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Emisiones en instalaciones de combustión de biomasa

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Presentación realizada por Raquel Ramos Casado, es directora del CEDER-CIEMAT, en el Congreso de Bioenergía "Instalaciones y Redes de Calor con Biomasa para Uso Público" celebrado el 13 de diciembre de 2018 en Cuenca. www.congresobioenergia.org

La biomasa como combustible para instalaciones y redes de calor produce la emisión de ciertos gases que es necesario conocer y controlar. En el marco normativo, la legislación relativa a instalaciones de combustión de mediana potencia establece límites a las emisiones contaminantes aplicable en instalaciones tipo de redes de calor con biomasa.
Desde el CIEMAT el control de emisiones en combustión de biomasa ha sido motivo de estudio con diferentes enfoques, de los cuales se presenta un conjunto de datos y conclusiones en base a los siguientes aspectos:
- La influencia de la calidad del combustible en las emisiones.
- La regulación de la combustión y las emisiones.
- Uso de tecnología de control de materia particulada.
- Emisiones estacionales en distintas instalaciones.

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Emisiones en instalaciones de combustión de biomasa

  1. 1. 2 • Sólida, heterogénea y variable • Poco densa • Origen biogénico, humedad • Composición básica compuesta de:  Carbono, CO2  Hidrógeno, H2O  Nitrógeno , NOx  Azufre , SO2  Elementos inorgánicos, cenizas. Clasificación de las calidades de la biomasa y establecer límites de los parámetros físico-químicos Estandarización o normalización Producción de biocombustibles
  2. 2. 3 • Monóxido de carbono (CO) • Compuestos orgánicos volátiles (VOC). • Hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs), se encuentran en parte en la materia particulada. • Materia particulada inhalable inferior a 10 micras (PM10), compuesta de:  Carbono elemental (EC), hollín.  Compuestos orgánicos (COC), alquitranes.  Partículas inorgánicas (IA) • Óxidos de nitrógeno (NOX). • Dióxido de azufre (SO2) Nussbaumer, 2010
  3. 3. 4 Regulación y mantenimiento de los equipos Nivel tecnológico del equipo:  Reglamento UE 2015/1189 Diseño ecológico  Norma europea UNE-EN 303-5:2013  Reglamento Equipos a Presión ITC-EP 01 Configuración y diseño de la instalación:  Reglamento de las Instalaciones Térmicas en los Edificios  Certificación energética Calidad del biocombustible Sistemas 2arios de reducción de emisiones
  4. 4. 5 BioMaxEff project Medidas diarias en Diciembre (Invierno) Medidas diarias en Abril (Primavera)
  5. 5. 6 • Combustible normalizado pélets EN-Plus A1 • Caldera doméstica de clase 3 en la actual norma EN 303-5 • Instalación demasiado ajustada para la demanda calorífica • Emisiones satisfactorias, mejorables en base a la configuración y diseño de la instalación. BioMaxEff project * A condiciones del gas 273,15K 101,3 kPa y 10% contenido en O2; [1] Expresado como C;[2] Suma de NO y NO2, expresado como NO2. Contaminante O2 CO COT[1] SO2 NOx[2] Partículas Unidad % vol mg/Nm3 * Invierno 13,7 1036 56 12,7 170 29 Primavera 15,9 1034 162,5 4,2 250 49,2
  6. 6. 7 project * A condiciones del gas 273,15K 101,3 kPa y 10% contenido en O2; [1] Expresado como C;[2] Suma de NO y NO2, expresado como NO2. • Combustible normalizado pélets EN-Plus A1 • Caldera doméstica de clase 5 en la actual norma EN 303-5 • Emisiones muy satisfactorias, en base a la tecnología de condensación Contaminante O2 CO COT[1] SO2 NOx[2] Partículas Tª humos Unidad % vol mg/Nm3 * ºC DTagua 50º a 70º 6,8 15 4,1 12,7 181 10,3 63 DTagua 30º a 50º 6,6 28 8,9 14,8 167 14 45
  7. 7. 8 Life Project Medidas diarias en Abril con astilla de pino Detalle de las medidas con astilla de jara
  8. 8. 9 Life Project * A condiciones del gas 273,15K 101,3 kPa y 10% contenido en O2; [1] Expresado como C;[2] Suma de NO y NO2, expresado como NO2. Contaminante O2 CO COT[1] SO2 NOx[2] Partículas Unidad % vol mg/Nm3 * Astillas Pino 10,5 293 2,8 26,5 123 125,9 Astillas Jara 9,5 805 8,6 28,7 228 195,6 • Combustibles: astillas de pino y otro apropiado, astillas de jara • Caldera de clase 3 en la actual norma EN 303-5 • Instalación conectada a red de calor, con demanda de mañana • Se hacen necesarios equipos para la reducción de emisiones de partículas, con ambos combustibles
  9. 9. 10 Life Project Medidas diarias con pellets pino (Marzo) Medidas diarias con pellets brezo (Febrero)
  10. 10. 11 Life Project * A condiciones del gas 273,15K 101,3 kPa y 10% contenido en O2; [1] Expresado como C;[2] Suma de NO y NO2, expresado como NO2. • Combustibles: normalizado pélets EN-Plus A1 y apropiado • Caldera de clase 5 en la actual norma EN 303-5 • Instalación conectada a red de calor, con demanda de mañana • Se pudieron mejorar las emisiones con mantenimiento y regulación del equipo, a pesar del cambio de combustible. Contaminante O2 CO COT[1] SO2 NOx[2] Partículas Unidad % vol mg/Nm3 * Pellets Pino 16,2 2300 49,6 46,2 297 489 Pellets Brezo 12 497,2 9,1 75,7 467 48,3
  11. 11. Contaminante O2 CO COT[1] SO2 NOx [2] Partículas Eficiencia Combustible (Hu) Clase** Unidad % vol mg/Nm3 * % Astillas (44%) B 10,4 1504 62 21 134 82 85,1 Astillas (31%) A2 10,1 1798 121 30 113 41 85,5 Astillas (24%) A2 9,8 1524 97 24 108 41 87,7 Astillas (21%) A2 10,4 1552 53 32 98 35 86,1 Astillas cribadas (24,8%) A1 10,1 1074 59 29 97 29 92,3 12 ** Clasificación de calidad según UNE-EN ISO 17225-4. * A condiciones del gas 273,15K 101,3 kPa y 10% contenido en O2; [1] Expresado como C;[2] Suma de NO y NO2, expresado como NO2.
  12. 12. 13 RESULTADOS ENCONTRADOS • Con astillas húmedas de 53% de humedad no ha sido posible llevar a cabo la combustión. • Las emisiones de partículas son siempre inferiores al límite (< 150 mg/Nm3) con la presencia de un sistema ciclónico en la salida de humos de la instalación. • El aumento de calidad de las astillas permite reducir las emisiones de partículas a límites de diseño ecológico (< 40 mg/Nm3). • Combustibles: astillas de pino de diferentes humedades y con distinto contenido en finos.
  13. 13. 14 Project Comparación tecnologías MULTI- CICLONES VENTURI SCRUBBERS ELECTRO- FILTROS FILTROS DE MANGAS Eficiencia (%) <90 (50-80) 90 (89-93) >95 (95-99) >99 (98-99 +) Emisiones (mg/Nm3)* >150 49-70 5-35 <20 Condiciones de operación sensible Sistema húmedo Resistividad de las cenizas Temperatura (<250ºC) Coste de inversión Bajo Medio Muy alto Alto Costes de explotación relativa 2/100 15/100 7/100 20/100 Comentarios Insuficiente Necesidades de tratamiento Alta pérdida de carga
  14. 14. 15 • Distintos combustibles • Instalaciones con distintos sistemas de filtración, combinación de ellos • Eficacia de depuración al menos de 99,5% Project * A condiciones del gas 273,15K 101,3 kPa y 6% contenido en O2; [1] Expresado como C;[2] Suma de NO y NO2, expresado como NO2. Contaminante O2 CO COT[1] SO2 NOx[2] Partículas Sistema empleado Unidad % vol mg/Nm3 * Pélets poda olivo 6,7 726 0,2 0,2 275 2,2 Electrofiltro + filtro de bolsas Residuo forestal y agrícola 5,9 470 10,3 24,1 246 2,1 Filtro de mangas Residuo forestal 6,8 189 4,5 10,8 374 2,0 Ciclón + filtro de mangas Jara molida 6,7 171 1,6 5,3 336 16 Ciclón + filtro de mangas
  15. 15. 16 • Limitación de determinados contaminantes  CO, NOX, SO2, partículas • Instalaciones de combustión medianas  1 MWt < potencia térmica nominal < 50MWt • Actualización catálogo de actividades potencialmente contaminadoras  01 02- Generación de calor para distritos urbanos (250kWt a 20MWt) • Obligaciones:  Comunidades Autónomas: registrar, autorizar, informar, controlar  Titular de la instalación: registro de emisiones y funcionamiento de sistemas de reducción de emisiones
  16. 16. 17 * A condiciones del gas 273,15K 101,3 kPa y 6% contenido en O2; ** Sólo para instalaciones con paja [1] En plantas con potencia térmica > 1MW y < 5 MW [2] En plantas con potencia térmica > 5MW y < 20 MW [3] En plantas con potencia térmica > 20MW < 50 MW . Combustible BIOMASA SÓLIDA Tipo Nuevas instalaciones Instalaciones existentes Exenciones Fecha 20/12/2018 01/2030[1] 01/2025 hasta 2030 Contaminante mg/Nm3* mg/Nm3* mg/Nm3* SO2 200 200 300** 1100 NOx 500[1] 300 650 - Partículas 50[1] 30[2] 20[3] 50[1] 50[2] 30[3] 150
  17. 17. • • • • • 18
  18. 18. 19 • • •

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