ELIGE BIEN TU CALDERA DE ASTILLA: Importancia del sistema de reducción de NOx por recirculación de humos

Reducir las emisiones de NOx, evitar paradas por sobrecalentamiento y entregar 100% de la potencia nominal incluso con astilla muy seca son algunas de las ventajas de la recirculación de humos.

En la elección de una caldera de astillas hay algunas diferencias que debes tener en cuenta y que vamos a ir estudiando en una sucesión de fichas técnicas. Hoy hablaremos de la importancia del sistema de reducción de NOx por recirculación de humos.

En nuestro país se han instalado varias calderas para la combustión de astillas que no disponen de recirculación de humos y está resultando en la emisión de óxidos de nitrógeno (NOx). Un mejor conocimiento de las tecnologías existentes dará como resultado proyectos que cumplan con las normativas actuales y las que están a punto de llegar. El sistema de reducción de NOx por recirculación de humos es estándar en todas las calderas de concepción industrial para la combustión de astillas y debe exigirse en todos aquellos proyectos que vayan a funcionar con astilla.

Para entender bien el funcionamiento de la recirculación de humos debemos entender primero la importancia de controlar la temperatura dentro de la cámara de combustión y su relación con la velocidad de gasificación de un combustible determinado. Todo ello depende de la humedad de la biomasa que se utilice.

Quemando pellet

Las calderas equipadas con cámaras de combustión metálicas bañadas por agua son ideales para quemar pellet ya que se trata de un combustible muy seco con alta temperatura de llama y gasificación lenta. Este tipo de calderas son ideales para uso doméstico, pero no en potencias de más de 100 kW ya que la temperatura en la parte central de la llama es muy elevada y hará aumentar considerablemente la emisión de NOx debido a la oxigenación del nitrógeno del aire. Esto no se evitará por mucho que se intente refrigerar la cámara con agua.

Quemando astillas con 25-35% de humedad en cámara de combustión de chapa refrigeradas por agua

Si quemamos biomasa muy húmeda, la temperatura de la llama baja considerablemente. Con una cámara de combustión metálica y refrigerada por agua tendremos una combustión pobre a temperaturas que difícilmente superaran los 600-700 ºC y como consecuencia se generaran gases combustibles que no llegaran a su temperatura de ignición. Esto se traduce en una emisión importante de CO y acumulación de inquemados en la chimenea.

Quemando astillas con 25-35% de humedad en cámara de combustión de material refractario

La única manera de combustionar perfectamente las astillas con humedades entre el 25 y 35% es “conteniendo” la energía en la cámara de combustión para que la cámara de combustión suba hasta unos 800-900ºC. Esto solo se puede conseguir con cámaras de combustión de amplias dimensiones y en material refractario y nos permite combustionar perfectamente astillas de hasta un 50% de humedad.

La explicación es sencilla, en lugar de refrigerar, como hacen las calderas de chapa con cámara bañada por agua, se debe precisamente evitar que se pierda calor para que se quemen todos los gases que se generan durante la combustión.

Quemando astillas con menos del 20% de humedad sin recirculación de humos

En nuestro país, cuando llega el verano nos encontramos a menudo con astilla por debajo del 20% de humedad. En ocasiones esta astilla ha sido astillada en seco produciendo astilla con “puntas” que resultan en una velocidad de gasificación y temperatura de llama muy alta. Aquí, claramente no habrá un problema de inquemados pero si un problema de generación de NOx y serio desgaste de todos los elementos de la cámara de combustión.

En resumen, las leyes de la termodinámica nos dictan que las cámaras de combustión de chapa refrigeradas por agua sólo son válidas para combustibles muy secos, como el pellet y para potencias de menos de 100 kW. En potencias de más de 100 kW, el efecto refrigeración de las paredes, no llega al centro de la llama, con lo que dispara el nivel de NOx.

Cuando queramos combustionar correctamente astilla necesitaremos cámaras de combustión que “contengan” la energía por medio de material refractario y sin refrigeración por agua. Sólo de esta manera conseguiremos las altas temperaturas que son necesarias para la perfecta combustión.

¿Cómo combustionar perfectamente astillas húmedas y secas con la misma caldera?

La respuesta es la recirculación de humos, tecnología ampliamente extendida entre los fabricantes de calderas de biomasa de concepción industrial.

La recirculación de humos controla la temperatura de la cámara de combustión. Si se combustiona una biomasa muy seca o con gasificación muy rápida (astilla muy pequeña o de madera poco densa) se activa el sistema de recirculación de humos reduciendo la concentración de oxígeno en el aire primario, con lo cual, reducimos el efecto “soplete” y la temperatura de llama. Con todo lo anterior, conseguimos “enfriar” la cámara de combustión al introducir nitrógeno a una temperatura inferior que el de la llama y lo conseguimos a lo largo de toda la parrilla resultando en una radical eliminación de NOx y protección de sobre temperatura de los elementos de la parrilla y cámara de combustión.

Las calderas de astillas sin recirculación de humos actúan sobre la alimentación de combustible y de aire para reducir la temperatura de la cámara de combustión. El resultado es una bajada drástica en la entrega de potencia.

Para concluir, las calderas equipadas con cámaras de combustión de material refractario y recirculación de humos pueden entregar el 100% de la potencia nominal tanto con astilla muy húmeda (recirculación no activa) como con astilla muy seca o pellets (recirculación activa). Los sistemas de recirculación más sencillos sólo actúan sobre la combustión primaria (aire primario) protegiendo la parrilla al enfriarla, reduciendo los NOx y controlando la temperatura de la cámara de combustión y, por tanto, alargando su vida útil.

Los sistemas de recirculación automáticos también actúan sobre la postcombustión (aire secundario), reduciendo aún mejor la temperatura en la parte alta de la llama y, por tanto, siendo más efectivos para reducir aún más las emisiones de NOx sin “descontrolar” el nivel de O2 residual y mejorando el rendimiento.

La mayoría de las calderas utilizan el mismo extractor de humo para la función de recirculación de humos. Otras, más sofisticadas o de mayor tamaño, disponen de un ventilador adicional que sólo es activado cuando es necesario por lo que el consumo eléctrico es prácticamente nulo y sobradamente compensado, en términos energéticos reales, por la muy alta mejora en el rendimiento. Otros beneficios directos son más bajos costes operativos, menor consumo de biomasa para producir la misma energía y mayor vida útil de la caldera.

En conclusión, debido a la climatología de nuestro país se recomienda que las calderas de astillas estén siempre equipadas con sistemas de recirculación de humos. Los sistemas automáticos son los más apropiados porque se ajustan solos en función de las características de la astilla y con ello conseguimos una reducción importante de óxidos de nitrógeno, un mejor funcionamiento y un menor coste operativo.