Esta instalación (usualmente designada en inglés como drop tube o entrained flow reactor) está orientado al estudio detallado de los diversos fenómenos que tienen lugar en la combustión de sólidos pulverizados (carbón, biomasa, residuos).
Si bien presenta algunas desventajas (coste y grado de especialización elevados), está considerado el tipo de banco de ensayo más adecuado para obtener resultados representativos de los sistemas reales.
Por este motivo, además de constituir una excelente herramienta de investigación, permite obtener información que puede resultar de gran interés práctico:
- ‘reactividad', en términos de liberación real de volátiles, cinéticas de devolatilización y de combustión heterogénea
- problemas asociados a la materia mineral (fouling, slagging, corrosión)
- formación y emisión de sustancias contaminantes (sólidas y gaseosas)
Esta instalación pretende reproducir los principales parámetros de los grandes equipos de combustión: velocidad de calentamiento de las partículas, niveles de temperatura, tiempos de residencia, composición de los gases. Al mismo tiempo, una configuración geométrica simplificada resulta imprescindible para poder conocer las condiciones existentes en cada una de las etapas del proceso.
El RFL consta de una cámara de combustión constituida por un tubo cilíndrico vertical de carburo de silicio, con una longitud total de 1600 mm, y un diámetro interior de 78 mm. Por otro lado, si el interés se centra en la etapa de enfriamiento de las partículas, la longitud efectiva puede aumentarse hasta 2.5 m.
Vista general del Reactor de Flujo Laminar diseñado y construido por el personal del LIFTEC.
El flujo principal de gases es una corriente de productos de combustión a alta temperatura, procedente de un quemador de gas natural situado por encima del tubo. De este modo se reproduce con mayor fidelidad la atmósfera en la que se va a llevar a cabo la combustión del producto sólido (char) en sistemas reales.
El diseño del quemador, construido en cemento refractario, hace posible la combustión de una mezcla controlada de aire y gas natural, con un amplio rango de mezclas de oxígeno. Además existen instalaciones auxiliares para la aportación al quemador de O2 o de un gas inerte. El quemador incluye los dispositivos necesarios para encendido y detección de llama.
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| Esquema de la parte superior del RFL y del sistema de inyección |
El combustible sólido es transportado neumáticamente en una corriente de aire primario, e introducido en el reactor mediante una caña de inyección, situada a lo largo del eje del tubo. La dosificación correcta del combustible, con las pequeñas cantidades que se utilizan, constituye uno de los problemas de más difícil solución en este tipo de instalaciones. Si bien ha requerido una dedicación importante, y sucesivas mejoras, el dispositivo desarrollado en el LCI asegura un flujo uniforme y libre de pulsaciones, imprescindible para obtener medidas fiables.
La cámara de combustión se encuentra calefactada exteriormente en toda su longitud mediante 12 resistencias de disiliciuro de molibdeno, con temperaturas máximas de trabajo de 1800 ºC. La regulación de temperatura se consigue mediante tres controladores PID, gobernados por 3 señales de temperatura medidas con termopares tipo S alojados en la pared del tubo. Existen además elementos de seguridad que protegen el sistema de sobrecalentamientos. El conjunto tubo+resistencias se encuentra rodeado por una cámara de radiación cilíndrica, protegida por distintas capas de aislamiento térmico.
Mediante el posicionamiento adecuado de la caña de inyección, o de las sondas introducidas a través de la sección de descarga, pueden caracterizarse las distintas etapas del proceso de combustión, obteniendo una descripción completa en función del tiempo de residencia de las partículas.