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
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