instalaciÓn y operaciÓn de un gasificador de …

Punta Arenas, 23 de mayo del 2014

CENTRO DE ESTUDIO DE LOS RECURSOS ENERGÉTICOS

GasificadorPowerPallet,10kW

INSTALACIÓNYOPERACIÓNDEUNGASIFICADORDEBIOMASADEPEQUEÑA

ESCALAENELSURDECHILE

REBIBIR 2019 WEBINARIO: ¿Qué se hace en Iberoamérica en temas de Biomasa y

Bioenergía?

Humberto Vidal [email protected] CERE, Universidad de Magallanes.

AGENDAAGENDA

• ANTECEDENTESGENERALES

• FUNCIONAMIENTODELGASIFICADOR

• ARMADOEINSTALACIÓN

• PUESTAENMARCHAYENSAYOS

• ALGUNOSRESULTADOSPRELIMINARES

CENTRODEESTUDIODELOSRECURSOSENERGÉTICOS-CERE

Enlosaños2014-2015-2016,sedesarrollaproyectoFONDEF,financiadoporCONICYT:

“Construcción,instalaciónypuestaenmarchadegasificadordebiomasaparacomunidadesaisladas”

OBJETIVOGENERAL


•Implementar según requerimientos locales, la mejortecnologíadegasificacióndebiomasapara la generacióndeenergíaeléctrica,formandolascapacidadesnecesariasparasuinstalación,operaciónymantenciónenpequeñascomunidadesaisladas.

CaracterísticasdelaregióndeMagallanes

CaracterísticasdelaRegión-granpresenciadelocalidadesoff-grid(pequeñospueblos,granjasaisladasycaseríos)noconectadosalaredeléctrica-bajadensidadpoblacional-localidadesdedifícilacceso

“extensión de la red eléctrica regional es económicamente inviable”

La gasificación de desechos de madera podría ser una interesante alternativa para la producción eléctrica en sectores remotos


OportunidaddeAprovecharBiomasaregional


EspeciesdearbolesnativospresentesenMagallanes

OportunidaddeAprovecharBiomasaregional


Usoenergéticodelosresiduosdemaderaprovenientesdeaserraderosyexplotaciónforestal

Nothofagus pumilio, comúnmente conocida como “Lenga”

ENERGYRESOURCESCENTER-CERE

Gasificadoresdepequeñaescala

FLUIDYNE gasifier, (New Zealand)

10 kWe, Pioneer Class 35 kWe, Pacific Class


Gasificadoresdepequeñaescala

ANKUR gasifier, 4 kWe (India)

Colombia (2012)

ANKUR gasifier, 11 kWe

Power Pallet Gasifier, 10 kW. (All Power Labs)


Gasificadordepequeñaescala-PowerPallet10kW

Partesprincipales

Produccióndecaloryelectricidad

AspectosBásicosdeGasificación

3

2

FuncionamientodelGasificador


✓ 1

PartesPrincipales–GasificadorPowerPallet10kW


Gasificando1kgdebiomasa

seproducencercade2m3degas

locualproducecercade1HP-hr(0.75kWh)

PartesPrincipales–GasificadorPowerPallet10kW


✓

3

1

2



Partesprincipales



Subheadline

FUNCIONAMIENTODELGASIFICADOR

321 Astillas de Lenga •Caracterización Termoquímica •Tamaño •Humedad

Tecnología de Gasificación •Lecho Fijo, tipo Imbert •Flujo Paralelo •Tipo Downdraft •Aire como agente gasificador

Generación de energía eléctrica •Motor a gas •Generador •10 kW ( 7.5 kW nominal )


CaracterizacióndelaLenga(NothofagusPumilio)




La gasificación es un proceso de transformación donde la materia prima sufre una descomposición

termo-química, a elevadas temperaturas a través de su paso por el reactor, en una corriente gaseosa de

alto contenido energético.

Gas de la madera debe ser rico en monóxido de carbono para ser usado en motores de combustión

interna.

Producción de Electricidad

Gasificador Downdraft:

-A menudo usado para apps de pequeña escala.

-Es compacto

-Gas productor contiene pequeña cantidad de alquitranes (TAR)

-Gas limpio puede ser usado en un motor de combustión interna.

SecuenciadelProceso

●Secado—seremuevelahumedaddelabiomasaqueestásiendoalimentada

●Pirólisis—descomposicióntérmicadelabiomasaengasesdealquitránycharcoal(carbónvegetal)

●Combustión—quemadodelosgasesdealquitránconaire,enunareacciónexotérmicaqueentregacaloralrestodelproceso

●Reducciónycraqueodealquitranes—convirtiendolosproductosdelacombustiónencombustiblegaseoso.



FuncionamientodelGasificador–ZonadeSecado


• Materia prima desciende porgravedad desde la tolva hacia laCubetadeSecado.

• C u b e t a d e s e c a d o e s u nintercambiador de calor de doblepared que ayuda al secado de lamateriaprima(entre100y200°C)utilizando el calor recuperadodesdeelgasdemadera.

• Esto permite gasificar biomasaconuncontenidodehumedadenbasesecadehastaun30%.

FuncionamientodelGasificador–ZonadePirólisis


• Materia prima seca se introduceenelPyrocoilmedianteuntornillosinfin.

• El Pyrocoil es otro IC de doblepared que ayuda a la Pirolisismediante la exposición de labiomasaatrasmayoresalintervalode 300°C - 600°C utilizando elcalor recuperadodesdeel escapedelmotor.

• LaPirólisiseselprocesomedianteel cual la materia prima seconvierte en carbón vegetalm i e n t r a s o c u r r e u n g r a ndesprendimiento de gases dealquitráninflamables.

FuncionamientodelGasificador-Combustión


• El carbón vegetal y los gases dealquitrán producidos en elPyrocoildesciendenalaCampanadeReducción.

• La campana de reducción poseecinco boquillas de aire queproporcionan un flujo de aireprecalentado a la zona decombustión.

• -En esta zona, los gases dealquitrán son forzados a pasar através de la garganta de lacampanayseoxidanparcialmenteconlastemperaturasdellamaqueoscilanentre1000°C-1200°C.

FuncionamientodelGasificador–ZonadeReducción


• -El (H2O)v y el (CO2) producidosen la zona de combust ióndescienden por la campana dereducción y pasan a través delcarbón reactivo caliente en lazonadereducción.

• - A l t a rea c t i v i d ad de l C atemperaturas entre los 600 °C –900 °C, hace que los gases yalquitranes se reduzcan – por laeliminación de un átomo deoxígeno–aH2,COyalgodeCH4,principales componentes del gasdesíntesisdelamadera.

• -Esta conversión de la materiaprima sólida, rica en energía, engases de madera inflamables decombustión limpia, es el objetivofinaldelagasificación.

✓

2

1

3



Partesprincipales



ProducciondeCaloryElectricidad


Motor Kubota DG972

Placa Motor Kubota DG972

Placa DSR del Generador

ArmadoeInstalación



Preparacióndelabiomasa:astillasdeLenga

ArmadoeInstalación

ArmadoeInstalación


ArmadodelFiltrodeGas

ArmadoeInstalación


InstalaciónFinal

PuestaenMarchayEnsayos


Instrumentación



Analizador de gases Gasboard 3100P



InstalacióndecargaseléctricasenLaboratorio

EnsayosenLaboratorio


AlgunosResultados–Composicióngasdesíntesis


H2[%] 20.2

CO[%] 26.6

CO2[%] 11.5

CH4[%] 3.0

O2[%] 0.3

Densidaddelsyngas[kg/m3] 1.02

PoderCaloríficoInferiordelgasproducido[MJ/m3]

6.6

RendimientodelGasificador[m3/kg] 1.85

Comparaciónderesultadosexperimentalesconlaliteratura

Referencia Biomasausada LHV(MJ/kg)

Gasrate(m3/kg)

Dogruetal.(2002) Hazelnutshell15 2.73

Zainaletal.(2002) Furniturewood5.62 1.08

Shethetal.(2009) Dalbergiasisoowood 6.34 1.62

Presentstudy Lengawood6.60 1.85


EnsayoenSectorRuraldePuntaArenas



Principalesresultados• El modelo de gasificador ensayado, no acepta cualquier tamaño deastillasyhumedadnodebesuperarel30%

• Modelodegasificadornoes24/7,puestoquetolvadealmacenamientotienevolumenlimitadoydepósitodecenizasdebeservaciado.

• Variación brusca de cargas eléctricas, afecta el funcionamiento delgasificador. (se recomienda conectar al equipo por ej. demandas deiluminación)

• PCI (LHV) resultamuybueno, cuando se compara conotrasbiomasas,luegolosresiduosdemaderadeLengasonenergéticamenteatractivos.

Gracias…


Aspectoseconómicospreliminares


V / S

10 kW 19.000 US$ 1,4 kg à 1 kWh 0,1 (US$/kWh)

10 kW 7.900 US$ 0,35 lt à 1 kWh 0,27 (US$/kWh)

0,076 (US$/kg) à (76 US$/Ton)

0,76 (US$/lt)

Promising numbers should be analyzed performing a full economic analysis

AlgunosResultadosPreliminares-Rendimiento


Variable Valor UnidadCoeficientedeFlujo 0,7 (Unidimensional)Diámetrodelarestricción 0,0163 (m)Áreadelorificio 0,00021 (m2)DiferenciadePresión 676 (Pascales)Densidad 1,02 (kg/m3)

CaudalSyngas0,0053 (m3/seg)0,32 (m3/min)

19,1 (m3/hr)

Variable Valor UnidadDiámetrodelhopper 0,58 (m)ÁreaconsumodelHopper 0,2642 (m2)Alturaqueseconsumió 0,7291 (m)VolumenConsumidodeBiomasa 0,193 (m3)DensidadAparente 200,3 (kg/m3)

Masaconsumida 38,58 (kg)DiferencialdeTiempo 222,82 (min)

Flujomásicobiomasa0,1732 (kg/min)

10,39 (kg/hr)

RendimientodelGasificador1,84 (m3/kg)

instalaciÓn y operaciÓn de un gasificador de …

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