Entendiendo la suciedad en las calderas

Fouling del área de superficie de transferencia de calor de una caldera es un factor que puede reducir la disponibilidad de la caldera así como reducir la eficiencia de operación de la planta. La composición del combustible, disposición de la superficie de transferencia de calor, velocidad de gas adoptado, etc, son los factores claves para la reducción del fouling en la caldera.

El fouling en una superficie de transferencia de calor es diferente de las escorias. Incluso aunque ambos afectan la transferencia de calor, ocurre fouling en la superficie de transferencia de calor de convección en la caldera y se producen escorias en el área radiante. Ambos son los resultados del material inorgánico en el combustible. Las causas del fouling son principalmente debidas al bajo punto de fusión de los constituyentes alcalinos del material inorgánico en el combustible. El fouling en la superficie de transferencia de calor convectivo es causado por la condensación de los elementos orgánicos volátiles vaporizados en el combustible durante la combustión cuando la temperatura del gas decrece.

El fouling en las calderas es dependiente del tipo del diseño de caldera y el combustible que se está quemando. El fouling en una caldera de recuperación química, una caldera de carbón, y una caldera de biomasa son diferentes por varios motivos. En una caldera de recuperación química, el combustible tiene una gran cantidad de material orgánico alcalino. Esto hace que sea necesario operar la caldera en banda estrecha y el hollín fluye a las superficies de transferencia de calor más frecuentemente cuando se compara con una caldera de carbón. En el caso de calderas de biomasa, incluso aunque el porcentaje de material inorgánico es muy bajo, puede ocurrir una gran cantidad de fouling debido a las bajas temperaturas de fusión. La presencia de materiales alcalinos como sales de sodio las sales de sodio y potasio hacen que la ceniza de carbón tenga una alta tendencia al ensuciamiento en las superficies de transferencia de convección en la caldera. Primariamente los sulfatos como el sulfato de calcio y el sulfato de sodio en forma de vapor en los gases de los humos provocan la primera capa de depósito en los tubos de transferencia de calor que dan resistencia al depósito.

El fouling en una caldera de recuperación química los depósitos de fouling incrementan la caída de presión a través de los tubos y economizador. El soplado de hollín en intervalos regulares, dependiendo de la manera como se forman los depósitos puede ayudar a mantener la unidad en línea por más tiempo entre los ciclos de lavado de agua.

En caso de calderas de carbón, la composición de la ceniza y el régimen de combustión mantenido contribuyen al fouling de la superficie de transferencia de calor. La composición de las cenizas del carbón se agrupa en tres categorías principales. Es decir, éstas tienen constituyentes de fusión baja, de fusión media, y fusión alta. Los constituyentes con bajo punto de fusión encontrados en un porcentaje pequeño son NaCl, Na₂SO₄, CaCl₂, MgCl₂, and Al₂(SO₄)₃ con temperaturas de fusión que varían entre 700 y 850 ºC. Los constituyentes de fusión media son aquellos con una temperatura de fusión de alrededor de 900 a 1100 ºC, que incluyen FeS, Na₂SiO₃, K₂SO₄, etc. Los constituyentes con punto de fusión alto forman el grueso de las cenizas y son , Al₂O₃, CaO, MgO, Fe₂O₃, etc. Las temperaturas de fusión de estos constituyentes quedan en el rango de 1600 a 2800 ºC.

El principal factor que genera fouling en las calderas de carbón es el incremento en el porcentaje de los constituyentes de bajo punto de fusión. Un incremento porcentual pequeño en NaCl en el combustible puede incrementar la tendencia al fouling en las calderas.

Los depósitos de fouling en calderas tienen dos capas principales. La capa principal da resistencia límite al depósito y es una capa muy pequeña. La segunda capa es la gruesa del depósito friable.

Aparte de la composición química de la ceniza, la tasa de deposición queda afectada por al velocidad del gas, el tipo de disposición de la superficie de transferencia de calor, y el tamaño de las partículas. La disminución de la velocidad produce la tendencia de sedimentación dependerá de factores como la temperatura del gas, composición, etc. Una disposición escalonada de una superficie de transferencia de calor tiene una tendencia mayor al fouling que una disposición en línea.

Ya que la composición de la ceniza es un factor totalmente independiente, el operador de la caldera o los diseñadores tienen poco que decir en el cambio. Sin embargo, el régimen de combustión puede mantenerse por medio del ajuste apropiado de la combustión a la condición óptima.

Bibliografía:

Fouling in Boiler Heat Transfer Surface. Bright Hub Engineering