Análisis exhaustivo: Conozca los parámetros que provocan la coquización del pellet fuel

En cuanto a la ciencia de la combustión de biomasa, nada es más complicado que los parámetros de fusión de cenizas (coquización). Cuando las características de coquización son buenas, la ceniza sigue siendo ceniza, y el único desafío es que la ceniza no se elimina en exceso del sistema de combustión por acumulación. Por el contrario, cuando las propiedades de fusión de cenizas no son favorables, ocurre algo extraño: la ceniza se aglutina y es necesario romperla o incluso cincelarla del cenicero. Más tarde, puede formar un ladrillo que parece un trozo de vidrio fundido o incluso un panal. Cuando se acumula en un quemador industrial, este estado de la ceniza se denomina coquización o escoriación. Como quiera que lo llames, sea cual sea su aspecto, es algo relativamente sencillo de entender, porque es solo una función del punto de fusión.

Primero, determinemos que la ceniza “limpia” (libre de suciedad, roca, carbono no quemado, etc.) es principalmente una combinación de óxidos inorgánicos. Cuando se quema biomasa, la materia orgánica (básicamente todo el carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno) se libera, mientras que los minerales inorgánicos permanecen en forma oxidada, que consideramos ceniza. Mediante la detección, la ceniza de biomasa se compone principalmente de calcio, dióxido de silicio, aluminio, magnesio, potasio, manganeso, sodio, hierro, fósforo y otras formas de óxidos minerales. Cada uno de estos minerales oxidados existe como un sólido y, como cualquier otro sólido, tiene un punto de fusión. El rango de puntos de fusión de los diversos óxidos minerales presentes puede variar ampliamente, ocurriendo el punto de fusión total de la ceniza a altas temperaturas en función de todos los componentes minerales y las interacciones químicas. Como resultado, la ceniza generalmente se funde dentro de un cierto rango de temperatura, no a una temperatura específica. El rango puede ir desde unos pocos grados hasta 50 o incluso 100 grados Celsius. Esta es la razón por la que, cuando ves los resultados de la prueba de fusión de cenizas, se informan como un rango de temperatura (por ejemplo, temperatura de deformación = 1310 °C, temperatura de hemisferio = 1330 °C, temperatura de fluidez = 1350 °C). En este caso, la ceniza se funde a 40 grados Celsius.

La temperatura de deformación (DT) se considera un parámetro clave en las pruebas de fusión de cenizas, ya que es la temperatura a la que la ceniza comienza a fundirse y volverse “pegajosa”. La ceniza pegajosa se acumulará en casi todas las superficies del sistema de combustión, lo que provoca un efecto aislante, resultando en un aumento de la temperatura de todo el sistema de combustión. Las temperaturas más altas conducen a más fusión. Este proceso continúa hasta que la ceniza se vuelve fluida y esencialmente se convierte en escoria. Curiosamente, las propiedades de la escoria pueden decirte algo. Si la ceniza es grumosa, aún se puede romper a mano. Si encuentras vidrio real, la ceniza se ha derretido por completo. Un trozo de coquización suele estar en algún punto intermedio. La clave para prevenir la fusión de cenizas (coquización) es mantener la temperatura del sistema de combustión por debajo de la DT de la ceniza. Dado que la mayoría de los sistemas de combustión de biomasa operan a 1200 grados Celsius o menos, el combustible generalmente se evalúa verificando que la DT esté por encima de esta temperatura. Afortunadamente, para la madera “limpia” (sin corteza, arena, suciedad u otros desechos), la coquización no suele ser un problema. La fusión de cenizas y biomasa leñosa casi siempre está asociada con alguna forma de materia prima. No se puede decir lo mismo de otras formas de biomasa (cáscaras de nueces, pastos agrícolas, cultivos energéticos, etc.). Estos materiales suelen tener un alto contenido de cenizas, lo que aumenta las posibilidades de una DT baja. Es decir, un alto contenido de cenizas por sí solo no es un buen predictor de problemas de fusión de cenizas (coquización) con una forma particular de biomasa. La naturaleza de la composición mineral de la ceniza es el factor contribuyente. Por ejemplo, si el contenido de calcio de la ceniza es alto, la temperatura de fusión de la ceniza suele ser alta. Es más probable que ocurran problemas de fusión de cenizas si los niveles de sílice son altos, pero no siempre. Lo interesante de la sílice es que si estuviera en forma de sílice, la temperatura de fusión real sería muy alta (1710 grados Celsius). Sin embargo, al igual que el carbono, la sílice tiene cuatro electrones activos que pueden unirse con otros minerales, dando como resultado a menudo silicatos complejos con bajos puntos de fusión. Por esta razón, cuando vemos problemas de coquización, el 90 por ciento están relacionados con la sílice. Hay otros minerales que pueden ser problemáticos cuando las temperaturas aumentan.

Hay muchos otros factores que pueden complicar la coquización. Los sistemas de combustión pueden ser ricos en oxígeno o pobres en oxígeno, variando las condiciones del punto de fusión. La biomasa puede estar contaminada con materiales no evidentes, como fertilizantes y sal, a menudo debido al uso de un sistema de transporte sucio. Los contaminantes generalmente varían de forma intermitente, por lo que analizar el siguiente lote de combustible no necesariamente te ayudará a descubrir qué está causando los problemas de coquización asociados con el lote anterior. En resumen, si entiendes los principios anteriores, deberías tener una mejor oportunidad de determinar cómo abordar el problema de la coquización de partículas.