Contribucións a reducción de emisións en combustión de biomasa mediante medidas primarias e secundarias en planta piloto

Autor: Regueiro Pereira, Araceli
Přispěvatelé: Granada Alvarez, Enrique, Patiño Vilas, David
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Investigo. Repositorio Institucional de la Universidade de Vigo
Universidade de Vigo (UVigo)
Popis: En esta tesis de doctorado se aborda el estudio de las emisiones en sistemas de combustión de biomasa, y se investigan posibles vías de contribución para la reducción de las mismas. Para llevar a cabo el estudio se ha utilizado un quemador experimental de biomasa con tecnología acuotubular y se diseñó, construyó y testó un prototipo de ESP. En la combustión de biomasa es complejo controlar la estabilidad y repetitividad de las instalaciones, por lo que en esta fase inicial el prototipo de ESP diseñado, se ha probado conectado a un motor diésel dada la sencillez de este tipo de equipos para realizar los ensayos con características similares. La instalación experimental de biomasa ha sido desarrollada y testada con el fin de caracterizarla y tenerla perfectamente controlada para conectar el ESP a ella en futuras investigaciones y una vez optimizado el prototipo inicial del filtro. Para reducir las emisiones de partículas mediante medidas primarias se utilizó un quemador experimental de biomasa con una gran versatilidad para la realización de ensayos con características muy diferentes. En los ensayos realizados se varió el caudal total de aire, la proporción en el reparto de aire primario/secundario y la temperatura del agua del circuito de refrigeración. Durante los ensayos se han medido los parámetros básicos de funcionamiento del quemador (consumo de combustible, temperatura de los gases de salida…). Además, se han utilizado un analizador de gases y un impactador DEKATI DLPI para el estudio de las emisiones de gaseosas y de partículas respectivamente. También se desarrolló una metodología de ensayo para el estudio de la deposición de ceniza sobre el tubo intercambiador. Este trabajo ha permitido caracterizar la instalación y establecer unos parámetros de combustión óptimos para la reducción de partículas. Mediante el estudio realizado, la tasa de deposición de cenizas y materia orgánica volante se situó entre 7 y 28 g/m2h y se comprobó que esta cantidad aumenta a medida que aumenta el caudal total y la proporción de aire primario, sin embargo, disminuye con el aumento de la temperatura del agua. Las emisiones de partículas sólidas se ha comprobado que aumentan cuanto más tiempo ha transcurrido desde el inicio del ensayo hasta que se conecta el impactador de partículas a la instalación. La concentración de partículas se sitúa entre 15 y 75 mg/Nm3, presentando una distribución unimodal con un pico de concentración de partículas entre 50 y 100 nm. Además, se ha encontrado una relación directamente proporcional entre las partículas sólidas y las emisiones gaseosas de CO. Con el fin de reducir las emisiones de partículas mediante medidas secundarias se diseñó, construyó y evaluó un sistema de retención de partículas (ESP), el cual ya es funcional. Para validar el sistema de manera más sencilla se conectó a un motor diésel, puesto que esta tecnología permite un mejor control de las emisiones y presenta mayor estabilidad. El estudio permitió comparar la curva teórica con la experimental, también se estudió el efecto de la polaridad, los diámetros y el material del electrodo de descarga en la retención de partículas. Además, se analizó la composición de las muestras de partículas retenidas mediante las técnicas TG y SEM-EDS. Nesta tese de doutoramento abórdase o estudo das emisións en sistemas de combustión de biomasa, e investíganse posibles vías de contribución para a reducción das mesmas. Para levar a cabo o estudo empregouse un queimador experimental de biomasa con tecnoloxía acuotubular e diseñouse, construiuse e testouse un prototipo de ESP. Na combustión de biomasa é complexo controlar a estabilidade e repetitividade das instalación, polo que nesta fase inicial o prototipo de ESP diseñado, probouse conectado a un motor diésel dada a sinxeleza que presentan estes equipos para realizar ensaios coas mesmas características. A instalación experimental de biomasa foi desarrollada e testada co fin de caracterizala e tela perfectamente controlada para conectar o ESP a ela en futuras investigación e una vez xa optimizado o prototipo inicial do filtro. Para reducir as emisións de partículas mediante medidas primarias empregouse un queimador experimental de biomasa cunha gran versatilidade para a realización de ensaios con características moi diferentes. Nos ensaios realizados variouse o caudal de aire total, a proporción no reparto de aire primario/secundario e a temperatura da auga do circuito de refrixeración. Durante os ensaios medíronse os parámetros básicos de funcionamento do queimador (consumo de combustibles, temperatura dos gases de saida…). Ademáis, utilizouse un analizador de gases e un imopactador DEKATI DLPI para o estudo das emisións gaseosas e das partículas respectivamente. Tamén se desarrollou una metolodoloxía de ensaio par ao estudo da deposición de cinza sobre o tubo intercambiador. Este traballo permitiu caracterizar a instalación e establecer uns parámetros de combsutión óptimos para a reducción de partículas. Mediante o estudo realizado, a tasa de deposición de cinza e materia voante situouse entre 7 y 28 g/m2h e comprobouse que esta cantidade aumenta a medida que aumenta o caudal total e a proporción de aire primario, sen embargo, disminue co aumento da temperatura da auga. As emisións de partículas sólidas comprobouse que incrementan canto maior é o tempo transcurrido dende o inicio do ensaio ata que se conecta o impactador de partículas á instalación. A concentración de partículas situase entre 50 y 100 nm. Ademáis, non se atopou una relación directamente proporcional entre as partículas sólidas e as emisións gaseosas de CO. Co fin de reducir as emisións de partículas mediante medidas secundarias diseñouse, construiuse e evaluouse un sistema de retención de partículas (ESP), o cal xa é funcional. Para validar o sistema de maneira máis sinxela conectouse a un motor diésel, dado que esta tecnoloxía permite un control mellor das emisións e presenta una maior estabilidade. O estudo permitiu comparar a curva teórica coa experimental, tamén se estudou o efecto da polaridade, dos diámetros e do material do electrodo de descarga na retención de partículas. Ademáis, analizouse a composición das mostras de partículas retidas mediante as técnicas TG e SEM-EDS. This doctoral thesis studies the emissions in biomass combustion systems, and investigates possible ways of contributing to the emissions reduction. To carry out the study, an experimental biomass burner with aquotubular technology was used and a prototype ESP was designed, constructed and tested. In the combustion of biomass it is complex to control the stability and repeatability of the facilities, so that in this initial phase the prototype ESP designed, has been tested connected to a diesel engine given the simplicity of this type of equipment to carry out the tests with similar characteristics. The experimental installation of biomass has been developed and tested in order to characterize it and have it perfectly controlled to connect the ESP to it in future investigations and once the initial prototype of the filter has been optimized. In order to reduce particulate emissions by means of primary measures, a biomass experimental burner with a great versatility was used to carry out tests with very different characteristics. In the tests carried out, the total air flow rate, the proportion in the primary / secondary air distribution and the water temperature of the refrigeration circuit were varied. During the tests the basic parameters of burner operation (fuel consumption, exhaust gas temperature, etc.) have been measured. In addition, a gas analyzer and a DEKATI DLPI impactor have been used for the study of gaseous and particulate emissions respectively. A test methodology was also developed for the study of deposition ash on the exchanger tube. This work has allowed to characterize the installation and to establish optimal combustion parameters for the particles reduction. The deposition ash rate was between 7 and 28 g / m2h and this amount was found to increase as the total flow rate and the proportion of primary air increased. Emissions of solid particles have been shown to increase the longer the time from the start of the test until the particulate impactor is connected to the facility. The particles concentration is between 15 and 75 mg / Nm3, presenting a unimodal distribution with a peak of concentration of particles between 50 and 100 nm. In addition, a directly proportional relationship has been found between the solid particles and the gaseous emissions of CO. In order to reduce particulate emissions through secondary measures, a particle retention system (ESP) was designed, constructed and evaluated, which is already functional. To validate the system more easily was connected to a diesel engine, since this technology allows a better control of the emissions and presents greater stability. The study allowed to compare the theoretical and experimental curve, also the effect of polarity, diameters and discharge electrode material on particle retention were studied. In addition, the composition of the particle samples retained was analyzed using the TG and SEM-EDS techniques. Ministerio de Economía, Industria y Competitividad de España (ENE 2012-36405) Ministerio de Economía, Industria y Competitividad de España (BES-2013-064073) Ministerio de Economía, Industria y Competitividad de España (EEBB-I-15-10080) Ministerio de Economía, Industria y Competitividad de España (EEBB-I-17-12305)
Databáze: OpenAIRE
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