- La formación de escorias por presencia de fundidos en el hogar de la caldera.
- La sinterización del lecho, en plantas con tecnologías de lecho fluidizado, lo que puede originar problemas de defluidización del lecho, obligando a la parada de la planta.
- La formación de depósitos en los intercambiadores de calor por presencia de fases parcialmente fundidas que reducen la eficiencia del proceso,
- La corrosión en los intercambiadores de calor debido a la presencia de sales de cloro.
El desarrollo y la posterior validación de las herramientas se realizan mediante ensayos de operación real con diversas empresas que actualmente operan con diferentes tecnologías de caldera de combustión y tipos de biomasa. En un periodo de 36 meses de duración total, el proyecto se desarrollará en 4 fases de trabajo que se ejecutarán en paralelo.
Para ello, el proyecto BioBoiler plantea el uso de metodologías alternativas para desarrollar herramientas que permitan evaluar y monitorizar de manera más precisa e incluso de manera anticipada el comportamiento fundente de las cenizas en caldera. Para ello los objetivos específicos del proyecto incluyen el desarrollo y validación de:
- Una herramienta predictiva: enfocada al diseño de calderas, permitiendo la evaluación del comportamiento fundente de las cenizas generadas en función del tipo de biomasa y de la variación de los parámetros de operación.
- Una herramienta de control: permitirá identificar las condiciones del lecho en planta para permitir la detección anticipada de problemas de sinterizado y evitar la parada de planta.
La herramienta predictiva que incluye el desarrollo e integración de los Modelos Termoquímico (TQ) y Fluidodinámico (FD) permitirá el diseño de calderas a partir de los datos composicionales de la biomasa y de la configuración de la caldera presentando las siguientes características:
- Calcula la composición de las cenizas y compuestos presentes en distintos puntos de caldera: parrilla/lecho, hogar, sobrecalentadores y evaporadores.
- En función del perfil de temperatura de caldera y la composición calculada de cenizas, calcula la fracción de ceniza fundida en cada punto.
- Permite calcular T15 y T70 (temperaturas a las que el 15 y 70% de la ceniza está fundida) en cada zona de caldera y aplicarlas como criterio de diseño de la caldera.
- Permite optimizar la mezcla de combustibles y evaluar el efecto de aditivos para evitar problemas de ensuciamiento, corrosión y escorificación.
Por su parte, como herramienta de control, el seguimiento regular del estado fundente del material constituyente del lecho en calderas de lecho fluidizado mediante análisis térmico simultáneo permitirá detectar el desplazamiento de la curva de porcentaje de sólido fundido frente a la temperatura respecto a un punto de control (temperatura a la que el 15% del sólido está en estado fundido,T15). Ello a su vez permitirá:
- Desencadenar acciones paliativas con antelación a que se produzca la parada de planta (p.ej. sustituir material del lecho).
- Ante cambios bruscos en la curva de solido fundido, evaluar los lotes de biomasa alimentados para identificar las causas del cambio en el comportamiento fundente.
Durante su año y medio de vida, el proyecto ha asentado las bases de la sistemática de trabajo y de los principios de los modelos a aplicar, así como la información necesaria para su validación experimental:
- Se estableció contacto con dos operadores de caldera: Smurfit Kappa (Sangüesa) en Noviembre de 2018 y ENCE (Huelva) en Febrero de 2019. En ambos casos se han identificado los datos previos necesarios para desarrollar los modelos de simulación y predicción y se han expuesto al operador de caldera las necesidades de información. Actualmente se está trabajando con la planta de ENCE.
- Con la información remitida se definieron los protocolos de toma de muestras que incluyen un plan de muestreo y la identificación de los parámetros de proceso necesarios para validar las simulaciones
- Se ha planteado el modelo Termodinámico adaptando las etapas de simulación a la configuración de la planta y además se han desarrollado dos sub-modelos de Atrición y Elutriación.
- Para el modelizado de dinámica computacional de fluidos (CFD) se han establecido los modelos de turbulencia, radiación y reacción de las especies químicas. A lo largo de 2019, los esfuerzos en el modelizado CFD se han centrado en analizar separadamente la dinámica de los fluidos y de los sólidos, incluido el lecho de partícula.
- Además se han definido las bases de cálculos, estableciéndose una herramienta que permita a partir de ensayos de análisis térmico simultáneo monitorizar el estado fundente del material constituyente del lecho.
Finalmente indicar que entre Septiembre y Octubre de 2019 se ha realizado 4 campañas experimentales en colaboración con ENCE (https://ence.es/) por lo que ya se han recepcionado las muestras obtenidas mediante el protocolo de muestreo. Estas muestras están en proceso de análisis para obtener los datos necesarios como input para la modelización y avanzar en la validación de los modelos planteados.
