Este documento presenta el centro tecnológico CIRCE, fundado en 1993 para aportar soluciones innovadoras para un desarrollo sostenible. Su misión es impulsar la eficiencia energética y las energías renovables mediante I+D+i y formación. Describe sus cifras de proyectos, publicaciones y alumnos, así como sus líneas de investigación en combustión y biomasa usando técnicas como sondas de deposición, visualización de llama y simulaciones CFD para mejorar el control y rendimiento de calder

2. 2
¿Qué es CIRCE?
Somos un centro tecnológico fundado en 1993,
y buscamos aportar soluciones innovadoras
para un DESARROLLO SOSTENIBLE

3. Misión
Impulsar la mejora de la EFICIENCIA ENERGÉTICA y el despliegue de ENERGÍAS RENOVABLES mediante el
desarrollo de actividades de I+D+i y de acciones formativas que respondan a las necesidades de
los sectores productivos.
3
Cifras
 Más de 1.500 proyectos de I+D+i
 Más de 40 proyectos europeos (programas FP7 y H2020)
 Más de 850 artículos científicos, 85 tesis doctorales y 58 libros
de divulgación
 Más de 2.100 alumnos de 50 países distintos

4. • Grupo Combustibles y Tecnologías de la Combustión: 22 investigadores (11 doctores)
• Laboratorios y equipos de combustión
– Combustor ciclónico de 800 kWt
– Quemadores de Swirl de 500 y 50 kWt
– Caldera de parrilla de 430 kWt
– Gasificador de lecho fluido de 10 kWt
– Reactor de lecho fijo “batch”
• Principales líneas de trabajo
– Evaluación de recursos, pretratamientos y logística
– Viabilidad de cambio o mezclas de combustibles
– Monitorización y simulación de sistemas térmicos
– Optimización energética de hornos industriales
4

5. La mayoría de calderas actuales se conciben como cajas negras
 Control basado en datos puntales o locales, obtenidos de la corriente de gases o del ciclo de potencia
5
Uso biomasas y/o
mezclas “complejas”
Límites de emisiones
cada vez exigentes
¿Tlocal?
¿Caudal biomasa?
¿Humedad?
T, p, O2, ¿CO? ¿NOX?

6. Gran potencial de mejora si se obtiene y se analiza más información del
proceso de combustión
6
SONDAS DE
DEPOSICIÓN
VISUALIZACIÓN
DE LLAMA
MODELOS y
SIMULACIÓN CFD

7. • Sondas de deposición ¿para qué sirven?
– Estudios de ensuciamiento en caldera
– Toma de muestras representativas
– Simulación distintas condiciones de tubos de caldera
– Predicción del comportamiento de distintas biomasas
7
“Las sondas de deposición permiten monitorizar in-situ el proceso de
deposición, así como analizar posteriormente los depósitos (SEM, ICP, etc.).”

8. 8
• Sondas de deposición ¿cómo son?
Cuerpo
principal de la
sonda (tubo
carcasa)
Cabezal de
la sonda
Conductos
internos de
aire/agua para
refrigeración
Anillo de
sacrificio para
toma de muestras
de deposición
Termopar K
para medida de
temperatura de
gas

9. 9
• Sondas de deposición ¿cómo son?

10. • Sondas de deposición Tipo de resultados
10
Muestra cocombustión carbón-chopo. Bartolomé, C. 2014
Mg Al Si P K Ca Ti Cr Fe
0
10
20
30
40
50
60
70
80 1
2
3
4
5
6
7
Cualitativos Cuantitativos
Proyecto BIO3, PNID 2012.
Proyectos relacionados: FORESTALIA, MHLPelet, BIO3, On3Bioterm, Biocard, SICOPIE, Cenit CO2, SIMEXSCALE

11. • Cámaras / técnicas ópticas ¿para qué sirven?
– Visualización directa de la bola de fuego por el operador
– Correlación con variables críticas, alarmas y malfunciones
– Relación parámetros de llama con eficiencia de la combustión y emisiones
– Mayor información de la combustión, en todos sus modos de operación
11
“Las técnicas de visualización de llama permiten caracterizar y
monitorizar el estado de la combustión mediante instrumentación no
intrusiva.”

12. • Cámaras / técnicas ópticas ¿cómo son?
12
PARÁMETROS RELACIONADOS CON LA
INTENSIDAD LUMÍNICA
• Parámetros estadísticos:
Promedio
Desviación estándar
Asimetría
Curtosis
Flicker
• Contornos
• Zona de máxima intensidad
• Centro de masas de máxima intensidad
CORRELACIONES
• Zona de máxima temperatura de llama
• Ratio aire/combustible
• Tipo de combustible
• Reglaje de quemadores
• Emisiones CO, O2, NOXImagen original
Imagen escala de
grises
Imagen segmentada

13. 13
Cámaras / técnicas ópticas Proyectos y objetivos
– COMBUSTIBLES SÓLIDOS / COCOMBUSTIÓN (Proyectos “Retos” SIMEXSCALE y SICOPIE)
→ Relación entre los parámetros estadísticos de llama y el número de swirl
→ Identificación de estadísticos de llama relacionados con la calidad de la combustión y las emisiones
→ Identificación de efectos de la introducción de biomasa sobre la llama
– HORNOS INDUSTRIALES (“Retos” VERALLIA, SPIRE Dow Chemical Ibérica)
→ Detección de la formación de humo en el horno como indicador de una mala calidad de la
combustión en quemadores de difusión
→ Diagnóstico de la combustión para una mejor regulación de la relación aire-combustible en
quemadores de difusión y premezcla
→ Diagnóstico de la combustión de gas natural y mezclas CH4/H2 para un mejor control de las
emisiones de NOx

14. • Simulaciones CFD ¿para qué sirven?
– Soporte para el diseño de equipo industrial durante las distintas fases
de su desarrollo
– Información detallada de puntos críticos en equipos de combustión
– Predicción del comportamiento de caldera en nuevos modos de
operación
14
“Las simulaciones CFD permiten evaluar de modo sencillo, fiable y preciso
múltiples opciones de diseño y operación.”

15. • Simulaciones CFD ¿cómo son?
15
Realidad. Fenómenos físicos y termoquímicos
Simulación. Sub-modelos
matemáticos + resolución numérica
Validación

16. • Simulaciones CFD Proyecto Retos-Colaboración “HBE” con empresa L.Solé
16
1. Modelo empírico lecho 2. Integración con simulación 3D del horno

17. • Simulaciones CFD Otros ejemplos
17
Simulación de varios diseño y condiciones
de operación en caldera de parrilla fija:
• Eliminación del “down-flow” del secundario
• Eliminación de zonas “muertas”
• Mayor rendimiento: menor CO a salida,
utilizando menos exceso de aire
Tesis doctoral, A.Rezeau, 2014

18. • Simulaciones CFD Otros ejemplos
18
Expansión BFB en oxicombustión Co-combustión en central térmicaDiagnostico combustión hornos de craqueo
Estudios previos: Central Teruel PC, Central Alcudia PC, Escucha PC, Puertollano IGCC, Escatrón PFBC, Gardanne
PC, Dürnrohr PC, Alholmens Kraft CFB, Termiska Processes

19. 19
FUTURO

20. 20
Herramienta PREDICTIVA de caldera SIMULACIÓN CFD
MODELOS DE ORDEN REDUCIDO
VISUALIZACIÓN
DE LLAMA
Medición instantánea de
humedad, etc.
T, p, O2, CO, NOX, etc.SONDAS DE
DEPOSICIÓN
INSTRUMENTACION
COMERCIAL
PARÁMETROS DE
MANTENIMIENTO
CONTROL
DE CALDERA

21. 21