

68. 68
MOM - Cap 14
Proceso de combustión
Zonas de la caldera con funciones de
combustión muy diferencias, cuya
operación debe ser cuidada.
• Zona baja de la caldera y REDUCCION
de formación del sulfuro de sodio.
•
Zona alta de secado del LN y
reacciones de OXIDACION y de
formación de una variedad de
compuestos

69. 69
Zonas de Combustión y Reacciones
MOM - Cap 14

70. 70
MOM - Cap 14
Efecto de la temperatura en emisiones

71. 71
MOM - Cap 14
Zonas de Combustión

72. 72
MOM - Cap 14
Concentración del LN v/s eficiencia de la CR

73. 73
Con Tubos de pantalla
Sin Tubos de pantalla
Sobrecalentadores
Fuente: Esa Vakkilainen, Kraft recovery boilers - Principles and Practice
MOM - Cap 14

74. 74
Zonas de Combustión y Reacción del LN
Reacciones de Sodio en la CR
MOM - Cap 14
La actividad del sodio es función
directa de la temperatura del hogar.
• A mayor temperatura el sodio
sublima (pasa al estado vapor)
• Reacciona con agua y forma NaOH,
que posteriormente reacciona con
compuestos de azufre para formar
otros compuestos sulfurados

75. 75
Zonas de Combustión y Reacción del LN
Reacciones de Azufre en la CR
MOM - Cap 14

76. 76
Zonas de Combustión y Reacción del LN
Reacciones del Carbono en la CR
MOM - Cap 14

77. 77
Fuente: Mikko Upa, Åbo Akademy University, Finland
Evolución de Sodio y Azufre en CR
En la medida que
se incrementa la
temperatura del
hogar el sodio se
sublima y
reacciona con
especies de azufre
MOM - Cap 14

78. 78
MOM - Cap 14
Incrustaciones en zona alta de CR

79. 79
Zonas de Combustión y Reacción del LN
MOM - Cap 14

80. 80
MOM - Cap 14
Viscosidad del fundido v/s T°
• El fundido no tiene un solo punto de
fusión, sino que la solidificación se
produce en un amplio rango de
temperatura.
• Es el primer punto de solidificación
(cuando se forma el material sólido por
primera vez) lo que es relevante aquí.
• Para fundidos típicas, esta
temperatura es de 740 a 780 ° C.
• Por debajo de este punto, el fundido se
vuelve muy viscoso.
Fuente: Kontula Mikko, 2012
Tampere University of Technology

81. 81
MOM - Cap 14
Descarga de fundido y atomización de CR

82. 82
Evacuación del fundido
MOM - Cap 14
Actualmente existe
sistema robotizado
para limpieza de las
canales de fundido

83. 83
Economizadores
MOM - Cap 14

84. 84
MOM - Cap 14
Temperaturas de gases de las CR

85. 85
Se muestran flujos de:
• Licor negro
• Fundido
• Cenizas
• Licor verde
• Vapor
Identifíquelos!
Flujos Principales en C Recuperadora
MOM - Cap 14

86. 86
Flujos Principales en C Recuperadora
Se muestran flujos de:
• Agua desmineralizada
• Agua de alimentación
• Vapor de alta presión
• Vapor de media presión
• Vapor de soplado
Identifíquelos!
MOM - Cap 14

87. 87
Agua de Calderas - Desaireador
MOM - Cap 14

88. 88
Sistema de Vapor
Se muestran vapores de:
• Alta presión
• Media presión
• Baja presión
• Agua de atemperación
Identifíquelos!
MOM - Cap 14

89. 89
Combustión de TRS Diluidos (DNCG)
Modernamente los
gases TRS concentrados
y diluidos se
combustionan en CR.
Los diluidos a nivel de
aire secundario en la CR
MOM - Cap 14

90. 90
Formas del Azufre en el Licor Negro
El azufre se manifiesta
de diferentes formas,
pero finalmente
después de la
combustión termina
como:
• SO2
• Na2SO4
• H2S
MOM - Cap 14

91. 91
Capacidad de la CR y T° del Vapor Recalentado
Fuente: Esa Vakkilainen, Kraft recovery boilers - Principles and practice
MOM - Cap 14

92. 92
Sólidos del LN y T° del Vapor Recalentado
Fuente: Esa Vakkilainen, Kraft recovery boilers - Principles and practice
Al ser el LN más
concentrado, hay
menos agua que
evaporar por lo que
el aporte calórico
real se ha ido
incrementando
MOM - Cap 14

93. 93
Generación de Vapor y Sólidos del LN
Fuente: Esa Vakkilainen, Kraft recovery boilers - Principles and practice
Similarmente, a
mayor sólidos del
LN se ha
incrementado la
generación de
vapor para
generar EE.
MOM - Cap 14

94. 94
Balance de AZUFRE en CR
Unidad: gr de AZUFRE/kg LN
Fuente: Mikko Upa, Åbo Akademy University, Finlandia
MOM - Cap 14

95. 95
Balance de SODIO en CR
Unidad: gr de SODIO/kg LN
Fuente: Mikko Upa, Åbo Akademy University, Finlandia
MOM - Cap 14

96. 96
Efecto de la T° en el Hogar de la CR
Baja T° y alta sulfidez: S/Na2 = 1,5 Alta T° y baja sulfidez: S/Na2 = 0,8
MOM - Cap 14

97. 97
Composición de los Gases de Combustión v/s el pH
A baja T° en el hogar hay
más emisión de SO2 y de
NaHSO4, el pH es más
ácido y produce un mayor
ensuciamiento de las
superficies de intercambio
calórico y de los
precipitadores
electrostáticos y mayor
corrosión.
MOM - Cap 14
Menor T°
Mayor T°

98. 98
Vapores de Cloro
• El cloro se concentra en la parte baja
del hogar como KCl y NaCl.
• La presión de vapor de ellos es
superior a los otros compuestos de
sodio y potasio.
• Los gases de combustión se
enriquecen en estos cloruros.
• Bajan la T° de fusión de los demás
compuestos
• Se tornan “pegajosos” y ensucian e
incrustan las superficies.
• Factor de enriquecimiento de 2 a 4 veces
respecto del fundido.
• Esta es la razón por la cual debe hacerse “purgas” de material particulado en la caldera
• Instalación de Cristalizadores para recuperar sulfato (1 o 2 etapas)
• Sistema CRP: Chlorine Removal Process
MOM - Cap 14

99. 99
Evolución de las emisiones de una CR
MOM - Cap 14
Emisión Originalmente Últimos diseños
O2 (resid) 6-8 % 1-2 %
CO 2000-10000 ppm 50-100 ppm
SO2 250-500 ppm 0 ppm
TRS 20-100 ppm 0-1 ppm
NOx 75-100 ppm 50 ppm
VOC 50-100 ppm 0-5 ppm
Polvo 100-200 mg/m3 10-20 mg/m3
Fuente: Andrews Jones, International Paper

100. 100
MOM - Cap 14
Nitrógeno en ciclo de recuperación

101. 101
Vapores de Cloro
• A medida que se va evaporando el
agua los cristales de sulfato de
sodio y dependiendo de la
composición de la ceniza, los de
carbonato de sodio también, van
precipitando a partir de la solución.
• El potasio y el cloro van a
permanecer en solución mientras
que el sulfato de sodio y el
carbonato de sodio cristalizan hasta
alcanzar su límite de solubilidad.
MOM - Cap 14

102. 102
Distribución de aires
MOM - Cap 14

103. 103
Objetivos
MOM - Cap 14
• Suministrar aire para una combustión completa (3T: tiempo,
temperatura, turbulencia)
• Control de temperatura y ambiente químico en torno de zona
baja (carbono)
• Minimizar el arrastre de partículas de LN
• Minimizar las emisiones de CO, Nox, TRS, SO2
• Lograr flujo uniforme y temperatura ingresando a sobre
calentador

104. 104
Distribución de aires
MOM - Cap 14
Aire de combustión se suministra en tres niveles
1. Aire primario (en fondo del hogar)
2. Aire secundario (centro)
3. Aire terciario (superior)
4. Aire cuaternario (+ superior)
(solo en algunas calderas Modernas, NOx)

105. 105
Distribución de aires
MOM - Cap 14

106. 106
Distribución de aires
MOM - Cap 14
Componentes
1. Ventiladores
• Forzado (insufla el aire)
• Inducido (extrae gases de combustión)
2. Ductos de conducción y distribución
3. Calentadores

107. 107
Distribución de aires - Valores típicos
MOM - Cap 14

108. 108
Distribución de aires
MOM - Cap 14
• Controla la combustión de la cama de fundido
• Empuja el material hacia el interior de las puertas de
aire
Aire Primario

109. 109
Distribución de aires
MOM - Cap 14
• Secar las partículas de LN atomizado (2 a 5 mm)
• Controla la combustión y altura de la cama de fundido
• Controla la combustión de volátiles (pirólisis)
Aire secundario

110. 110
Distribución de aires
MOM - Cap 14
• Suministrado en un solo nivel
• Suministrado en 2-3 niveles (puertas verticales)
• rotatorio
Aire secundario
Entrecruzamiento total Entrecruzamiento parcial

111. 111
Distribución de aires
MOM - Cap 14
Aire terciario
• Completa la mezcla y combustión de gases (CO, H2S, etc,)
• Disminuye el arrastre de partículas hacia zona superior
• Se usan puertas grandes y alta presión
• Actúa además como una cortina
Flujo entrelazado
Flujo concéntrico

112. 112
Distribución de aires
MOM - Cap 14
Aire cuaternario (disminución de Nox)

113. 113
MOM - Cap 14
Zonas Principales
• Reducción en el fondo
• Secado y pirolisis en el centro
• Oxidación en parte superior
Caldera Moderna con aire cuaternario
Aire cuaternario para control
de emisiones de NOx

114. 114
Distribución de aires
MOM - Cap 14
Aumento de presión en aire secundario
Menor arrastre de partículas
Caso base Modificación

115. 115
Formación de NOx
MOM - Cap 14
NH3 + O2 = NO + H2O

116. 116
Formación de NOx
MOM - Cap 14
Simulación
computacional de
emisión de NOx

117. 117
Emisión de NOx v/s tamaño de gota LN
MOM - Cap 14

118. 118
Forma del monte v/s tamaño de gota LN
MOM - Cap 14
Forma de “monte” en
el fondo del hogar de
la caldera, en función
del tamaño de las
gotas de LN

119. 119
Composición Típica de sólidos en gases de combustión
Esta composición es variable en función de
las condiciones operacionales de la caldera.
• Concentración del licor negro
• Temperatura del hogar
• Distribución de aires
• Contenido de Cl y K en el licor negro
MOM - Cap 14

120. 120
Formación de sólidos en gases de combustión
MOM - Cap 14
Rango de Tg °C Reacción principal
> 1300
Formación de las
partículas
2 Na(g) + H2O(g) + ½ O2 ↔ 2 NaOH(g)
2 NaOH(g,c) + SO2(g) + 1/2 O2(g) ↔ Na2SO4(g,c) + H2O(g)
1000°C < Tg < 1300 °C
Crecimiento de las
partículas
2NaOH(g,c) + CO2(g) ↔ Na2CO3(c) + H2O (g)
800°C < Tg < 1000 °C
Crecimiento de las
partículas
2 NaCl(g,c) + SO2(g) + ½ O2 + H2O(g) ↔ Na2SO4(g,c) + 2 HCl (g)
Na2CO3(c) + SO2(g) +1/2 O2(g) ↔ Na2SO4(c) + CO2(g)

121. 121
Temperatura de Fusión partículas en gases
A medida que se
incrementa la
concentración de
carbonato (CO3)
Potasio (K)
disminuye la
temperatura de
fusión.
Se incrementan los
depósitos en
sobrecalentadores
MOM - Cap 14

122. 122
Temperatura de Fusión partículas en gases
A medida que se
incrementa la
concentración de
Cloro (Cl) Potasio (K)
disminuye la
temperatura de
fusión.
Se incrementan los
depósitos en
sobrecalentadores
MOM - Cap 14

123. 123
Depósitos
• Los depósitos se forman por condensación
de vapores de compuestos que tienen
sodio y potasio.
• La Condensación y formación de partículas
puede ocurrir en dos etapas:
 Desde la fase gas condensando sobre
superficies frías.
 Condensación en la misma fase gas y
que después se adhieren a las
superficies frías.
• Las partículas tiene tamaño relativamente
uniforme entre 0,1 a 1 µm
MOM - Cap 14

124. 124
Temperatura de Fusión partículas en gases
Sobre la zona de
deformación, hay
sólidos con una
cierta parte
líquida (coexistes
las fases) por lo
que su
característica de
ensuciamiento es
mucho menor
MOM - Cap 14

125. 125
Depósitos
Sobrecalentadores Economizadores
MOM - Cap 14
Zona de mayor T° Zona de menor T°

126. 126
Depósitos en Economizadores
MOM - Cap 14

127. 127
Deshollinadores – Sopladores
MOM - Cap 14
Sopladores retráctiles
Boquillas

128. 128
MOM - Cap 14
Deshollinadores – Sopladores

129. 129
MOM - Cap 14
Ubicación fuera de la pared de la CR Mecanismo de funcionamiento
Deshollinadores – Sopladores

130. 130
MOM - Cap 14
Deshollinadores – Sopladores

131. 131
MOM - Cap 14
Deshollinadores – Sopladores

132. 132
Dependiendo del tipo de depósitos se usan deshollinadores
con diferentes presiones de vapor
Alta presión Media presión Fuerza del
deshollinado
MOM - Cap 14
Deshollinadores – Sopladores

133. 133
MOM - Cap 14
Composición típica de las cenizas del ppt
Fuente: Heikki Jaakkola, Andritz Oy

134. 134
MOM - Cap 14
Fin

135. 135
MOM - Cap 14
Emisión de Sodio y Azufre desde el Hogar CR
Temperatura en zona baja del hogar
Fuente: Mikko Hupa – Abo Akademi University, Turku - Finland