Una parte importante en las calderas grandes de biomasa son los haces tubulares. De ahora en adelante conoceremos qué tipos de tubos se encuentran en las calderas industriales, cuáles son sus funciones y otros componentes como filtros y quemadores.
Tipos de haces tubulares en las calderas grandes de biomasa
En las calderas industriales de biomasa tenemos tres partes claramente diferenciadas, que son el economizador, el evaporador y el sobrecalentador.
Estas partes consisten en tres grupos de haces tubulares que, a través de un tubo, van a encargarse de pasar el calor que les llega desde los humos a estos circuitos.
Resumimos a continuación las funciones de los tres tipos de haces tubulares:
- Haces correspondientes al sobrecalentador: son los primeros a los que se enfrenta el humo.
- Haces tubulares correspondientes al evaporador: son los que normalmente forman las paredes de la caldera.
- Haces tubulares correspondientes al economizador: en el economizador, el agua se calienta justo antes de introducirla en el evaporador.
En la mayoría de las calderas tenemos también un último sistema casi independiente, casi aparte de la caldera, que se llama precalentador. Sirve para calentar el aire de la combustión antes de que se introduzca en la caldera.
¿Por qué las calderas de biomasa industriales tienen estos tres tipos de circuitos? La respuesta a esto es porque no se han conseguido manejar bien los fluidos bifásicos, entonces se prefiere especializar las partes de la caldera.
A continuación describiremos el economizador, el evaporador y el sobrecalentador.
El economizador en las calderas grandes de biomasa
El agua ingresa en la caldera a través del economizador y los humos salen a través de él. Dentro del economizador, el agua va a llegar a una temperatura muy próxima a la temperatura de ebullición. Cuando el agua entra en el economizador ya ha ganado toda su presión en las bombas de alimentación y ahora tiene que ganar temperatura.
Preferimos que en el economizador solo se caliente agua y no se genere vapor. De hecho si se llega a generar vapor se daña esta parte de la caldera ya que el vapor perjudicaría estos haces tubulares. Los haces tubulares sufrirían porque no están preparados para conducir vapor a través de ellos. A veces este daño ocurre porque no se ha cuidado el diseño de la caldera todo lo que sería deseable.
Por tanto, sabemos que en el economizador se precalienta el agua antes de entrar en el evaporador y se recupera calor de los humos.
El evaporador de las calderas industriales de biomasa
Después de pasar por el economizador, el agua de la caldera pasa al evaporador. Dicho evaporador está compuesto por un caldero y unos haces tubulares a través de los que circula el agua, la cual se va convirtiendo paulatinamente en vapor.
Es la única parte de la caldera grande de biomasa que está preparada para trabajar con un fluido bifásico, que en este caso es una mezcla de agua y vapor.
Conviene aclarar que el evaporador no está preparado para calentar masas de agua. Está preparado para evaporar agua mediante recirculación. Si se tienen las precauciones adecuadas en diseño, esta es la parte menos problemática de una caldera.
El sobrecalentador de las calderas grandes de biomasa
A continuación tenemos el sobrecalentador. Es el haz tubular que primero se encuentran los humos porque es donde necesitamos mayor temperatura. Se caracteriza por ser el entramado de tubos por donde circula el vapor. Este vapor se sobrecalienta sin cambio de fase.
En el sobrecalentador, la temperatura que se llega a alcanzar es la temperatura máxima que nos vamos a encontrar en el sistema. Irá desde 400ºC en las plantas de biomasa menos exigentes, con peor rendimiento, hasta los 540ºC aproximadamente. Incluso podemos encontrarnos temperaturas más altas, con un límite térmico entorno a los 560ºC-580ºC.
Un problema que se presenta en el sobrecalentador son las cenizas volantes. Dichas cenizas van a pegarse a los haces tubulares, por esto muchas calderas tienen preparado un sistema de soplado que lo que hace es soplar periódicamente vapor para eliminar estas cenizas volantes.
El objetivo es que las cenizas sigan su camino antes de que lleguen a reaccionar o antes de que lleguen a fundir y se depositen en las paredes del sistema.
Precauciones con los haces tubulares
Todas las partes de las calderas de biomasa necesitan limpieza y mantenimiento debido a las sustancias que lleva la biomasa, siendo las más significativas el cloro y el potasio.
El cloro presente en las calderas de biomasa proviene de la clorofila, mientras que el potasio se encuentra en las cenizas de la biomasa. El potasio y el cloro acaban pegándose en los haces tubulares, creando en muchos casos compuestos indeseables que quedan adheridos a los mismos.
Filtros de las calderas grandes de biomasa
La parte final de la caldera está formada por los filtros, los cuales pueden ser de varias tecnologías: ciclónicos, filtros de mangas o filtros electrostáticos. Sin duda alguna el filtro más sencillo de operar, el que tiene un rendimiento muy aceptable es el filtro electrostático, al que también se denomina precipitador electrostático.
Dependiendo de qué quememos y de la legislación del lugar donde se encuentre la planta de biomasa, tendremos que elegir un filtro u otro. Sin duda, si podemos elegir, si no estamos condicionados por factores externos, el filtro electrostátático siempre será la primera opción. En caso de que la legislación sea exigente tendremos que recurrir al filtro de mangas.
Quemadores en suspensión
Hay otro tipo de calderas que tienen un quemador diferente. Se trata de los quemadores en suspensión, utilizados cuando el combustible viene en un estado de agregación muy fino. Un caso sería cuando el combustible viene con muchos restos de polvo que se obtienen de la propia trituración de la biomasa.
Algunos de los combustibles que presentan una granulometría muy fina son el orujillo, el que se genera en el bagazo de la caña de azúcar o el serrín. Estos se pueden utilizar en un quemador en suspensión.
En este quemador se introduce la biomasa previamente molida y cribada. Los combustibles salen del quemador con una inyección de aire y de esta forma se introducen en la caldera como si fuera combustible líquido. El quemador consigue fabricar un spray con el combustible.
Los quemadores en suspensión son muy buenos. Solo hay que tener mucho cuidado con el grado de humedad que presenta la biomasa y con la granulometría porque el grado de granulometría que admiten es muy concreto.