Alternativas para mejorar la combustión en el sector sucroenergético

A diferencia de otros sectores azucareros del mundo, la agroindustria colombiana se caracteriza porque opera durante todo el año y, por lo tanto, se enfrenta a diferentes calidades de caña de azúcar y bagazo.

A diferencia de otros sectores azucareros del mundo, la agroindustria colombiana se caracteriza porque opera durante todo el año y, por lo tanto, se enfrenta a diferentes calidades de caña de azúcar y bagazo.

Esta condición exige que los sistemas de combustión de los procesos fabriles sean lo suficientemente flexibles y robustos para garantizar la estabilidad y confiabilidad en la producción de azúcar, etanol y energía eléctrica.

Puesto que aún no está descrita ni se entiende completamente la interacción entre los fenómenos de termofluidos y las reacciones químicas en un sistema de combustión, Cenicaña ha utilizado la simulación computacional para proponer soluciones en este proceso y optimizar su desempeño.

En la investigación, con énfasis en las calderas de las fábricas del sector, se identificó que las pérdidas de energía relacionadas con la combustión pueden llegar a ser hasta 40% del total de las pérdidas en la caldera.

Con este diagnóstico, Cenicaña empezó a trabajar en la posibilidad de disminuir el contenido de O₂ en los gases y reducir la temperatura a la salida de la caldera. Estos dos puntos son inherentes al proceso y manipulables por medio de la cantidad y distribución del aire empleado.

La evaluación

Computacionalmente se evaluó en una caldera con bagazo el proceso de combustión en dos escenarios, en los cuales se modificó la distribución de los aires forzado, sobre fuego y neumático (Figura 1). La distribución evaluada fue:

• Escenario A: 75% aire forzado, 25% aire sobre fuego y 5% aire neumático (condición típica actual).
• Escenario B: 35% aire forzado, 60% aire sobre fuego y 5% aire neumático (propuesta).

Resultados y conclusiones

• Escenario A: la combustión ocurre en niveles altos del hogar de la caldera y posiblemente afecta los sobrecalentadores e incluso el banco principal por sobrecalentamiento prolongado de los tubos. Esta condición favorecería fallas por creep e ineficiencia. El efecto no se evidencia en el escenario B, de manejo de aire con mayor proporción en los sobre fuego, puesto que la combustión se da en zonas bajas del hogar de la caldera (Figura 2).
• Escenario B: se logró mayor aproximación a las condiciones de combustión completa del bagazo, evidenciada por menor oxígeno residual (5.69%) y mayor contenido de CO2 (17%) en los gases que salen del hogar, con respecto al escenario a: oxígeno residual (8.22%) y CO2 (16.28%). (Cuadro 1).

Se destaca, entonces, la importancia de la interacción turbulencia–tiempo– temperatura en el desempeño del proceso (Figura 3, escenario B), debido a que esta condición, con el manejo de la proporción de los aires, reduce los inquemados de combustible y el calor en gases y, por lo tanto, las pérdidas en la caldera.

Lo anterior se infiere por la composición de gases obtenida, puesto que menores contenidos de oxígeno residual y mayor formación de dióxido de carbono son indicadores de mejora en la combustión, gracias a una mayor liberación de energía del carbono presente en el combustible.