Combustión de biomasas para generación térmica

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1 Combustión de biomasas para generación térmica 1. Biomasa. Definición, clases, características. Comparación con combustibles fósiles. 2. Almacenaminto y transporte. 3. Combustión de la biomasa. Parrilla móvil. 4. Calderas. 5. Circuito de humos. Partículas en suspensión 6. Instalaciones

2 BIOMASA Definición Materia orgánica originada en un proceso biológico espontáneo ó provocado, utilizable como fuente de energía. Clasificación Natural Limpieza de bosques Subproductos de procesos agricolas (orujos, huesos, vinazas, transformacion madera, cáscaras (pipa girasol, cáscara de almendra) Cultivos energéticos Cultivos exclusivos para su uso como energía

3 Combustibles solidos: biomasas en España Orujillo de aceituna. Orujillo de uva (blanco y tinto) Hueso de aceituna. Astilla de madera Cáscara de almendra. Cáscara de piña (de coníferas) Cáscara de nuez. Pipa de girasol. Viruta y serrín de madera. Biomasa forestal.

4 ASPECTOS DE LA BIOMASA Transporte, Almacenamiento, PCI (Poder Calorífico) y Humedad. Preparación del combustible. Contenido y composición de las cenizas.

5 ASPECTOS DE LA BIOMASA (I): Densidad muy baja. Hueso de aceituna: kgs/m 3 Orujillo de aceituna: kgs/m 3 Astilla de madera: kgs/m 3 Viruta de madera: 90 kgs/m 3

6 Composicion biomasas. Analisis quimico Caracterización Azufre (S): practicamente nulo. Carbono (C): % Hidrógeno (H 2 ): 4,5-7 % Oxígeno (O 2 ): % Nitrógeno (N): 1,0-0,5 % Cenizas: 0,5-7 % Volátiles: más del 70 % No hay metales pesados (como el fuel-oil) Humedad variable, incluso hasta 60 % Con estos valores calculamos; Poder calorífico inferior; kcal/kg

7 Composicion biomasas. cenizas Ejemplo de una biomasa Na 2 O; 0,6 % K 2 O; 32,03 % CaO; 12,63 % MgO; 9,1 % SiO 2 ; 18,1 % Al 2 O 3 ; 0,89 % Con estos valores calculamos; Temperatura de fusión de las cenizas; ºC Empíricos. Formulación ASME carbones.

8 ASPECTOS DE LA BIOMASA (II): TEMPERATURAS DE FUSION DE LAS CENIZAS Na y K disminuyen la T de fusión. Ca la eleva. / Formación de escoria en el hogar de combustión. Temperatura del hogar 1 En pirotubulares: ensuciamiento de interior de los tubos. 1 El orujillo de aceituna: ciega los tubos.

9 ASPECTOS DE LA BIOMASA (III): PREPARACION DEL COMBUSTIBLE Empresas suministradoras: Dedicadas a la gestión, compra-venta y transformación de la biomasa (Astillado, reducción de tamaño, secado, eliminación de tierras, peletizado, briquetizado) En Almazaras y Extractoras: Hueso de aceituna: triturado previo con molino de martillos (diam: 2 mm) y posterior separación pulpa-hueso. Aderezo de aceitunas: la mejor separación pulpahueso. Mejor calidad del combustible. A mayor cantidad de pulpa adherida, mayor contenido en cenizas. Otras biomasas: en general reducción del tamaño para ser transportado.

10 Consumos fósiles-biomasas Consumo de combustible por kg de vapor generado Rendimientos Caldera de fósiles = 90 % Caldera de biomasa = 87 % Combustibles Biomasa con 30 % de humedad PCI = kcal/kg (3,72 kwh/kg) Fueloleos, gasoleos PCI = kcal/kg Gas natural PCI = kcal/nm 3 Relación 2,877 kg de biomasa de kcal/kg por 1 Nm 3 de gas natural 3,237 kg de biomasa de kcal/kg por 1 kg de gasoleo ó fueloleo Precios en Andalucía 1 kg de biomasa de kcal/kg tiene un precio de 0,05 1 kwh de biomasa de kcal/kg tiene un precio de 0,0134 Precios del gas natural 1 kwh de gas natural tiene un precio de 0,025 + término de potencia

11 Almacenamiento de biomasa (Silos, suelos agitadores, suelos móviles)

12 Características de los sistemas de combustión Construcción modular. Velocidad de cada módulo modificable. Parrillas horizontales e inclinadas. Composición de las barras de las parrillas. Aire primario zonificado. De-Nox nozzles. Aire caliente bajo parrilla.

13 Una clasificación de Calderas Por situación del agua Pirotubulares o de tubos de humo. Mixtas, hogar acuotubular, cuerpo de humos pirotubular Acuotubulares o de tubos de agua. Circulación natural De un domo, tubos de esquina De dos domos Circulación forzada Por combustibles Sólidos (carbón, hueso de aceituna, etc). Combustibles fósiles industriales (gasóleo, fuel-oil, G.N,...)

14 Calderas pirotubulares Los gases de la combustión circulan por el interior de los tubos. En general son calderas de 3 pasos de gases. Se utilizan para quemar combustibles fósiles: gasóleo, fuel-oil, y gas natural. circulación muy pobre. Hogar adaptado a la forma de la llama. Máxima carga específica en el hogar

15 Ejemplo de caldera pirotubular con gas natural como combustible

16 Calderas acuotubulares vapor Los gases de la combustión circulan por el exterior de los tubos. Mayor velocidad de circulación que en pirotubulares. Mejor respuesta a demandas puntas de vapor. Son calderas de hogares y pasos de humos muy amplios. Pueden limpiarse en funcionamiento. Depresión.

17 Calderas MIXTAS agua caliente Calderas mixtas de agua caliente

18 Calderas MIXTAS de vapor Cuerpo de convección vertical

19 Factores que intervienen en la elección de caldera (I): combustibles convencionales Pirotubulares y mixtas: Bajas producciones de vapor: hasta 20 tons/h. Bajas presiones: hasta 20 bar. Acuotubulares: Para altas y bajas producciones de vapor y presiones de trabajo

20 Factores que intervienen en la elección de caldera (II). Combustibles sólidos: DISPONIBILIDAD Orujillo de aceituna (2 fases). Acuotubulares con economizadores: 3 semanas/año Mixtas con cuerpo de convección vertical y economizador: 3 semanas/año Pirotubulares: cómo máximo 3 dias/24 horas y con un antehogar diseñado para una vaporización doble que la que se precisa en fábrica..

21 Factores que intervienen en la elección de caldera (III). Combustibles sólidos. Rendimiento 1 Relacionado con la Disponibilidad. Caldera pirotubular para combustibles convencionales, mayor rendimiento que acuotubular. Son combustibles limpios. Para sólidos: el ensuciamiento de los tubos de humos disminuye rápidamente el rendimiento de la caldera pirotubular.

22 Factores que intervienen en la elección de caldera (IV). Combustibles sólidos. Rapidez de respuesta La circulación más efectiva de las calderas acuotubulares consigue una mejor capacidad de respuesta ante demandas punta. 1 La caldera acuotubular no se viene abajo ante una rápida demanda de vapor.

23 Resumen La caldera acuotubular tiene mayor disponibilidad, rendimiento, y rapidez de respuesta. Caldera mixta, mismas características que acuotubular con combustibles de baja cantidad de cenizas y presiones medias. La caldera pirotubular, con o sin antehogar, es una posible solución para necesidades discontinuas de vapor y condiciones no muy exigentes.

24 Circuito de gases de combustión, emisiones. Partículas Función de equipos de limpieza Multiciclón, filtro de mangas, filtro electrostático Con parrilla mecánica CO, menos de 150 mg/nm 3, al 10 % O 2. Combustión turbulenta con aire secundario NOx, menos de 200 mg/nm 3, al 10 % O 2. Reducción del índice de exceso de aire Reinyección de gases de combustión en hogar Inyección de urea

25 Circuito de gases de combustión, limpieza. Multiciclones Retención, hasta 200 mg/nm 3 Filtros de mangas Retención, menos de 50 mg/nm 3 Filtros electrostáticos Retención, menos de 20 mg/nm 3

26 Maniobra y control Funcionamiento automático y vigilancia indirecta Lazos de control de nivel de agua, combustión y tiro CCM y Telegestión

27 Instalaciones (I) Vapor y/o agua caliente de proceso

28 Instalaciones (II) COGENERACION

29 Expansionado del vapor GRUPO MOTOR DE VAPOR- GENERADOR Spilling-Dampfmotor english exe

30 Partes de la instalación Desgasificador Tratamiento de agua Intercambio iónico Osmosis inversa rechazo Chimenea y VTA

31 Instalaciones (III) COGENERACION UNIFILAR (paralelo)

32 TRANDSA. FABRICANTE DE BIENES DE EQUIPO

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