Pulverizador de carbón

Introducción

Los estudios de la industria de generación de energía han demostrado que la energía del carbón pulverizado plantas son un área donde la confiabilidad mejorada del equipo es esencial. El Instituto de Investigaciones Eléctricas (EPRI) ha determinado que el 1% de la disponibilidad de la planta se pierde en promedio debido a problemas relacionados con el pulverizador. EPRI también identificó la contaminación de aceite y las fugas excesivas como dos áreas en las que las fallas del tren de transmisión del pulverizador representan el 53 % de los problemas del pulverizador.

Descripción

La pulverización del carbón es actualmente el método preferido para preparar el carbón para quemarlo. La pulverización mecánica del carbón en un polvo fino permite que se queme como un gas, lo que permite una combustión más eficiente. Transportado por aire o por una mezcla aire/gas, el carbón pulverizado puede introducirse directamente en la caldera para su combustión.

Hay varios equipos involucrados en el procesamiento del carbón para ser quemado de esta manera. La figura 1 es un diagrama simplificado que detalla este equipo en un sistema de combustión de carbón de combustión directa.

Combustion Engineering, Babcock & Wilcox y Riley Stoker Corp. son los principales fabricantes de equipos de pulverización de carbón. Los cuatro pulverizadores de carbón más comunes tipos están:

Molinos de tubos de bolas

Este tipo de molino consta de un tubo giratorio lleno de bolas de aleación fundidas. El carbón se introduce a través de dos muñones huecos a cada lado del tubo. A medida que el tubo gira, las bolas caen sobre el carbón, aplastándolo y pulverizándolo.

Molinos de impacto

La acción de trituración se lleva a cabo mediante una serie de martillos articulados o fijos que giran en una cámara cerrada con placas resistentes al desgaste. Los martillos impactan sobre el carbón, aplastándolo contra las placas. Se logra una mayor pulverización del carbón a medida que las partículas de carbón más pequeñas se muelen por desgaste entre sí y la cara de molienda.

Molinos de rodillos verticales

Este molino utiliza rodillos verticales cargados hidráulicamente que se asemejan a neumáticos grandes para pulverizar el carbón crudo que se alimenta a una mesa giratoria. A medida que gira la mesa, el carbón crudo se pulveriza al pasar por debajo de los rodillos. El aire caliente forzado a través de la parte inferior de la cámara de pulverización elimina la humedad no deseada y transporta el polvo de carbón pulverizado hacia arriba a través de la parte superior del pulverizador y los tubos de escape directamente al quemador. Los diseños más recientes de pulverizadores de carbón son los molinos verticales de rodillos. La figura 2 muestra una vista en corte de un pulverizador MPS de Babcock and Wilcox.

Ring-Roll y Ball-Race

Molinos Una bola o rodillo entre dos pistas o anillos proporciona las superficies de molienda en las que se produce la pulverización. Una o ambas pistas pueden girar contra una bola o rodillo (en un molino de rodillos anulares, los rodillos pueden girar mientras el anillo está estacionario). Los molinos Ring-Roll (Bowl-Mill) y Ball-Race comprenden la mayoría de los pulverizadores de carbón actualmente en servicio en Carbon pulverizado energía plantas

Los rodillos de molienda son estacionarios. en este diseño, mientras un engranaje helicoidal hace girar el anillo (comúnmente conocido como el bol). Potentes resortes fuerzan los rodillos de molienda contra el anillo, proporcionando la presión necesaria para pulverizar el carbón.

El carbón crudo entra por la parte superior del pulverizador a través de la tubería de alimentación de carbón crudo. Luego, el carbón crudo se pulveriza entre el rodillo y el anillo giratorio. Se fuerza la entrada de aire caliente a través de la parte inferior de la cámara de pulverización para eliminar la humedad no deseada y transportar el polvo de carbón hacia arriba a través de la parte superior del pulverizador y fuera del tubo de escape directamente al quemador. El carbón que no se ha pulverizado en partículas lo suficientemente finas no se puede expulsar por la parte superior de la unidad; vuelve a caer al anillo y rueda para ser pulverizado aún más.

Entrada de contaminación

Los engranajes y cojinetes de la caja de cambios están lubricados con aceite. Las partículas finas de carbón y los metales de desgaste de las superficies de esmerilado ingresan al aceite lubricante a través de los cojinetes desgastados y los sellos del eje, además de ser "inhalados" a través de las ventilaciones del depósito. Históricamente, el diseño de los pulverizadores de carbón se ha basado en la expectativa de pocos problemas en el sistema de transmisión bajo la operación y el mantenimiento prescritos. En la práctica, a menudo se ha encontrado que esto no es cierto.

Filtración suministrada por OEM

Muchos diseños de pulverizadores de carbón no incorporan ninguna filtración en sus circuitos de lubricación. Los pulverizadores que no incorporan filtración usan filtración gruesa, como filtros de malla limpiable de 40 micras o filtros de discos apilados limpiables de 200 micras. Tal filtración suministrada por el OEM a menudo no puede mantenerse al día con la tasa de ingreso inherentemente alta. Esto da como resultado niveles de contaminación que a menudo exceden el código ISO 30/30, particularmente en diseños más antiguos. Este alto nivel de contaminación puede disminuir severamente la vida útil de los rodamientos, engranajes, bombas y sellos, lo que lleva a una necesidad prematura de reemplazo o reparación. El tiempo de inactividad del pulverizador de carbón puede ser un factor importante en la reducción de la disponibilidad y confiabilidad general de la planta.

Filtración recomendada

Actualice para lograr un control de limpieza total (consulte los diagramas en la última página) La mayoría de las partículas de carbón pulverizado se encuentran en el rango de 4 a 30 µm, con un 70 % de estas partículas de menos de 10 µm. Las tasas de ingreso varían según el fabricante, el modelo y la edad de unidad, y las unidades más antiguas suelen admitir contaminantes más rápido que las más nuevas. La contaminación por partículas en el sistema de lubricación puede provocar daños rápidos en los componentes críticos.

Para proteger los componentes del sistema de lubricación del pulverizador de carbón, Pall recomienda mantener un nivel de limpieza del fluido de ISO 16/13 o superior. Esto se puede lograr mediante el uso de Ultipleat® SRT AS grado (ß12(c)≥ 1000) o filtros más finos. Filtros Ultipleat SRT, con su alta eficiencia de eliminación de partículas y capacidad de retención de suciedad, son ideales para controlar de manera rentable la contaminación en esta aplicación de alto ingreso.

Al actualizar la filtración en línea, se recomienda un conjunto dúplex de Pall para que los elementos se puedan cambiar mientras el pulverizador está en funcionamiento. Aunque se prefiere poner la filtración en línea, la dificultad para obtener las especificaciones del sistema del OEM, combinada con la presión de bomba típicamente baja asociada con esta aplicación, puede hacer que la filtración de bucle renal sea una alternativa más viable. Volúmenes de depósito por lo general varían de 15 a 300 galones.

Un caudal del 20 % del volumen del depósito por minuto a través de un circuito de riñón suele ser suficiente para superar la tasa de ingreso de la mayoría de las aplicaciones. La alta viscosidad de aceite lubricante para engranajes (2200 SUS a la temperatura de funcionamiento) junto con la tasa de ingreso inherentemente rápida generalmente asociada con estas unidades hace necesario en la mayoría de los casos utilizar al menos una carcasa UR619 con un elemento UE619 (ß12(c)≥ 1000 o más fino) por cada 50 gpm de flujo para proporcionar una filtración superior con una larga vida útil del elemento. Dado que los pulverizadores se conectan y desconectan, es importante dimensionar el sistema para la viscosidad del aceite a las temperaturas ambientales más bajas posibles de la planta. Los diámetros de línea en el bucle de riñón deben ser lo suficientemente grandes para facilitar el flujo de aceite lubricante altamente viscoso.

Otras aplicaciones donde la filtración de alto rendimiento de Pall es beneficiosos incluyen vagones de transporte de carbón y cintas transportadoras. Muchas de estas aplicaciones tienen sistemas hidráulicos y de lubricación que son vulnerables a la contaminación por polvo de carbón. Este equipo es necesario para transportar el carbón almacenado en el sitio a los pulverizadores de carbón. Debido a que este equipo es esencial para el operación de la planta de energía, es fundamental que este equipo esté libre de fallas relacionadas con la contaminación.

Estudio de caso

En marzo de 2003, una importante empresa de servicios públicos canadiense redujo la calificación de su Unidad 4 debido a una falla en el molino B. Se esperaba que el molino estuviera fuera de servicio durante aproximadamente un mes. Con una producción perdida de aproximadamente 864 MWh por día, la pérdida de ingresos total estimada fue de alrededor de $2,000,000. Los costos de reparación de esta interrupción sumaron más de $400,000 debido a la gravedad del daño a los componentes del tren de transmisión. Un análisis concluyó que había múltiples causas de este problema, incluidas prácticas deficientes de mantenimiento predictivo/preventivo y mala limpieza del aceite.

Pall proporcionó una carcasa de filtro para una prueba de seis meses para demostrar que la limpieza del aceite podía mejorarse según los estándares de la industria y mantenerse sin incurrir en costos sustanciales de elementos. La limpieza del aceite pasó de 20/19/17 para 18/16/13 en aproximadamente 2 horas y se ha mantenido en este nivel desde entonces.

Después de la prueba de seis meses, la planta de energía instaló un ensamblaje en cada uno de los 30 pulverizadores de carbón en sus instalaciones. La planta actualmente cambia elementos una vez al año.