Areas de Actividad - Procesos de conversión térmica - Instalaciones y Capacidades

Instalaciones y Capacidades

Instalaciones

Planta de Combustión en Lecho Fluidizado Burbujeante. Potencia 100 kW

Area de actividad: Valorización energética de combustibles y residuos. Procesos de Planta de Combustión en Lecho Fluidizado Burbujeante. Potencia 100 kWcombustión de biomasa, carbón y residuos. Co-combustión

Responsables Técnicos: R. Ramos, A. Bahillo.

Campos científicos: Combustión, residuos, emisiones, medioambiente, combustibles fósiles, biomasa.

Aplicaciones
Empresas interesadas en el estudio del comportamiento de combustibles fósiles, residuos y/o mezclas de ambos, durante su combustión en lecho fluidizado burbujeante desde el punto de vista de la tecnología así como de las emisiones generadas en dicho proceso.


Descripción
Instalación piloto de combustión de residuos constituida por un horno cilíndrico de lecho fluidizado burbujeante de 30 cm de diámetro interno y 300 cm de altura que posee un cambiador de calor interno. La temperatura de combustión se regula ajustando de forma continua el caudal de agua que pasa por el mismo. La potencia térmica instalada es de 100 kW.

El sistema de alimentación aporta en torno a 20 kg/h de combustible, y se trata de un dosificador volumétrico a base de un tornillo sinfín con velocidad variable, adaptable a residuos sólidos previamente molidos y tamizados de granulometrías hasta 5 mm o pelets. El punto de alimentación al horno se encuentra justo por encima de la placa distribuidora.

El aire de combustión se introduce principalmente como aire primario bajo la placa distribuidora, actuando también como aire de fluidización; y como aire secundario hasta un 10% del aire total, a través de la pared y a 80 cm sobre la placa distribuidora. La placa distribuidora tiene además un tubo de drenaje para sólidos y cenizas del lecho.

La instalación dispone de un quemador de propano usado para incrementar la temperatura del lecho hasta alcanzar la temperatura de ignición del combustible.

En la salida de gases de combustión se encuentran un ciclón y un filtro de mangas para retener partículas sólidas. Entre ambos sistemas de retención existe un punto de muestreo con un analizador en continuo que permite determinar la composición en O2, CO, CO2, NOx y SO2.

El sistema de control permite registrar la temperatura a diferentes alturas en el lecho, así como a lo largo del conducto de salida de gases en distintos puntos, los caudales de aire introducidos, las presiones a lo largo del horno y la composición del gas de salida.

Planta de Combustión en Lecho Fluido Burbujeante. Potencia 1MW

Area de Actividad: Valorización Energética de combustibles y Residuos. Procesos dePlanta de Combustión en Lecho Fluido Burbujeante. Potencia 1MW combustión de biomasa, carbón y residuos. Co-combustión.

Responsable Técnico: R. Escalada

Campos científicos: Combustión, biomasa, residuos, emisiones, lecho fluidizado, formación de escorias.

Aplicaciones:
Empresas y centros de investigación interesados en el estudio del comportamiento de biomasa y residuos durante su combustión en lecho fluidizado burbujeante desde el punto de vista de proceso y generación de emisiones.

Descripción:
Instalación piloto de lecho fluidizado burbujeante, que consta de un horno cilíndrico de aproximadamente 1 m de diámetro y 4 m de altura. Diversos intercambiadores de calor internos permiten controlar la temperatura del horno y un intercambiador externo aire-humos enfría los gases de combustión, que pasan a un filtro de mangas para su limpieza.

La planta dispone de tres tolvas para alimentación conjunta de varias biomasas u otros combustibles sólidos, así como materiales inertes o adsorbentes inorgánicos. La tolva principal, adaptada muy bien a todo tipo de biomasas leñosas y herbáceas permite alimentar entre 150 y 350 kg/h de estos residuos; la entrada del combustible a la cámara de combustión se hace mediante tornillo sinfín, en torno a 50 cm sobre la placa distribuidora.

Un quemador de propano permite el calentamiento inicial de la instalación hasta conseguir la temperatura de ignición de los combustibles.

Dispone de un sistema de control centralizado que permite medir y registrar en continuo los flujos de biomasa, aire, calor transferido, temperaturas y presiones. En el conducto de gases de salida se miden en continuo los gases O2, CO2, CO, NOx, SO2 y es posible la toma de muestras de partículas mediante muestreo isocinético.

Planta de Combustión en Lecho Fluidizado Burbujeante. Potencia 3,6 MWt

Area de actividad: Valorización energética de combustibles y residuos. Procesos dePlanta de Combustión en Lecho Fluidizado Burbujeante. Potencia 3,6 MWt combustión de biomasa, carbón y residuos. Co-combustión

Responsables Técnicos: R. Ramos, A. Bahillo

Campos científicos: Combustión, residuos, emisiones, medioambiente, combustibles fósiles, biomasa

Aplicaciones
Empresas interesadas en el estudio del comportamiento de combustibles fósiles, residuos y/o mezclas de ambos, durante su combustión en lecho fluidizado burbujeante enfocados principalmente a ensayos de larga duración así como a las emisiones generadas en dicho proceso. Las características de esta instalación permiten la realización de ensayos en condiciones reales siendo sus resultados extrapolables a escala industrial.

Descripción
Se trata de una instalación a escala de demostración para la realización de ensayos de combustión de combustibles fósiles, residuos, biocombustibles o mezclas en lecho fluidizado burbujeante, que trabaja a presión atmosférica. Se constituye por la cámara de combustión propiamente dicha y una caldera acuotubular con producción de vapor sobresaturado. El calor generado en la combustión se emplea para producir vapor a una presión hasta 30 bares que permitiría su aprovechamiento bien como aporte calorífico o para producir electricidad mediante una turbina de vapor.

La cámara de combustión, de planta rectangular 3x1,5 m2 admite el combustible mediante transporte neumático desde el sistema de alimentación y dosificación que consta de un silo, una tolva mezcladora y tres sinfines dosificadores. Los sistemas de limpieza de gases disponibles son filtro de mangas, electrofiltro y filtro cerámico con postratamiento catalítico. Se dispone de analizadores en continuo de emisiones gaseosas (O2, CO, CO2, NOx) y equipamiento portátil para toma de muestras de partículas metales y otros gases como compuestos orgánicos volátiles (VOC's).

Las principales características técnicas se pueden resumir en la siguiente tabla:

Potencia térmica 3,6 MWt
Sección caldera 4,5 m2
Velocidad de fluidización 1,2 m/s
Consumo de combustible (como biomasa) 665 kg/h
Producción de vapor 3700 kg/h
Presión de vapor 30 bares
Temperatura vapor 400 ºC


Planta de Combustión en Parrilla. Potencia térmica 500 kWth

Area de actividad: Valorización Energética de Combustibles y Residuos. Procesos dePlanta de Combustión en Parrilla. Potencia térmica 500 kWth combustión de biomasa y residuos. Co-combustión

Responsable Técnico: E. Borjabad, R. Ramos

Campos científicos: Combustión biomasa, residuos, emisiones, formación de escorias.

Aplicaciones
En empresas interesadas en la generación de energía a partir de biomasas tales como residuos agrícolas y forestales así como mezclas de éstos, para estudiar el comportamiento de esos combustibles durante su combustión, desde el punto de vista de proceso, de emisiones y de formación de aglomerados y depósitos, empleando la tecnología de combustión sobre parrilla móvil.

Descripción
Es una caldera comercial con una cámara de combustión de parrilla móvil que dispone de extracción de cenizas en continuo, y de una caldera pirotubular con producción de agua caliente para la disipación del calor generado hasta 80ºC.

La alimentación del combustible (en torno a 150 kg/h) se realiza mediante tornillo sinfín de en uno de los extremos de la cámara, lo que permite dosificar combustibles de muy bajas densidades y diferentes tamaños (finamente molidos, de algunos centímetros, astillas, pelets, ...).

La instalación cuenta con la instrumentación necesaria: termopares, medidores de caudal de aire, sistemas de análisis de gases de combustión y de partículas, para poder estudiar de forma precisa el proceso de combustión y los fenómenos que se puedan producir durante el mismo.


Planta de combustión Ciclónica. Potencia térmica 160 kWth

Area de Actividad: Valorización energética de combustibles y residuos. Procesos de Planta de combustión Ciclónica. Potencia térmica 160 kWthcombustión de biomasa, carbón y residuos. Co-combustión.

Responsable Técnico: J. M. Murillo

Campos científicos: Combustión, formación de emisiones.

Aplicaciones
En empresas interesadas en la producción de agua caliente sanitaria y calefacción a partir de biomasas tales como residuos agrícolas, industriales y forestales, para estudiar el comportamiento de esos combustibles durante su combustión, desde el punto de vista de proceso, de emisiones y de formación de aglomerados y depósitos, empleando la tecnología de combustión ciclónica.

Descripción
Es una caldera ciclónica comercial de 160 kWth utilizada para la producción de 4.0 m3/h de agua caliente a 70 ºC.

La cámara de combustión se divide en dos partes: una región cilíndrica aislada térmicamente y otra tronco-cónica donde el calor generado en la combustión es transferido al agua que circula externamente a esta cámara. En la cámara cilíndrica la biomasa se quema en suspensión, mientras que en la cámara cónica ocurre la combustión ciclónica de los volátiles, de partículas inquemadas y de CO completándose la combustión.

El sistema de alimentación, de hasta 40 kg/h, consiste en una tolva, un tornillo dosificador y un dispositivo rompe bóvedas situado dentro de la tolva.

Dispone de dos ventiladores para alimentar el aire de combustión, un multiciclón, un extractor de gases, de un filtro de mangas y una chimenea.

Un sistema de control posibilita la operación continua de la caldera, la cual está debidamente instrumentada con termopares, medidores de caudal de aire, sistemas de análisis de gases de combustión y de partículas. Con esto se puede obtener un conocimiento preciso del proceso de combustión.

Planta de Gasificación en Lecho Fluidizado Circulante. Potencia 0.5 MWth

Area de Actividad: Valorización energética de combustibles y residuos. Procesos de gasificación de biomasa.

Responsable técnico: J.M. Murillo, V. Pérez, J.M. Sánchez, J. Otero.

Campos científicos: Gasificación, lecho fluidizado, biomasa, residuos

Aplicaciones
En empresas interesadas en la generación de energía a partir de biomasa residual (residuos agrarios, industriales y/o urbanos), cultivada y/o mezclas de éstos, para estudiar el comportamiento de dichos combustibles durante el proceso de gasificación, desde el punto de vista de proceso y de formación de compuestos no deseados (alquitranes, partículas, compuestos de nitrógeno), empleando la tecnología de lecho fluidizado circulante.

Descripción
La instalación consta de un gasificador de lecho fluidizado circulante atmosférico y un sistema de limpieza de gases.

El gasificador consiste en un reactor cilíndrico de 8,5 metros de altura y un diámetro interior de 300 mm. Está dividido en 8 cuerpos, cada uno de ellos compuestos por tres cilindros concéntricos, uno exterior de acero y dos internos de refractario cerámico. Cada uno de estos cuerpos dispone de diversas penetraciones laterales, las cuales permiten la entrada de aire secundario, combustible, instrumentación, etc. La recirculación de sólidos se realiza a través del ciclón, rama de retorno y válvula de sólidos. Tanto el ciclón como la rama de retorno están recubiertos en su interior por cerámica refractaria. La conexión de la rama de retorno con la cámara de reacción se hace por la parte inferior a través de una válvula de sólidos.

Un sistema de alimentación con un elevador de cangilones y dos tolvas permite la alimentación continua de combustible.

El sistema de limpieza de gases consta de los siguientes elementos: intercambiador de calor, filtro de mangas, lavadores de gases para limpieza del gas a baja temperatura y una antorcha.

La instalación cuenta con un equipo de análisis de gases en continuo, varios puntos de muestreo en la tubería de gas para el análisis de alquitranes y toda la instrumentación necesaria para tener un perfecto conocimiento de la operación de gasificación y de un sistema de supervisión, mando y adquisición de datos de la planta.

Las principales variables de diseño son:

Potencia 0.5 MWth
Temperatura máxima de trabajo 950 ºC
Presión máxima de operación 0.2 bar
Velocidad de fluidización del gas 3 ?- 6 m/s
Caudal máximo de agentes gasificantes 300 Nm3/h
Consumo aproximado de combustible (como biomasa) 125 kg/h

                  Planta de Gasificación en Lecho Fluidizado Circulante. Potencia 0.5 MWth              Planta de Gasificación en Lecho Fluidizado Circulante. Potencia 0.5 MWth


Capacidades tecnológicas

Actualmente en el Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER) se dispone de una plataforma de ensayos de combustión de sólidos que consta de instalaciones piloto de distintas tecnologías y diferentes potencias térmicas, que van desde los 100 kW hasta los 1000 KW térmicos. Combustibles nuevos pueden ser probados en condiciones reales de operación antes de diseñar una instalación térmica o como estudio preliminar de desarrollo de combustibles, así numerosas empresas requieren de ensayos de combustión para nuevos materiales, o buscan mejoras con combustibles disponibles.

Además disponemos de plantas piloto de gasificación en lecho fluidizado pioneras en España que se completan con una instalación de limpieza de gases de la gasificación que permite una evaluación de la limpieza en distintas etapas.

Podríamos decir que en el CEDER se encuentra la plataforma nacional más completa de instalaciones a escala piloto de combustión y gasificación de residuos sólidos.

Líneas de investigación con capacidad de desarrollar en el CEDER:

  • Ensayos de combustión con distintas tecnologías (lecho fluidizado, parrilla, caldera ciclónica) de diferentes combustibles (combustibles fósiles, residuos, biomasa) a escala de planta piloto.
  • Ensayos de co-combustión de carbón y residuos y biomasa a escala de planta piloto.
  • Ensayos de combustión y co-combustión de combustibles fósiles, residuos y biomasa en planta de demostración.
  • Ensayos de gasificación de biomasa y residuos.
  • Ensayos de limpieza de gases de gasificación en diferentes etapas.

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