Una caldera de carbón pulverizado es una caldera industrial o de servicios públicos que genera energía térmica mediante la quema de carbón pulverizado (también conocido como carbón en polvo o polvo de carbón , ya que es tan fino como el polvo facial en el maquillaje cosmético) que se sopla en la caja de fuego.
La idea básica de un sistema de combustión que utiliza combustible pulverizado es utilizar todo el volumen del horno para la combustión de combustibles sólidos . El carbón se muele hasta obtener un grano fino, se mezcla con aire y se quema en el flujo de gases de combustión. También se puede añadir biomasa y otros materiales a la mezcla. El carbón contiene materia mineral que se convierte en ceniza durante la combustión. La ceniza se elimina en forma de ceniza de fondo y ceniza volante. La ceniza de fondo se elimina en el fondo del horno.
Este tipo de caldera predomina en las centrales eléctricas de carbón , proporcionando vapor para impulsar grandes turbinas.
Antes de los avances que llevaron al uso del carbón pulverizado, la mayoría de las calderas utilizaban el encendido por parrilla , en el que el combustible se distribuía mecánicamente sobre una parrilla móvil situada en la parte inferior de la cámara de combustión en forma de grava parcialmente triturada. El aire para la combustión se impulsaba hacia arriba a través de la parrilla, arrastrando consigo las cenizas más ligeras y las partículas más pequeñas de carbón sin quemar, algunas de las cuales se adherían a los lados de la cámara de combustión. En 1918, la Milwaukee Electric Railway and Light Company , más tarde Wisconsin Electric, realizó pruebas de uso de carbón pulverizado en su central eléctrica de Oneida Street . Esos experimentos ayudaron a Fred L. Dornbrook a desarrollar métodos para controlar los residuos de ceniza alquitranada del carbón pulverizado con camisas de tubos de agua de alimentación de calderas que servían para reducir la temperatura de la superficie de las paredes de la cámara de combustión y permitían eliminar fácilmente los depósitos de ceniza. Esa planta se convirtió en la primera central eléctrica de Estados Unidos en utilizar combustible pulverizado.
La central eléctrica de Oneida Street, cerca del Ayuntamiento de Milwaukee, fue desmantelada y renovada en 1987. Ahora es el sitio del Teatro Repertorio de Milwaukee.
El concepto de quemar carbón pulverizado hasta convertirlo en un polvo fino se origina en la creencia de que, si el carbón se vuelve lo suficientemente fino, arderá casi tan fácil y eficientemente como un gas. La velocidad de alimentación del carbón pulverizado se controla mediante computadoras y varía según la demanda de la caldera y la cantidad de aire disponible para secar y transportar el combustible. Los trozos de carbón se trituran entre bolas o rodillos cilíndricos que se mueven entre dos pistas o "carreras". Luego, el carbón en bruto se introduce en el pulverizador junto con aire calentado a aproximadamente 650 °F (340 °C) desde la caldera. A medida que el carbón se tritura por la acción de rodadura, el aire caliente lo seca y expulsa el polvo de carbón fino utilizable para usarlo como combustible. El carbón en polvo del pulverizador se sopla directamente a un quemador en la caldera. El quemador mezcla el carbón en polvo en la suspensión de aire con aire de combustión precalentado adicional y lo expulsa por una boquilla de acción similar a la del combustible que se atomiza mediante un inyector de combustible en un motor de combustión interna . En condiciones de funcionamiento, hay suficiente calor en la zona de combustión para encender todo el combustible entrante.
Existen dos métodos para eliminar las cenizas del fondo del horno:
Las cenizas volantes se arrastran junto con los gases de combustión y se separan de ellos en varias tolvas a lo largo de su recorrido y, finalmente, en un ESP o un filtro de mangas.
Las plantas de energía de carbón pulverizado se dividen en tres categorías: plantas de carbón pulverizado subcrítico (SubCPC), plantas de carbón pulverizado supercrítico (SCPC) y plantas de carbón pulverizado ultrasupercrítico (USCPC). La principal diferencia entre los tres tipos de calderas de carbón pulverizado son las temperaturas y presiones de operación. Las plantas subcríticas operan por debajo del punto crítico del agua (647,096 K y 22,064 MPa ). Las plantas supercríticas y ultrasupercríticas operan por encima del punto crítico. A medida que aumentan las presiones y las temperaturas, también lo hace la eficiencia operativa. Las plantas subcríticas operan con una eficiencia de aproximadamente el 37 %, las plantas supercríticas con aproximadamente el 40 % y las plantas ultrasupercríticas con un rango de 42-45 %.
Hay muchos tipos de carbón pulverizado, que tienen diferentes valores caloríficos (CV), como el carbón indonesio o el carbón de grado de acero (carbón indio),
La combustión de carbón pulverizado se ha utilizado, en cierta medida, en locomotoras de vapor . Por ejemplo, véase la locomotora prusiana G 12 .
En 1929, la United States Shipping Board evaluó una caldera de carbón pulverizado en el vapor Mercer , un buque mercante de 9.500 toneladas. Según su informe, la caldera calentada con carbón pulverizado en el Mercer funcionó al 95% de la eficiencia de su mejor viaje alimentado con petróleo. El uso de carbón pulverizado también era más barato de operar e instalar que las calderas de barco que usaban petróleo como combustible. Los primeros pasos hacia el uso de motores diésel como medio de propulsión (en barcos más pequeños) también se dieron a fines de la década de 1920 ―ver Dieselización . [1] [2]