Combustión en lecho fluidizado | Tipos y ventajas

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

La combustión en lecho fluidizado es una técnica de combustión que se ha convertido en una alternativa cada vez más popular en la industria. El proceso implica la quema de combustibles en un lecho de material inerte, como arena o ceniza volante, que se mantiene en suspensión por medio de un flujo de gas. En este artículo, exploraremos los diferentes tipos de combustión en lecho fluidizado y sus ventajas. Además, se discutirán las aplicaciones y los desafíos asociados con esta técnica de combustión. ¡Sigue leyendo para aprender más sobre la combustión en lecho fluidizado!

Definición de Combustión en lecho fluidizado

La combustión en lecho fluidizado es un proceso que se utiliza en la industria para quemar combustibles sólidos de manera eficiente y controlada. En este proceso, el combustible se quema en un lecho fluido de partículas sólidas que se mueven como si fueran un líquido debido al flujo de aire o gas que se hace circular por el lecho.

Cómo funciona la combustión en lecho fluidizado

El proceso de combustión en lecho fluidizado se lleva a cabo en equipos llamados calderas de lecho fluidizado. Estas calderas consisten en un recipiente en el que se introduce el combustible sólido y un flujo de aire o gas que lo hace circular por el lecho fluido de partículas sólidas.

El aire o gas que se hace circular por el lecho fluido actúa como oxidante, es decir, permite que el combustible se queme y libere energía. La combustión se produce a una temperatura elevada (entre 800 y 900°C) y en presencia de una cantidad adecuada de oxígeno para que la reacción química pueda tener lugar.

El lecho fluido de partículas sólidas actúa como un medio de transferencia de calor eficiente, lo que permite que la combustión se produzca de manera más uniforme y controlada que en otros procesos de combustión.

Tipos de lecho fluidizado

Existen dos tipos de lecho fluidizado que se utilizan en la industria: el lecho fluidizado burbujeante y el lecho fluidizado circulante.

Lecho fluidizado burbujeante

En este tipo de lecho fluidizado, las partículas sólidas se mantienen en suspensión debido al flujo de aire o gas que se hace circular por el lecho. Las partículas se mueven como si estuvieran burbujeando en un líquido y la combustión se produce en la zona superior del lecho.

Lecho fluidizado circulante

En este tipo de lecho fluidizado, las partículas sólidas se mueven por el lecho en un circuito cerrado. El combustible se quema en la zona inferior del lecho y las partículas calientes ascienden hacia la zona superior, donde se produce la transferencia de calor y la combustión final.

Ventajas de la combustión en lecho fluidizado

La combustión en lecho fluidizado presenta diversas ventajas en comparación con otros procesos de combustión:

  • Mayor eficiencia: la combustión en lecho fluidizado permite una mayor eficiencia en la quema de combustibles sólidos, lo que se traduce en un menor consumo de combustible y una reducción de los costos de operación.
  • Mayor control: el lecho fluido de partículas sólidas permite una combustión más uniforme y controlada, lo que reduce la emisión de gases y partículas contaminantes al ambiente.
  • Mayor flexibilidad: la combustión en lecho fluidizado permite el uso de diferentes tipos de combustibles sólidos, lo que la hace más flexible y adaptable a las necesidades de la industria.

Con sus diferentes tipos de lecho fluidizado y sus ventajas, se ha convertido en una opción popular para la producción de energía y la reducción de emisiones contaminantes.

Tipos de Combustión en lecho fluidizado

La combustión en lecho fluidizado es una técnica utilizada en la industria para quemar combustibles de forma eficiente y reducir la emisión de contaminantes al medio ambiente. Existen varios tipos de combustión en lecho fluidizado, cada uno con sus propias ventajas y desventajas.

Combustión en lecho fluidizado burbujeante

En la combustión en lecho fluidizado burbujeante, los gases de combustión pasan a través de un lecho de partículas inertes y combustibles mientras burbujas de aire se mueven a través del lecho. Este tipo de combustión es ideal para combustibles con bajo contenido de cenizas y alta volatilidad, como la madera y los residuos de la industria papelera. La combustión en lecho fluidizado burbujeante también es capaz de reducir las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) debido a la baja temperatura de combustión.

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Combustión en lecho fluidizado circulante

La combustión en lecho fluidizado circulante se utiliza principalmente para combustibles con alto contenido de cenizas y bajo contenido de volátiles, como el carbón. En este tipo de combustión, el lecho de partículas es suspendido en el aire y las partículas circulan continuamente a través del sistema. La combustión en lecho fluidizado circulante es capaz de reducir las emisiones de dióxido de azufre (SO2) debido a la adición de piedra caliza al lecho, lo que captura el SO2 y lo convierte en sulfato de calcio.

Combustión en lecho fluidizado de alta temperatura

La combustión en lecho fluidizado de alta temperatura se utiliza para combustibles con alto contenido de cenizas y alta resistencia a la combustión, como el residuo de la gasificación de la biomasa. Este tipo de combustión se lleva a cabo a temperaturas superiores a 850 °C, lo que permite una combustión completa del combustible y la reducción de las emisiones de contaminantes.

Combustión en lecho fluidizado atmosférico

La combustión en lecho fluidizado atmosférico es utilizada en pequeñas instalaciones de producción de energía, como calderas residenciales y comerciales. En este tipo de combustión, el lecho de partículas se encuentra a presión atmosférica y la temperatura de combustión se mantiene por debajo de los 800 °C. La combustión en lecho fluidizado atmosférico es capaz de reducir las emisiones de contaminantes y mejorar la eficiencia de combustión en comparación con las calderas convencionales.

Sin embargo, en general, la combustión en lecho fluidizado ofrece ventajas significativas en términos de eficiencia y reducción de emisiones en comparación con los métodos de combustión convencionales.

Ventajas de la Combustión en lecho fluidizado

La combustión en lecho fluidizado es un proceso utilizado en la industria para generar energía a partir de la quema de materiales como carbón, biomasa, residuos, entre otros. Este proceso se lleva a cabo en un reactor en el que se hace circular un gas a través de un lecho de partículas sólidas, lo que produce un movimiento fluido similar al de un líquido. A continuación, se detallan algunas de las ventajas de la combustión en lecho fluidizado:

1. Mayor eficiencia en la combustión

La combustión en lecho fluidizado permite una mayor eficiencia en la quema de los materiales debido a que se produce una mezcla más homogénea entre el combustible y el aire de combustión. De esta forma, se logra una mayor transferencia de calor y una combustión más completa, lo que se traduce en una mayor generación de energía y una reducción de emisiones contaminantes.

2. Flexibilidad en la utilización de diferentes combustibles

Otra ventaja de la combustión en lecho fluidizado es su capacidad para utilizar diferentes tipos de combustibles, lo que la convierte en una alternativa más versátil. Se pueden utilizar desde combustibles fósiles como el carbón, hasta biomasa, residuos industriales, entre otros. Esto permite una mayor adaptación a las necesidades y disponibilidad de los recursos en cada región.

3. Reducción de emisiones contaminantes

La combustión en lecho fluidizado permite una reducción significativa de las emisiones contaminantes, en comparación con otros procesos de generación de energía. Esto se debe a que la alta eficiencia en la combustión y la mezcla homogénea de los materiales, permiten una quemadura más completa y una reducción en la producción de gases contaminantes como el dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y azufre (SOx).

4. Menor producción de cenizas y residuos

La combustión en lecho fluidizado también tiene la ventaja de generar menor cantidad de cenizas y residuos en comparación con otros procesos de quema de combustibles. Esto se debe a que las partículas sólidas utilizadas en el proceso, se mantienen en suspensión y no se depositan en las paredes del reactor, lo que facilita su eliminación y reduce los costos de mantenimiento.

5. Mayor seguridad en la operación

La combustión en lecho fluidizado es un proceso más seguro en comparación con otros procesos de quema de combustibles, debido a que la velocidad de combustión es menor y se produce una mejor distribución del calor. Esto disminuye el riesgo de explosiones y aumenta la estabilidad del proceso.

Aplicaciones de la Combustión en lecho fluidizado

La combustión en lecho fluidizado es una técnica de combustión en la que se quema un combustible en un lecho de partículas sólidas suspendidas en un gas. Esta técnica ofrece varias ventajas, como una mejor eficiencia energética, una reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero y una mayor flexibilidad en cuanto a los tipos de combustibles que se pueden quemar. Pero, ¿cuáles son las aplicaciones de la combustión en lecho fluidizado?

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Aplicaciones de la combustión en lecho fluidizado

  • Generación de energía eléctrica: Una de las aplicaciones más comunes de la combustión en lecho fluidizado es la generación de energía eléctrica. Las centrales eléctricas que utilizan esta técnica pueden quemar una amplia variedad de combustibles, desde carbón hasta biomasa. Además, la eficiencia energética de estas centrales es mayor que la de las centrales de combustión convencionales.
  • Producción de cemento: La combustión en lecho fluidizado también se utiliza en la producción de cemento. En este proceso, se queman residuos de combustibles junto con piedra caliza y otros materiales para producir clínker, que es el material base para la fabricación de cemento.
  • Tratamiento de residuos: La combustión en lecho fluidizado se utiliza en el tratamiento de residuos peligrosos y no peligrosos. En este proceso, los residuos se queman a altas temperaturas en presencia de oxígeno para destruirlos y reducir su volumen. Además, las cenizas resultantes pueden ser utilizadas como material de construcción.
  • Producción de hidrógeno: La combustión en lecho fluidizado también se puede utilizar en la producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, como el gas natural. En este proceso, se quema el gas natural en un lecho fluidizado de partículas de metal para producir hidrógeno y dióxido de carbono.
  • Producción de productos químicos: La combustión en lecho fluidizado se utiliza en la producción de varios productos químicos, como el ácido sulfúrico. En este proceso, se queman gases que contienen dióxido de azufre en un lecho fluidizado de partículas de piedra caliza para producir ácido sulfúrico.

Esta técnica ofrece varias ventajas, como una mayor eficiencia energética y una reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero.

Características de la Combustión en lecho fluidizado

La combustión en lecho fluidizado es un proceso que se utiliza en la industria para convertir la materia orgánica en energía. Este proceso se lleva a cabo en un lecho de partículas sólidas, que se mantiene en suspensión mediante un flujo de gas. Entre las características más destacadas de la combustión en lecho fluidizado, se encuentran las siguientes:

1. Alta eficiencia en la combustión

La combustión en lecho fluidizado es un proceso altamente eficiente, ya que permite la combustión completa de los combustibles. Esto se debe a que las partículas sólidas que forman el lecho actúan como un catalizador, aumentando la superficie de contacto entre el combustible y el oxidante y favoreciendo la mezcla de ambos.

«El lecho fluidizado permite una mayor eficiencia en la combustión de los combustibles, lo que se traduce en una mayor producción de energía.»

2. Menor emisión de contaminantes

La combustión en lecho fluidizado también se caracteriza por tener una menor emisión de contaminantes a la atmósfera. Esto se debe a que el lecho fluidizado actúa como un filtro, reteniendo las partículas contaminantes y reduciendo la cantidad de gases emitidos a la atmósfera.

«La combustión en lecho fluidizado es una alternativa más limpia y sostenible para la producción de energía.»

3. Flexibilidad en la elección de combustibles

Otra característica importante de la combustión en lecho fluidizado es su flexibilidad en la elección de combustibles. Este proceso puede utilizar una amplia variedad de combustibles, desde carbón hasta biomasa, sin necesidad de realizar grandes modificaciones en el equipo.

«La combustión en lecho fluidizado permite utilizar una gran variedad de combustibles, lo que la hace una opción muy versátil para la producción de energía.»

4. Bajo consumo de combustible

La combustión en lecho fluidizado también se caracteriza por un bajo consumo de combustible. Esto se debe a que el lecho fluidizado permite una combustión más completa y eficiente, lo que se traduce en una mayor producción de energía con menor cantidad de combustible.

«La combustión en lecho fluidizado es una opción económica y rentable para la producción de energía.»

5. Menor producción de cenizas

Por último, la combustión en lecho fluidizado también se caracteriza por una menor producción de cenizas. Esto se debe a que las partículas sólidas del lecho actúan como un filtro, reteniendo las cenizas y reduciendo su cantidad.

«La combustión en lecho fluidizado permite una menor producción de cenizas, lo que facilita su posterior tratamiento y disposición.»

Modelos de Combustión en lecho fluidizado

El proceso de combustión en lecho fluidizado se utiliza ampliamente en la industria para la generación de energía y la producción de productos químicos. Este proceso se caracteriza por la suspensión de partículas sólidas en un flujo de gas, lo que permite una combustión más eficiente y una mayor flexibilidad en la selección de combustibles. A continuación, se describen los principales modelos de combustión en lecho fluidizado y sus características:

Modelo de combustión en lecho fluidizado burbujeante

En este modelo, las partículas sólidas se mantienen suspendidas en el flujo de gas mediante burbujas de gas. La velocidad del gas se ajusta para que las burbujas sean lo suficientemente grandes para mantener las partículas suspendidas, pero no tan grandes como para que las partículas se muevan hacia la superficie del lecho. Este modelo se utiliza principalmente para la combustión de carbón y biomasa.

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Modelo de combustión en lecho fluidizado circulante

En este modelo, las partículas sólidas se mantienen suspendidas en el flujo de gas mediante la fuerza centrífuga generada por un ciclón. El gas se introduce en la parte inferior del ciclón y fluye hacia arriba, arrastrando las partículas sólidas. A medida que el gas se acerca a la parte superior del ciclón, se desvía hacia el centro y sale por la parte superior, mientras que las partículas sólidas caen hacia abajo y se recirculan en el lecho. Este modelo se utiliza principalmente para la combustión de combustibles con alto contenido de cenizas, como los residuos sólidos urbanos y los lodos de depuradora.

Modelo de combustión en lecho fluidizado de lecho dual

En este modelo, se utilizan dos lechos fluidizados: un lecho inferior para la combustión y un lecho superior para la recirculación de las partículas sólidas. El combustible se introduce en el lecho inferior y se quema con el aire de combustión. Las partículas sólidas quemadas se transfieren al lecho superior, donde se recirculan. Este modelo se utiliza principalmente para la combustión de combustibles con bajo contenido de cenizas, como el gas natural y el combustible diesel.

Cada uno de estos modelos de combustión en lecho fluidizado tiene sus propias ventajas y desventajas. Sin embargo, en general, la combustión en lecho fluidizado ofrece una serie de ventajas sobre otros métodos de combustión:

  • Mayor eficiencia en la combustión debido a la mayor superficie de transferencia de calor entre las partículas sólidas y el gas
  • Mayor flexibilidad en la selección de combustibles
  • Menor emisión de óxidos de nitrógeno debido a la menor temperatura de combustión
  • Menor emisión de dióxido de azufre debido a la mayor eficiencia de captura de azufre
  • Menor cantidad de cenizas y menor necesidad de eliminación de cenizas debido a la recirculación de las partículas sólidas

Los modelos de combustión en lecho fluidizado descritos anteriormente ofrecen diferentes características y se utilizan para diferentes tipos de combustibles. Sin embargo, todos ellos ofrecen una serie de ventajas sobre otros métodos de combustión.

En conclusión, la combustión en lecho fluidizado es una técnica avanzada que ofrece numerosas ventajas tanto desde el punto de vista energético como medioambiental. Diferentes tipos de lecho fluidizado se pueden utilizar para diferentes aplicaciones y la tecnología está en constante evolución para mejorar la eficiencia y reducir aún más las emisiones. La combustión en lecho fluidizado es una opción prometedora para el futuro de la energía sostenible y la gestión de residuos.

En conclusión, la combustión en lecho fluidizado es una técnica avanzada que ofrece numerosas ventajas tanto desde el punto de vista energético como medioambiental. Diferentes tipos de lecho fluidizado se pueden utilizar para diferentes aplicaciones y la tecnología está en constante evolución para mejorar la eficiencia y reducir aún más las emisiones. La combustión en lecho fluidizado es una opción prometedora para el futuro de la energía sostenible y la gestión de residuos.

En conclusión, la combustión en lecho fluidizado es una tecnología avanzada que ofrece numerosas ventajas en comparación con otras tecnologías de combustión. Los dos tipos principales de lecho fluidizado, el lecho fluidizado circulante y el lecho fluidizado burbujeante, tienen diferentes aplicaciones y beneficios. El lecho fluidizado circulante es ideal para la combustión de combustibles sólidos, mientras que el lecho fluidizado burbujeante es mejor para la gasificación de combustibles líquidos y gaseosos.

Las ventajas de la combustión en lecho fluidizado incluyen una alta eficiencia térmica, una baja emisión de contaminantes, una mayor flexibilidad en la elección de combustibles y una mayor capacidad de carga. Además, la tecnología de combustión en lecho fluidizado es muy versátil y se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la generación de energía eléctrica, la producción de calor, la eliminación de residuos y la producción de productos químicos.

En resumen, la combustión en lecho fluidizado es una tecnología avanzada y prometedora que ofrece muchas ventajas en términos de eficiencia, flexibilidad y sostenibilidad. Con el aumento de la demanda de energía limpia y renovable, la combustión en lecho fluidizado está destinada a desempeñar un papel importante en el futuro de la energía.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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