Calderas acuotubulares de biomasa con combustión deficiente

La biomasa ha sido el recurso energético de la humanidad hasta que se han conocido y extendido otros combustibles, como el petróleo y sus derivados, y otras formas de energía como la electricidad. Podría pensarse que lo sabemos todo sobre el proceso de combustión de la biomasa, y por ello, las grandes calderas de biomasa deberían ser el equipo industrial más maduro y exento de problemas, pero no es así.

Quemar biomasa en una caldera acuotubular industrial para producir vapor a cierta presión y temperatura es un reto tecnológico que tiene su dificultad. La variedad de biomasas existentes utilizables en un proceso de combustión supone tener diferentes granulometrías, composiciones, humedades y estados de agregación. A ello se le une un comportamiento especial de determinados componentes, como el cloro, el potasio, el sodio, y todos sus compuestos. A la hora de diseñar, operar y mantener una caldera de biomasa es necesario tener en cuenta todos estos aspectos y las peculiaridades de cada biomasa.

La variedad de composiciones, rangos de poder calorífico, humedad media y granulometría hace que las calderas se diseñen para quemar preferentemente un solo tipo de combustible. Cambiar de combustible no es tan sencillo y requiere estudiar cómo se libera el calor, cuál es la proporción de componentes volátiles frente al residuo carbonoso, cuál es la granulometría óptima de acuerdo con el diseño de la caldera, qué diseños aparecen en las cenizas, etc.

Los factores que condicionan el diseño de la caldera son los siguientes:

• Condiciones ambientales.
• Composición de la biomasa.
• Granulometría de la biomasa.
• Proporción de sustancias volátiles liberadas en las primeras etapas de la combustión.
• Humedad media en que se presentará la biomasa a la entrada de la caldera.
• Composición de las cenizas suponiendo combustión completa.
• Composición de los gases de combustión, suponiendo combustión completa.
• Punto de rocío de los gases de combustión.
• Composición química del agua de entrada a la caldera

El diseño de la caldera determinará o se verá afectado por las siguientes variables, que son consecuencia del diseño:

• Calor liberado en la parrilla o quemador.
• Temperatura máxima alcanzada en cualquier punto de la parrilla.
• Temperatura media y máxima en el hogar.
• Temperatura máxima de los gases de combustión en cualquier punto del sobrecalentador.
• Temperaturas medias de los gases de combustión a la entada del economizador aire-agua y aire-aire.
• Temperaturas de chimenea.
• Presión en el hogar.
• Caudales de aire primario y aire secundario.
• Distribución del aire primario y secundario en el interior del hogar.
• Caudal del aire proporcionado por el ventilador de tipo inducido (situado cerca de la chimenea).
• Composición de las cenizas.
• Composición de los humos de combustión.
• Presión y temperatura del agua a la entrada de la caldera.
• Presión y temperatura del vapor a la salida de la caldera.
• Presión y temperatura del agua o del vapor en los diferentes haces tubulares (economizadores, evaporador, sobrecalentadores).
• Composición química del vapor a la salida de la caldera.
• Régimen de purgas.

Si el diseño de la caldera ha tenido en cuenta los factores que condicionan el diseño (primer grupo de la lista anterior), y se ha tenido en cuenta como se ven afectadas las variables a las que afecta (segundo grupo de la lista anterior), la caldera tendrá una disponibilidad aceptable, que nunca será tan alta como las calderas que queman combustibles fósiles.  A estas calderas se les exigen disponibilidades superiores al 90%, cuando una caldera de biomasa bien diseñada, operada y mantenida es difícil que supere el 80-85%. La vida útil de una caldera de biomasa siempre será más corta, y habrá que hacer una gran reparación, con sustitución de haces tubulares, reparaciones del hogar o de la parrilla, etc., mucho antes que a una caldera de combustible fósil (ya sea de combustible sólido como el carbón, líquido como el diesel o el fueloil o gaseoso como el gas natural o el GLP). Por lo general una caldera de biomasa requiere una gran intervención en sobrecalentador, economizador, paredes de agua, calderines, parrillas, refractario del hogar o incorporación de mejoras tecnológicas antes de 15 años desde la puesta en marcha, suponiendo una caldera bien diseñada, operada y mantenida. En el caso de calderas mal diseñadas, mal operadas o mal mantenidas se requiere una gran intervención mucho antes.

El sistema de control juega además un papel fundamental. El sistema de control es el encargado de regular la dosificación de la biomasa a la entrada a la caldera, del caudal de los ventiladores de aire primario y secundario, el nivel del calderín del evaporador, la válvula de salida de la caldera, el régimen de purgas

Los principales problemas que se detectan en calderas de biomasa, agrupados por la zona en que se presentan dichos problemas, son los siguientes:

• Sistema de alimentación de combustible.
• Sistema de aire de alimentación.
• Parrillas viajeras.
• Quemadores en suspensión.
• Sistema de agua de alimentación.
• Hogar.
• Calderín del evaporador.
• Sistema de purga.
• Sistema de dosificación de productos químicos.
• Sistema de muestreo.
• Sobrecalentador.
• Economizador.
• Sistema de depuración de gases.
• Chimenea.
• Sistema de cenizas.
• Combustión.
• Sistema de control.
• Elementos estructurales.

El plan de mantenimiento o plan de inspecciones de la caldera debe tener en cuenta todos estos factores para tratar de evitar que se produzcan los fallos indicados.