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Mar 13, 2023

Manejo Sostenible de Cenizas: Agua

En las centrales térmicas de carbón (TPP), casi el 40 por ciento del carbón

En las centrales térmicas de carbón (TPP), casi el 40 por ciento del carbón consumido se convierte en cenizas. Es un subproducto importante del proceso de generación, que es difícil de eliminar y tiene numerosos usos que requieren que se utilice de forma lucrativa. Por lo tanto, la mayoría de las plantas se dedican a la gestión de cenizas.

Sin embargo, el manejo de cenizas requiere grandes cantidades de agua, solo superado por los sistemas de enfriamiento en TPP. Con las normas actuales sobre el agua y el cambio continuo hacia sistemas de desulfuración de gases de combustión que consumen mucha agua, es necesario optimizar el consumo de agua en el proceso de manejo de cenizas.

Estrategias para la eficiencia del agua

En la mayoría de las plantas, se ha encontrado que la relación ceniza-agua es de 1:20. Restringir esto a 1:5 para cenizas volantes y 1:8 para cenizas de fondo puede ayudar significativamente a conservar agua. Por cada porcentaje de la relación ceniza-agua que se reduce, potencialmente se pueden ahorrar 60 metros cúbicos por hora de agua.

Hay dos tipos de cenizas generadas en TPP a base de carbón: cenizas de fondo y cenizas volantes. Las cenizas de fondo se generan debajo del horno de la TPP y representan casi el 20 por ciento de la cantidad total de cenizas generadas. Es de naturaleza gruesa y debe triturarse para su posterior manipulación.

Las cenizas volantes, por el contrario, comprenden alrededor del 80 por ciento de la cantidad total de cenizas generadas en los TPP. Consiste en partículas muy finas que se recogen a través de una tolva economizadora, una tolva de precalentador de aire o un precipitador electrostático (ESP), y deben desecharse adecuadamente.

Sistemas de manejo de cenizas

Las cenizas de fondo de la caldera requieren agua durante su manipulación y eliminación debido a la presencia de clínker, mientras que las cenizas volantes de los precipitadores electrostáticos se pueden eliminar completamente secas. Pero la disposición húmeda (suspensión de 10 a 20 % de ceniza por peso con agua) es más común debido a razones económicas. El sistema de eliminación de lodos de alta concentración (HCSD) utiliza menos agua que el sistema húmedo (concentración de cenizas del 50 al 60 % por peso).

El manejo en seco de las cenizas volantes puede ser un método eficaz para reducir el consumo de agua. El material puede ser recolectado del ESP a través de un sistema neumático y transferido a un silo de almacenamiento intermedio que está adecuadamente aireado. A continuación, se puede enviar a los usuarios finales. Uno de los principales problemas de este método es el bloqueo de las líneas debido a la baja capacidad de transporte. Por lo tanto, es importante analizar las partículas de ceniza antes de diseñar una planta de manejo de cenizas (AHP). Otros problemas incluyen la necesidad de un tamaño adecuado del compresor de aire y la posibilidad de que se ahoguen las boquillas del cabezal humedecedor y del lavador de aire, y la corrosión de la bomba de agua.

La eliminación mecánica de las cenizas de fondo es otro método eficaz, que implica el uso de sistemas transportadores de cenizas de fondo mecanizados como alternativa a los sistemas convencionales de esclusas de agua de cenizas de fondo.

Otra alternativa es el sistema de eliminación de lodos de alta concentración, que utiliza tolvas de compensación intermedia, tolvas de compensación de corriente, transportador de tornillo, mezclador de cenizas, tanque de retención del agitador y bomba de carga. Las cenizas volantes se recolectan en forma seca en cada tolva intermedia y se descargan a tanques de mezcla agitados a través de transportadores de tornillo y mezcladores de cenizas. El flujo de agua al mezclador de cenizas se controla a través de un motor. Este proceso reduce la dilución del purín, ahorrando energía y agua. Estos sistemas necesitan menos espacio y tienen costos operativos y de capital más bajos. El proceso utiliza el 8,34 por ciento del agua requerida en otros sistemas de manejo de cenizas, tiene un riesgo mínimo o nulo de contaminación por fugas de agua. Requiere una capacidad insignificante del sistema de reciclaje de agua y agua de escorrentía. También reduce la necesidad de desempolvar, ya que el lodo se endurece, lo que permite la rehabilitación.

Otras medidas, como la reutilización del agua para otras funciones de la planta y la recolección de agua de lluvia para los estanques de cenizas, pueden reducir los requisitos de agua. En plantas que usan recirculación de agua con cenizas, típicamente, el 70 por ciento del agua del estanque de cenizas puede recuperarse y reutilizarse en el AHP.

Iniciativas de la industria

NTPC predica con el ejemplo y adopta la última tecnología para la generación de energía térmica. La Super Central Térmica Sipat de NTPC ha tomado algunas medidas innovadoras de conservación de agua que pueden ser consideradas por otras empresas de servicios públicos como una hoja de ruta para el manejo eficiente del agua de las cenizas. NTPC Sipat es una de las que menos agua consume entre las estaciones de la empresa. La estación cumple con la normativa de vertido cero de líquidos, ya que utiliza y reutiliza aguas de cenizas, aguas de drenaje, aguas tratadas de efluentes, aguas residuales, etc., a través de varios sistemas de reciclaje, como plantas de tratamiento de efluentes, plantas de tratamiento de aguas residuales y sistemas de recirculación de aguas de cenizas.

La estación evacua las cenizas volantes mediante tecnología de evacuación en seco. Esta ceniza se ha utilizado en rellenos sanitarios bajos, fabricación de ladrillos de ceniza y como materia prima para plantas de cemento. Estos esfuerzos han reducido significativamente el uso de agua para la eliminación de cenizas. Con su tablero de monitoreo del sistema de agua en tiempo real, NTPC monitorea el sistema de agua desde el punto de extracción hasta el consumo final, mejorando en gran medida la utilización del agua. La estación se involucra en prácticas como la recolección de agua de lluvia y el revestimiento de embalses para reducir el consumo de agua y garantizar la sostenibilidad. La estación también opera en un ciclo más alto de concentración, reduciendo el requerimiento de agua dulce para el sistema de enfriamiento de agua, ahorrando así agua en todos los extremos. En última instancia, esto ha ayudado a reducir el consumo específico de agua de la estación año tras año a 2,66 litros/kwh en 2021-22, que está muy por debajo de las normas prescritas.

Muchas empresas de servicios públicos tienen el potencial de modificar sus requisitos de consumo de agua. Los sistemas de gestión del agua basados ​​en la Internet de las cosas y la inteligencia artificial, junto con las medidas mencionadas anteriormente, pueden hacer que las TPP sean más limpias y sostenibles. Gencos puede implementar analizadores de cenizas en línea para medir el contenido de cenizas y el poder calorífico del carbón. Dichos analizadores miden el contenido total de cenizas en el carbón en una cinta transportadora e informan los resultados al operador de la planta en tiempo real, lo que ayuda a tomar decisiones informadas y controlar el proceso. Además de estas medidas, centrarse en las operaciones y el mantenimiento/reparación y prácticas de mantenimiento garantizará que el sistema se mantenga lo suficientemente sólido como para dejar espacio para tecnologías más limpias.

Dado que el sector eléctrico es un importante consumidor de agua, estas medidas pueden salvar un recurso vital y al mismo tiempo proteger nuestro medio ambiente.