Una buena parte de los Proyectos de I+D desarrollados han estado dirigidos a la reducción de emisiones de sustancias contaminantes, cubriendo un amplio espectro de aplicaciones.

Algunos de los estudios realizados tienen como objetivo la reducción de la emisión de partículas en sistemas de combustión de fuel-oil pesado. El problema medioambiental de este material particulado puede agravarse por la condensación de compuestos de azufre, que lo convierten en hollines ácidos, todavía más nocivos.

Microfotografía SEM de partículas (cenosferas) emitidas en combustión de fuel-oil pesado, con distinto grado de oxidación

En general, un objetivo paralelo que acompaña la reducción de partículas es una menor emisión de CO. A lo largo de diversos trabajos se han analizado las posibilidades de diversas estrategias, comprobando que, en función del caso concreto, todas ellas pueden proporcionar resultados muy positivos, llegando a conseguirse reducciones en la emisión de partículas superiores al 80%:

• Nuevos diseños de atomizadores
• Optimización de los parámetros de inyección de combustible y aire
• Ajuste de la distribución de aires (en quemadores con múltiples registros)
• Utilización de emulsiones fuel-oil/agua

El control de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO_x) ha sido el objetivo de varios de los estudios realizados. Las estrategias analizadas han estado dirigidas al control de la aerodinámica de la llama y del patrón de mezcla, encuadrándose dentro de las denominadas ‘medidas primarias'.

El equipo TENOX es un quemador de “bajo-NO_x”, diseñado para la combustión de gas natural y fuel oil. Este quemador es el resultado de un extenso programa experimental en laboratorio, complementado con una campaña de pruebas para la puesta a punto y demostración de un prototipo con gas natural.

Gracias a su flexibilidad, este equipo admite un amplio rango de modos de funcionamiento, que incluyen medidas primarias de control de formación de NO_x, como son el ‘escalonamiento de aire' y el ‘escalonamiento de combustible'. Mediante un ajuste adecuado de los parámetros del quemador, puede conseguirse implementar cualquiera de las dos estrategias que, a través del control del patrón de mezcla aire/combustible, proporcionan una emisión de NO_x notablemente baja, manteniendo en todos los casos una excelente estabilidad de llama y una mínima emisión de inquemados sólidos y gaseosos.

Resultados con modelo y prototipo TENOX. Izq: Gas natural, en modelo y prototipo. Dcha: Fuel oil pesado.

Otro de los métodos estudiados ha sido la técnica de ‘reburning', consistente en la inyección de un combustible secundario aguas abajo de la llama principal, con objeto de crear una zona reductora donde una fracción (que puede alcanzar el 70%) del NOx generado es eliminado. Se ha realizado un extenso estudio de la aplicación de reburning en sistemas de carbón pulverizado, utilizando gas natural como combustible secundario. El trabajo incluye la evaluación de los resultados, trabajando con dos tipos de carbón, y en función de las principales variables: reparto de potencia entre combustibles, tiempo de residencia en la zona de reburning, relaciones de estequiometría en las tres zonas de combustión, temperatura en la zona de reburning. Adicionalmente, se realizó un estudio detallado en los casos más relevantes, determinando la distribución espacial de temperatura y especies químicas (O₂, CO₂, CO, NO/NO_x, UHC, N₂O, HCN, NH₃).

La técnica de reburning se ha ensayado también utilizando biomasa pulverizada como combustible secundario. Como resultado se ha acumulado información completa acerca de las posibilidades de la biomasa en este tipo de aplicaciones, determinando la influencia de los diversos parámetros y obteniendo una caracterización detallada de la evolución de las especies químicas en las distintas zonas de combustión.

Otro campo de trabajo es el relacionado con la emisión de partículas submicrónicas en sistemas de combustión. Este rango es el más problemático debido tanto a sus efectos especialmente nocivos para la salud, como por su dificultad de retención en los sistemas de depuración de humos. El grupo ha participado en la evaluación del ‘aglomerador acústico', desarrollado por el Instituto de Acústica del CSIC, y que constituye una aproximación novedosa para aumentar la eficiencia de los sistemas de retención de partículas. Actualmente se está llevando a cabo un programa de investigación dirigido al estudio de los fenómenos de formación de partículas submicrónicas en sistemas de combustión de carbón y biomasa, como medio más racional para abordar el diseño de medidas que reduzcan las emisiones de este contaminante desde su etapa de formación.

Proyectos relacionados

“Estudios y ensayos para la optimización de la combustión en sistemas de alta presión de fuel-oil pesado con atomización mecánica. Fase I – Atomización”, Financiación: OCIDE, Hidroeléctrica Española, Inv. Ppal: C. Dopazo, 1987-88

“Estudios y ensayos para la optimización de la combustión en sistemas de alta presión de fuel-oil pesado con atomización mecánica. Fase II – Combustión”, Financiación: OCIDE, Hidroeléctrica Española, Inv. Ppal: C. Dopazo, 1988-91

“Reducción de emisiones contaminantes en centrales de carbón mediante combustión escalonada con gas natural”, Financiación: OCIDE, OCIGAS, Endesa, ENAGAS, Cía Sevillana de Electricidad, Inv. Ppal: C. Dopazo, 1992-94

“Combustión de fuel-oil pesado y sus emulsiones con agua+aditivos”, Financiación: Hidroeléctrica de Cataluña, Inv. Ppal: J. Ballester, 1992-93

“Reducción de las emisiones de NO_x en calderas de gas natural y fuel-oil mediante combustión controlada”, Financiación: OCIDE, Térmicas del Besós, Inv. Ppal: C. Dopazo, 1992-95

“Co-firing of biomass, coal waste and coal on mining sites for electricity generation (COBIOCOWA)”, Financiación: Unión Europea, Inv. Ppal: J. Ballester, 1998-2001.

“Estudio de la formación, deposición y retención de partículas en sistemas de generación de energía a partir de combustibles sólidos pulverizados”, Financiación: DGES, PB 97-0159-C03-02, Inv. Ppal: J. Ballester, 1998-2001

“Desarrollo de filtros acústicos para la aglomeración y separación de micropartículas en gases de combustión”, Financiación: OCIDE, Endesa, Inv. Ppal: J. Ballester, 1998-2000

“Transporte y deposición de aerosoles dispersos en flujos laminares y turbulentos”, Financiación: MCyT, BFM2001-1314-C03-03, Inv. Ppal: J. Ballester, 2001-04

“Medida automática de gases en caldera para reducción de emisiones y optimización de la combustión”, Financiación: MEC – Plan Nacional de Energía, FIT-120000-2004-153, Inv. Ppal: J. Ballester, 2004-05

“Revisión bibliográfica de las soluciones para disminuir emisiones de partículas y NOx en instalaciones de combustión”, Financiación: Repsol YPF, Inv. Ppal: J. Barroso y J. Ballester, 2007

“Enhanced capture with oxygen for scrubbing of CO₂ (ECO-Scrub)”, Financiación: UE, RFC-PR-06026, Inv. Ppal: J. Ballester, 2007-10