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Investigación Numérica y Experimental sobre las Características de Combustión y las Emisiones de Contaminantes de la Co-Combustión de Carbón Pulverizado y Biomasa en un Quemador de 500 kW

Autores: Chaiyo, Rachapat; Wongwiwat, Jakrapop; Sukjai, Yanin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Investigación Numérica y Experimental sobre las Características de Combustión y las Emisiones de Contaminantes de la Co-Combustión de Carbón Pulverizado y Biomasa en un Quemador de 500 kW


Categoría

Energía

Subcategoría

Tecnología de combustibles

Palabras clave

Cambio global
Energía limpia
Biomasa
Carbón
Combustión
Emisiones

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 29

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El cambio global hacia la energía limpia ha sido impulsado por la necesidad de abordar el calentamiento global, que se ve exacerbado por la expansión económica y el aumento de la demanda de energía. Los combustibles fósiles tradicionales, particularmente el carbón, emiten más contaminantes que otros combustibles. Estudios recientes han mostrado esfuerzos significativos en el uso de biomasa como reemplazo o en la co-combustión con carbón. Esto se debe a que la biomasa, al ser un combustible sólido, tiene un mecanismo de combustión similar al del carbón. Este estudio investiga el comportamiento de la co-combustión de carbón pulverizado y biomasa en un horno de semi-combustión con una entrada de calor de 500 kW, que comprende una pre-cámara y una cámara de combustión principal. Utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) con ANSYS Fluent 2020 R1, el estudio emplea modelos de transporte de especies para predecir reacciones de combustión y modelos de fase discreta (DPM) para rastrear el movimiento de partículas de combustible. Estos modelos se validan contra datos experimentales para asegurar predicciones precisas de la combustión de combustibles mixtos. La investigación examina varias proporciones de biomasa a carbón (0%, 25%, 50%, 75% y 100%) para entender su impacto en la temperatura de combustión y las emisiones. Los resultados muestran que aumentar la proporción de biomasa reduce la temperatura de combustión debido al menor poder calorífico de la biomasa, su mayor contenido de humedad y su mayor tamaño de partícula, lo que lleva a una combustión menos eficiente y a mayores emisiones de CO. Sin embargo, esta reducción de temperatura también se correlaciona con menores emisiones de NO. Además, el menor contenido de nitrógeno y azufre de la biomasa contribuye a reducciones adicionales en las emisiones de NO y SO. A pesar de que la biomasa tiene un mayor contenido de materia volátil, lo que resulta en una combustión más rápida, el carbón demuestra una tasa de quema de carbono más alta, lo que indica una combustión de carbono más eficiente. El estudio concluye que, si bien la eficiencia de la combustión de carbón puro es más alta, con un 87.7%, la biomasa pura solo alcanza una eficiencia del 77.3%. No obstante, aumentar las proporciones de biomasa impacta positivamente en las emisiones, reduciendo los niveles nocivos de NO y SO.

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