Contributions to the development of electrostatic precipitators for flue gas treatment from biomass combustion

Resumo

La presente tesis doctoral en modalidad de compendio de artículos recoge estudios experimentales realizado en el ámbito de la precipitación electrostática para la retención de partículas emitidas por sistemas de combustión de biomasa de baja potencia. El punto de partida de esta investigación es un estudio previo con un prototipo de filtro electrostático que trabaja con gases de escape de un motor diésel. A partir de aquí, se cambia la fuente emisora de partículas por un equipo de combustión de biomasa y se realizan ensayos de larga duración, concluyendo que se necesita una limpieza periódica de los electrodos del precipitador para garantizar un funcionamiento óptimo debido a la acumulación de materia sobre los mismos. Se diseña posteriormente una versión nueva de filtro electrostático de tamaño menor, fácilmente acoplable a sistemas de combustión de biomasa domésticos. Se realizan ensayos experimentales midiendo las emisiones de partículas en función de su tamaño y en tiempo real, lo que permite un análisis en profundidad del funcionamiento de la nueva unidad. Los datos obtenidos son también de valor para futuras comparaciones y validación de modelos. Finalmente, se desarrolla una nueva herramienta para medir el espesor y perfil de la capa de partículas depositada sobre el electrodo de recolección dentro del filtro electrostático. Esta capa afecta negativamente a la efectividad del precipitador, pero hay pocos estudios que la cuantifiquen experimentalmente. El sistema diseñado y validado en este trabajo permite analizar la evolución de la capa de partículas para determinar cómo influye en el comportamiento del precipitador electrostático. En general, los resultados de esta tesis doctoral confirman la adecuación del uso de precipitadores electrostáticos para reducir las emisiones de partículas de instalaciones de biomasa de baja potencia. La eficiencia de retención es superior al 90% para los distintos montajes evaluados en el laboratorio. Los análisis realizados del funcionamiento de los precipitadores comentados proporcionan información adicional y datos experimentales para complementar la bibliografía existente. El sistema desarrollado para medir la capa de partículas sobre el electrodo de recolección incrementa las posibilidades de los análisis de funcionamiento para futuros estudios. Con todo, esta tesis presenta contribuciones al desarrollo de precipitadores electrostáticos para sistemas de baja potencia con el fin de reducir las emisiones de partículas generadas por sistemas de combustión que son cada vez más preocupantes. El progreso de la investigación en este ámbito hará posible la reducción de las emisiones de partículas de la flota existente de sistemas de combustión y también ayudará en la expansión del uso de la biomasa en el sector residencial.