09 junio 2013

Control inteligente de calderas de combustión en lecho fluidizado (FBC)



Los diseñadores de planta deben diferenciar las aplicaciones de combustión de combustibles sólidos tales como la combustión en lecho fluidizado, combustión en parrilla, y carbón pulverizado debido a que cada uno requiere estrategias de control únicas. También es importante desarrollar estrategias de control para cada aplicación que son simples de implementar y soportar en el campo. Estas estrategias también serían fáciles de comprender por el staff de planta, y el mantenimiento del equipo no requerirá un alto nivel de instrumentación y experiencia de control.

La estrategia del sistema de control empleada debe también ser compatible con la estrategia del sistema de control de la caldera total, no será restringido a la plataforma, y no será solo dependiente de que el caudal del combustible funcione apropiadamente. Según nuestra experiencia el sistema de control que mejor rendimiento da se basa en la medición del flujo de energía actual, que describiremos posteriormente en este artículo.

La estrategia de control de la caldera también debe ser capaz de realizar una operación dinámica de forma que cambiando la carga a un ritmo rápido no se produzca inestabilidad en la caldera. Esta estrategia bien conocida usa la salida de la caldera más la derivada de la presión del tambor de la caldera para predecir la energía requerida para cambiar al nuevo punto seleccionado. Además, una señal adelante se usará para determinar la tasa de ignición total. El sistema de control será capaz de funcionar en control de generación automático (AGC) o continuamente en carga de diseño. AGC es importante en todas las empresas de distribución de energía que tienen plantas dispersas, y es ahora una parte integral de los sistemas de control de turbinas y calderas.

Coordinación caldera-turbina convencional

En muchas instalaciones industriales hay múltiples calderas suministrando vapor a un proceso y/o turbinas de vapor accionando generadores eléctricos. Las turbinas pueden conectarse a una red de vapor y operar en modo de contrapresión o modo de condensación. Hay muchas combinaciones diferentes. Sin embargo, lo que típicamente se pierde es la coordinación de las turbinas y el colector de vapor con las calderas. La necesidad de equilibrar operación de numerosas configuraciones caldera-turbina debe ser considerada en cualquier estrategia de un sistema de control industrial robusto.

La aproximación normal para una planta con múltiples turbinas de vapor alimentadas desde un cabezal de vapor común que se alimenta por una o más calderas es controlar la presión del colector. En demasiados casos, las turbinas y las estaciones de reducción de presión se operan en modo presión. En este caso, cada uno de los caudales del combustible de la caldera se controla para producir el caudal de vapor necesario y el colector de vapor se mantiene por válvulas de regulación en cada turbina.

La estrategia de control para este sistema industrial es una señal sencilla. La demanda de la caldera se basa en la presión del colector de vapor y una señal de prealimentación, que se divide en varias calderas de acuerdo con su tamaño relativo y eficiencia. El sistema de control permitiría orientación manual por la operación de las demandas de calderas individuales.

La prealimentación no regenerativa será el control principal de la caldera. El control de presión proporcionaría una acción integral mínima. El control integral se usará escasamente en la demanda de la caldera.

Las calderas FBC son únicas

Las calderas FBC se usan para una amplia variedad de aplicaciones mayoritariamente industriales, con varias calderas trabajando juntas en redes de vapor sofisticadas que tienen una demanda rápidamente cambiante. Las calderas actuando en paralelo pueden también estar no controladas, donde la producción de vapor de la caldera es completamente dependiente de la tasa de suministro de combustible de los residuos, que puede no ser medible.

Las calderas FBC es probable que también usen combustibles difíciles de quemar tales como biocombustibles y carbón de residuos, todos ellos tienen un amplio rango de constituyentes de combustibles posibles y contenido de humedad. Los biocombustibles no son necesariamente homogéneos; a menudo son una mezcla de diferentes combustibles tales como cortezas, residuos forestales, residuos agrícolas y residuos de materiales de construcción. Un FBC típico quemará un amplio rango de combustibles sólidos para minimizar el coste total de combustible de la planta.

Las calderas FBC quemando estos combustibles requieren una aproximación muy diferente al diseño de control de la caldera. Por ejemplo, el lecho fluidizado de arenas y cenizas dentro del horno tienen una inercia muy grande, limitando las dinámicas de la caldera. Por otra parte, el lecho fluidizado grande de arena y ceniza permite a la caldera FBC quemar combustibles con hasta un 60 % de humedad. Mientras que las propiedades del combustible pueden cambiar rápidamente, el combustible también quema relativamente rápido, incluso aunque haya un amplio rango en la combustibilidad del combustible.

La rapidez con la que la combinación de los combustibles es alimentado en la FBC es la responsabilidad de los controles del sistema de alimentación del combustible, una función crítica del sistema de control de combustión total. El sistema de alimentación de combustible debe ser capaz de manejar combustión multi combustible debido a que el factor calorífico y la densidad de los combustibles individuales varían en gran medida. Incluso así, el caudal de energía total debe mantenerse a una tasa consistente para estar seguros que la presión de vapor del colector se mantiene a una tasa consistente.

Las calderas FBC no producen altos niveles de emisiones de contaminantes tales como SOx o NOx

Bibliografía:

Intelligent Control of FBC Boiler. Power Vol. 156. Nº 4. April 2012
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