Mejor regulación de filtros eléctricos con una nueva alimentación de alta tensión

Transcripción

1 Mejor regulación de filros elécricos con una nueva alimenación de ala ensión ABB es una de las empresas puneras en el conrol y la regulación de la ensión de filros elécricos. ABB ha suminisrado hasa hoy más de 9000 unidades de regulación de ensión del ipo EPIC para insalaciones reparidas por odo el mundo. Gracias a su capacidad en el campo de la purificación de gases de combusión, de la elecrónica de poencia y de la écnica de ala ensión, ABB esá acualmene en condiciones de ofrecer un nuevo aparao de alimenación para filros elécricos. Los aparaos de ABB se disinguen de los convencionales por su mejor dinámica de regulación, por su ensión aplanada de salida y porque su peso se ha reducido en cerca del 88 %; además, la insalación de dichos aparaos es ahora mucho más simple. Y a en 1994, ABB había comercializado el primer modelo del nuevo agregado de ala ensión para la alimenación de filros elécricos. Poco después siguieron aparaos de oras dimensiones y, acualmene, ABB fabrica agregados con poencias de salida de 20 a 60 kw para una amplia gama de ensiones. El nuevo sisema de alimenación de ala ensión ha recibido el nombre de SIR (Swiched Inegraed Recifier). Esá basado en un moderno sisema elecrónico de poencia que le confiere más capacidad de regulación y además reduce considerablemene su peso. El sisema de mando de una cámara de filro elécrico consiuye una unidad que se mona sobre la cubiera del filro 1. Los coses de insalación se reducen drásicamene. Un agregado SIR esá formado por un recificador rifásico, un ondulador para regular la ensión, un ransformador, un recificador de ala ensión, un ordenador de conrol y deerminado número de conacores 2. En el agregado SIR se ha susiuido el puene convencional de irisores por un recificador rifásico, al que se ha posconecado un ondulador IGBT con frecuen- cia máxima de conmuación de 50 khz. El resulado es que el ransformador de ala ensión funciona con una frecuencia considerablemene mayor que la frecuencia normal de 50 a 60 Hz, lo que reduce noablemene su peso y por ano el espacio necesario para su insalación. El ransformador y el recificador de ala ensión de un agregado SIR de 60 kw pesan en oal sólo 65 kg, incluido el aceie de aislamieno, mienras que una unidad convencional de ransformador-recificador pesa unos 1200 kg. Magnus Pihl ABB Fläk Indusri AB Considerando el sisema en conjuno, incluido el armario de mando y el ransformador, un agregado convencional de 60 kw alcanza los 1400 kg mienras que un agregado SIR sólo pesa 180 kg. Desarrollo Durane los úlimos años, los bloques de alimenación conmuados en el lado primario han desplazado oalmene a los aniguos ransformadores de 50/60 Hz en el campo de los ordenadores, los aparaos de elefax y equipos análogos. Su venaja es su menor peso y por ano la menor necesidad de espacio. Esos bloques de alimenación ienen normalmene una ensión de conexión alerna de V, una ensión coninua de salida de 5 24 V y una poencia de salida máxima de 1 kw. Cuando ABB decidió desarrollar una nueva écnica para la alimenación de filros elécricos, hubo que resolver en primer lugar los siguienes problemas: La demanda de poencia de los filros elécricos esá enre 20 y 150 kw. En aquel momeno no se disponía de agregados conmuados de esas dimensiones. La ensión de salida debería alcanzar hasa 100 kv. Es posible reducir el amaño del equipo por medio de la écnica de conmuación y, al mismo iempo, manener suficiene disancia de aislamieno en el lado de ala ensión? Las descargas parciales, frecuenes en los filros elécricos, ienen el mismo efeco que un corocircuio en el lado cargado. Era preciso consruir un aparao compleamene nuevo, capaz de soporar hasa 5 corocircuios por segundo. Para dominar una frecuencia de conmuación suficienemene ala sin pérdidas demasiado grandes en los semiconducores de poencia, el ondulador debe esar en condiciones de resonar. A principios de los años novena se consruyeron diversos prooipos, pero odos enían una poencia de salida limiada al no disponerse por enonces de elemenos semiconducores adecuados. Como válvulas sólo podían uilizarse los ransisores MOSFET. La siuación cambió al aparecer los ransisores IGBT. Desde enonces es posible consruir onduladores de dimensiones mucho mayores y las dimensiones ya no dependen sólo de los semiconducores de poencia. Revisa ABB 2/

2 Dos agregados SIR sobre la cubiera de un filro elécrico. Gracias a su pequeño peso, esos agregados pueden monarse direcamene sobre la ubería que aloja la línea de ala ensión. 1 Esquema de un agregado SIR 1 Recificador rifásico 5 Filro 2 Ondulador para regular la ensión 6 Ordenador 3 Transformador 7 Sisemas auxiliares 4 Recificador de ala ensión 1 2 ~ En ese momeno, sin embargo, se vio claramene que el gran problema era precisamene el ransformador, que ha de dominar al mismo iempo una poencia, una ensión y una frecuencia elevadas, y iene que saisfacer exigencias muy esricas. Los componenes parásios, como la inducancia de fuga y el acoplamieno capaciivo enre los devanados, han de esar adapados a la carga y a la caracerísica del ondulador. El problema se ha resuelo con el cuidadoso diseño mecánico de la pare magnéica. Eso no hubiera sido posible sin la gran experiencia de ABB en la consrucción de ransformadores 3. Acualmene se suminisran agregados SIR para poencias de salida de hasa 60 kw y ya se esán desarrollando aparaos mucho mayores. Venajas para el procedimieno de filrado Los agregados SIR simplifican la opimización del ajuse del puno de rabajo y mejoran el rendimieno del filro. Gracias a 44 Revisa ABB 2/1998

3 ellos, los filros para nuevas insalaciones pueden ser más pequeños; y en los filros exisenes se reduce la emisión de susancias nocivas. La principal venaja de los agregados SIR, sin embargo, es que proporcionan ala ensión aplanada, sin ondulación residual, y permien conrolar libremene la longiud y periodo de los impulsos Ala ensión aplanada Para que el procedimieno de filrado se desarrolle correcamene es imporane manener la ensión media en el filro en un valor an alo como sea posible, generando así una inensidad ala de corona. En los recificadores usuales, esa ensión esá limiada por la fuere ondulación de la ala ensión. Las cresas de ensión no deben superar el valor límie para que no se produzcan descargas enre los elecrodos de emisión y los de precipiación, consiuidos como placas. La ensión media, por ano, esá claramene por debajo del límie de descarga. Un agregado SIR proporciona una ensión ala aplanada. La ensión media y la ensión de cresa son por ano iguales y pueden ener valores próximos al límie de descarga 4. Pulsación de la corriene Las parículas de polvo con baja conducibilidad elécrica no se pueden exraer fá Esquema elécrico de un agregado SIR 1 Inerrupor auomáico 5 Componenes de resonancia 2 Puene del recificador 6 Transformador 3 Condensador del circuio inermedio 7 Recificador de ala ensión 4 Ondulador IGBT 8 Hacia el filro cilmene con los filros elécricos. Esas parículas se producen, por ejemplo, en la combusión de carbón con bajo conenido de azufre. Las parículas de polvo con ala resisividad forman una espesa capa en las placas de los elecrodos de precipiación y la inensidad del campo elécrico en dicha capa crece hasa que las placas de elecrodo repelen las parículas. Para eviar ese fenómeno, la corriene de funcionamieno del filro sufre impulsos con frecuencia de 1 30 Hz, de modo que enre dos impulsos puede descargarse la capa de polvo. Con el fin de opimizar la pulsación de corriene en insalaciones de diversos ipos y para disinos combusibles, ABB ya había desarrollado el programa EPOQ para agregados convencionales de alimenación elécrica. El agregado SIR permie realizar muchas oras mejoras. En los mandos usua- 3 Tensiones (a) e inensidades (b) de salida de un agregado de alimenación convencional y de un agregado SIR 4 I Corriene del filro elécrico U Conv. T/R Tensión en un agregado de alimenación convencional U Onse Tensión al iniciarse la descarga de corona U SIR Tensión en el agregado SIR SIR SIR U Conv. T/R I Conv. T/R a b U U Onse U Conv. T/R U SIR Revisa ABB 2/

4 i les de filros, los irisores sólo pueden ser encendidos una sola vez por semiperiodo; si se desea ener un inervalo sin impulsos es necesario salar varios semiperiodos; por ano, la frecuencia de los impulsos esá relacionada con los subarmónicos de la frecuencia de la red 5. Con el agregado SIR, por el conrario, es posible conrolar de forma coninua, sin escalones, la duración de los impulsos y los inervalos enre los mismos a parir de unos 50 µs, siendo posible opimizar el desarrollo del proceso. a i b Impulsos de un agregado convencional (a), con periodo y longiud conrolados por la frecuencia de la red, y de un agregado SIR (b), con periodo, alura y longiud de los impulsos regulables a volunad Nuevo filro elécrico de ABB en la cenral elécrica de fuel-oil de Karlshamn, Suecia, consruida hace 20 años. El filro elécrico enró en servicio en Filros elécricos para la proección del medio ambiene Los filros elécricos se uilizan para purificar gases de combusión y de ragane. En el filro elécrico se reienen las parículas de polvo, que de oro modo serían expulsadas con los gases a la amósfera. Los filros elécricos proegen por ano el medio ambiene, ya que reducen la emisión de susancias nocivas. Con frecuencia se usan ambién para recuperar producos químicos valiosos o meales que puedan esar conenidos en los gases de combusión. Los filros elécricos consiuyen el nivel de salida en la mayoría de las insalaciones de combusión, por ejemplo en las cenrales de carbón, en los hornos giraorios de cemeno y en las calderas de vapor y de lixiviación. La canidad de polvo puede llegar a ser muy grande: un filro elécrico posconecado a una caldera de 600 MW calefacada con carbón exrae normalmene 30 /h de ceniza volane 6. En el filro elécrico, que se mona enre la caldera de combusión y la chimenea, se encuenra una serie de elecrodos de precipiación, en forma de grandes placas a disancias de 250 a 400 mm. Un filro elécrico para una gran caldera a carbón iene una superficie oal de precipiación de unos m 2. Enre los elecrodos de precipiación se ienden alambres de meal, que consiuyen los elecrodos de emisión. Las placas esán conecadas a ierra; los elecrodos de emisión esán a una ensión coninua negaiva de 50 a 110 kv respeco del poencial de ierra. Si la ensión en el filro es suficienemene ala, se forma una corriene de corona. De los elecrodos de emisión escapan elecrones, que se desplazan hacia los elecrodos de precipiación y chocan conra las parículas de polvo en suspen- 46 Revisa ABB 2/1998

5 sión, quedando fijados en ellas. Al quedar cargado negaivamene, el polvo se desplaza ambién hacia los elecrodos de precipiación, donde queda adherido a las placas que los consiuyen 7. Para que el filrado alcance un alo rendimieno es necesario que en las parículas de polvo se fijen anos elecrones como sea posible. En oras palabras: la corriene de corona debe ener la mayor inensidad posible. Eso presupone que la ensión en el filro debe ser muy próxima a la ensión límie de descarga enre los elecrodos de emisión y los elecrodos de precipiación. Para deerminar ese límie, el sisema auomáico de regulación aumena poco a poco la ensión hasa que se produce la descarga. A coninuación se reduce la ensión en varios punos porcenuales. Para los disinos ipos de insalación se admien frecuencias de descarga de enre 0,1 y 5 Hz. A inervalos regulares, de varios minuos a varias horas, un disposiivo de golpeo provoca sacudidas en los elecrodos de precipiación haciendo que el polvo acumulado caiga a la olva siuada bajo la envolura del filro, de la cual se exrae finalmene por un sisema de esclusas. Bibliografía [1] Ransad, P.; Porle, K.: High frequency power conversion: a new echnique for ESP energisaion. EPRI/DOE Inernaional Conference on Managing Hazardous and Pariculae Air Polluans, 15h-17h Augus 1995, Torono. [2] Parker, K.E.: Improving elecrosaic precipiaor performance for power saions. Power Engineering Journal, Augus [3] Porle, K.: On back corona in precipiaors and is suppression using differen energizaion mehods. 3rd Inernaional Conference on ESPs, Albano, Ialy, Ocober [4] Maurizson, C.: Experience wih pulse energizaion of precipiaors for a wide range of processes and operaing condiions. 3rd Inernaional Conference on ESPs, Albano, Ialy, Ocober Filro elécrico de ABB con elecrodos de precipiación de placas (azul) y elecrodos de emisión de hilos meálicos (rojo) Dirección del auor Magnus Pihl ABB Fläk Indusri AB S Växjö, Suecia Telefax: +46 (0) magnus.pihl@seind.mail.abb.com 7 Redacción Delef P. H. Prien Revisa ABB 2/