Ignición de carbones en lecho fluidizado

Abstract

Resumen: En la presente investigación, se evaluó experimentalmente la temperatura o punto de ignición de algunos carbones disponibles en el medio, utilizando el método de lecho fluidizado a presión atmosférica. Igualmente se desarrolló un modelo teórico para la predicción de la temperatura y el tiempo de ignición. Este informe comienza con una descripción breve de los diferentes métodos o modelos de ignición de carbones reportados en la literatura científica al respecto. Esta parte es sustentada por una recopilación bibliográfica y constituye el marco teórico. En la revisión bibliográfica que se realizó no se encontró información sobre la ignición de partículas de carbón en lecho fluidizado. Es por esto que se hace necesario relacionar los modelos propuestos, todos ellos considerando a una partícula de carbón o de char rodeada de un ambiente reactivo (en presencia de aire u oxígeno a altas temperaturas), con la técnica de lechos fluid izados. La importancia de la relación entre los lechos fluidizados y la temperatura de ignición tiene que ver con lo que se utiliza actualmente en la industria, donde se tienden a favorecer los mecanismos de transferencia de calor y de masa, en diferentes equipos, por ejemplo, los combustores. También existen otros equipos en los cuales no se desea que se prenda el carbón, por ejemplo, el secado. La forma como se presenta la relación mencionada, conduce a un modelo matemático que predice la temperatura y el tiempo de ignición de una partícula de carbón. Para alcanzar estos fines se requiere de un proceso computacional, Para lo cual se desarrolló un software en lenguaje de programación C++, que además muestra la historia térmica de la partícula. Partiendo de las suposiciones básicas del modelo se utilizan varias de las ecuaciones que rigen el proceso, además se introducen parámetros muy importantes, como composiciones del carbón derivadas de su análisis próximo, fracción molar del oxígeno en la corriente gaseosa alimentada, temperatura del lecho, número de f1uidización y diámetro de la partícula. Como punto de partida, se ha escogido un lecho con partículas de arena, con diámetro promedio de 0.5 mm, pero se puede extender a otros lechos, dependiendo de lo que se quiera simular. Para validar y comparar el modelo se han hecho una serie de ensayos, los cuales arrojaron resultados muy satisfactorios. Se han escogido partículas de carbón directamente como salen de la clasificación por tamaños y sin un retoque final, pretendiendo con ello obtener un comportamiento más real. El procedimiento experimental se hace calentando un horno de lecho f1uidizado a una temperatura fija, se sujeta una partícula de carbón a una termocupla que se deja caer súbitamente dentro del horno, previamente se debe tener un sistema de adquisición de datos acoplado a un computador, el cual colecta, procesa y suministra datos de salida, incluyendo la historia térmica. Estos datos sirven para hallar la temperatura y tiempo de ignición, la velocidad de calentamiento de la partícula en todo instante (dT/dt), y la derivada de segundo orden (d2T/df) que determina las condiciones de ignición. Los resultados obtenidos se pueden resumir, tanto para el modelo propuesto como para los ensayos, así: Para un mismo número de f1uidización y entre números de f1uidización diferentes, al aumentar el diámetro de la partícula disminuye la temperatura de ignición en el mismo tipo de carbón. Para un mismo tamaño de partícula, la temperatura de ignición aumenta con el incremento de la temperatura del horno y/o del número de fluidización. Respecto al tiempo de ignición, este disminuye al aumentar el número de fluidización y/o la temperatura del lecho, y aumenta al incrementar el diámetro de partícula. Es recomendable dentro de la técnica experimental utilizada en este trabajo, realizar una revalorización de los parámetros cinéticos de la ignición de carbones, energía de activación (E) y el factor de frecuencia (ko. eh), porque una vez obtenidos los resultados se pueden reingresar al modelo y re calcular nuevamente dichos parámetros.