Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía

Transcripción

1 Bach. Ricardo Garcia Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía VALIDACIÓN EXPERIMENTAL PARA EL SEGUIMIENTO DE ENCENDIDO DE UN GASIFICADOR DE LECHO FLUIDIZADO BURBUJEANTE Dr. Mario Daniel Marcelo Aldana Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía Dr. Waldir Antonio.Bizzo - bizzo@unicamp.br Universidade Estadual de Campinas, Departamento de Ingeniería Mecánica Dr. Edilberto Vasquez edilberto.vasquez@udep.pe Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Electrónica

2 PROBLEMÁTICA RESUMEN EQUIPOS Y MATERIALES ANÁLISIS DE PRUEBAS PARTIDA DEL REACTOR COCLUSIONES Metodología

3 PROBLEMÁTICA Acumulación de residuos en el campo. Quema de hojas de caña y contaminación ambiental. Enfermedades. Transporte de residuos. Plagas. Accidentes de tráfico.

4 RESUMEN Este artículo tiene como objetivo la validación de una planta piloto de gasificación en lecho fluidizado burbujeante mediante la experimentación real. Las pruebas experimentales abarcan validación del material inerte del lecho, el buen funcionamiento de los sensores de temperatura, el equipo quemador para la partida del reactor, el soplador industrial, el tornillo sin fin y la interacción de todos estos elementos en funcionamiento dinámico.

5 EQUIPOS Y MATERIALES Reactor, ciclón y lana de fibra de vidrio. Planchas de acero AISI 304 de 3mm de espesor Altura total de 2450mm Aislante: Lana de fibra de vidrio de 3in de espesor Diámetro interno en lecho y freedboard de 228mm Diámetro interno en zona de salida de gases de 468mm Agujero de 62mm que permite la entrada de aire. Malla número 40 como distribuidor de aire. Ciclón como sistema de limpieza inicial: 656mm de altura, tiene en su parte más ancha un diámetro de 177mm, mientras la parte más angosta es de 77mm. Depósito de alquitranes. 2 agujeros de 10cm ubicados en la zona del lecho para el quemador y entrada de biomasa. Visor en el parte superior Sensores de temperatura

6 Biomasa La biomasa necesita de 4 análisis y preparación: Análisis granulométrico Análisis elemental Análisis inmediato Análisis de poder calorífico EQUIPOS Y MATERIALES Tamaño entre 1-10mm. Densidad aparente: 25-40kh/m^3 Contenido de humedad en base humedad menor al 15%.

7 EQUIPOS Y MATERIALES Agente de fluidización y materia del lecho El material del lecho es la bauxita al 86% de alúmina con una densidad de 2960kg/m^3 y un diámetro medio de 0.5mm siendo clasificadas en el grupo D de las partículas de Geldart y presentando una fluidización con burbujas grandes. La fluidización ayuda a promover una quema parcial de biomasa, favorece a tener una temperatura uniforme en el lecho y ayuda a las reacciones que envuelven el proceso.

8 EQUIPOS Y MATERIALES Soplador y quemador El quemador Q-Gas Wayne HSG400 con potencias de 200 mil Btu/hr a 400 mil Btu/hr tiene el objetivo de calentar las partículas. El equipo tiene un sistema de regulación de aire manual y utiliza gas propano para su funcionamiento. El soplador industrial ha sido adaptado para la necesidad del proyecto, la cantidad y separación de los alabes no son adecuadas.peru, Su adquisición resulto económica y las pruebas resultaron prometedoras por lo que no hubo inconvenientes en su utilización.

9 EQUIPOS Y MATERIALES Tornillo sin fin, tolva y motor Acero inoxidable. 70cm de longitud Diámetro igual al paso de 10cm Tolva-Fierro Autonomía de 30min dependiendo de la densidad aparente de la biomasa Motor trifásico conectado en triangulo de gran torque Las revoluciones del motor son controladas haciendo variar la frecuencia a través de una GUI en Matlab.

10 ANÁLISIS DE PRUEBAS Soplador y fluidización Lecho fijo (14cm): El fluido atraviesa los intersticios de la cama por debajo de 40Hz. Lecho expandido: Las partículas adquieren un estado vibratorio en algunas regiones de la cama a partir de 40Hz. Mínima fluidización: Todas las partículas están a penas suspendidas por la corriente de gas. Este estado no se pudo observar. Fluidización:Se forman las primeras burbujas. También tiene la característica de presentar una altura casi igual que el estado de mínima fluidización. Se logró observar este estado a 45Hz Cama fina de partículas Slugging :Para diámetros pequeño y alturas relativamente altas las burbujas se unen y crecen a medida que suben. Este estado se vio desde 50-60Hz

11 ANÁLISIS DE PRUEBAS Sensores en el reactor

12 ANÁLISIS DE PRUEBAS Sistema Quemador- todos los sensores

13 ANÁLISIS DE PRUEBAS Sistema Quemador- sensores del lecho

14 ANÁLISIS DE PRUEBAS Sistema Quemador y soplador- todos los sensores

15 ANÁLISIS DE PRUEBAS Sistema Quemador y soplador- sensores del lecho

16 PARTIDA DEL REACTOR 1. Encender el quemador en nivel 2 para el calentamiento de la bauxita hasta los 600 C durante aproximadamente 1 hora y cada cierto tiempo mezclar el lecho con un salto de aire por parte del soplador. 2. Luego del tiempo establecido apagar el quemador y comenzar el ingreso intermitente de biomasa con un flujo volumétrico de 60Hz por parte del soplador. 3. Con este ingreso intermitente de biomasa se deberá llegar hasta 800 C y pasar a flujo continuo de 40kg/h disminuyendo los el flujo volumétrico del soplador a 27m^37h para régimen de gasificación

17 COCLUSIONES Antes de encender el gasificador deberá estar en marcha el sistema de monitoreo de temperatura para que existe una toma de datos durante todo el proceso y de esta manera tener un mejor control. Así mismo, Se recomienda revisar después de cada experimento los elementos donde se puedan concentrar alquitranes para así tener una idea de la pureza del gas. A partir del comportamiento del quemador se concluyó que al aumentar los niveles del mismo la temperatura de flama disminuye. Además, según las temperaturas requeridas para el régimen de partida se puede concluir que será adecuado encender y trabajar el quemador en el nivel 2 hasta que el sensor 5 registre una temperatura mayor a 600 C. La preparación de la caña de azúcar es importante. Para las hojas se debe primero cortar o triturar de tal manera que tengan un tamaño entre 1-10mm, una densidad aparente no compactadas entre 25-40kg/m^3 y un contenido de humedad en base humedad menor al 15%. Son 4 las pruebas que deben hacerse antes de la primera partida del reactor: Prueba de fluidización, prueba de quemador + fluidización y prueba de entrada de biomasa. Se observó aglomeración formada por las cenizas fundidas y bauxita del lecho reportado también en otras tecnologías de gasificación en lecho fluidizado, lo que indica un adecuado encendido del proceso.

18 Agradecimientos Los investigadores manifiestan su agradecimiento a Fondecyt Concytec por el financiamiento del proyecto N FONDECYT, IDENTIFICACIÓN ENERGÉTICA DE LA PRODUCCIÓN DE SYNGAS UTILIZANDO UN GASIFICADOR DE LECHO FLUIDIZADO DE DIFERENTES TIPOS DE RESIDUOS DE BIOMASA CON FINES DE APROVECHAMIENTO TÉRMICO O ELÉCTRICO y a la UNIVERSIDAD DE PIURA por el apoyo que sus instalaciones han brindado.

19 Dr. Mario Daniel Marcelo Aldana Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía Dr. Waldir Antonio.Bizzo - bizzo@unicamp.br Universidade Estadual de Campinas, Departamento de Ingeniería Mecánica Dr. Edilberto Vasquez edilberto.vasquez@udep.pe Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Electrónica Bach. Ricardo Garcia ricardogv15@hotmail.com Universidad de Piura, Departamento de Ingeniería Mecánico-Eléctrica. Laboratorio de Energía