Producción de pellets en Chile y tecnologías de combustión

Producción de pellets en Chile y
tecnologías de combustión
Dra. Cristina Segura
Unidad de Desarrollo Tecnológico
Universidad de Concepción
UNIDAD DE DESARROLLO TECNOLÓGICO
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Centro de I&D dependiente de la Vicerectoría de Investigación y Desarrollo de la
Universidad de Concepción.
Centro Científico y Tecnológico de Excelencia (2007) de Conicyt.
Interfaz entre la investigación académica y las necesidades del sector productivo
nacional.
Investigación aplicada y desarrollo de innovaciones tecnológicas. (Patentes)
Áreas de Trabajo
– Biomateriales
– Bioenergía
– Productos Químicos
– Medioambiente
– Gestión Tecnológica
Pellet de Madera
• Los pellet de madera es un biocombustible sólido estandarizado
producido en base a residuos de madera proveniente de la
industria forestal, principalmente.
•
Los pellet son cilindros que se
obtienen mediante un prensado de
aserrín, virutas o polvo de madera en
equipos especialmente concebidos
para este fin (prensa pelletizadora).
Los pellet deben cumplir con
características establecidas por
normas de calidad, para ser usados
como un combustible domiciliario,
comercial e industrial.
Ventajas de Pellet de Madera
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Combustible estandarizado (diámetro, largo, PCI, humedad, cenizas)
Bajo contenido de humedad (6-10%)
Propiedades superiores a la materia prima
Alta densidad energética (3,2 MWh/m3 estéreo), baja necesidades de
almacenamiento
Transporte y almacenaje fácil, limpio y seguro
Alimentación automática, comportamiento similar a un fluido
Combustible limpio y competitivo en comparación a productos fósiles (GN, GL, diésel,
parafina)
Neutro en CO2
Norma de Calidad de Pellet
Principales Normas europeas sobre pellet
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Austria:
- ÖNORM M 7135: especificaciones de los pellets y briquetas de madera con o sin corteza.
- ÖNORM M 7136: Requerimientos de calidad de la logística y transporte de los pellets de
madera.
- ÖNORM M 7137: Requerimiento de calidad del almacenamiento del consumidor final de
pellets de madera.
Suecia:
SS 18 71 20 especifica tres clases de pellets en función del tamaño y de la cantidad de
cenizas que generan.
Alemania:
DIN 51731, de pellets y briquetas y la DIN Plus que es especifica de pellets de gran calidad
para calderas que sólo trabajan con pellets.
Italia:
CTI R04/05 establece los parámetros de calidad de los pellets de biomasa con fines
energéticos. Establece 4 categorías en función del origen.
Norma Europea EN
14961-2 (2011)
(uso no industrial)
Proceso de Producción de Pellet
Recepción de material
Troza
Residuo de madera
Descortezador/Chipeador
Secado
(secador rotatorio)
Molienda
(Hammer mill)
Densificación extrusión
(prensa peletizadora)
Enfriamiento y tamizado
Embalaje
Proceso de Producción de Pellet
Combustión de Biomasa
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•
Proceso termoquímico más conocido.
Reacción química por la cual un material, combustible, a partir de una temperatura
determinada (TI), se combina con oxígeno, el comburente, para dar lugar a dos
tipos de productos: los gaseosos, denominados humos o gases de combustión y
los sólidos, las cenizas, que están formadas por componentes no combustibles y
por los inquemados.
Combustible + O2 + calor ÆH2O + CO2+ Energía térmica+ luz
C(n)H(2n+2) + (3n+1)/2O2 → (n)CO2 + (n+1)H2O
•
C, H, S y N se oxidan CO2, H2O, SO2 y NOx
Combustión de Biomasa
• Etapas de combustión de biomasa
Combustión de Biomasa
• Parámetros operacionales de la combustión
– Aire alimentado en exceso
– Buena mezcla de los gases del combustible y el aire
– Tiempo de residencia de los gases combustibles
– Flujo de los humos y su composición
– Poder calorífico del combustible
– Humedad del combustible
Tecnologías de Calefactores y Calderas
• Cocina a leña
• Estufas a Leña
Cámara simple
Doble cámara
Tecnologías de Calefactores y Calderas
• Estufas y Calderas a Pellet
Tecnologías de Calefactores y Calderas
• Estufas y Calderas a Pellet
1. Sonda lambda de banda ancha para medir con exactitud la cantidad de
oxígeno; gran vida útil gracias a la célula de medición de referencia y
regulación exacta de la temperatura de la sonda
1.
Manejo y regulación KWB Comfort 3:
3. Elevación de temperatura de reflujo integrada con caudal variable.
4. Intercambiador de calor con limpieza automática
5. Separador de polvo con efecto ciclón
6. Sistema de combustión:
7. Dispositivo cortafuegos: Esclusa de rueda celular con siete cámaras de
transporte; tornillo sinfín dosificador para alimentación de pellets controlada
8. Descarga de ceniza automática en un contenedor de ceniza
Factor de Emisiones de Estufas
• Factor de emisión estufas a leña, efecto de la humedad
Rango %H leña (base húmeda)
0-20
20-30
30-40
Mala utilización1
Rango %H leña (base húmeda)
0-20
20-30
30-40
Mala utilización1
MP10
19,2
30,9
90,1
76,0
MP10
8,3
13,5
39,3
76,0
Factor de emisión cocina a leña, g/kg leña
MP2.5
CO
NOx
COV
18,6
126,3
1,3
114,5
30,1
401,0
1,3
363,5
87,6
1139,7
1,3
1033,2
73,9
1050,5
1,4
241,2
SOx
0,2
0,2
0,2
0,2
Factor de emisión calefactor cámara doble, g/kg leña
MP2.5
CO
NOx
COV
SOx
8,1
115,4
1,4
26,5
0,2
13,1
366,4
1,4
84,1
0,2
38,2
1041,3
1,4
239,1
0,2
73,9
1050,5
1,4
241,2
0,2
1Operación inadecuada del control de aire primario de combustión
Tabla : Factor de emisión de Contaminantes del aire para las cocinas a leña y estufas de
combustión lenta de doble cámara
Fuente: Dictuc 2009
Factores de emisión de material particulado 10 pm (MP10)
Combustible
Biomasa húmeda
convencional
(Combustión lenta
cámara simple)
Pellet de biomasa
Astillas de biomasa
(combustión lenta doble
cámara)
Factor de
emisión
Superior
kg/Ton
Fuente de información
24,7
Memoria de título, Figueroa C., Centro EULA,
Universidad de Concepción, 2010.
Inferior
13,5
Memoria de título, Figueroa C., Centro EULA,
Universidad de Concepción, 2010.
Superior
4,4
Inferior
2,1
Superior
8,3
Report on revisions to 5th Edition AP-42, Section
1.10, Residential Wood Stoves, table 1.10-2, July
1996.
Report on revisions to 5th Edition AP-42, Section
1.10, Residential Wood Stoves, table 1.10-2, July
1996.
Memoria de título, Figueroa C., Centro EULA,
Universidad de Concepción, 2010.
Inferior
7,51
Control Analysis and documentation residential
wood combustion emissions in the MANE-VU"
OMNI, AGOSTO 2006.
Fuente: UDT. Informe Final Proyecto Innova 07CN13IFM-208
Comparación de Sistema Térmicos
Mercado de Pellet en UE
PRODUCCION DE PELLET EN UE (EN MILLONES DE TONELADAS METRICAS)
UE TOTAL
ALEMANIA
SUECIA
AUSTRIA
PORTUGAL
IMPORTACIÓN
2006
3.52
2007
5.782
1.1
1.36
0.7
0.8 -------
2008
6.294
1.46
1.58
0.625
-------
2009
6.669
1.6
1.58
0.695
0.4
-----
2010
2011
9.241
9.62
1.75
1.88
1.65
1.34
0.85
0.94
0.55
0.65
------------
2012
10
2
1.34
0.89
0.65
4.3
2013
2014
(Estimado) (proyectado)
10.15
10.3
2
1.35
0.95
0.65
6
7
Fuente: Biomass Magazine.
http://biomassmagazine.com/articles/9519/eu-pellet-demand-production-continues-growth
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U.K.: principal consumidor de pellet, consumo para generación eléctrica (4.5 Mton)
Dinamarca: Consumo residencial y energía térmica media escala (2,5 Mton)
Holanda: Uso generación eléctrica (2 Mton)
Bélgica: Uso generación eléctrica
Alemania, Suecia y Austria: residencial y mediana escala
Producción de Pellet en Chile
Productores nacionales (100.000 ton/año)
• Andes Biopellet (www.andesbiopellets.cl)
• Ecomas (www.ecomas.cl) (Sobre 80% mercado)
• Propellet Chile (IX Región)
• Capacidad instalada estimada de 100.000 ton/año
• Consumo aprox. 30.000 ton/año (2013)
Calidad de Pellet comercializado
• Pino radiata
• PCI 4285 kcal/kg
• Humedad 6-7%
• Cenizas < 1%
• 650 kg/m3 estéreo
• Formato de entrega
• Bolsas de 20 kg
• Maxibags 750 kg
Producción de Pellet en Chile
Evolución de mercado de pellet en Chile (Tesis Marc Helferich, 2011)
Aplicaciones de Pellet en Chile
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Estufas y calderas para calefacción
Calderas de agua caliente (2 MW)
Calderas a vapor (hasta 2 ton vapor/hr.)
Procesos Industriales (Hornos de secado
de frutas, cocción de arcillas, industria
panificadora, otros).
Producción de Pellet en Chile
Fuente: Biomasa Technology Chile
Producción de Pellet en Chile
Ahorros generados por reemplazo de combustibles fósiles
Fuente: elaboración propia
Costos de Producción Pellet
• Proyecto producción de pellet en Coyhaique (Proyecto
Innova 07CN13IFM-208
• Capacidad 15.000 ton/año (abastecer 8.000 viviendas)
• Costo Inversión 1,9 MMUS$
– Terreno
– Obras civiles
– Equipos
• Costos de producción 185 US$/ton (considerando 40 US$/ton)
• Precio venta pellet (240 US$/ton, 120$/kg)
Muchas gracias
Dra. Cristina Segura
Jefe de Área Bioenergía
Unidad de Desarrollo Tecnológico
c.segura@udt.cl