Contribuciones a la reducción de emisiones en combustión de biomasa a través de medidas primarias y secundarias en planta piloto

Resumen

En esta tesis de doctorado se aborda el estudio de las emisiones en sistemas de combustión de biomasa, y se investigan posibles vías de contribución para la reducción de las mismas. Para llevar a cabo el estudio se ha utilizado un quemador experimental de biomasa con tecnología acuotubular y se diseñó, construyó y testó un prototipo de ESP. En la combustión de biomasa es complejo controlar la estabilidad y repetitividad de las instalaciones, por lo que en esta fase inicial el prototipo de ESP diseñado, se ha probado conectado a un motor diésel dada la sencillez de este tipo de equipos para realizar los ensayos con características similares. La instalación experimental de biomasa ha sido desarrollada y testada con el fin de caracterizarla y tenerla perfectamente controlada para conectar el ESP a ella en futuras investigaciones y una vez optimizado el prototipo inicial del filtro. Para reducir las emisiones de partículas mediante medidas primarias se utilizó un quemador experimental de biomasa con una gran versatilidad para la realización de ensayos con características muy diferentes. En los ensayos realizados se varió el caudal total de aire, la proporción en el reparto de aire primario/secundario y la temperatura del agua del circuito de refrigeración. Durante los ensayos se han medido los parámetros básicos de funcionamiento del quemador (consumo de combustible, temperatura de los gases de salida…). Además, se han utilizado un analizador de gases y un impactador DEKATI DLPI para el estudio de las emisiones de gaseosas y de partículas respectivamente. También se desarrolló una metodología de ensayo para el estudio de la deposición de ceniza sobre el tubo intercambiador. Este trabajo ha permitido caracterizar la instalación y establecer unos parámetros de combustión óptimos para la reducción de partículas. Mediante el estudio realizado, la tasa de deposición de cenizas y materia orgánica volante se situó entre 7 y 28 g/m2h y se comprobó que esta cantidad aumenta a medida que aumenta el caudal total y la proporción de aire primario, sin embargo, disminuye con el aumento de la temperatura del agua. Las emisiones de partículas sólidas se ha comprobado que aumentan cuanto más tiempo ha transcurrido desde el inicio del ensayo hasta que se conecta el impactador de partículas a la instalación. La concentración de partículas se sitúa entre 15 y 75 mg/Nm3, presentando una distribución unimodal con un pico de concentración de partículas entre 50 y 100 nm. Además, se ha encontrado una relación directamente proporcional entre las partículas sólidas y las emisiones gaseosas de CO. Con el fin de reducir las emisiones de partículas mediante medidas secundarias se diseñó, construyó y evaluó un sistema de retención de partículas (ESP), el cual ya es funcional. Para validar el sistema de manera más sencilla se conectó a un motor diésel, puesto que esta tecnología permite un mejor control de las emisiones y presenta mayor estabilidad. El estudio permitió comparar la curva teórica con la experimental, también se estudió el efecto de la polaridad, los diámetros y el material del electrodo de descarga en la retención de partículas. Además, se analizó la composición de las muestras de partículas retenidas mediante las técnicas TG y SEM-EDS.