ES2321784B1 - Instalacion generadora de energia a partir de biomasa. - Google Patents

Abstract

Instalación generadora de energía a partir de biomasa.

Especialmente concebida para contribuir al desarrollo de las energías renovables y a que los usuarios de las mismas consigan la viabilidad técnica y económica para hacer posible la implantación de instalaciones de menor escala que las actuales, la invención consiste en sustituir la caldera convencional utilizada en un ciclo orgánico de Rankine para el calentamiento hasta el punto de ebullición del fluido de trabajo por una cámara ciclónica (3) asociada a un intercambiador de calor con el fluido de trabajo del citado ciclo de Rankine, cámara alimentada con biomasa agroforestal, en cuyo seno se crean las correspondientes turbulencias como para mantener las partículas de combustibles procedentes de la biomasa dentro de la zona de combustión, en sustentación aerodinámica, rotando dentro de la misma, mezcladas con el propio aire de la combustión, lo que permite un tiempo de permanencia de las partículas de combustible entre 30 y 50 veces al correspondiente a los gases en una caldera convencional, lo que permite asimismo reducir considerablemente el tamaño de la instalación, y la potencia instalada, proporcionando una combustión prácticamente perfecta.

Description

Instalación generadora de energía a partir de biomasa.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una instalación generadora de energía, del tipo de las que utilizan un ciclo orgánico de Rankine, ciclo termodinámico de no-sobrecalentamiento, que utiliza un fluido de trabajo orgánico para producir electricidad.

El objeto de la invención es proporcionar una instalación que contribuya al desarrollo de las energías renovables y a que los usuarios de las mismas consigan la viabilidad técnica y económica para hacer posible la implantación de instalaciones de menor escala que las actuales, con un diseño modular y estandarizado, prefabricado en taller y listo para el transporte.

La invención se sitúa pues en el ámbito de las instalaciones generadoras de energía, y más concretamente en el ámbito de las energías renovables.

Antecedentes de la invención

Como es sabido, la biomasa es toda forma que almacena energía solar, en la naturaleza, tales como plantas terrestres y acuáticas, o en residuos de materias o animales, como por ejemplo residuos de la agricultura, estiércoles, etc.

Esta materia se compone básicamente de hidratos de carbono y compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno, y tiene la propiedad de ser utilizada como combustible, permitiendo obtener calor que, a través de un ciclo termodinámico, puede ser utilizado para la generación de energía, eléctrica y térmica, aunque puede ser igualmente utilizado en otros procesos mecánicos.

Actualmente y fundamentalmente por motivos medioambientales, es cada vez mas frecuente el empleo de dicha biomasa en instalaciones generadoras de energía basadas en ciclos termodinámicos en los que se lleva a cabo la combustión de la misma a través de calderas de parrilla, combustores en lecho fluido, etc, en función de las características del recurso utilizado como biomasa y de la demanda, proporcionando unos resultados similares a los obtenidos a partir de combustibles fósiles, tales como el carbón, gas o petróleo, con un menor grado de contaminación respecto a
éstos.

Sin embargo, el problema que presentan éste tipo de instalaciones de aprovechamiento de la biomasa es que deben ser instalaciones realizadas a gran escala para que resulten rentables, lo que impide a pequeñas o medianas empresas, organizaciones o personas que disponen en sus propias instalaciones de biomasa residual la implantación de dichas instalaciones.

En este sentido, cabe destacar que, para que una instalación que utilice como combustible biomasa sólida para un ciclo de vapor, la potencia mínima que deberá generar la instalación para que ésta sea rentable deberá ser mayor a 4 megavatios, mientras que si se emplea una turbina de gas, para el aprovechamiento de un gas de síntesis como biomasa, dicha potencia debe ser superior a 1 megavatio, aumentándose a 10 megavatios en caso de utilizar un ciclo combinado.

Descripción de la invención

La instalación generadora de energía a partir de biomasa que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, de manera que la misma es perfectamente viable tanto técnica como económicamente a una escala inferior de generación de energía, concretamente por debajo de 0,5 megavatios.

Para ello la instalación que se preconiza se basa en un sistema de revalorización energética de la biomasa agroforestal, ecológicamente sostenible, en base a la combustión de la biomasa, previamente homogeneizada y acondicionada en tamaño en una cámara ciclónica, de manera que el calor suministrado por dicha combustión es aprovechado por un sistema termodinámico, en basado en el ciclo orgánico de Rankine, con el fin de producir energía eléctrica y térmica, reduciendo las emisiones de CO_{2} a la atmósfera.

De forma más concreta, la incorporación de la cámara ciclónica, elemento principal en el desarrollo de la invención, permite optimizar los principales factores que gobiernan la combustión: Turbulencia, tiempo y temperatura. De esta manera se logra trabajar con el mínimo exceso de aire, es decir con la máxima eficiencia, asegurando una combustión completa, que evite la emisión de inquemados, proporcionando una máxima limpieza y seguridad.

El sistema consiste en mantener las partículas de combustibles procedentes de la biomasa dentro de la zona de combustión, en sustentación aerodinámica, rotando dentro de la misma, mezcladas con el propio aire de la combustión. Esto permite un tiempo de permanencia de las partículas de combustible entre 30 y 50 veces al correspondiente a los gases en trayectoria normal.

Como resultado se obtiene una combustión prácticamente perfecta, con un mínimo exceso de aire y ausencia total de partículas carbonosas en los gases de salida, resultando el proceso fácilmente automatizable, de fácil operación y control, con una rápida respuesta a las variaciones de carga y un máximo cuidado del medio ambiente, obteniéndose unos gases de combustión limpios, con casi nula presencia de material particulado en los gases de chimenea y muy bajos niveles de producción de NO_{x}.

La inclusión de la cámara torsional al ciclo orgánico de Rankine, permite que la instalación de generación de energía presente unas reducidas dimensiones en comparación con las instalaciones convencionales, ideal para potencias inferiores a 0,5 megavatios, presentando una configuración con un diseño modular y estandarizado, prefabricado en taller y listo para el transporte.

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Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una hoja única de planos en la que con carácter ilustrativo y no limitativo y en su única figura, se ha representado una representación esquemática de una instalación generadora de energía a partir de biomasa realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención.

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Realización preferente de la invención

A la vista de la figura reseñada puede observarse como la instalación objeto de la invención parte de un sistema termondinámico basado en el ciclo orgánico de Rankine, de baja potencia, en cualquier caso inferior a 0,5 megavatios, en el que el fluido de trabajo, se calienta hasta el punto ebullición y el vapor obtenido se expande para impulsar una turbina (1) asociada mecánicamente a un generador (2) para transformar la energía mecánica obtenida en energía eléctrica.

Pues bien, de acuerdo ya con la invención, el sistema termondinámico basado en el ciclo orgánico de Rankine, incorpora como fuente calorífica un intercambiador de calor (3), asociado a una cámara ciclónica (4) en la que se realiza la combustión de la biomasa.

La biomasa será alimentada, previa homogeneización y acondicionamiento en tamaño a la cámara ciclónica (4) a través de una tolva (5) dotada en su salida de los correspondientes mecanismos de dosificación (6), tolva a cuya entrada está asociada una cinta transportador (7) para alimentación de la misma con la citada biomasa, de naturaleza agroforestal.

La biomasa se introduce tangencialmente en la cámara ciclónica (4) en suspensión en aire, forzando una rotación de la misma en el interior, de manera que la combustión se realiza en el interior de la misma. Dicho aire forzado es introducido en la cámara ciclónica (3) a través de un compresor (8).

Merced a la especial configuración de dicha cámara ciclónica, se consigue la adecuada turbulencia de la mezcla de comburente y combustible, en este caso biomasa, que mejora sustancialmente el proceso de combustión, asegurando una combustión completa, con una máxima limpieza y seguridad.

El sistema mantiene las partículas de combustible dentro de la zona de combustión en sustentación aerodinámica, rotando dentro de la misma, con un tiempo de permanencia de las partículas entre 30 y 50 veces superior al de las calderas convencionales.

La cámara ciclónica está rodeada de una camisa de tubos (9) por los que circula agua en circuito cerrado, impulsada mediante un sistema de bombeo (10), de manera que dicha agua es calentada en la cámara ciclónica (4) y utilizada como foco calorífico en el intercambiador de calor (3) para calentamiento del fluido de trabajo del ciclo orgánico de Rankine, produciéndose en dicho intercambiador el calentamiento del citado fluido de trabajo hasta su punto de ebullición.

El fluido de trabajo es conducido desde el intercambiador (3) a través de una conducción (11) hacia la turbina (1), de menor potencia que las de las instalaciones convencionales, asociada a un alternador o generador (2).

El fluido a la salida de la turbina (1) es recirculado a través de un circuito de refrigeración (12) para su total condensación, y de ahí es conducido, a través de un sistema de bombeo (13) de nuevo hacia el intercambiador de calor (3), repitiéndose el proceso.

El circuito de refrigeración (12) puede materializarse en un intercambiador de calor, de manera que el calor del vapor a la salida de la turbina pueda ser utilizado para el calentamiento de un circuito de agua (14), de manera que el agua fría, almacenada en un depósito (15), dotado de una toma de entrada (16), es bombeada (17) a través de dicho intercambiador (12), condensando el fluido de trabajo del ciclo de Rankine y a su vez calentándose, para pasar a un depósito de agua caliente (18), que puede ser utilizado para diferentes usos.

Tal y como se ha comentado anteriormente, el sistema es completamente automatizable, de fácil operación y control, con una respuesta rápida a las variaciones de carga y un máximo cuidado del medio ambiente, puesto que el CO_{2} emitido por la biomasa no se considera que contribuya al calentamiento global, puesto que las emisiones producidas durante la combustión de dicha materia vegetal se considera inferior a la que dicha materia vegetal ha consumido durante el proceso de fotosíntesis para su crecimiento.

Claims (2)

1. Instalación generadora de energía a partir de biomasa, que siendo del tipo de las que emplean un ciclo termodinámico orgánico de Rankine, en el que participa un sistema de calentamiento del fluido de trabajo hasta su punto de ebullición, fluido que se expande a través de al menos una turbina (1) asociada a un generador (2) de energía eléctrica, para ser condensado (12) y recirculado de nuevo mediante bombeo (13) al sistema de calentamiento del fluido de trabajo hasta el punto de ebullición, caracterizada porque el citado sistema de calentamiento del fluido de trabajo hasta su punto de ebullición se materializa en un intercambiador de calor (3) asociado a una cámara ciclónica (4), alimentada mediante biomasa agroforestal convenientemente tratada como combustible, a través de un dosificador (5) y, con aire como comburente a través de un compresor o elemento similar, cámara dotada interiormente de una camisa de tubos (9) por los que circula agua que actúa como fluido caloportador en el citado intercambiador de calor (3).

2. Instalación generadora de energía a partir de biomasa, caracterizada porque el equipo de condensación (12) a la salida de la turbina se materializa en un intercambiador de calor para el calentamiento de agua.