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Somos un centro tecnológico fundado en 1993,
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Misión
Impulsar la mejora de la EFICIENCIA ENERGÉTICA y el despliegue de ENERGÍAS RENOVABLES mediante el
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• Laboratorios y equipos de combustió...
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 Control basado en datos puntales o locales, obtenidos de l...
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• Sondas de deposición ¿para qué sirven?
– Estudios de ensuciamiento en caldera
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• Sondas de deposición ¿cómo son?
• Sondas de deposición Tipo de resultados
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• Cámaras / técnicas ópticas ¿para qué sirven?
– Visualización directa de la bola de fuego por el operador
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• Parámetros estadísticos:
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Cámaras / técnicas ópticas Proyectos y objetivos
– COMBUSTIBLES SÓLIDOS / COCOMBUSTIÓN (Proyectos “Retos” SIMEXSCALE y ...
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– Soporte para el diseño de equipo industrial durante las distintas fases
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Métodos numéricos y experimentales para mejorar la combustión de biomasa sólida

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Presentación realizada por Adeline Rezeau, Jefe de Proyecto en el Grupo “Combustibles y Tecnologías de la Combustión” de Fundación CIRCE, en el 11 Congreso internacional de Bioenergía "Bioenergía 4.0: Retos y Oportunidades" www.congresobioenergia.org

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Métodos numéricos y experimentales para mejorar la combustión de biomasa sólida

  1. 1. 2 ¿Qué es CIRCE? Somos un centro tecnológico fundado en 1993, y buscamos aportar soluciones innovadoras para un DESARROLLO SOSTENIBLE
  2. 2. Misión Impulsar la mejora de la EFICIENCIA ENERGÉTICA y el despliegue de ENERGÍAS RENOVABLES mediante el desarrollo de actividades de I+D+i y de acciones formativas que respondan a las necesidades de los sectores productivos. 3 Cifras  Más de 1.500 proyectos de I+D+i  Más de 40 proyectos europeos (programas FP7 y H2020)  Más de 850 artículos científicos, 85 tesis doctorales y 58 libros de divulgación  Más de 2.100 alumnos de 50 países distintos
  3. 3. • Grupo Combustibles y Tecnologías de la Combustión: 22 investigadores (11 doctores) • Laboratorios y equipos de combustión – Combustor ciclónico de 800 kWt – Quemadores de Swirl de 500 y 50 kWt – Caldera de parrilla de 430 kWt – Gasificador de lecho fluido de 10 kWt – Reactor de lecho fijo “batch” • Principales líneas de trabajo – Evaluación de recursos, pretratamientos y logística – Viabilidad de cambio o mezclas de combustibles – Monitorización y simulación de sistemas térmicos – Optimización energética de hornos industriales 4
  4. 4. La mayoría de calderas actuales se conciben como cajas negras  Control basado en datos puntales o locales, obtenidos de la corriente de gases o del ciclo de potencia 5 Uso biomasas y/o mezclas “complejas” Límites de emisiones cada vez exigentes ¿Tlocal? ¿Caudal biomasa? ¿Humedad? T, p, O2, ¿CO? ¿NOX?
  5. 5. Gran potencial de mejora si se obtiene y se analiza más información del proceso de combustión 6 SONDAS DE DEPOSICIÓN VISUALIZACIÓN DE LLAMA MODELOS y SIMULACIÓN CFD
  6. 6. • Sondas de deposición ¿para qué sirven? – Estudios de ensuciamiento en caldera – Toma de muestras representativas – Simulación distintas condiciones de tubos de caldera – Predicción del comportamiento de distintas biomasas 7 “Las sondas de deposición permiten monitorizar in-situ el proceso de deposición, así como analizar posteriormente los depósitos (SEM, ICP, etc.).”
  7. 7. 8 • Sondas de deposición ¿cómo son? Cuerpo principal de la sonda (tubo carcasa) Cabezal de la sonda Conductos internos de aire/agua para refrigeración Anillo de sacrificio para toma de muestras de deposición Termopar K para medida de temperatura de gas
  8. 8. 9 • Sondas de deposición ¿cómo son?
  9. 9. • Sondas de deposición Tipo de resultados 10 Muestra cocombustión carbón-chopo. Bartolomé, C. 2014 Mg Al Si P K Ca Ti Cr Fe 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 5 6 7 Cualitativos Cuantitativos Proyecto BIO3, PNID 2012. Proyectos relacionados: FORESTALIA, MHLPelet, BIO3, On3Bioterm, Biocard, SICOPIE, Cenit CO2, SIMEXSCALE
  10. 10. • Cámaras / técnicas ópticas ¿para qué sirven? – Visualización directa de la bola de fuego por el operador – Correlación con variables críticas, alarmas y malfunciones – Relación parámetros de llama con eficiencia de la combustión y emisiones – Mayor información de la combustión, en todos sus modos de operación 11 “Las técnicas de visualización de llama permiten caracterizar y monitorizar el estado de la combustión mediante instrumentación no intrusiva.”
  11. 11. • Cámaras / técnicas ópticas ¿cómo son? 12 PARÁMETROS RELACIONADOS CON LA INTENSIDAD LUMÍNICA • Parámetros estadísticos: Promedio Desviación estándar Asimetría Curtosis Flicker • Contornos • Zona de máxima intensidad • Centro de masas de máxima intensidad CORRELACIONES • Zona de máxima temperatura de llama • Ratio aire/combustible • Tipo de combustible • Reglaje de quemadores • Emisiones CO, O2, NOXImagen original Imagen escala de grises Imagen segmentada
  12. 12. 13 Cámaras / técnicas ópticas Proyectos y objetivos – COMBUSTIBLES SÓLIDOS / COCOMBUSTIÓN (Proyectos “Retos” SIMEXSCALE y SICOPIE) → Relación entre los parámetros estadísticos de llama y el número de swirl → Identificación de estadísticos de llama relacionados con la calidad de la combustión y las emisiones → Identificación de efectos de la introducción de biomasa sobre la llama – HORNOS INDUSTRIALES (“Retos” VERALLIA, SPIRE Dow Chemical Ibérica) → Detección de la formación de humo en el horno como indicador de una mala calidad de la combustión en quemadores de difusión → Diagnóstico de la combustión para una mejor regulación de la relación aire-combustible en quemadores de difusión y premezcla → Diagnóstico de la combustión de gas natural y mezclas CH4/H2 para un mejor control de las emisiones de NOx
  13. 13. • Simulaciones CFD ¿para qué sirven? – Soporte para el diseño de equipo industrial durante las distintas fases de su desarrollo – Información detallada de puntos críticos en equipos de combustión – Predicción del comportamiento de caldera en nuevos modos de operación 14 “Las simulaciones CFD permiten evaluar de modo sencillo, fiable y preciso múltiples opciones de diseño y operación.”
  14. 14. • Simulaciones CFD ¿cómo son? 15 Realidad. Fenómenos físicos y termoquímicos Simulación. Sub-modelos matemáticos + resolución numérica Validación
  15. 15. • Simulaciones CFD Proyecto Retos-Colaboración “HBE” con empresa L.Solé 16 1. Modelo empírico lecho 2. Integración con simulación 3D del horno
  16. 16. • Simulaciones CFD Otros ejemplos 17 Simulación de varios diseño y condiciones de operación en caldera de parrilla fija: • Eliminación del “down-flow” del secundario • Eliminación de zonas “muertas” • Mayor rendimiento: menor CO a salida, utilizando menos exceso de aire Tesis doctoral, A.Rezeau, 2014
  17. 17. • Simulaciones CFD Otros ejemplos 18 Expansión BFB en oxicombustión Co-combustión en central térmicaDiagnostico combustión hornos de craqueo Estudios previos: Central Teruel PC, Central Alcudia PC, Escucha PC, Puertollano IGCC, Escatrón PFBC, Gardanne PC, Dürnrohr PC, Alholmens Kraft CFB, Termiska Processes
  18. 18. 19 FUTURO
  19. 19. 20 Herramienta PREDICTIVA de caldera SIMULACIÓN CFD MODELOS DE ORDEN REDUCIDO VISUALIZACIÓN DE LLAMA Medición instantánea de humedad, etc. T, p, O2, CO, NOX, etc.SONDAS DE DEPOSICIÓN INSTRUMENTACION COMERCIAL PARÁMETROS DE MANTENIMIENTO CONTROL DE CALDERA
  20. 20. 21

Presentación realizada por Adeline Rezeau, Jefe de Proyecto en el Grupo “Combustibles y Tecnologías de la Combustión” de Fundación CIRCE, en el 11 Congreso internacional de Bioenergía "Bioenergía 4.0: Retos y Oportunidades" www.congresobioenergia.org

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