Carbón, biomasa, hornos de cemento, acerías. En cualquier lugar donde se quemen combustibles sólidos y algunos líquidos, se genera material particulado (PM).
En muchos sitios, el precipitador electrostático (ESP) es un sistema crítico para mantener el cumplimiento del permiso de aire y una buena relación con la comunidad.
Un ESP remueve el material particulado de los gases de combustión mediante campos eléctricos de alto voltaje. Sin filtros que reemplazar, con una caída de presión de 5 a 10 veces menor que la de un filtro de mangas, y con eficiencias de captura superiores al 99 % cuando se dimensiona y se mantiene correctamente.
Cómo funciona
- Distribución del gas: Los gases de combustión sucios ingresan por la boquilla de entrada y se reducen desde una velocidad de ducto de 12-24 m/s [49-79 ft/s] hasta cerca de 1.5-1.8 m/s [4.9-5.9 ft/s]. Lo suficientemente lento para que las fuerzas de atracción eléctrica superen la velocidad de arrastre del gas y la turbulencia.
- Carga de partículas: Los transformadores/rectificadores (T/R) crean un voltaje secundario de entre 30 kV y 130 kV DC, generando una descarga corona que produce iones negativos. Estos iones se adhieren a las partículas que pasan, impartiéndoles una carga negativa.
- Captura: Las partículas cargadas migran hacia las placas colectoras conectadas a tierra, donde se acumulan.
- Golpeteo: Golpeadores mecánicos golpean periódicamente las placas colectoras y los electrodos de descarga, desprendiendo el polvo acumulado que cae a las tolvas inferiores.
- Remoción: Las tolvas recogen la ceniza y la alimentan al sistema de manejo de cenizas de la planta. El gas limpio sale por la boquilla de salida.
Modos de falla comunes
1. Mal funcionamiento del golpeteo - Golpeadores fallidos o mal temporizados permiten la acumulación de polvo que reduce el espaciamiento entre placas, aumenta el chisporroteo y puede causar cortocircuitos eléctricos y picos en la opacidad de descarga.
2. Corona inversa - La ceniza de alta resistividad crea una caída de voltaje a través de la capa de polvo, generando iones positivos que viajan en sentido inverso y neutralizan los iones negativos entrantes, degradando gravemente la captura. El calcio es un elemento común que aumenta la resistividad eléctrica de los gases de combustión y la ceniza, reduciendo así la eficiencia de captura potencial.
3. Problemas de electrodos - La rotura de alambres, la desalineación, aisladores rotos o la corrosión reducen la intensidad del campo eléctrico y crean puntos de arco. Un solo alambre roto puede provocar un cortocircuito en toda una sección de bus. Un aislador de electrodo fallido puede causar un cortocircuito de alto voltaje, provocando explosiones en los gabinetes y componentes de los T/R.
4. Obstrucción de tolvas - El puenteo de ceniza empuja el material hacia arriba contra los electrodos, distorsionando las placas y causando fallas en cascada. Las causas más comunes son la condensación por calentamiento insuficiente de la tolva o un aislamiento deficiente. La entrada de aire en las tolvas de ceniza o en el equipo de transporte de ceniza volante puede causar pulsos de aire que reentrañan la ceniza volante en los gases de combustión, causando picos de opacidad. Nunca use las tolvas para almacenar ceniza.
5. Riesgo de incendio - Enclavamientos de seguridad mal diseñados u operados pueden llevar a la captura de partículas con alto contenido de carbono. En ausencia de enclavamientos de seguridad para la temperatura y el contenido de oxígeno, existen las condiciones para la ignición del carbono en las placas colectoras.
6. Corrosión - Las condiciones de arranque y el aire más frío de los sopladores de aire de purga condensan el vapor de agua en los gases de combustión, provocando que el techo y las paredes se corroan y comiencen a tener fugas de aire o de gases de combustión. Esto puede ser mucho más frecuente en ESPs que operan bajo condiciones de presión negativa (tiro inducido).
7. Problemas en los dispositivos de distribución de flujo - La obstrucción, la acumulación y la deformación de los dispositivos de distribución y enderezamiento de flujo en la entrada y la salida pueden causar una mala distribución de los gases de combustión, lo que provoca la estratificación de los gases de combustión y del material particulado con velocidades variables a través de las placas colectoras.
Más allá del control de partículas
La función principal de un ESP es reducir la concentración de material particulado para el cumplimiento del permiso de aire. Sin embargo, los ESPs también tienen objetivos de sistema críticos que dependen de la aplicación y la configuración. En sistemas con equipos aguas abajo, los ESPs protegen a los ventiladores de tiro inducido de la erosión (en especial los diseños de aspas curvadas hacia atrás o de perfil aerodinámico) y previenen el envenenamiento de los catalizadores de NOx al remover el potasio y el fósforo transportados en la ceniza volante.
Recomendaciones de inspección
Las inspecciones internas regulares durante los paros (revisión de corrosión, condiciones de las placas colectoras, revisión de la alineación de electrodos, limpieza de aisladores, verificación de la operación de los golpeadores, etc.) deben ser parte de todo programa de mantenimiento.