Diseño de un sistema automático por control de temperatura del aire de precalentamiento de la caldera de lecho fluidizado gecelca 3.2

Abstract

La empresa GECELCA 3 SAS ESP es una empresa encargada de la generación y comercialización de energía eléctrica. Actualmente hace parte de los mayores productores de energía eléctrica a base de carbón a nivel nacional. En su planta termoeléctrica GECELCA 3.2 la empresa cuenta con una caldera de lecho fluidizado, en el proceso de arranque se lleva a cabo el precalentamiento del aire primario de la caldera. Actualmente la empresa cuenta con problemas en el control de la temperatura del ducto primario. La temperatura en el ducto alcanza valores de operación superiores a los de diseño y esto causa fusión y desgaste del refractario que recubre el ducto. En este orden de ideas, el objetivo principal de este proyecto es la implementación de una estrategia de control que permita asegurar el buen funcionamiento de los quemadores ubicados en el ducto de aire primario, lo que se traduce en una mayor confiabilidad en el proceso de calentamiento de aire y un menor coste de arranque en las operaciones de la caldera de lecho fluidizado. Se realiza un análisis del sistema que comprende la caldera, el ducto de aire primario, los quemadores en el ducto y la línea de distribución de combustible a los quemadores. Posterior a este análisis se presentan alternativas que luego serán evaluadas mediante una matriz multicriterio basada en las necesidades expresadas por la empresa, de esta evaluación resulta idónea la alternativa que comprende el diseño de un sistema de control que permita una relación entre la temperatura y la presión utilizando como medio el control en cascada. Como resultados se presentan los parámetros de sintonización y las gráficas del lazo de temperatura, así como el de presión. Luego de la evaluación económica se determinó que el potencial ahorro e ingresos extra que la implementación de la alternativa representaría frente a la inversión inicial convierte el proyecto en económicamente viable.

GECELCA 3 SAS ESP is a company in charge of the generation and commercialization of electric power. It is currently one of the largest producers of coal-fired electricity in the country. In its GECELCA 3.2 thermoelectric plant, the company has a fluidized bed boiler; the boiler's primary air is preheated during the start-up process. Currently, the company has problems with the temperature control of the primary duct. The temperature in the duct reaches operating values higher than the design values and this causes melting and wear of the refractory that covers the duct. With this in mind, the main objective of this project is the implementation of a control strategy to ensure the proper functioning of the burners located in the primary air duct, which translates into greater reliability in the air heating process and lower start-up costs in the fluidized bed boiler operations. An analysis of the system comprising the boiler, the primary air duct, the burners in the duct and the fuel distribution line to the burners is performed. After this analysis, alternatives are presented and then evaluated by means of a multi-criteria matrix based on the needs expressed by the company. From this evaluation, the alternative that includes the design of a control system that allows a relationship between temperature and pressure using cascade control as a means of control is ideal. As results are presented tuning parameters and graphs of the temperature loop, as well as the pressure. After the economic evaluation it was determined that the potential savings and extra income that the implementation of the alternative would represent compared to the initial investment makes the project economically viable.