Los investigadores examinan los efectos combinados de dos tecnologías de combustión en la emisión de carbón

Jan 14, 2024

16 de marzo de 2023

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por la Universidad Nacional de Pusan

Las centrales eléctricas de carbón existen desde hace mucho tiempo para satisfacer las demandas mundiales de generación de energía. No hace falta decir que hay preocupaciones ambientales y de salud humana que deben abordarse en este frente. Si bien hay esfuerzos en curso para la transición a recursos de energía renovable, es posible que las centrales eléctricas de carbón no se vuelvan obsoletas todavía.

En este contexto, es pertinente explorar cómo se puede mejorar la eficiencia de estas calderas de carbón y mitigar sus efectos nocivos sobre el medio ambiente, a saber, las emisiones de gases de efecto invernadero, la lluvia ácida y la generación de smog fotoquímico y la salud humana.

Con este fin, se han propuesto varios métodos de combustión, como el aire por etapas y el flujo de remolino. Sin embargo, la eficacia de estas tecnologías para mitigar las emisiones contaminantes y maximizar el rendimiento de quemado sigue sin estar clara. Ahora, en un estudio reciente en la revista Energy, un equipo internacional de investigadores dirigido por el Prof. Gyungmin Choi de la Universidad Nacional de Pusan, Corea, analizó la efectividad de combinar el flujo de remolino y la etapa de aire para mejorar el rendimiento de la combustión y reducir la contaminación.

"La estructura de vórtice del tubo de escape (ETV) que acompaña al flujo de remolino mejora la estabilidad de la llama y el rendimiento de la combustión, pero tiene la desventaja de generar una gran cantidad de emisiones de NOx. Por el contrario, la tecnología de etapas de aire crea un ambiente rico en combustible en la zona de combustión primaria. , que tiene un efecto positivo en la reducción de NOx pero afecta negativamente el rendimiento de la combustión", explica el Prof. Choi. "Por lo tanto, si estas dos tecnologías se combinan adecuadamente y se aplican en la vida real, se puede esperar un efecto sinérgico que reduzca la emisión de contaminantes del aire y mejore el rendimiento de la combustión".

En consecuencia, el equipo empleó simulaciones y experimentos para estudiar los efectos combinados de diferentes configuraciones de remolino y etapas de aire dentro de una caldera de carbón pulverizado de combustión descendente modernizada de 16 kWth. La caldera de carbón estaba compuesta por tres secciones: el quemador de remolino, la caldera y el tubo de escape.

Para la combustión por etapas, el aire por etapas se dividió en dos lados y se inyectó tangencialmente en la caldera. Se utilizó gas licuado de petróleo (GLP) para el precalentamiento y la estabilización de la llama. Se regularon los caudales de aire por etapas y GLP y, para cada configuración, se midió la temperatura usando termopares. Además, la cantidad de especies en fase gaseosa se midió usando un analizador multigas.

Se evaluó la puesta en escena del aire con dos configuraciones de remolino, a saber, llamas co-remolino y contra-remolino, para comprender cuál de ellas es más beneficiosa en términos de reducción de emisiones contaminantes. En el caso del quemador co-turbulento, donde el aire y el combustible circulaban en el mismo sentido, las partículas de carbón se distribuyeron uniformemente debido a la formación de la zona de circulación interna y la ETV, dos características vitales para optimizar el diseño de quemadores de carbón. calderas.

Además, el equipo observó una zona de agotamiento uniforme para la configuración de co-turbulencia, lo que aseguró la combustión completa del combustible, reduciendo las emisiones de especies de gas. También facilitó una mayor conversión de energía química en energía térmica, aumentando la eficiencia de la combustión. Por el contrario, los quemadores de remolino opuesto mostraron una distribución desigual de las partículas de carbón, un agotamiento desigual y un aumento de las emisiones de NOx, lo que sugiere que una configuración de remolino conjunto era la mejor opción.

Además, el equipo demostró que la tecnología de escenarios aéreos redujo los costos ambientales de $0,003 a $0,015 por día.

En general, los conocimientos de este estudio podrían resultar extremadamente valiosos para resolver los problemas ambientales y los peligros para la salud relacionados con las centrales eléctricas de carbón. "Hemos identificado y estudiado la estructura y la llama del ETV por primera vez, y continuaremos investigando y esforzándonos por utilizarlo en la industria basada en la combustión", concluye el profesor Choi.

Más información: Minsung Choi et al, Evaluación numérica del efecto de la configuración del remolino y el entorno rico en combustible en las características de combustión y emisión en una caldera de carbón, Energía (2022). DOI: 10.1016/j.energy.2022.126591