09 CAPITULO VII - Experiencias para la puesta en marcha...

173

CAPÍTULO VII

EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA

DEL REACTOR DE LECHO FLUIDO BURBUJEANTE

7.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se detalla todo el conjunto de experiencias que se realizaron en la

planta piloto durante el desarrollo del presente proyecto.

Estas pruebas buscan el fin común de poner la planta operativa, para ello se expone

el objetivo, procedimiento experimental, errores y posibles soluciones propuestas

adoptadas para la puesta en marcha.

7.2 ENSAYOS HIDRÁULICOS EN FRÍO

7.2.1 Caracterización del lecho inerte y Vmf

Primero se elige la placa distribuidora a usar o plato y se pasa a su montaje, una vez

colocada es importante comprobar posibles fugas.

El procedimiento experimental sería:

DISEÑO DE UN REACTOR DE LECHO FLUIDO DE LABORATORIO PARA EL ESTUDIO DE LA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA

174

1. Purgar la línea de aire de entrada y colocar el manoreductor de aire de manera

que dispongamos de un caudal de 40 l/min en el rotámetro de entrada

2. Colocar un medidor de presión diferencial midiendo la presión puntual antes del

rotámetro de entrada. Para esto se deja la toma de baja presión libre a la

atmosfera. Con este dato se corregirá posteriormente el caudal del rotámetro

3. Colocar un medidor de presión diferencial de forma que mida la diferencia antes

y después del plato

4. Desconectar el flexible del borboteador y dejar la línea de salida a la atmósfera.

Esto se debe a que el sistema posee una pérdida de carga elevada y como este

ensayo es muy sensible a pequeñas variaciones se elimina todo el tren de

limpieza del gas posterior para no tener problemas.

5. Preparar el sólido inerte, los ensayos suelen realizarse con cortes entre 250-500

micras, el límite inferior la determina el diámetro de los agujeros de los platos.

Un corte inferior supone el taponamiento de estos agujeros. Se pesarán 200 y

300 gramos.

6. Los datos que se toman son caudal, presión de entrada, presión diferencial en el

plato.

7. Se empieza sin lecho, con el fin de poder caracterizar sólo el plato. Desde 40

l/min bajamos de dos en dos al caudal mínimo, mientras se toman los datos que

se comentan en el punto 6. La regulación del caudal se consigue con el

rotámetro de entrada

8. Se introduce 200/300 gramos de sólido inerte por la tolva superior, teniendo en

cuenta el protocolo comentado en capítulos anteriores. Para evitar que este se

deposite sobre los agujeros de los platos, se mantiene en todo momento un

caudal mínimo circulando. Se comienza la prueba como se hizo con el plato, el

procedimiento es el mismo.

CAPÍTULO VII EXPERIENCIAS PARA LA PUESTA EN MARCHA DEL R.L.F.B

175

7.2.2 Ensayos de caracterización

Los ensayos de caracterización del lecho presentaron una serie de problemas que se

comentarán a lo largo de este apartado. Dicho esto, se dividen en, ensayos con bomba

LP20, ensayos con bombona de N2, y con aire de alta presión. Por último se expone

gráficas con los mejores ajustes obtenidos de un conjunto de experiencias realizadas.

7.2.2.1 Ensayos realizados con bomba LP-20

La bomba modelo LP-20, fue la que en principio, en la etapa de diseño, cumplía las

especificaciones de caudal y presión suministrada necesarias para los ensayos que se

realizasen en la planta piloto. Su uso suele estar aconsejado para peceras y tanques

pequeños, tiene una capacidad de suministro de 20 l/min y 2kPa de presión máxima.

Tras una serie de ensayos se comprobó que no cumplía los requisitos mínimos como

se expondrá a continuación.

El ensayo se realizó con la bomba LP-20, para la medida de presión se usó los

medidores de la marca magnehelic en el rango adecuado de operación. El corte elegido

de inerte estuvo comprendido entre 250-500 micras y entre 500-800 micras. La bomba

sólo aporta la pérdida de carga de la entrada, la placa distribuidora y el lecho, todo el

sistema de limpieza posterior se desconectó para evitar fluctuaciones y eliminar un

aporte importante en la pérdida de carga total del sistema.

Las pruebas se realizaron de forma consecutiva, primera caracterizando el corte

inferior y luego pasando al superior, repitiendo en cada caso el ensayo de pérdida de

carga de la placa distribuidora aislada.

La curva resultante se presenta en la figura 7.1.


176

00,25

0,50,75

11,25

1,51,75

2

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

u (m/s)

P (k

Pa)

250-500500-800

Figura 7.1: Caracterización de placa de 21 agujeros, cortes 250/500 y 500/800 micras

De la figura 7.1 se extrae la primera de las observaciones, y es que para una misma

placa distribuidora, ensayos distintos aportan resultados levemente diferentes en la

caracterización del plato. En este ejemplo se observa comportamientos diferentes

cuando se realizaron las pruebas para el corte 250-500 y 500-800 micras.

A continuación se presentan las curvas de mínima fluidización calculadas a partir de

estas pérdidas de carga de la placa distribuidora.

Las gráficas se presentan con el valor teórico de presión que le corresponde a una

cantidad fija de material en la región de mínima fluidización. Este cálculo se detalló en

el capítulo 3, la expresión usada,

W gP kpa A

(7.1)


177

Plato distribuidor: 21 agujeros

Material: Bauxita

Granulometría: 250-500 µm

Peso Lecho: 200/300 g

∆Pteórico(200 g)=0,9 kPa


00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

u (m/s)

P (k

Pa)

200 g300 g

Figura 7.2: Caracterización del lecho para 200 y 300 g

De la figura 7.2 no se puede concluir que velocidad de mínima fluidización de

forma gráfica es la que le corresponde, como ya se explicó en el capitulo 2. Esto se

debe a que no se disponía de más caudal para terminar de representar la parte final

de la figura.


178


Material: Bauxita

Granulometría: 500-800 µm




00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

u (m/s)

P (k

Pa)

200 g300 g

Figura 7.3: Caracterización del lecho, 21 agujeros, LP – 20 ( 200 y 300 g)

Para cortes superiores el problema se acentúa no siendo posible determinar la

velocidad de mínima fluidización experimental.

Como conclusión, se observó una problemática en el uso de la bomba LP-20 para

este tipo de ensayos puesto que la pérdida de carga en la línea era elevada y mayor que

las especificaciones de dicha bomba, es por ello, que en estas gráficas no observamos el

punto en el cual pasamos de lecho fijo a fluidizado. Además del problema de

repetitividad en los ensayos, siendo este el posible origen de gráficas muy

distorsionadas como se verá más adelante. Para placas de 51 y 37 agujeros los

problemas se ven más acusados como cabe esperar al aportar mayor pérdida de carga.

Como medida correctora, los siguientes ensayos se realizaron con bombona de N2

teniendo en cuenta las correcciones de caudal pertinentes. El corte inferior 100-250

micras se desecho por provocar taponamiento en los agujeros de los platos.


179

7.2.2.2 Ensayos realizados con bombona de N2

Como medida correctora de la poca capacidad de la bomba LP-20 de mantener las

condiciones de presión necesarias para los ensayos, se optó por realizar la

caracterización con las bombonas de nitrógeno que se usan para los ensayos de pirólisis,

como se explica en el capitulo 5, estas bombonas están a muy elevada presión y por

medio de un manoreductor se reduce a la presión deseada, aportando tanto el caudal

como la presión suficientes para los ensayos hidráulicos.

Algunos ensayos se exponen en las figuras 7.3, 7.4, 7.5 y 7,6.


Material: Bauxita

Granulometría: 250 - 500 µm


∆Pteórico(200 g)=0,9 kpa


0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

2,4

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

u (m/s)

P (k

Pa) 300 g

200 g

Figura 7.4: Caracterización del lecho, N2 , 21 agujeros ( 200 y 300 g)


180


Material: Bauxita





0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

u (m/s)

P (k

Pa)

200 g300 g

Figura 7.5: Caracterización del lecho, N2 , 21 agujeros ( 200 y 300 g), serie 1

Este es el primer de un grupo de ensayos en tres días consecutivos. Se trató de ver el

efecto de poca repetitividad realizando el mismo ensayo y comparando los resultados,

en la figura 7.5 se observa una alejada curva experimental respecto al cálculo teórico.


181


Material: Bauxita





0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

u (m/s)

P (k

Pa)

200 g300 g


La figura 7.6 representa el segundo día de la serie de ensayos, se observa una leve

distorsión para la prueba de 300 g, en esta experiencia se mantuvo las mismas

condiciones que en las anteriores.


182


Material: Bauxita





0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

2,4

2,8

3,2

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

u (m/s)

P (k

Pa)

200 g300 g


La figura 7.7 representa el tercer y último día de la serie de ensayos, en este ensayo la

gráfica se distorsiona totalmente sin representar la curva de mínima fluidización

esperada, esto puede deberse a fuertes fluctuaciones en la presión suministrada en los

ensayos de caracterización del lecho y placa distribuidora.

Podemos asumir que existe un error importante en la toma de datos. Este error

puede verse influenciado también por la precisión de la instrumentación de la planta.

El uso de la bombona de N2 corrigió el poseer suficiente presión para llegar a

velocidades mayores (presiones más altas) para poder representar la curva de mínima

fluidización experimental, pero no soluciona el problema de repetitividad y gráficas

distorsionadas, con este fin, se instala en la planta la alimentación de aire desde una

línea de alta presión (6 bar) que se dispone en los laboratorios de la ESI.


183

7.2.2.3 Ensayos realizados con aire de alta presión

Como se ha comentado, el aire se toma de una línea existente en los laboratorios y que

es suministrado por dos soplantes disponiendo en esta línea una presión de 6 bar

constantes. De esta forma se pretende solucionar los problemas de suministro y

regularidad del agente gasificante.


Material: Bauxita





0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35u (m/s)

P (k

Pa)

300 g200 g

Figura 7.8: Caracterización del lecho, aire, 21 agujeros (200 y 300 g)

De todos los ensayos realizados con aire se tomó el mejor ajuste de todos los valores

llegando a tener figura 7.8. La velocidad mínima teórica se calcula con las expresiones

expuestas en el capítulo 3, se puede observar en la figura que el valor de la velocidad de

mínima fluidización experimental :

Vmf exp = 0.15 m/s

Vmf teo = 0.145 m/s


184


Material: Bauxita





0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

u (m/s)

P (k

Pa) 200 g

300 g


Se realizó el mejor ajuste que se obtuvo en esta serie de ensayos dando un valor de

velocidad de mínima fluidización de:

Vmf exp = 0.19 m/s

Vmf teo = 0.145 m/s


185


Material: Bauxita





0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

u (m/s)

P (k

Pa)

200 g300 g


Hay que decir que aunque el ensayo de caracterización de la placa distribuidora se

comportó bastante repetitivo, los datos mostrados se refieren al único que aporta una

gráfica aceptable. Todos los demás hacen que sus pequeñas desviaciones generen

gráficas sin forma alguna. El plato de 37 agujeros es el que presenta más problemas al

caracterizarlo, puede ser debido a que aporta una gran pérdida de carga al sistema y

estas pérdidas no son comparables con la que puede ocasionar el lecho fluido.

Vmf exp = 0.24 m/s

Vmf teo = 0.145 m/s


186

7.2.2.4 Conclusiones

Las conclusiones se pueden resumir en que existe un error a la hora de generar las

gráficas que pueden tener múltiples orígenes. Podemos hablar de errores de cálculo,

error en la toma de datos, posibles fugas, error asociado a la instrumentación, falta de

precisión en esta, mal funcionamiento del manorreductor en la bombona. Además de

otros posibles. Todos estos comentados han sido descartados de una forma u otra

diseñando experimentos que permitieron hacerlo.

Los medidores de presión diferencial estuvieron montados con una salida a la

atmósfera y no de forma diferencial, de esta forma se toman datos de la presión de

salida de la bombona, que permite la corrección del caudal en el rotámetro, se toma

también la presión antes del plato y después de este, con estos datos tenemos la pérdida

en el plato además de la presión justo después, para así poder comparar si la velocidad

cambia mucho antes y después de este, debida a la expansión.

Se tomó la hipótesis de un error asociado a la precisión de la instrumentación. La

pérdida de carga del lecho es insignificante frente a las demás pérdidas que existen en

las líneas, haciendo que sea muy difícil la elaboración de la curva de mínima

fluidización. Aún así se obtuvieron datos lo bastante satisfactorios como para calcular

las velocidades de mínima fluidización para cada plato, a un corte fijo (250-500 micras).

Por último, el corte elegido para futuras experiencias fue el de 250-500 micras. Un

corte inferior provocaba obstrucciones en los agujeros de los platos. El plato elegido fue

el de 21 agujeros, como se observa en los ensayos es el que mejor se comporta y menos

pérdida de carga generó en las experiencias. Como se ha comentado el problema de la

gran pérdida de carga que ya posee la línea completa, la elección está justificada.

La cantidad de inerte se estimó razonable entre 200 y 300 gramos, las experiencias no

arrojaron datos relevantes para decidir entre una cantidad u otra. Por tanto se elegirá en

función de la cantidad de biomasa que requiera el ensayo a realizar.


187

7.2.3 VELOCIDAD DE MÍNIMA FLUIDIZACIÓN DE LODOS DE

DEPURADORAS Y CHAR DE LODOS

7.2.3.1 Velocidad de mínima fluidización de lodos de depuradoras

La velocidad de mínima fluidización para lodos de depuradoras se obtuvo de la misma

forma que se expuso en el caso del inerte. Para ello, se usó lodos de tamaño como se

muestra en la granulometría siguiente:

Lodos (mm) %

x > 5 0

5 < x < 2,8 52,9

2,8 < x < 2 42,1

2 < x 5

Tabla 7.1: Granulometría lodos de depuradoras

Con una densidad en torno a 1260 kg/m3. La cantidad fue de 100 g y el plato usado el

de 21 agujeros.

El caudal de aire de entrada se bajó desde 60 Nl/min hasta 34 Nl/min, para llegar a

dichos caudales se precisó colocar dos rotámetros para poder alcanzar el flujo deseado

al ser este elevado para los equipos disponibles.

La gráfica de mínima fluidización se expone en la figura 7.11.


188


Material: Lodos de depuradoras

Granulometría: tabla 7.1

Peso Lecho: 100 g

0,3

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4 0,44 0,48

u (m/s)

P (k

Pa)

100 g

Figura 7.11: Caracterización del lecho, aire, Lodos de depuradoras, 21 agujeros (100 g)

De la gráfica observamos que la velocidad de mínima fluidización para los lodos está

entorno a:

Vmf = 0,38 m/s

Vmf teo = 0,97 m/s


189

7.2.3.2 Velocidad de mínima fluidización de char de lodos

Siguiendo el procedimiento descrito en apartados anteriores, la velocidad de mínima

fluidización del char de lodos se obtiene de la misma forma que para los lodos de

depuradoras.

Este char se obtuvo de una prueba previa en la planta piloto de gasificación. La

granulometría de dicho char es:

char (mm) %

x > 5 0

5 < x < 2,8 0,81

2,8 < x < 2 14,5

2 < x < 1 38,6

x < 1 46,12

Tabla 7.2: Granulometría de char de lodos de depuradoras

Su densidad es de 1430 kg/m3. La cantidad fue de 100 g y el plato usado fue el de 21

agujeros.

El caudal de aire de entrada se bajó desde 50 Nl/min hasta 22 Nl/min, para llegar a

dichos caudales se precisó colocar dos rotámetros en paralelo al ser la prueba en frío y

requerir de mayor caudal para llegar a las mismas velocidades.

La gráfica de mínima fluidización es la siguiente:


190


Material: char de lodos de depuradoras

Granulometría: tabla 7.2

Peso Lecho: 100 g

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,16 0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4

u (m/s)

P (k

Pa) 100 g

Figura 7.12: Caracterización del lecho, aire, char de lodos de depuradoras, 21 agujeros (100 g)

De la gráfica observamos que la velocidad de mínima fluidización para los lodos está

entorno a:

Vmf = 0.26 m/s

Vmf teo = 0.48 m/s


191

7.3 PRUEBA DE RECOGIDA DE LECHO INERTE (Bauxita)

El objetivo de la prueba de recogida de lecho inerte es determinar la cantidad de

inerte que se puede conseguir extraer del reactor por medio de los rebosaderos y

extracción por el cenicero. De esta forma podemos tener conocimiento de la cantidad

existente de inerte dentro del sistema y como consecuencia, la cantidad necesaria que se

debe o no aportar en las pruebas en continuo para mantener una masa constante de

material inerte.

La prueba se efectuó con bauxita con un corte 250-500 micras. Se impuso una

velocidad nominal de 0.5 m/s (62 l/min). Se tomó 300 y 400 gramos de inerte. Con el

tornillo de paso al cenicero totalmente abierto, se retiraba la cantidad recogida en el

mismo tras un intervalo de tiempo que se estableció en 2 minutos. Tras pesar y anotar

dicha cantidad, se retornaba al reactor con el fin de suponer una cantidad de biomasa

constante en el interior y determinar la cantidad media que sale del reactor al finalizar la

prueba, dicho fin se dio por aceptado cuando la cantidad expulsada se mantuvo

constante. El experimento se repitió para dos cantidades de lecho en el interior del

reactor, 300 y 400 g siendo estas, cantidades normales de operación del inerte según la

biomasa de entrada impuesta por el diseño inicial.

Los valores se presentan en las siguientes tablas 7.3 y 7.4:

300 g 400 g

T (min) W (g) T (min) W (g)

2 88,5 2 155

4 47,8 4 93,8

6 71,6 6 150,5

8 66,5 8 160,8

10 69,4 10 151,8

12 71,8 12 154,2

media 69,8 media 154,3

Tabla 7.3 y 7.4 : Recogida de lecho inerte para 300 y 400 g


192

Calculando los caudales de salida tenemos:

Q (300g) = 2.09 Kg/h

Q (400g) = 4.63 Kg/h

Conclusiones de la prueba:

Estos valores de salida, son aproximados para Bauxita y los cortes que se usaron en la

experiencia. Dando conocimiento sobre el caudal de salida del inerte y la cantidad que

se deberá reponer al reactor para trabajar en continuo. Para futuras pruebas, se podrá

fijar nuevas cantidades de inerte presente en el reactor, corte usado y velocidades de

operación distintas, según se adapten mejor a las pruebas de gasificación que

correspondan.

7.4 PRUEBA DE ACUMULACIÓN CON LODOS DE DEPURADORAS

En esta experiencia se persigue tener conocimiento sobre la capacidad de evacuación

de biomasa que el sistema puede tener. El reactor dispone de un rebosadero por el cuál

se puede ir retirando la biomasa sin reaccionar, el char y las cenizas que se van

generando. Como se comenta en el manual de incidencias sólo está disponible una de

las aperturas del rebosadero, estando la superior gripada.

Para la prueba que se describe a continuación, se operó de la siguiente forma:

1. El alimentador se lleno con lodos de depuradoras, con un corte por debajo de 2.8

mm. Con una densidad de 1260 kg/m3.

2. El caudal alimentado fue de 1.1465 kg/h (90 Hz en el variador de frecuencia)

3. El caudal de aire fue de 62 Nl/min (v = 0.5 m/s)


193

4. Se comenzó a alimentar y se puso el cronómetro en marcha.

5. Cada 15 minutos se tomó el peso recolectado en el recipiente de recogida del

rebosadero.

6. La prueba finalizó a los 36 minutos al observar un aumento de la pérdida de carga

en el interior del lecho.

El aumento de pérdida de carga fue como consecuencia de un atasco dentro del

reactor ocasionado porque la velocidad de llenado fue mayor a la de evacuación.

Los valores recogidos se detallan en la tabla 7.5.

Prueba de acumulación

t (min) W (g) kg/h intervalo kg/h tiempo total

15 27,5 0,11 0,11

30 54,9 0,22 0,16

36 21,5 0,22 0,17

Tabla 7.5 : Recogida de lodos de depuradoras

El peso recogido tras la prueba en el interior del lecho tras el atasco fue de:

512.8 g

Conclusiones de la prueba:

La capacidad de evacuación media del reactor es de unos 0.22 kg/h de lodos de

depuradoras para una velocidad de operación de 0.5 m/s.

Una posible solución sería aumentar dicha velocidad con el fin de expandir el lecho y

tener una mayor cantidad de sólidos en la salida del rebosadero disponible (ya que el

primer rebosadero está actualmente fuera de servicio).


194

También hay que tener en cuenta la reducción de tamaño de la biomasa en operación

con una posible mejora en la salida de los sólidos a través del rebosadero.

7.5 DETERMINACIÓN DEL LAG – TIME (tiempo de retraso)

El tiempo que tarda los volátiles en recorrer el camino desde su formación en el reactor

al analizador habrá que tenerlo en cuenta, puesto que el dato se recoge con cierto

desfase con respecto a la creación de estas especies.

Es por ello que habrá que determinar este desfase llamado lag-time. Este tiempo será

restado posteriormente de los tiempos de conversión.

Para ello, se impuso un caudal nominal tal que la velocidad en el lecho fuese 0.5 m/s,

teniendo en cuenta que la prueba se realizó a 800 ºC. Se introdujo 10 Nl/min de aire,

para dicho fin. A continuación se alimentó un caudal de CO2 de 3 Nl/min, por la entrada

de aire secundario simulando de esta forma lo mejor posible la zona de su formación.

El tiempo medio tras varias pruebas fue de 38 segundos.


195

7.6 PRUEBA DE CALENTAMIENTO DE LA PLATA PILOTO

Las pruebas de calentamiento tratan de caracterizar el comportamiento térmico de la

planta. En el capítulo 5, se detalló ampliamente la configuración de termopares que

están instalados en todo el sistema (figura 7.11).

Figura 7.13: Configuración de termopares en planta y tarjeta de adquisición de datos

Con la ayuda de estos termopares colocados estratégicamente en puntos claves, se

observará dicho comportamiento a estímulos o perturbaciones que podamos ejecutar

durante la prueba. Las temperaturas tomadas por estos termopares de tipo K quedan

registradas en el ordenador por medio de la tarjeta de adquisición de datos como ya se

explicó en capítulos anteriores. Estos datos se pueden tomar con el intervalo de

muestreo que se tome oportuno. En este caso se dejó por defecto cada 3 segundos,

tiempo más que suficiente para observar variaciones en temperatura, ya que esta

magnitud evoluciona lentamente normalmente.


196

Los termopares a los que se les asigna la comparación con el set point, son TCI19

(zona lecho) y TCS17 (zona del freeboard) siendo este punto de operación fijado en los

PID en 800ºC.

Los termopares T20 (zona del lecho) y T18 (zona del freeboard) son los encargados

de medir la temperatura de las resistencias que aportan el calor en el horno. En el cuadro

de control se establece una alarma cuando estos termopares registren 1000ºC, como

medida preventiva.

Las perturbaciones que se realizaron a lo largo del ensayo fueron, cambio de

velocidades de operación de 0,5, 0,3 y 0,7 m/s, encendido del traceado de entrada, de

nuevo cambio a 0,9, 0,5 y 0,3 m/s.

En la figura 7.14 se presenta el ensayo completo. Las líneas verticales grises

representan cuando se le aplicó la perturbación de velocidad y la verde cuando se

encendió el traceado de entrada.

197

7.6.1 Evolución de las temperaturas

u=0,5 u=0,3 u=0,7 u=0,9 u=0,5 u=0,3 Enfriamiento

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00

Hora

T (º

C)

TC1

T1

T2

T3

T4

T5

T7

T8

Encendidotraceado

Figura 7.14: Evolución de las temperaturas durante el ensayo


198


199

7.6.2 Entrada al reactor


0

100

200

300

400

500

600

700

800

0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00

Hora

T (º

C)

TC1

T1

Encendidotraceado

Figura 7.15: Evolución de las temperaturas a la entrada del reactor


200


201


580

600

620

640

660

680

700

0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00

Hora

T (º

C)

T1

Encendidotraceado

Figura 7.16: Evolución de la temperatura del precalentador (T1)


202


203

La temperatura máxima de T1 es del orden de 700 ºC, como se observa en la figuras

7.15 y 7.16.

De la figura 7.15 se extrae que la temperatura T1, medida en la entrada inmediata al

reactor, y antes de la placa distribuidora, no se ve influenciada como cabía esperar al

encender el traceado de entrada. Por tanto, el precalentamiento de esta zona, (tubo

anterior al precalentador) no será necesario para ensayos que no requieran la generación

de vapor. La potencia del horno es suficiente para precalentar el gas a su entrada en el

lecho.

Con el traceado apagado, la temperatura máxima de T1 es 640 ºC, que se alcanza a

una velocidad de 0,7 m/s. El pico de 700 ºC se explica con una fluctuación, a la baja, del

caudal de aire, el momento en el que se consigue estabilizar el caudal la temperatura

comienza a disminuir.

Se distinguen dos temperaturas máximas, el primer caso es con el traceado de entrada

apagado y el segundo encendido. Con el traceado apagado, la temperatura máxima es de

640 ºC a 0,7 m/s, al encender el traceado la temperatura asciende a 665 ºC. Una vez

encendido el traceado la temperatura máxima T1 si es 670 ºC a 0,9 m/s.

Con el traceado encendido, la temperatura máxima a 0,7 m/s es de 665 ºC

estabilizándose en 667 ºC para 0,9 m/s.

Si se compara las temperaturas alcanzadas para 0,5 m/s se aprecia que el efecto de

tener el traceado es de unos 50 ºC, menor para el caso 0,3 m/s que sólo son unos 30 ºC.

se justifica por tanto encender el precalentamiento en determinados ensayos como se

explica al principio.


204


205

7.6.3 Reactor


780

800

820

840

860

880

900

0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00

Hora

T (º

C)

T2

T3

Encendidotraceado

TCS17

TCI19

Figura 7.17: Evolución de las temperaturas en el reactor


206

La figura 7.17 representa la evolución de las temperaturas en el lecho y freeboard,

TCS17 controla la temperatura en el freeboard mientras que TCI19 lo hace en el lecho.

Las perturbaciones en el ensayo no afectan a estas temperaturas, consiguiendo mantener

el set point establecido rápidamente. Se extrae como conclusión que las resistencias

poseen la suficiente potencia para mantener sin fluctuaciones una temperatura

constante, lo cual será de suma importancia para los ensayos de gasificación.

Para una temperatura de operación, a una velocidad de 0,7 m/s , se ve como en el

interior del reactor se alcanza una temperatura máxima de unos 835ºC , dándose esa

temperatura en T3, el comienzo del freeboard.

La temperatura en el freeboard también se observa que es mayor que en el lecho. La

velocidad influye relativamente poco, unos 20 ºC, por tanto pequeñas fluctuaciones de

caudal en el rotámetro de entrada, no afectarán enormemente a la temperatura de

operación. No obstante no serán recomendables, teniendo que controlar este dato

durante los ensayos.


207

7.6.4 Salida del reactor


450

500

550

600

650

700

750

0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00

Hora

T (º

C)

T7

T8

Encendidotraceado

Figura 7.18: Evolución de las temperaturas a la salida del reactor


208


209

A la salida del reactor una disminución de la velocidad de operación se traduce en

una disminución de la temperatura de salida, caso contrario a lo ocurrido en el lecho.

La temperatura T7, justo a la salida del freeboard, registra unos 100ºC menos que en

el interior, y T8 justo detrás del ciclón y a unos 20 centímetros de T7 se reduce otros

90ºC más. Estas zonas están calorifugadas y aun así pierden enormes cantidades de

calor. Reduciendo unos 200ºC en apenas 40 cm de tubo de salida. De ahí la importancia

de colocar un buen aislamiento en todas las zonas calefactadas.

La pérdida de calor es uno de los problemas asociados a plantas de pequeña escala,

es por ello que las resistencias se sobredimensionaron como se comentó en el capítulo

de diseño, permitiendo aportar todo el calor que se pierde (siendo este calor el factor

limitante en el diseño)


210


211

7.6.5 Temperaturas de control (TCI19, TCS17) y temperaturas de resistencias (T18, T20)


520

560

600

640

680

720

760

800

840

880

920

0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00

Hora

T (º

C)

T2

T3

EncendidotraceadoTCI19

TCS17

T18

T20

Figura 7.19: Evolución de las temperaturas de control y resistencias


212

En la figura 7.19 se muestran las temperaturas del lecho (T2 y TCI19) y freeboard (T3

y TCS17) así como las temperaturas de la resistencia superior (T18) e inferior (T20).

Lo primero observable, es que la resistencia superior (T18), aporta casi toda la

potencia necesaria, siendo su temperatura de unos 850ºC en régimen. Para una

temperatura de operación de 800ºC, manteniéndose en este valor todo el tiempo. La

resistencia inferior, por el contrario, está muy por debajo del set point asignado, siendo

su temperatura de régimen de unos 640ºC.

La temperatura en la zona superior del lecho (T2) se mantienen por encima de la

temperatura de resistencia y set point, mientras que la temperatura en la zona inferior

del freeboard (T3) se mantiene entre la temperatura de set point y resistencia, estando

más cercana a esta última. Lo que significa que hay una buena transferencia desde las

resistencias al lecho.

Por último, se observa como a 0,9 m/s se mantiene la misma temperatura, siendo esta

la temperatura de operación (800ºC) en todo el lecho (TCI19 y T2).

09 CAPITULO VII - Experiencias para la puesta en marcha...

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