Combustión en lecho fluidizado

combustión en lecho fluidizado (FBC) es una tecnología de combustión utilizada para quemar combustibles sólidos.

En su forma más básica, las partículas de combustible están suspendidas en un lecho fluido caliente y burbujeante de cenizas y otros materiales particulados (arena, piedra caliza, etc.) a través del cual se soplan chorros de aire para proporcionar el oxígeno necesario para la combustión o gasificación. La mezcla rápida e íntima resultante de gas y sólidos promueve una rápida transferencia de calor y reacciones químicas dentro del lecho. Las plantas FBC son capaces de quemar una variedad de combustibles sólidos de baja calidad, incluida la mayoría de los tipos de carbón, desechos de carbón y biomasa leñosa, con alta eficiencia y sin la necesidad de una costosa preparación de combustible (por ejemplo, pulverización). Además, para cualquier servicio térmico determinado, los FBC son más pequeños que el horno convencional equivalente, por lo que pueden ofrecer ventajas significativas sobre este último en términos de costo y flexibilidad.

FBC reduce la cantidad de azufre emitido en forma de emisiones de SOx. La piedra caliza se utiliza para precipitar el sulfato durante la combustión, lo que también permite una transferencia de calor más eficiente desde la caldera al aparato utilizado para capturar la energía térmica (generalmente tubos de agua). El precipitado calentado que entra en contacto directo con los tubos (calentamiento por conducción) aumenta la eficiencia. Dado que esto permite que las plantas de carbón quemen a temperaturas más frías, también se emiten menos NOx. Sin embargo, la quema a bajas temperaturas también provoca un aumento de las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos. Las calderas FBC pueden quemar otros combustibles además del carbón, y las temperaturas de combustión más bajas (800 °C / 1500 °F) también tienen otros beneficios adicionales.

Beneficios

Hay dos razones para el rápido aumento de FBC en las cámaras de combustión. En primer lugar, la libertad de elección con respecto a los combustibles en general, y no sólo la posibilidad de utilizar combustibles que son difíciles de quemar utilizando otras tecnologías, es una ventaja importante de la combustión en lecho fluidizado. La segunda razón, que ha adquirido cada vez más importancia, es la posibilidad de conseguir, durante la combustión, una baja emisión de óxidos nítricos y la posibilidad de eliminar el azufre de forma sencilla utilizando piedra caliza como material de lecho.

La combustión en lecho fluidizado evolucionó a partir de esfuerzos para encontrar un proceso de combustión capaz de controlar las emisiones contaminantes sin controles de emisiones externos (como depuradores y desulfuración de gases de combustión). La tecnología quema combustible a temperaturas de 1400 a 1700 °F (750-900 °C), muy por debajo del umbral donde se forman los óxidos de nitrógeno (a aproximadamente 2500 °F / 1400 °C, los átomos de nitrógeno y oxígeno en el aire de combustión se combinan para forman contaminantes de óxido de nitrógeno); también evita los problemas de fusión de cenizas relacionados con la alta temperatura de combustión. La acción de mezcla del lecho fluidizado pone los gases de combustión en contacto con una sustancia química que absorbe azufre, como la piedra caliza o la dolomita. El sorbente puede capturar más del 95% de los contaminantes de azufre del carbón dentro de la caldera. Sin embargo, las reducciones pueden ser menos sustanciales de lo que parecen, ya que coinciden con aumentos dramáticos en las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos y posiblemente de otras emisiones de compuestos de carbono.

Las unidades FBC comerciales funcionan con eficiencias competitivas, cuestan menos que las calderas convencionales actuales y tienen emisiones de SO₂ y NO₂ por debajo de los niveles exigidos por las autoridades federales. estándares. Sin embargo, tienen algunas desventajas como la erosión en los tubos dentro de la caldera, distribución desigual de la temperatura causada por obstrucciones en la entrada de aire del lecho, largos tiempos de arranque que pueden llegar hasta 48 horas en algunos casos.

1. FBC tiene una temperatura de combustión inferior de 750 °C, mientras que una caldera ordinaria funciona a 850 °C.
2. FBC tiene un proceso de sinterización bajo (fundición de ceniza).
3. Producción menor de NO_x debido a la baja temperatura.
4. Producción menor de SO_x debido a la captura por piedra caliza.
5. Mayor eficiencia de combustión debido a 10 veces más transferencia de calor que otros procesos de combustión debido a la quema de partículas.
6. Menos área es necesaria para FBC debido al alto coeficiente de transferencia de calor convectivo.
7. La combustión de cama térmica como temperatura en el cinturón libre y el cinturón activo siguen siendo constantes.

Tipos

Los sistemas FBC se dividen esencialmente en dos grupos principales, sistemas atmosféricos (FBC) y sistemas presurizados (PFBC), y dos subgrupos menores, burbujeantes (BFB) y circulantes de lecho fluidizado (CFB).

Combustión en lecho fluidizado atmosférico

Los lechos fluidizados atmosféricos utilizan piedra caliza o dolomita para capturar el azufre liberado por la combustión del carbón. Los chorros de aire suspenden la mezcla de sorbente y carbón ardiente durante la combustión, convirtiendo la mezcla en una suspensión de partículas al rojo vivo que fluyen como un fluido. Estas calderas funcionan a presión atmosférica.

Combustión en lecho fluidizado presurizado

El sistema PFBC de primera generación también utiliza un sorbente y chorros de aire para suspender la mezcla de sorbente y carbón encendido durante la combustión. Sin embargo, estos sistemas operan a presiones elevadas y producen una corriente de gas a alta presión a temperaturas que pueden impulsar una turbina de gas. El vapor generado a partir del calor del lecho fluidizado se envía a una turbina de vapor, creando un sistema de ciclo combinado altamente eficiente.

PFBC avanzado

• Un sistema PFBC de 11⁄2 generación aumenta la temperatura de tiro de turbina de gas utilizando gas natural además del aire vitiado del combustor PFB. Esta mezcla se quema en un combustión de topping para proporcionar temperaturas de entrada más altas para una mayor eficiencia del ciclo combinado. Sin embargo, esto utiliza gas natural, generalmente un combustible de precio más alto que el carbón.
• APFBC. En sistemas PFBC de segunda generación más avanzados, se incorpora un carbonizador presurizado para procesar el carbón alimentario en gas de combustible y carbón vegetal. El PFBC quema el char para producir vapor y calentar aire de combustión para la turbina de gas. El gas de combustible del carbonizador se quema en un combustión de topping vinculado a una turbina de gas, calentando los gases a la temperatura de tiro nominal de la turbina de combustión. El calor se recupera del escape de la turbina de gas para producir vapor, que se utiliza para conducir una turbina de vapor convencional, lo que resulta en una mayor eficiencia general para la salida de energía del ciclo combinado. Estos sistemas también se denominan APFBC, o sistemas de ciclo combinados de combustión de cama líquida circulante avanzados. Un sistema APFBC es totalmente alimentado por carbón.
• GFBCC. Los sistemas combinados de combustión de camas fluidificadas de gasificación, GFBCC, tienen un gasificador parcial de lecho fluido circulante (PCFB) singas de combustible alimentador gasificador al combustador de topping de turbina. El escape de turbina de gas suministra aire de combustión para el combustión de lecho fluido circulante atmosférico que quema el carbón del gasificador parcial PCFB.
• CHIPPS. Un sistema CHIPPS es similar, pero utiliza un horno en lugar de un combustión de cama líquida atmosférica. También tiene tubos precalentadores de aire de turbina para aumentar la eficiencia del ciclo de turbinas de gas. CHIPPS representa un sistema de alta potencia basado en combustión.

Referencias (Requiere actualización en enlaces)

• National Energy Technology Laboratory
• Reglamento de la UE: Contaminación de grandes plantas de combustión
• Simulación de un combustión comercial de carbón CFB