Cálculo e instalación de calderas de Biomasa

Valorización de residuos agrícolas e

instalación de calderas de biomasa

AMISOLAR AHORRO ENERGÉTICO

Valorización energética de residuos

agrícolas ¿Qué es la Valorización

Energética de Residuos? ◦ Es encontrar nuevas vías

para aprovechar el contenido energético de los residuos y demás subproductos a través de alternativas sostenibles y eficientes

◦ ¡De esta forma, es posible encontrar una nueva fuente de abastecimiento energético!

Autor: Guillermo Baena de Torres

Ingeniero Industrial 2


agrícolas ¡Los residuos se pueden aprovechar

energéticamente!




agrícolas Con la biomasa se puede obtener:

◦ Energía térmica: agua o aire caliente y vapor.

◦ Energía eléctrica: se obtiene a partir de la trasformación de la biomasa.

Ciclo de vapor (combustión directa)

Turbina de gas: utiliza gas de síntesis (pirólisis, biogás, gasificación)

◦ Energía mecánica: biocombustibles que pueden sustituir total o parcialmente a los combustibles fósiles (biodiesel y etanol)

◦ Cogeneración: producción conjunta de energía térmica y eléctrica.




agrícolas ¿Tenemos Petróleo en Castilla y León?

¿Cuánta energía tiene nuestro recurso?



Recurso Humedad PCI

(kj/kg)

PCI (Kcal/kg) PCI (kW.h/kg)

Gasoil - 41.800 10.000 11,61

Leñas, ramas,

sarmiento

0 %

20%

40 %

19.353

15.006

10.000

4.630

3.590

2.392

5,38

4,17

2,78

Hueso de aceituna 7%

12%

19.000

18.000

4.545

4.306

5,28

5,00

Orujo de uva 12% 15.884 3.800 4,42

Cáscara de

almendra

0 %

10%

15 %

18.559

16.469

15.424

4.440

3.940

3.690

5,16

4,57

4,28

Paja de cereal

0 %

10 %

20 %

17.138

15.173

13.209

4.100

3.630

3.160

4,76

4,21

3,67


agrícolas ¿Qué residuos agrícolas disponemos?:

Evaluar la cantidad y calidad del recurso




agrícolas ¿Es esto mucha o poca energía?

◦ Una kilocaloría es aproximadamente la energía que se necesita para elevar a 1ºC un litro de agua:

◦ Aproximadamente 2,3 kg de hueso de aceituna o de sarmientos, (10.000 kcal) pueden elevar 50ºC la temperatura a 200 litros de agua: ACS para más de 6 personas durante 1 día.

◦ Si 1 ha produce 1,7 Tn/año de sarmiento aprox 2 años de ACS para 6 personas.




agrícolas

El ASTILLADO, se puede hacer

en campo y permite convertir en astillas los restos leñosos procedentes de poda de cultivos leñosos (vid, almendro, olivos, tratamientos silvicolas ...etc.)



ASTILLAS: Constituyen un material

adecuado para ser empleado en

hornos cerámicos y de panaderia,

viviendas Individuales, calefacciones

centrales ...etc.


agrícolas

PELETIZACIÓN

◦ Molienda de microastilla

◦ Adecuación de humedad

◦ Compactación de la biomasa (Presión > 100 bar)

◦ ¡Casi cualquier residuo se puede peletizar!



PELETS: Constituyen un combustible muy

competitivo comparable al gasoil:

• 2 kg de pelet = 1 litro de gasoil)

• Tienen muy bajo contenido en cenizas

• Bajo contenido en humedad < 10%

• Permiten ser bombeados al silo

• Permiten tamaños de silo menores que

la astilla

• Perfecta regulación y automatización en

caldera


agrícolas A efectos de proceso de siega y

recolección, los equipos para biomasas agrícolas herbáceas para aprovechamiento energético son los mismos que para cultivos herbáceos enfocados a la alimentación humana o animal.



COMPACTADORA

- EMPACADORA


agrícolas Procesos, Productos y Aplicaciones



Físicos

Fisico-químicos

Biológicos

Termoquímicos

Procesos Astillado

Molienda

Densificación

Pirolisis

Gasificación

Fermentación

D. anaerobia

Extracción

fisico-química

Productos Leñas

Astillas

Briquetas

Pellets

Serrín

Carbón

Gas síntesis

Aceites

Gases

combustibles

Etanol

Biogás

Aceite

Ésteres

Aplicaciones Calefacción

Electricidad

Calefacción

Electricidad

Industria

química

Trasporte

Calefacción

Industria

Electricidad

Química

Trasporte

Industria

química


agrícolas ACTORES

◦ Productores de materia prima

Agricultores

Ganaderos

Asociaciones de pequeños empresarios

Asociaciones de entidades locales

◦ Consumidores y transformadores

Las mismas asociaciones de productores

Productores de pellet

Productores de electricidad

Ingenierías y Empresas de Servicios Energéticos

Industria consumidora de biomasa



Instalación de calderas de biomasa

◦ Uso térmico residencial y terciario

Autoconsumo doméstico

Hoteles, colegios, residencias, spas, ayuntamientos, calefacción de distrito

Edificios de oficinas, naves industriales y agropecuarias

Gestión grupal del recurso: Ayuntamientos, Asociaciones

◦ Cogeneración en industria y terciario

Eficiencia Energética: Autoconsumo de electricidad y calor en microcogeneración

◦ Producción de energía eléctrica

Centrales térmicas convencionales

Plantas de Cogeneración y producción de pellet



Instalación de calderas de biomasa USO TERMICO RESIDENCIAL

◦ Las calderas de biomasa hoy día son totalmente automáticas

Astilla

Pellet

Policombustible (hueso, cáscara, orujo…)

◦ Alta regulación de la combustión y potencia

Sonda exterior para regulación de potencia

Sonda Lambda para regulación de aire primario

Disponible aire secundario para combustión de humos

Extracción forzada y controlada de humos: garantiza la Tª minima de combustión de humos

Regulación de la alimentación de combustible

◦ Dispositivos automáticos de limpieza Parrillas escalonadas de limpieza automática

Tubuladores (intercambiador)

Separador de cenizas volátiles

Compactación de cenizas




Comparativa de precios de venta ◦ Gasoil de calefacción: 1,10 €/ litro

◦ Pellet a granel certificado al 10% humedad máxima portes incluidos: 230€/tonelada+ IVA

◦ Hueso de aceituna: 170€/ tonelada + IVA

◦ Astilla clasificada G30 y con humedad en torno al 25% portes incluidos: 115 €/tonelada + IVA

◦ Olivo/Encina: 120€ /tonelada + IVA

¿Pero esto que significa en términos de energía? ◦ 0,111 €/kW.h Gasoil

◦ 0,043 €/kW.h Pellet

◦ 0,034 €/kW.h Hueso

◦ 0,028 €/kW.h Astilla

◦ 0,024 €/kW.h Olivo/Encina






Combustible Eléctrica

Tipo de caldera Convencional Caldera BT ConvencionalCondensación Pellets Hueso aceit Encina

Poder calorífico (kcal/kg) 10.000 10.000 4.300 3.750 4.330

Poder calorífico (kcal/m3) 8,5 8,4 9.000 9.000

Poder calorífico (kWh/kg) 11,63 11,63 5,00 4,36 5,03

Densidad aparente (kg/l) 0,85 0,84 0,680 0,573 1,05

Precio (€/litro) 1,1 1,1

Precio (€/kg) 1,294 1,310 0,231 0,17 0,12

Coste (€/kWh) 0,111 € 0,113 € 0,043 € 0,043 € 0,046 € 0,039 € 0,024 € 0,142 €

Rendimiento de la caldera 80% 90% 80% 105% 90% 85% 74%

Cargas térmicas satisfacer vivienda(W) 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Funcionamiento caldera (h/año) 900 900 900 900 900 900 900 900

Consumo vivienda media (kWh/año) 900,00 900,00 900,00 900,00 1.000,00 900,00 900,00 900,00

Consumo de combustible (l) 114 102 327 424 230

Consumo de combustible (Kg) 97 86 222 243 242

Termino fijo (€/año) 0 0 66,24 66,24 0 0 0 185,42 €

Coste anual 125,21 € 112,62 € 114,90 € 103,31 € 51,33 € 41,28 € 28,99 € 313,51 €

Ahorro anual respecto a caldera gasoil 12,59 € 10,31 € 21,89 € 73,87 € 83,93 € 96,22 € -188,30 €

Ahorro anual respecto a caldera gasoil 0,00% 10,05% 8,23% 17,49% 59,00% 67,03% 76,85% -150,39%

Consumo del sistemas de calefacción en función del combustible y tipo de caldera por kW instalado

Gasóleo Gas Natural Biomasa




Gasole

o c

onvencio

nal

Gasole

o B

T

GN

Convencio

nal

GN

Condensació

n

Bio

masa P

elle

ts

Bio

masa H

ueso

Estu

fa leña

Ele

ctr

ica

Gasoleo convencional 0,0% -10,1% -8,2% -17,5% -59,0% -67,0% -76,8% 150,4%

Gasoleo BT 10,1% 0,0% 2,0% -8,3% -54,4% -63,3% -74,3% 178,4%

GN Convencional 8,2% -2,0% 0,0% -10,1% -55,3% -64,1% -74,8% 172,9%

GN Condensación 17,5% 8,3% 10,1% 0,0% -50,3% -60,0% -71,9% 203,5%

Biomasa Pellets 59,0% 54,4% 55,3% 50,3% 0,0% -19,6% -43,5% 510,7%

Biomasa Hueso 67,0% 63,3% 64,1% 60,0% 19,6% 0,0% -29,8% 659,5%

Estufa leña 76,8% 74,3% 74,8% 71,9% 43,5% 29,8% 0,0% 981,5%

Electrica -150,4% -178,4% -172,9% -203,5% -510,7% -659,5% -981,5% 0,0%

Matriz de Ahorros (%)




Gasole

o c

onvencio

nal

Gasole

o B

T

GN

Convencio

nal

GN

Condensació

n

Bio

masa P

elle

ts

Bio

masa H

ueso

Estu

fa leña

Ele

ctr

ica

Gasoleo convencional 0 € -13 € -10 € -22 € -74 € -84 € -96 € 188 €

Gasoleo BT 13 € 0 € 2 € -9 € -61 € -71 € -84 € 201 €

GN Convencional 10 € -2 € 0 € -12 € -64 € -74 € -86 € 199 €

GN Condensación 22 € 9 € 12 € 0 € -52 € -62 € -74 € 210 €

Biomasa Pellets 74 € 61 € 64 € 52 € 0 € -10 € -22 € 262 €

Biomasa Hueso 84 € 71 € 74 € 62 € 10 € 0 € -12 € 272 €

Estufa leña 96 € 84 € 86 € 74 € 22 € 12 € 0 € 285 €

Electrica -188 € -201 € -199 € -210 € -262 € -272 € -285 € 0 €

Matriz de Ahorros (€/año)


Ejemplo de District heating ◦ Cuellar (Segovia) es un municipio de 9.200 habitantes

rodeado de una importante masa forestal. En esta localidad se ha instalado una planta de calefacción y agua caliente sanitaria que da servicio a un barrio, una escuela, un pabellón deportivo y un centro cultural. La planta se alimenta fundamentalmente de los residuos de limpieza del monte y otros residuos forestales.

◦ La planta consta de dos calderas: Caldera 1 tipo acuotubular con dos parrillas móviles

superpuestas tiene una potencia instalada de 4.500.000 Kcal./h.

Caldera 2, también acuotubular con una parrilla móvil tiene una potencia instalada de 600.000 Kcal. /h

La biomasa se almacena en un silo con una capacidad de 30t de combustible




Calderas de paja ◦ La paja es un combustible renovable, muy económico y

disponible fácilmente

◦ La utilización agrícola de la paja ha decaído recientemente

◦ Su utilización para uso térmico es una inmejorable salida a este deshecho agrícola

◦ Gases de salida con mínimas cantidades de compuestos sulfúricos y mucha menos cantidad de óxidos de nitrógeno

◦ Formato de Combustible: Fardos de paja cuadrados de las siguientes características:

Sección máxima 1250 x 1200 y longitud de 2400mm aproximadamente

Humedad máxima 20% (homogénea)

Prensado medio

Contenido de substancias incombustibles (polvo, tierra) < 0,4%

Contenido de cenizas < 6%

Los fardos de paja deben estar completamente ligados, sin

deformación




Calderas de paja ◦ Diseñadas totalmente a medida de las necesidades.

◦ Cámara de combustión, hecha en acero y refrigerada por agua, se divide en dos partes

Parte delantera: para la entrada de combustible. Parrilla itinerante

Parte posterior: salida para los gases de escape

◦ Aire primario bajo la parrilla

◦ Aire secundario por encima de la parrilla

◦ Intercambiador vertical de doble paso

◦ Recogida de volátiles y cenizas.

◦ Tª de impulsión de agua hasta 110ºC

◦ Tª de retorno superior a los 55ºC para evitar condensaciones

◦ Alimentación mediante Cinta transportadora

Por sistema hidraúlico




Calderas de paja para producción de vapor

◦ Producción eléctrica




Calderas de vapor ◦ Las primeras están

funcionando en dos fábricas productoras de cerveza artesana de España.

◦ Se usan para calentar el agua en la fase de maceración así como en la de ebullición, y en la de limpieza.

◦ Podría encargarse de la calefacción, además de poder generar algo de electricidad con los correspondientes accesorios




Calderas de vapor

◦ Ahorro en la producción de vapor



Poder calórico

Consumo

por 1kg.

de vapor

Coste

unitario

Coste para

producir

1kg. de

vapor

Coste para

producir 100kg.

de vapor por

hora.

Hueso de aceitunas 6.300 Kcal/kg. 0,10 kg. 0,125 €/Kg. € 0,01 € 1,30

Semillas (piñones) avellanas, uva, 4.500 Kcal/Kg. 0,14 kg. 0,18 €/Kg. € 0,03 € 2,50

Pellets 4.200 Kcal/Kg. 0,16 kg. 0,20 €/Kg. € 0,03 € 3,20

Leña 3.600 Kcal/Kg. 0,18 kg. 0,24 €/Kg. € 0,04 € 4,30

Metano 8.500 Kcal/m³ 0,76 m³. 0,80 €/m³ € 0,06 € 6,10

Gasóleo 8.550 Kcal/lt. 0,078 lt. 1,20 €/lt. € 0,09 € 9,40

G.P.L. 6.300 Kcal/lt. 0,10 lt. 1,04 €/lt. € 0,13 € 13,30

Sistemas Industriales

Cogeneración con biomasa (calor +

electricidad) y producción de pellet




Cogeneración (Sistema ORC) ◦ Posibilidad de generar hasta 2 MWe a partir de fuentes de

calor con baja entalpía.

◦ Procedimientos de marcha y parada simples.

◦ Buen funcionamiento a media potencia (carga parcial).

◦ Funcionamiento de la turbina a menos RPM de velocidad, lo que permite la impulsión directa del generador eléctrico sin necesidad de engranajes de transmisión especiales.

◦ Menor tensión mecánica en la turbina, debido a trabajar a menos velocidad.

◦ Larga vida de la turbina, al no existir erosión en las paletas, por no haber humedad en los inyectores de vapor.

◦ Fluido de trabajo libre de cloro, incombustible, no tóxico y que no daña la capa de ozono.

◦ Fluido orgánico en circuito cerrado




Trigeneración

◦ Procedimiento similar a la cogeneración en el que

se consigue frío, además de energía eléctrica y calor,

a partir de un único combustible.

◦ La combinación de la cogeneración (calor y

electricidad) con la absorción (frío) da lugar a la

trigeneración.



Proyectos de valorización

BIOMASA FASE 1:

◦ ESTUDIO BIBLIOGRÁFICO, RECOPILACIÓN DE DATOS

◦ ESTUDIO DE MAQUINARIA EXISTENTE, EXPERIENCIAS ANTERIORES ....ETC.

◦ ESTUDIO DE LOS RESIDUOS POTENCIALES

◦ ESTUDIO DE POSIBLES CULTIVOS ENERGETICOS EN LA ZONA

FASE 2:

◦ TRABAJO DE DINAMIZACIÓN: IDENTIFICACION DE ACTORES Y PROPUESTA DE CREACION DE ASOCIACIONES

◦ ESTUDIO DE CAMPO, RECOGIDA DE RESIDUOS, TOMA DE MUESTRAS ....ETC.

◦ CULTIVO EN PARCELAS EXPERIMENTALES

FASE 3.

◦ PROYECTO DE AUTOCONSUMO Y CALEFACCIÓN RESIDENCIAL

◦ PROYECTO DE CALEFACCIÓN DE DISTRITO

◦ PROYECTO DE CONSTRUCCION DE PLANTA DE BIOMASA

◦ PROYECTO DE CONSTRUCION DE PLANTA DE PELETIZACION.



Cálculo e instalación de calderas de Biomasa

Documents

Transcript of Cálculo e instalación de calderas de Biomasa