Tecnologías de Combustión y Gasificación de Carbón: Reduciendo Emisiones y Optimizando la Eficiencia Energética

Combustión

Desarrollo de tecnologías más limpias y aumento de la eficacia del ciclo térmico para reducir emisiones de CO₂ y abaratar el coste de la energía. Principales emisiones: CO₂ (GEI), SO₂, NO_x, partículas (PM10 y PM2,5, COV).

También se producen cenizas y escorias dentro del reactor que se deben retirar.

Nuevas Técnicas

• Combustión de carbón pulverizado (CCP): Preparación del carbón (secado y molienda) y transporte neumático a quemadores. Las paredes de la cámara de combustión son refrigeradas por vapor, lo que permite una perfecta combustión y enfriamiento de las cenizas, disminuyendo la temperatura de reblandecimiento.
• Combustión en lecho fluidizado (CLF): El carbón es quemado en lecho fluidizado con partículas sólidas inertes y adsorbente. Se añade adsorbente para capturar el S durante la combustión, lo que reduce las emisiones y permite quemar residuos urbanos, industriales, etc.
• Combustión en lecho fluidizado circulante (CLFC): Similar al anterior, pero el material sólido arrastrado se devuelve al horno.
• Combustión en lecho fluidizado a presión (CLFP): Similar al anterior, pero con el horno a presión. El gas de combustión se depura a fondo y se expande en una turbina de gas para recuperar energía.
• Ciclo combinado con gasificación integrada (IGCC):

Gasificación

Reacción entre sólido combustible (biomasa, carbón) y agente gasificante (aire, O₂ y/o vapor de agua) a T > 700ºC.

Reacciones

• Con O₂: C + O₂ → CO₂; C + CO₂ → 2 CO
• Con vapor: C + H₂O → CO + H₂

Formación de hidrógeno (shift, exotérmica): CO + H₂O → CO₂ + H₂

Formación de metano (exotérmica): CO + 3 H₂ → CH₄ + H₂O

Se elimina S en el gas. Combustible más ventajoso que la combustión directa del carbón, aunque el poder calorífico total de los gases es solo un 60-80% del carbón de partida.

• La reacción se facilita por la mejor mezcla combustible/comburente.
• Permite obtener temperaturas elevadas por el aprovechamiento regenerativo del calor de combustión.
• Mayor limpieza (no se contamina el producto tratado).
• Menor contaminación ya que se elimina S en el gas.

Los aparatos que mejor favorecen el contacto gas/carbón son:

• Gasógenos de lecho fijo, para polvo o de lecho fluidizado: Se emplean para tamaños intermedios y son de gran producción.

Gasificación Integrada en Ciclo Combinado (IGCC)

Los gases generados en la gasificación en una turbina de gas producen electricidad y energía térmica. La IGCC del carbón parece ser la mejor vía para competir con el gas natural:

• Versátil.
• Permite otros usos del gas en momentos de baja demanda energética.
• Presenta mayor eficiencia energética.
• El gas se limpia antes de la combustión.

Ciclo Combinado con Gasificación Integrada

• Se gasifica el carbón con aire en horno a presión para obtener gas de síntesis.
• El gas se depura, enfría y quema. Los gases de la gasificación producen electricidad en una turbina de gas.
• Los gases salientes de la turbina fluidizan el residuo carbonoso en un lecho que completa la combustión.
• El calor residual procedente de la gasificación, enfriamiento del gas y gases de escape de la turbina de gas, generan vapor que alimenta una turbina convencional para generar energía eléctrica.
• Este sistema admite distintos tipos de carbón. Retiene hasta un 99% de S y reduce un 25% la emisión de CO₂.

Sistema para Reducir las Emisiones

• Eliminación de CO₂: Las emisiones dependen del tipo de combustible.
• Eliminación de SO₂: Tecnologías de desulfuración.
• Eliminación de NO_x: Se forman debido al N del combustible o en la reacción de combustión por reacción de N₂ y O₂ del aire.
• Eliminación de COVs: Mediante carbón activo o sorbentes específicos. La formación de HCl dependerá de la composición del combustible.
• Reducción de partículas en suspensión (PM10 y PM2,5): Con ciclones o cámaras de sedimentación, filtro de mangas, precipitador electrostático o torre lavadora.