Recientemente, la Central Eléctrica North Omaha de Omaha Public Power District recibió el premio a la Planta Pequeña del Año del grupo de usuarios de Powder River Basin (PRB) Coal por su innovación y la implementación de las mejores prácticas en la industria. ¡Felicitaciones OPPD!

Omaha Public Power District (OPPD) emplea a 2,300 personas y opera más de 15,500 millas de líneas de distribución y transmisión eléctrica en Nebraska. OPPD es una de las compañías públicas de electricidad más grande de los Estados Unidos y presta servicios a más de 350,000 clientes en 13 condados del sudeste de Nebraska. La compañía se organizó como una subdivisión política del Estado de Nebraska en 1946 y actualmente, OPPD tiene una capacidad de generación de más de 3,200 megavatios de los cuales, casi la mitad son generados a partir de carbón. OPPD genera energía de varias fuentes: nucleares, gas natural, viento y gas de vertedero.

En la década de1980, OPPD se convirtió para quemar carbón más limpio, con menor contenido de azufre, desde la cuenca del río Powder de Wyoming (PRB), como parte de su compromiso con las mejores prácticas ambientales de protección. La North Omaha Power Station, una planta energética alimentada con carbón de 646 megavatios situada en el río Missouri, al norte de la ciudad, fue construida hace más de 50 años y originalmente se construyó para quemar carbón del Medio Oeste con un alto contenido de azufre. A pesar de que ahora es más limpia, durante el proceso de conversión inicial, la planta no estaba completamente optimizada para resolver las técnicas de mitigación del polvo particulado que son necesarias cuando se procesa carbón PRB.

A pesar de que contiene menos sulfuro, el carbón PRB contiene más agua, genera menos calor y quema en forma menos eficientes que el tipo de carbón que reemplazó. De hecho, a pesar de que se redujeron las emisiones generales, la planta requiere ahora más procesamiento para asegurar la misma capacidad de generación. Y lo que es todavía más irritante, es que debido a varias de las propiedades inherentes del carbón PRB, este es proclive a la combustión repentina y espontánea. El control de la combustión repentina y espontánea lleva mucho tiempo y es frustrante. Podíamos controlar perfectamente la temperatura del carbón, evitar el contacto con las chispas y llamas y podía igualmente comenzar a quemarse solo. Como si esto fuera poco, el carbón podía descomponerse fácilmente en pequeñas partículas de polvo altamente inflamables que si no se eliminaban, podían flotar en el aire y encenderse.

Ajustar el flujo de manejo de material a las características del carbón PRB y abordar sus riesgos únicos de seguridad llevaron a OPPD a buscar la experiencia de Martin Engineering. Varios años atrás, la gerencia de OPPD comenzó tomar medidas para preparar a la planta para convertirla en líder en la manipulación segura de PRB. OPPD tomó esta decisión porque sabía que la mejor manipulación del carbón le aseguraba una planta más productiva, más seguridad y salud para los empleados y una mejor producción.

“Para nuestra planta es extremadamente importante la seguridad. Tenemos 120 empleados en esta planta y nuestra tasa registrada de frecuencia de lesiones es extremadamente baja. Es absolutamente necesario que nuestros empleados trabajen en forma segura y todos son responsables de asegurarse de trabajar en un entorno de trabajo sano y seguro. De esta forma todos ganan. OPPD y Martin trabajaron muy bien juntas en una asociación para la seguridad y la mitigación del polvo”, dijo Kirk Estee, P.E. Supervisor de manejo de material en OPPD.

OPPD utilizaba un sistema de manejo de material convencional y antiguo. Se le pidió a Martin que llevara a cabo una auditoría de seguridad y manejo de material que abordara específicamente el polvo fugitivo y el control general del polvo de carbón. En auditoría mostró que había algunas oportunidades para modernizar los transportadores que permitirían maximizar la seguridad y resolver las preocupaciones con respecto al polvo del carbón.

Después de recorrer las bandas y los transportadores, revisar los conductos y otras plantas de manipulación del carbón, los empleados de Martin comenzaron inmediatamente a tomar nota de cómo y dónde podrían realizar cambios que fueran importantes para la seguridad general de la planta. “El diseño de conductos ha evolucionado mucho desde que se instaló por primera vez el sistema”, señaló Jim Densberger, gerente de territorio de Martin Engineering. "Los conductos de transferencia actuales emplean geometrías especiales que captan y concentran el flujo del material a medida que avanza por el conducto".

"Cada uno de nuestros diseños está personalizado para adaptarse a las características específicas del material y a los sistemas de transporte de cada cliente en particular, en lugar de utilizar productos en existencia e intentar que funcionen”, explicó. Los conductos de transferencia de Martin proporcionan el beneficio doble de minimizar la aireación y prevenir la acumulación dentro del conducto, algo especialmente importante cuando se trabaja con materiales combustibles.

OPPD y Martin trabajaron juntas y desarrollaron un plan de mejora de varios años para asegurar un entorno sin polvo. OPPD inició un proyecto de varias etapas orientado al saneamiento del polvo combustible. Cuando la gerencia solicitó propuestas sobre el primer proyecto planificado, determinaron que cualquiera fuera el proveedor al que se otorgara el primer proyecto, ese equipo sería estandarizado. OPPD no quería tener tres o cuatro proveedores distintos que ofrecieran materiales similares y confundieran a los empleados.

“Martin respondió muy bien desde la perspectiva de la solicitud de propuestas. Durante toda nuestra relación han respondido siempre muy bien, nos ofrecieron precios competitivos, respaldaron sus productos y se aseguraron de que funcionarán en forma confiable”, dijo Estee.

El proyecto comenzó con la primera instalación en octubre de 2009 y completó cuatro etapas que finalizaron 2012 e incluyeron mejoras en el punto de transferencia de doce bandas en toda la planta y la instalación de limpiadores de aire insertables en 12 zonas de carga.

Martin Engineering suministró componentes para contener el material y mejorar la realización de las tareas de servicio. Se instalaron camas de soporte bajo los conductos de descarga para absorber el impacto y estabilizar las líneas de las bandas a fin de evitar derrames. También se montaron placas de desgaste Martin^® en el borde lateral existente en la zona de carga para un mejor sellado.

Martin instaló luego colectores de polvo adherentes Martin^® en las zonas de carga para reducir aún más el escape de material fugitivo. En vez de transportar aire cargado de polvo a un colector central, los sistemas adherentes filtran el aire dentro del punto de transferencia en donde pueden devolver fácilmente el material al sistema del transportador.

Los limpiadores de aire utilizan un ventilador interno que extrae el aire cargado de polvo a través de los elementos del filtro. El aire pasa a través del filtro, dejando las partículas en el elemento del filtro. Los filtros tienen un diseño de fibra plegada que esencialmente crea acanaladuras. Cada filtro contiene varias acanaladuras que se distribuyen de forma tal que todo aire cargado de polvo que ingrese al limpiador debe pasar por una de las acanaladuras. Cuando el aire llega al extremo de la acanaladura, debe pasar a a través de ella y dejar atrás el polvo.. A medida que los filtros capturan el material, este se aglomera con otras partículas de polvo contra los medios de filtración.

Cada elemento del filtro es luego limpiado regularmente por medio de un “chorro invertido” de aire comprimido. Esto produce una inversión momentánea del flujo de aire que desprende el polvo aglomerado y lo devuelve al cuerpo del material principal. Los limpiadores de aire tienen un mínimo de dos elementos de filtro y el impulso es gradual para permitir que por lo menos uno de los filtros opere a capacidad plena mientras se limpia el otro. Si una partícula impulsada es demasiado pequeña para poder retirarla del flujo de aire, se empuja inmediatamente hacia dentro de un filtro activo. This alternating pulsing eliminates the potential for a pulse to create a momentary plume of airborne dust.

El material del filtro se impregna además con fibras de carbono para disipar toda electricidad estática acumulada. Esta trama de fibras de carbono permite que toda carga acumulada sea enviada instantáneamente a tierra, fuera de los filtros. La impregnación de carbono permite que los filtros tengan una resistencia total de menos de 108 ohmios, probados por ESD STM 11.11-2001. Como no puede acumularse carga en los elementos del filtro, no es posible que se produzcan chispas. Este filtro sin chispas, combinado con otra construcción intrínsecamente segura, permite que toda carga que pueda generar chispas sea enviada a tierra y fuera del sistema casi inmediatamente. “El resultado final es un limpiador de aire que puede coexistir en forma segura en un entorno con riesgo de explosión”, dijo Jim Densberger, gerente de territorio de Martin Engineering.

Los componentes del sistema de recolección de polvo central con mangas son los siguientes: el colector, el ventilador, el sistema de desecho, los conductos y la válvula de aislamiento. Cada uno de estos componentes tiene asociados problemas. La instalación de colectores de aire adherentes elimina muchos de los problemas que se producen en los sistemas de recolección centrales.

Una vez recolectado el polvo, debe ser transportado y vuelto a depositar en el flujo del material. La manipulación secundaria de un material fino y explosivo crea problemas logísticos y de seguridad en sí mismo.

El conducto utilizado para conectar el colector con el punto de recolección debe tener el tamaño necesario para evitar que toda partícula de polvo se deposite fuera del flujo de aire. Este es un proceso directo, a menos que haya varios puntos de recolección. El flujo en cada sección del conducto debe ser analizado y se debe determinar su tamaño para que la velocidad en cada rama del sistema sea alta. Las pérdidas de presión son proporcionales a la velocidad de modo que una gran velocidad producirá una gran caída de presión. Estos conductos pueden permitir que el polvo se asiente afuera del flujo si se altera el flujo. Esta alteración puede producirse debido a que un trabajador altera los flujos o a una falla en el conducto. Esta falla liberará polvo al medioambiente y además, cambiará el equilibrio del sistema. Si el polvo se acumula en el conducto debido a un error o a alteraciones en el diseño y el material se enciende o se autoenciende, puede producirse un incendio en el sistema del conducto.

Como se considera que el colector es un aparato cerrado, debe ser protegido de las llamas que viajan hacia el colector por los conductos. El método utilizado para detener las llamas, si las hubiera, es la válvula de aislamiento. Se trata de una válvula que detecta un aumento en la presión o la temperatura y cierra el conducto cuando se detecta una de estas condiciones. Esto es necesario para cualquier sistema de recolección central.

La rama individuales de un sistema de recolección no pueden ser aisladas ya que un cambio en el flujo de una de las ramas afectaría las otras partes del sistema. Por este motivo, no es posible mantener un punto de recolección individual sin cerrar el sistema o afectar la efectividad de las demás ramas.

Por otro lado, los filtros insertables están integrados en la caja del punto de transferencia, en donde pueden fácilmente devolver el material al sistema transportador. Los filtros insertables también pueden eliminar los componentes problemáticos del sistema central, lo cual elimina a su vez muchos de los problemas asociados con los sistemas.

La carcasa del filtro limpiador de aire integrado es un aparato diseñado para sostener los elementos del filtro permitiendo el ingreso del aire sucio y la salida de aire limpio. El sistema de limpieza de aire integrado utiliza una serie de unidades que operan en forma independiente en cada punto de generación de polvo. La pérdida de una unidad cuando es necesario realizar tareas de mantenimiento no requerirá el cierre general de la operación de un sistema de recolección del polvo. Esta disposición descentralizada permite que los limpiadores puedan ser colocados en un ciclo de mantenimiento y mantener cada unidad una por una, en vez de tener que interrumpir el funcionamiento de toda la planta.

La naturaleza intrínseca del diseño de un limpiador de aire integrado elimina muchas de las desventajas de un recolector de polvo central y proporciona el mismo nivel de filtración.

Además, Martin instaló un sistema de espuma Dust Fighter™ para reducir aun más el polvo fugitivo. El sistema de espuma mezcla y aplica constantemente espuma para supresión del polvo a la carga para controlar el polvo suspendido en el aire y minimizar a la vez el agregado de humedad al material. El sistema de espuma consiste en un cilindro con entradas para las líneas que transportan aire y la mezcla de agua/productos químicos y salidas para aceptar hasta 8 toberas. Las toberas pico de pato se colocan en un mecanismo de levas que permite retirar las toberas del conducto para efectuar tareas de mantenimiento sin necesidad de utilizar herramientas.

La arquitectura del sistema permite automatizarlo fácilmente mediante la incorporación de válvulas de bolas eléctricas en la línea de agua a la entrada del módulo de la bomba y en la entrada de aire de la cámara de espuma.

Los nuevos recolectores de polvo de Martin le permitieron a North Omaha Station ser más segura “porque ahora que podemos usar los productos Martin que son más pequeños podemos apagar el colector de polvo más grande y viejo que tenía antecedentes de peligros de explosión. Los pequeños no contienen, capturan ni almacenan grandes cantidades de combustible. Siempre tienen solo una pocas onzas de carbón y siempre se purgan y limpian solos. Con respecto a la seguridad, son excelentes”, dijo Estee.

Los nuevos colectores de polvo adherentes son solo una parte de una estrategia de mitigación del polvo más grande que incluye la contención del polvo y otras prácticas fundamentales que promueve Martin. “Los colectores de polvo son la cereza del pastel. Los colectores adherentes ofrecen una forma más segura de realizar la recolección del polvo. Pero mantener y comprender los fundamentos del control del polvo de Martin es el cambio más importante que hemos hecho en este aspecto”, dijo Estee.

En general, la mejora más importante en el control de polvo ha sido reconstruir los puntos de transferencia de carbón para contener ese polvo. "Solíamos tener mucho polvo y derrames. Pero ahora que hemos reconstruido casi todos los puntos de transferencia, es completamente diferente. La mayoría de los derrames que continúan se deben a otros problemas operativos que están siendo abordados”, dijo Estee.

A fin de garantizar que todos los puntos de transferencia funcionen de manera correcta, Martin viene a la planta una vez al mes y recorre las líneas de banda y los puntos de transferencia. Los técnicos reemplazan las distintas piezas desgastadas, ajustan los limpiadores de banda y se aseguran de que se mantengan los niveles de tensión adecuados en todo el sistema del transportador para el manejo del carbón. Martin también guarda piezas de inventario en el lugar para usarlas según lo requieran. En caso de requerir un limpiador de banda, sellador nuevo o cualquier otro elemento, deben estar a mano.

Dado el historial y los años de experiencia de Martin, la gerencia de OPPD sabía que podían confiar en Martin para el largo plazo. “Cuando el personal de Martin inspecciona todos los meses, busca en su propio equipo que ellos instalaron. Como están familiarizados con nuestro sistema, pueden diagnosticar los problemas en forma rápida y eficiente cuando aparecen” dijo Estee.

“Ellos vienen, instalan el producto y regresan no solo para asegurarse de que el sistema funcione bien sino también para buscar posibles problemas. Como nosotros no siempre tenemos el tiempo para estudiar todos los problemas que puede plantear el control del polvo, Martin se asegura de que todo funcione como prometieron”, dijo Estee.