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¿Qué es CIRCE? Somos un centro tecnológico fundado en 1993,

y buscamos aportar soluciones innovadoras

para un DESARROLLO SOSTENIBLE

Misión Impulsar la mejora de la EFICIENCIA ENERGÉTICA y el despliegue de ENERGÍAS RENOVABLES mediante el desarrollo de actividades de I+D+i y de acciones formativas que respondan a las necesidades de los sectores productivos.

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Cifras Más de 1.500 proyectos de I+D+i

Más de 40 proyectos europeos (programas FP7 y H2020)

Más de 850 artículos científicos, 85 tesis doctorales y 58 libros

de divulgación

Más de 2.100 alumnos de 50 países distintos

• Grupo Combustibles y Tecnologías de la Combustión: 22 investigadores (11 doctores)

• Laboratorios y equipos de combustión – Combustor ciclónico de 800 kWt

– Quemadores de Swirl de 500 y 50 kWt

– Caldera de parrilla de 430 kWt

– Gasificador de lecho fluido de 10 kWt

– Reactor de lecho fijo “batch”

• Principales líneas de trabajo – Evaluación de recursos, pretratamientos y logística

– Viabilidad de cambio o mezclas de combustibles

– Monitorización y simulación de sistemas térmicos

– Optimización energética de hornos industriales

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La mayoría de calderas actuales se conciben como cajas negras Control basado en datos puntales o locales, obtenidos de la corriente de gases o del ciclo de potencia

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Uso biomasas y/o mezclas “complejas”

Límites de emisiones cada vez exigentes

¿Tlocal?

¿Caudal biomasa? ¿Humedad?

T, p, O2, ¿CO? ¿NOX?

Gran potencial de mejora si se obtiene y se analiza más información del proceso de combustión

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SONDAS DE DEPOSICIÓN

VISUALIZACIÓN DE LLAMA

MODELOS y SIMULACIÓN CFD

• Sondas de deposición ¿para qué sirven?

– Estudios de ensuciamiento en caldera

– Toma de muestras representativas

– Simulación distintas condiciones de tubos de caldera

– Predicción del comportamiento de distintas biomasas

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“Las sondas de deposición permiten monitorizar in-situ el proceso de deposición, así como analizar posteriormente los depósitos (SEM, ICP, etc.).”

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• Sondas de deposición ¿cómo son?

Cuerpo

principal de la

sonda (tubo

carcasa)

Cabezal de

la sonda

Conductos

internos de

aire/agua para

refrigeración

Anillo de

sacrificio para

toma de muestras

de deposición

Termopar K

para medida de

temperatura de

gas

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• Sondas de deposición ¿cómo son?

• Sondas de deposición Tipo de resultados

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Muestra cocombustión carbón-chopo. Bartolomé, C. 2014

Mg Al Si P K Ca Ti Cr Fe0

10

20

30

40

50

60

70

80 1

2

3

4

5

6

7

Cualitativos Cuantitativos

Proyecto BIO3, PNID 2012.

Proyectos relacionados: FORESTALIA, MHLPelet, BIO3, On3Bioterm, Biocard, SICOPIE, Cenit CO2, SIMEXSCALE

• Cámaras / técnicas ópticas ¿para qué sirven?

– Visualización directa de la bola de fuego por el operador

– Correlación con variables críticas, alarmas y malfunciones

– Relación parámetros de llama con eficiencia de la combustión y emisiones

– Mayor información de la combustión, en todos sus modos de operación

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“Las técnicas de visualización de llama permiten caracterizar y monitorizar el estado de la combustión mediante instrumentación no

intrusiva.”

• Cámaras / técnicas ópticas ¿cómo son?

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PARÁMETROS RELACIONADOS CON LA INTENSIDAD LUMÍNICA • Parámetros estadísticos:

Promedio Desviación estándar Asimetría Curtosis Flicker

• Contornos • Zona de máxima intensidad • Centro de masas de máxima intensidad

CORRELACIONES • Zona de máxima temperatura de llama • Ratio aire/combustible • Tipo de combustible • Reglaje de quemadores • Emisiones CO, O2, NOX Imagen original

Imagen escala de grises

Imagen segmentada

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Cámaras / técnicas ópticas Proyectos y objetivos – COMBUSTIBLES SÓLIDOS / COCOMBUSTIÓN (Proyectos “Retos” SIMEXSCALE y SICOPIE)

→ Relación entre los parámetros estadísticos de llama y el número de swirl

→ Identificación de estadísticos de llama relacionados con la calidad de la combustión y las emisiones

→ Identificación de efectos de la introducción de biomasa sobre la llama

– HORNOS INDUSTRIALES (“Retos” VERALLIA, SPIRE Dow Chemical Ibérica)

→ Detección de la formación de humo en el horno como indicador de una mala calidad de la combustión en quemadores de difusión

→ Diagnóstico de la combustión para una mejor regulación de la relación aire-combustible en quemadores de difusión y premezcla

→ Diagnóstico de la combustión de gas natural y mezclas CH4/H2 para un mejor control de las emisiones de NOx

• Simulaciones CFD ¿para qué sirven?

– Soporte para el diseño de equipo industrial durante las distintas fases de su desarrollo

– Información detallada de puntos críticos en equipos de combustión

– Predicción del comportamiento de caldera en nuevos modos de operación

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“Las simulaciones CFD permiten evaluar de modo sencillo, fiable y preciso múltiples opciones de diseño y operación.”

• Simulaciones CFD ¿cómo son?

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Realidad. Fenómenos físicos y termoquímicos Simulación. Sub-modelos

matemáticos + resolución numérica

Validación

• Simulaciones CFD Proyecto Retos-Colaboración “HBE” con empresa L.Solé

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1. Modelo empírico lecho 2. Integración con simulación 3D del horno

• Simulaciones CFD Otros ejemplos

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Simulación de varios diseño y condiciones

de operación en caldera de parrilla fija:

• Eliminación del “down-flow” del secundario

• Eliminación de zonas “muertas”

• Mayor rendimiento: menor CO a salida,

utilizando menos exceso de aire

Tesis doctoral, A.Rezeau, 2014

• Simulaciones CFD Otros ejemplos

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Expansión BFB en oxicombustión Co-combustión en central térmica Diagnostico combustión hornos de craqueo

Estudios previos: Central Teruel PC, Central Alcudia PC, Escucha PC, Puertollano IGCC, Escatrón PFBC, Gardanne

PC, Dürnrohr PC, Alholmens Kraft CFB, Termiska Processes

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FUTURO

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Herramienta PREDICTIVA de caldera SIMULACIÓN CFD MODELOS DE ORDEN REDUCIDO

VISUALIZACIÓN DE LLAMA

Medición instantánea de humedad, etc.

T, p, O2, CO, NOX, etc. SONDAS DE DEPOSICIÓN

INSTRUMENTACION COMERCIAL

PARÁMETROS DE MANTENIMIENTO

CONTROL DE CALDERA

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