Tipología de la Generación de Electricidad con Carbón Mineral, sus impactos ambientales y sus planes de adecuación

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN:

“Tipología de la Generación de Electricidad con Carbón Mineral, sus impactos ambientales y sus planes de adecuación”

Contenido

Introducción 2

Marco Teórico 2

Descripción y diagramas de una distribución típica (layout) de los diferentes sistemas de una central termoeléctrica que utilice carbón mineral como combustible 2

Alimentación de combustible 2

Sistemas de transferencia de calor 5

Sistemas de generación de energía mecánica 7

Sistema de generación de energía eléctrica 8

Descripción de una central termoeléctrica que opere con carbón mineral indicando las principales condiciones de operación de dicha planta. Incluir el ciclo termodinámico usado, la presión, temperatura y flujo de vapor, flujo de combustible y potencia instalada. 9

Central térmica Compostilla II 9

El costo estimado de inversión, operación y mantenimiento de una central termoeléctrica a carbón. 11

Costos de inversión 11

Costos de operación y mantenimiento 14

Breve descripción del mercado mundial del carbón mineral indicando la variación de su costo durante los últimos 10 años y proyecciones futuras. 15

Consumo de Carbón a nivel mundial 15

Precio del carbón en los últimos años 17

Reserva y característica de un tipo de carbón mineral disponible en 2 países del continente americano incluyendo su análisis elemental e inmediato y su poder calorífico superior. 22

Análisis del carbón estadounidense 26

Análisis del carbón colombiano 27

Principales impactos ambientales y sus medidas de adecuación. 28

Calentamiento Global 32

Eutrofización 32

Contaminación por metales pesados 33

Innovaciones tecnológicas recientes para la generación eléctrica con carbón. 34

Respuesta tecnológica 34

Reducción en las emisiones de partículas 35

Prevención de Lluvia Acida 35

Reducción de las emisiones de Dióxido de Carbono 36

Conclusiones 37

Bibliografía 37

Vídeo sobre el tema 38

Introducción

La generación eléctrica es de suma importancia para el desarrollo de la vida diaria, ya que sin ella no podrían realizarse muchas actividades que hoy en día son primordiales. Pero tras la generación eléctrica existen diversos factores económicos, técnicos y ambientales que afectan los procesos de generación. En la presente investigación se pretende abordar estos factores.

Existen diversos tipos de generación eléctrica y cada una de ellas dependerá de la fuente de generación y la planta se adecuara a estas. Existen centrales eléctricas de generación por lignito, carbón, petróleo, solar, nuclear, hidráulica, etc. En este caso se hará énfasis especial en la generación a partir de carbón.

Se comenzara con una descripción de los sistemas de distribución de los diferentes sistemas de una central termoeléctrica que utilice carbón mineral como combustible. Además la descripción de la central así como sus condiciones de operación, temperatura, presión, flujo de vapor, flujo de combustible y potencias de operación.

Por otra parte se trataran los factores económicos que afectan y están tras la generación eléctrica de este tipo como son, costos estimados de instalación, operación y como cualquier central sin importar su fuente de generación, los costos de mantenimiento en los que esta incurre. Dado el beneficio económico que el carbón y la generación de energía produce está directamente relacionado con los cambios de la económicos que a nivel mundial ocurren, por lo que se realizara una breve descripción del mercado mundial así como las variaciones de sus costos durante años pasados y proyecciones futuras de este.

Y finalmente debido al interés e importancia que ha tomado a nivel mundial las políticas de protección ambiental. Como las centrales que utilizan carbón mineral como combustible afectan diversas áreas de la contaminación y que factor es el mayor contaminante por parte de este tipo de generación. Además las tecnologías y acciones desarrolladas para contrarrestar y controlar los efectos de la combustión del carbón para volver la generación a partir de carbón, una generación amigable con el medio ambiente.

Marco Teórico

Descripción y diagramas de una distribución típica (layout) de los diferentes sistemas de una central termoeléctrica que utilice carbón mineral como combustible

- Parque de carbón

- Cinta transportadora

- Tolva o embudo

- Molino de carbón

- Caldera

- Cenicero

- Sobrecalentador

- Recalentador

- Economizador

- Precipitador

- Desulfurador

- Chimenea

- Turbinas

- Condensador

- Torre de refrigeración

- Generador

- Transformadores

- Calentadores

- Línea de transporte de energía eléctrica

Se podrían dividir los componentes en cuatro sistemas principales

1. Alimentación de combustible

2. Sistemas de transferencia de calor

3. Sistema de generación de energía mecánica

4. Sistema de generación de energía eléctrica

En el sistema de alimentación de combustible tenemos el parque de carbón, la banda transportadora, la tolva y el molino. Juntos funcionan como un sistema que brinda el combustible a la caldera para poder su futura combustión.

Alimentación de combustible

Parque de carbón

Se le llama al depósito o espacio en el que se almacena el carbón mineral. Para la mayoría de centrales estos parques son de gran tamaño debido a la necesidad de toneladas de carbón para producir electricidad. Es de suma importancia tener una vasta cantidad de carbón para suplir cualquier alta demanda de energía eléctrica.

Cinta transportadora

Esta cinta es tan solo un mecanismo para mover las grandes cantidades de carbón hacia la tolva o embudo que lleva directamente a los molinos. Existen otros mecanismos para movilizar el carbón, pero la banda transportadora es un mecanismo eficiente para llevar a cabo este trabajo sin producir muchos gastos.

Tolva y molinos

La tolva no es más que un depósito en forma de embudo en el que se acumula el carbón para poder alimentar los molinos. Los molinos tienen varias tareas siendo la principal pulverizar el carbón para que este sea quemado en la caldera. El molino más común es el molino de bola. Los molinos se alimentan con carbón y aire. El caudal de carbón depende de la potencia de la unidad y su regulación la realizan los alimentadores. El caudal de aire debe ser proporcional al caudal de carbón de tal manera que se mantenga la adecuada relación aire/combustible para que sean buenas las condiciones de secado, finura de molienda, arrastre en las tuberías a los quemadores y estabilidad de la llama en el proceso de combustión.

Ilustración 2:molino de bolas

Como se muestra en la ilustración 2, estos molinos están constituidos por un tambor cilíndrico de eje horizontal, que tiene su superficie interior revestida de placas de desgaste intercambiables. El tambor se carga, hasta dos tercios de su radio, con bolas de acero de distintos tamaños que se mueven por gravedad cuando el tambor gira sobre su propio eje.El carbón bruto procedente de uno o varios alimentadores cae en el alojamiento de dos tornillos sin fin, situados en los extremos del molino y arrollados sobre estructuras tubulares huecas, que tienen el mismo eje que el cilindro y un diámetro bastante inferior. Al girar el molino, el sinfín introduce el carbón en el interior del tambor cargado con las bolas.El carbón luego se pulveriza por fricción debido a los deslizamientos en el movimiento de la carga de bolas, por impacto al ascender la carga de bolas y caer dentro del molino y por presión de las bolas sobre el carbón que quede hacia el interior de la carga.

Ilustración 3:diagrama de una extrusora con su elemento principal siendo el tornillo de Arquímedes

Por su parte, el aire entra al molino por el interior de las estructuras tubulares. La mezcla aire-carbón sale atravesando la parte superior de sinfín, libre ya que el carbón bruto siempre es arrastrado por el fondo del alojamiento, hasta el sistema clasificador. En el clasificador, la mezcla sigue una trayectoria circular, debido a la fuerza centrífuga, las partículas gruesas se desvían hacia la periferia incorporándose al carbón de alimentación mientras las más finas siguen su camino hacia los quemadores.

Tomando como ejemplo la central térmica de Compostilla en España para entender mejor cual es el procedimiento que se hace para pasar del parque a las tolvas y a los molinos.

En la central existen dos parques de almacenado de carbón, donde operan máquinas apiladoras que distribuyen el mineral en calles piramidales, llamadas parvas. En uno de los parques se forma una parva de 50.000 toneladas para la alimentación de una caldera y en el otro se forman dos parvas de 125.000 toneladas cada una para alimentar otras tres calderas lo que equivaldría a doce días de plena producción. Gracias a la formación de las parvas, de 25 metros de altura, se consigue la homogeneización de mezclas de calidades determinadas para alimentar a los grupos. Desde el parque, el combustible se envía a las tolvas de los grupos.

En el parque de

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