Modelo de cálculo de eficiencia térmica de una central de lecho fluidizado en función de la composición del carbón

Abstract

El año 2011 se publicó la norma de emisiones para centrales termoeléctricas, que regula las emisiones de SO_2, NO_x y material particulado 2,5. Esta norma debe empezar a cumplirse entre junio 2015 y abril 2016, razón por la cual se hace necesario establecer un mecanismo para controlar tales emisiones. Dentro de las centrales que deben dar cumplimiento a dicha norma en los plazos ya señalados se encuentran las Centrales Andina y Hornitos (CTA y CTH, respectivamente) ambas operadas por la empresa E-CL S.A., empresa para la cual se realizó este trabajo. CTA y CTH son centrales del tipo lecho fluidizado circulantes, que deben utilizar caliza para mitigar sus emisiones de SO_2. En el presente trabajo se construyó y validó un modelo para el cálculo de eficiencia térmica de una central termoeléctrica de tipo lecho fluidizado circulante, específicamente para CTA y CTH. Junto con el cálculo de eficiencia, se calcula el consumo de combustible y caliza, en donde se tiene como principales entradas la composición de combustible y nivel de dióxido de azufre que se emite a la atmósfera. El primer paso de modelo consiste en obtener el flujo másico de caliza en función de un flujo másico de carbón dado. El siguiente paso corresponde al cálculo de la eficiencia térmica según la Norma ASME PTC 4.0. Con esta eficiencia térmica es posible encontrar el flujo másico real de carbón y así, el de caliza. El modelo se validó con el Informe de Prueba de CTA, donde se obtuvo un error de 1% en la eficiencia térmica; -1,28% en el consumo de carbón y -0,19% como mínimo y 1,08% como máximo en consumo de caliza. Los errores mencionados equivalen a 4 días menos de funcionamiento de la central, es decir, el modelo calcula consumos menores al del informe de prueba. Además de validar el modelo, se compararon los datos medidos el día 2 de noviembre con los resultados del modelo para el mismo día, obteniéndose una curva similar de flujo másico de caliza. Finalmente se analizaron distintos carbones, primero se comparó las distintas minas, luego los 14 embarques de carbón provenientes de estas minas y para un mismo carbón se varió el nivel de emisión de SO_2. Los resultados más importantes fueron que la eficiencia térmica y los consumos de carbón y caliza dependen de la mina de carbón, los carbones de mina Invierno presentan menor eficiencia térmica y menor consumo de caliza y los carbones Cerrejón son los con mayor eficiencia térmica. Además se pudo ver que la eficiencia térmica depende inversamente de (%S)⁄HHV, (%H_2)⁄HHV y (%H_2 O)⁄HHV y directamente de HHV.