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Aug 22, 2023

La integración del sistema de presurización de gas inflamable con un dispositivo de limpieza de cenizas en línea mejora la eficiencia energética

Un dispositivo estacionario de limpieza de cenizas por ondas de choque combinado con un sistema de refuerzo neumático es una solución para la limpieza cada hora de las cenizas acumuladas en los haces de tubos de calderas. El proceso automatizado de limpieza de cenizas.

Un dispositivo estacionario de limpieza de cenizas por ondas de choque combinado con un sistema de refuerzo neumático es una solución para la limpieza cada hora de las cenizas acumuladas en los haces de tubos de calderas. El proceso automatizado de limpieza de cenizas controla de manera estable la acumulación de cenizas, lo que mejora aún más la eficiencia de generación de energía en las plantas de energía a partir de residuos.

Debido a las complejas y diversas propiedades de los residuos en las plantas de energía a partir de residuos (EfW), la reacción de combustión entre diferentes sustancias formará incrustaciones y clinkers que se adhieren a las paredes del tubo de la caldera, reduciendo así la eficiencia de la caldera y la vida útil del sobrecalentador. y otros equipos. La limpieza tradicional de incineradores requiere la eliminación manual de la acumulación de cenizas en un entorno 3D (peligroso, sucio y difícil). Además de llevar mucho tiempo, la eficiencia óptima de la caldera sólo se puede mantener durante un corto período de tiempo inmediatamente después de la limpieza incrustada.

Este artículo explica cómo se han integrado un dispositivo estacionario de limpieza de cenizas por ondas de choque (SSACD) y un sistema de refuerzo neumático en las plantas EfW para implementar una limpieza automatizada cada hora de incrustaciones y clinkers entre los haces de sobrecalentadores. Gracias al suministro ininterrumpido de gas y la presurización de los gases a baja presión, ya no es necesario reemplazar manualmente los cilindros de gas en el dispositivo de limpieza de cenizas, lo que permite realizar un proceso automatizado de limpieza de incrustaciones con mayor eficiencia.

Cuando se incineran residuos, los gases de combustión a alta temperatura calientan el vapor dentro del sobrecalentador de la caldera mediante transferencia de calor, de modo que el vapor pueda impulsar las turbinas. La eficiencia de transferencia de calor de la superficie del sobrecalentador afecta la eficiencia de generación de energía de la planta EfW.

Sin embargo, debido a las complejas propiedades de los residuos, durante la incineración se generan gases de alta temperatura con grandes cantidades de partículas de ceniza. Inicialmente, estas partículas de ceniza formarán una fina capa de ceniza en las paredes del tubo debido a la fuerza de Van der Waals y la fuerza electrostática. Luego, las partículas de ceniza más grandes comenzarán a adherirse a la fina capa de ceniza. A medida que la caldera funciona, la capa de ceniza se volverá rápidamente más espesa a un ritmo no lineal.

En general, la diferencia de presión entre la entrada y la salida del sobrecalentador se puede utilizar como indicador cuantitativo de la gravedad de la acumulación de cenizas en la caldera. Algunas calderas mal diseñadas incluso requieren suspensiones frecuentes de funcionamiento para limpiar las incrustaciones y el clinker (incluyendo paradas anuales regulares y suspensiones temporales para la limpieza de cenizas) debido a una acumulación severa de cenizas y, como resultado, diferencias de presión superiores al valor aceptable que sirve como un recordatorio para la limpieza de cenizas. La suspensión frecuente del funcionamiento de la caldera no sólo reduce la cantidad de residuos procesados ​​cada año, sino que también acorta la vida útil de la caldera.

Tradicionalmente, las cenizas se limpian manualmente haciendo que los trabajadores ingresen al área del sobrecalentador para eliminar las cenizas con herramientas manuales y neumáticas durante el tiempo de inactividad de la caldera. Este método no sólo es ineficiente, sino también desfavorable porque requiere trabajar en un entorno 3D. Dado que hoy en día es primordial la concienciación sobre lugares de trabajo seguros y sostenibles, esta operación debe evitarse siempre que sea posible. Siendo ese el caso, la limpieza de cenizas en línea que no implica el apagado de la caldera se ha convertido en la mejor opción.

Cuando se trata de métodos de limpieza de cenizas en línea, existen algunas prácticas comunes, que incluyen ondas de choque de CO2, hidrochorro, soplador de hollín con vapor, golpes, ondas de choque móviles y ondas de choque estacionarias. A continuación analizaremos la limpieza de cenizas con un estudio de caso.

Una planta EfW en Taiwán tiene una separación excesivamente estrecha entre los haces de sobrecalentadores, lo que provoca una grave acumulación de cenizas. Como resultado, la planta EfW debe parar la planta para limpiar las cenizas más de seis veces al año. Se han realizado intentos para adoptar varios métodos de limpieza de cenizas en línea, con una reducción significativa en el espesor promedio de las cenizas; sin embargo, las condiciones favorables de la caldera sólo se pueden mantener durante un corto período de tiempo. Por lo tanto, se introdujo SSACD para mantener un buen rendimiento de transferencia de calor del sobrecalentador a largo plazo.

Este método de limpieza de cenizas en línea requiere el llenado de gas inflamable y oxígeno. Los dos gases se transmiten en una proporción y cantidad fija desde las fuentes a la cámara del dispositivo para su mezcla. Para llenar la cámara con una mayor concentración de gas inflamable y moléculas de oxígeno, ambos gases se llenan a alta presión hasta que el gas mezclado se enciende y explota, enviando ondas de choque al sobrecalentador para desalojar la ceniza acumulada en las paredes del tubo.

La Figura 1 muestra un diagrama de acumulación de cenizas en los haces de sobrecalentadores de la planta EfW antes de la instalación del SSACD. La acumulación de cenizas en los haces del sobrecalentador después de introducir el SSACD se muestra en la Figura 2. A partir de las imágenes térmicas capturadas por una cámara térmica dentro de la caldera en funcionamiento, es evidente que el grado de acumulación de cenizas en los haces es significativamente diferente. Esto demuestra claramente la eficacia de la limpieza regular con cenizas por ondas de choque cada hora para eliminar las incrustaciones y los clinkers acumulados.

1. Esta imagen térmica muestra la acumulación de cenizas antes de la instalación de un dispositivo estacionario de limpieza de cenizas por ondas de choque (SSACD) en el incinerador. (Nota: La parte blanca clara de la imagen térmica es la ceniza acumulada más caliente en los tubos de la caldera. La parte gris oscura son los tubos de metal desnudo. Los puntos negros irregulares en la imagen son suciedad en la lente). Cortesía: ECOVE Environment Services Corp.

2. Esta imagen térmica muestra la acumulación de cenizas después de la instalación del SSACD en el incinerador. (Ver nota en la Figura 1.) Cortesía: ECOVE Environment Services Corp.

Para garantizar el funcionamiento regular e ininterrumpido del SSACD, hemos diseñado un proceso que puede proporcionar de manera estable gas inflamable a una presión de 60 bar al equipo. En el pasado utilizábamos bombonas de gas con una presión máxima de 120 bar, que se cambiaban manualmente cuando la presión era insuficiente. Ahora, se ha instalado un dispositivo de presurización como sistema de presurización central para garantizar operaciones estables del SSACD.

Dado que existen en el mercado diversos diseños de equipos de presurización de gas, incluyendo compresores neumáticos, alternativos y rotativos, los evaluamos según su seguridad y desempeño operativo. Al final, se seleccionó el refuerzo neumático como el más apropiado para uso en incinerador, como se muestra en la Figura 3.

3. Principio de funcionamiento del servomotor neumático. Cortesía: ECOVE Environment Services Corp.

El funcionamiento del reforzador neumático implica el uso de aire comprimido para impulsar un pistón hacia adelante y hacia atrás. La relación entre el área del pistón impulsor y el pistón impulsado determina la presión máxima que puede generar el servomotor. Cuando la presión de salida alcanza el límite de presión del reforzador, el pistón alcanzará el equilibrio estático y el reforzador dejará de funcionar. Las operaciones se reanudarán cuando los gases de salida sean utilizados por los procesos, disminuyendo la presión de salida.

Con este principio como base, se ha diseñado un sistema para presurizar el gas a baja presión a utilizar. El SSACD puede aumentar el gas canalizado con una presión inferior a 2 bar, según la situación práctica de Taiwán, a 60 bar. El reforzador neumático es accionado por aire comprimido y puede detener automáticamente las operaciones mediante un diseño mecánico. Además, para evitar chispas causadas por una interfaz eléctrica, el equipo dejará de funcionar cuando se alcance la presión objetivo, eliminando la necesidad de sensores y unidades de control a prueba de explosiones. Ya no es necesaria la inspección rutinaria de la presión de salida relacionada con el reemplazo del cilindro de gas, lo que ahorra efectivamente horas de trabajo y al mismo tiempo mantiene la eficiencia y la seguridad.

Con el espíritu de mejorar e integrar tecnologías para optimizar la eficiencia del ciclo de recursos, el SSACD se introdujo en la planta EfW en 2018. Posteriormente, la suspensión de la planta para la limpieza de cenizas se redujo a un máximo de tres veces por año, lo que demuestra los beneficios de esto. Método de limpieza de cenizas para plantas EfW.

Al combinar gas inflamable por tubería y un sistema de refuerzo neumático para mantener una fuente constante de gas comprimido al SSACD, el proceso de limpieza de cenizas puede automatizarse. En comparación con el método de utilizar cilindros de gas de alta presión, que requiere control de la presión, transporte y reemplazo de los cilindros, este proceso automatizado puede ahorrar mano de obra y mejorar la confiabilidad de la operación y el mantenimiento de la planta EfW.

—Ling-Yu Kung es ingeniero en el Departamento de Desarrollo Tecnológico de ECOVE Environment Services Corp., una empresa de CTCI.

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