Estudio de las tecnologías de caldera que intervienen e una central térmica de biomasa, así como calculo del dimensionamiento de una planta.

1. Centrales termoeléctricas de Biomasa:
Tecnología de caldera y dimensionamiento de
planta
Por: Francisco Javier Alvarez Moreno
NIA: 100317448

2. La tecnología de caldera de las centrales de biomasa se divide principalmente
en tres tipos: Tecnología de parrillas, de lecho fluidizado y de inyección.
1. Tecnología de parrillas: Este tipo de caldera se diseñó especialmente
para residuos sólidos urbanos. Posee actualmente unos altos niveles de
eficiencia y fiabilidad. Su funcionamiento es muy simple:
- Desde la tolva de alimentación se dosifica la entrada de residuos
depositados sobre módulos de parrilla individuales. Estos módulos se
transportan a lo largo de una cinta hasta la cámara de combustión
donde se queman los residuos.
La caldera con tecnología de parrilla posee un aspecto similar al siguiente:
2. Tecnología de lecho fluidizado: Son calderas capaces de quemar
combustible desmenuzado sin tratar, con niveles de humedad de hasta
un 55-60%, en una zona mezcladora turbulenta encima de un lecho
fluidizado de arena de sílice inerte. El combustible se mantiene en
suspensión durante la combustión por la alta velocidad del aire expulsado
a través del lecho de arena, lo que determina que la arena adopte
propiedades de libre flujo. Alcanzan temperaturas no mayores a los 800
°C.
Su funcionamiento es el siguiente:

3. - Tenemos un recipiente con una cámara de aire debajo de un lecho
arenoso. Se hace circular un flujo de aire a través de la cámara de aire
hacia el lecho arenoso. En función de la cantidad de aire suministrado
se ejercerá más o menos fuerza sobre las partículas del lecho,
haciendo que estén estáticas o se muevan. De esta forma se capturan
los sólidos, haciéndolos recircular al lecho. De esa forma,
conseguimos un lecho fluidificado circulante.
-
3. Tecnología de inyección: Este tipo de caldera más preciso que los
anteriores. Se basa en la inyección de combustible a través de una válvula
rotatoria que dosifica el combustible por pérdida de peso, proporcionando
una precisión superior al 1%. Para ello se transporta el combustible en
fase densa, para conseguir una proporción aire/producto constante en
todo el proceso.
Esta tecnología además permite la inyección de carbón en polvo mezclado
con biomasa, al poder mantener una relación estequiométrica constante.
Una vez estudiados los tipos de caldera en las centrales de biomasa, pasamos
a resolver el siguiente problema:
Se desea construir una planta de biomasa, con combustible principal
orujillo de aceituna, 14500 kJ/kg PCI y 20% humedad, de 20 MW.
a) Cuanta biomasa necesita la planta para producir durante 7000 horas
equivalentes. ¿Es posible construir una planta de biomasa de 100
MW?
Es sabido, que una central térmica de biomasa aporta un 25% de energía
térmica, lo que en una planta de 20 MW equivaldría a unos 80 MWt ( .
) .
Como la disponibilidad de la planta es del 80% a lo largo de un año, la central
operaria un total de:
=
/ ñ
%
=
8760
0.8
= 7000ℎ/ ñ

4. Conociendo estos datos podemos determinar qué cantidad de combustible sería
necesario para abastecer una central térmica de biomasa con una potencia de
20MW. Para ello, calcularemos cuantas toneladas de combustible serían
necesarias para poder mantener la central funcionando durante 7000 horas al
año..
Si la planta nos daría 80 MWt y funcionaria un total de 7000 horas/año; la central
necesitaría comprar un total de energía de
= 80 ∗ 7000 = 560000 ℎ
Esto equivale a unos 5.6 ∗ 10 ℎ, lo que se traduce en toneladas al año en un
total de:
=
2,016 ∗ 10
14500 /
= 140000 ñ
Se necesitaría cada año 140000 T de combustible biomasa para poder abastecer
esta central. Esto significa que deberían entrar un total de 7000 camiones
repletos de combustible en la central cada año, es decir, una media de 28
camiones diarios, suministrando combustible a la instalación.
Por ello, plantearse la construcción de una central térmica de biomasa de 100
MW se podría construir, pero la cantidad de combustible para poder operarla en
condiciones óptimas será completamente inviable actualmente.
b) ¿Cuánto costaría esta planta, aproximadamente?
El coste aproximado de una planta como esta se calcula como:
= 3.000.000 + 2.000.000 ∗ ( ) = 43.000.000 €
c) ¿Qué equipos y sistemas principales tendría?
Los equipos o sistemas principales que compondrían una central térmica de
biomasa son: Sistema de almacenaje y tratamiento de biomasa, sistema de
secado de biomasa, caldera, sistema de depuración de gases, equipo de
eliminación de cenizas, ciclo agua/vapor, turbina de vapor, generador, línea de
evacuación de electricidad, equipos de conexión a red, sistema de control y
equipos auxiliares.