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

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

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.

ASPECTOS DE LA BIOMASA

Transporte, Almacenamiento, PCI (Poder Calorífico) y Humedad.

Preparación del combustible.

Contenido y composición de las cenizas.

ASPECTOS DE LA BIOMASA (I):

Densidad muy baja.

• Hueso de aceituna: 600-700 kgs/m3

• Orujillo de aceituna: 500-600 kgs/m3

• Astilla de madera: 200-300 kgs/m3

• Viruta de madera: 90 kgs/m3

Composicion biomasas. Analisis quimico

Caracterización Azufre (S): practicamente nulo.

Carbono (C): 35-45 %

Hidrógeno (H2): 4,5-7 %

Oxígeno (O2): 25-35 %

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; 2.400 ÷ 4.200 kcal/kg

Composicion biomasas. cenizas

Ejemplo de una biomasa Na2O; 0,6 %

K2O; 32,03 %

CaO; 12,63 %

MgO; 9,1 %

SiO2 ; 18,1 %

Al2O3 ; 0,89 %

Con estos valores calculamos;

Temperatura de fusión de las cenizas; 600 ÷ 1.100 ºC

Empíricos. Formulación ASME carbones.

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.

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 pulpa-hueso. Mejor calidad del combustible. A mayor cantidad de pulpa adherida, mayor contenido

en cenizas.

Otras biomasas: en general reducción del tamaño para ser transportado.

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 = 3.200 kcal/kg (3,72 kWh/kg)

Fueloleos, gasoleos

PCI = 10.000 kcal/kg

Gas natural

PCI = 8.900 kcal/Nm3

Relación

2,877 kg de biomasa de 3.200 kcal/kg por 1 Nm3 de gas natural

3,237 kg de biomasa de 3.200 kcal/kg por 1 kg de gasoleo ó fueloleo

Precios en Andalucía

1 kg de biomasa de 3.200 kcal/kg tiene un precio de 0,05 €

1 kWh de biomasa de 3.200 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

Almacenamiento de biomasa (Silos,

suelos agitadores, suelos móviles)

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.

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, ...)

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

Ejemplo de caldera pirotubular con gas

natural como combustible

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.

Calderas MIXTAS agua caliente

Calderas mixtas de agua caliente

Calderas MIXTAS de vapor

Cuerpo de convección vertical

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

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..

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.

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.

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.

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/Nm3, al 10 % O2. Combustión turbulenta con aire secundario

NOx, menos de 200 mg/Nm3, al 10 % O2. Reducción del índice de exceso de aire

Reinyección de gases de combustión en hogar

Inyección de urea

Circuito de gases de combustión,

limpieza.

Multiciclones

Retención, hasta 200

mg/Nm3

Filtros de mangas

Retención, menos de 50

mg/Nm3

Filtros electrostáticos

Retención, menos de 20

mg/Nm3

Maniobra y control

• Funcionamiento automático y vigilancia indirecta

• Lazos de control de nivel de agua, combustión y tiro

• CCM y Telegestión

Instalaciones (I)

Vapor y/o agua caliente de proceso

Instalaciones (II)

CO

GE

NE

RA

CIO

N

Expansionado del vapor

GRUPO MOTOR DE VAPOR- GENERADOR

Spilling-Dampfmotor english 020829.exe

Partes de la instalación

Desgasificador

Tratamiento de agua Intercambio iónico

Osmosis inversa rechazo

Chimenea y VTA

Instalaciones (III)

CO

GE

NE

RA

CIO

N

UN

IFIL

AR

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rale

lo)

TRANDSA. FABRICANTE DE BIENES DE EQUIPO