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 están suspendidas en un lecho fluido burbujeante y caliente de cenizas 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, incluida la mayoría de los tipos de carbón, desechos de carbón y biomasa leñosa, con alta eficiencia y sin la necesidad de una preparación costosa del combustible (por ejemplo, pulverización ). Además, para cualquier servicio térmico determinado, 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.
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 al aparato utilizado para capturar la energía térmica (generalmente 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 NOx . Sin embargo, la quema a bajas temperaturas también provoca un aumento de las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos . Las calderas FBC pueden quemar otros combustibles además del carbón, y las temperaturas de combustión más bajas (800 °C / 1500 °F) también tienen otros beneficios adicionales.
Hay dos razones para el rápido aumento de FBC en las cámaras de combustión. En primer lugar, la libertad de elección con respecto a los combustibles en general, y no sólo la posibilidad de utilizar combustibles que son difíciles de quemar utilizando otras tecnologías, es una ventaja importante de la combustión en lecho fluidizado. La segunda razón, que ha adquirido cada vez más importancia, es la posibilidad de conseguir, durante la combustión, una baja emisión de óxidos nítricos y la posibilidad de eliminar el azufre de forma sencilla utilizando piedra caliza como material de lecho.
La combustión en lecho fluidizado surgió de los esfuerzos por encontrar un proceso de combustión capaz de controlar las emisiones contaminantes sin controles de emisiones externos (como la desulfuración de gases de combustión con depuradores). La tecnología quema combustible a temperaturas de 1400 a 1700 °F (750-900 °C), muy por debajo del umbral donde 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 forman 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 una sustancia química que absorbe azufre , como la piedra caliza o la dolomita . El sorbente puede capturar más del 95% de los contaminantes de azufre en el carbón dentro de la caldera . 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 de otras emisiones de compuestos de carbono. [ cita necesaria ]
Las unidades comerciales de FBC operan con eficiencias competitivas, cuestan menos que las unidades de calderas convencionales actuales y tienen emisiones de SO 2 y NO 2 por debajo de los niveles exigidos por las normas federales. Sin embargo, tienen algunas desventajas como la erosión en los tubos dentro de la caldera, distribución desigual de la temperatura causada por obstrucciones en la entrada de aire del lecho, largos tiempos de arranque que pueden llegar hasta 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, burbujeantes (BFB) y circulantes de lecho fluidizado ( 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 ardiente 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 sorbente y chorros de aire para suspender la mezcla de sorbente y carbón encendido durante la combustión. Sin embargo, estos sistemas operan 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 , creando un sistema de ciclo combinado altamente eficiente .
