La combustión en lecho fluidizado ( FBC ) es una tecnología de combustión utilizada para quemar combustibles sólidos .
En su forma más básica, las partículas de combustible se suspenden en un lecho fluido caliente y burbujeante de ceniza y otros materiales particulados ( arena , piedra caliza , etc.) a través del cual se soplan chorros de aire para proporcionar el oxígeno necesario para la combustión o gasificación. La mezcla rápida e íntima resultante de gas y sólidos promueve una rápida transferencia de calor y reacciones químicas dentro del lecho. Las plantas FBC son capaces de quemar una variedad de combustibles sólidos de baja calidad, incluidos la mayoría de los tipos de carbón, desechos de carbón y biomasa leñosa, con alta eficiencia y sin la necesidad de una costosa preparación de combustible (por ejemplo, pulverización ). Además, para cualquier trabajo térmico dado, los FBC son más pequeños que el horno convencional equivalente, por lo que pueden ofrecer ventajas significativas sobre este último en términos de costo y flexibilidad.
El sistema FBC reduce la cantidad de azufre emitido en forma de emisiones de SO x . La piedra caliza se utiliza para precipitar el sulfato durante la combustión, lo que también permite una transferencia de calor más eficiente desde la caldera hasta el aparato utilizado para capturar la energía térmica (normalmente tubos de agua). El precipitado calentado que entra en contacto directo con los tubos (calentamiento por conducción) aumenta la eficiencia. Dado que esto permite que las plantas de carbón quemen a temperaturas más frías, también se emiten menos NO x . Sin embargo, la combustión a bajas temperaturas también provoca un aumento de las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos . Las calderas FBC pueden quemar combustibles distintos del carbón, y las temperaturas de combustión más bajas (800 °C / 1500 °F) también tienen otros beneficios adicionales.
Existen dos razones que explican el rápido aumento de la FBC en los quemadores. En primer lugar, la libertad de elección de los combustibles en general, no sólo la posibilidad de utilizar combustibles que son difíciles de quemar con otras tecnologías, es una ventaja importante de la combustión en lecho fluidizado. La segunda razón, que ha adquirido cada vez mayor importancia, es la posibilidad de lograr, durante la combustión, una baja emisión de óxidos nítricos y la posibilidad de eliminar el azufre de una manera sencilla utilizando caliza como material de lecho.
La combustión en lecho fluidizado surgió a partir de los esfuerzos por encontrar un proceso de combustión capaz de controlar las emisiones contaminantes sin controles de emisiones externos (como depuradores o desulfurización de gases de combustión). La tecnología quema combustible a temperaturas de 1400 a 1700 °F (750-900 °C), muy por debajo del umbral en el que se forman los óxidos de nitrógeno (a aproximadamente 2500 °F / 1400 °C, los átomos de nitrógeno y oxígeno en el aire de combustión se combinan para formar contaminantes de óxido de nitrógeno ); también evita los problemas de fusión de cenizas relacionados con la alta temperatura de combustión. La acción de mezcla del lecho fluidizado pone los gases de combustión en contacto con un químico que absorbe azufre , como la piedra caliza o la dolomita . Más del 95% de los contaminantes de azufre en el carbón pueden ser capturados dentro de la caldera por el sorbente . Sin embargo, las reducciones pueden ser menos sustanciales de lo que parecen, ya que coinciden con aumentos dramáticos en las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos y posiblemente otros compuestos de carbono. [ cita requerida ]
Las unidades comerciales FBC funcionan con eficiencias competitivas, cuestan menos que las unidades de calderas convencionales actuales y tienen emisiones de SO2 y NO2 por debajo de los niveles exigidos por las normas federales. Sin embargo, tienen algunas desventajas, como la erosión de los tubos dentro de la caldera, la distribución desigual de la temperatura causada por obstrucciones en la entrada de aire del lecho y tiempos de arranque prolongados que llegan hasta las 48 horas en algunos casos.
Los sistemas FBC se dividen esencialmente en dos grupos principales: sistemas atmosféricos (FBC) y sistemas presurizados (PFBC), y dos subgrupos menores: burbujeo (BFB) y lecho fluidizado circulante ( CFB ).
Los lechos fluidizados atmosféricos utilizan piedra caliza o dolomita para capturar el azufre liberado por la combustión del carbón. Los chorros de aire suspenden la mezcla de sorbente y carbón en llamas durante la combustión, convirtiendo la mezcla en una suspensión de partículas al rojo vivo que fluyen como un fluido. Estas calderas funcionan a presión atmosférica.
El sistema PFBC de primera generación también utiliza un absorbente y chorros de aire para suspender la mezcla de absorbente y carbón en llamas durante la combustión. Sin embargo, estos sistemas funcionan a presiones elevadas y producen una corriente de gas a alta presión a temperaturas que pueden impulsar una turbina de gas . El vapor generado a partir del calor en el lecho fluidizado se envía a una turbina de vapor , lo que crea un sistema de ciclo combinado de alta eficiencia .
