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Objetivos Científico-Tecnológicos-Líneas de Investigación.

El desarrollo, la demostración y la comercialización de las tecnologías limpias de conversión de combustibles fósiles y biomasa se han iniciado en la pasada década en el mundo y continuarán durante mucho tiempo. Existe en Madrid una comunidad muy cualificada de investigadores en procesos de combustión y gasificación que, aunque pequeña en tamaño, es reconocida internacionalmente, tanto en aspectos teóricos como computacionales y experimentales. Ya existen intercambios de información y colaboración entre los grupos de esta comunidad. La integración de estos grupos en un Programa de Actividades dirigido al estudio de la combustión y gasificación de combustibles fósiles y biomasa permitiría dar cohesión y vertebrar los esfuerzos individuales, integrándolos en una red regional muy cualificada. Esta red regional sería una aportación muy importante en una estrategia futura de la CAM, tanto en tecnologías del hidrógeno como de separación y secuestro de CO2.

La comprensión de los mecanismos y procesos de pirólisis/devolatilización, gasificación y oxidación homogénea y heterogénea de combustibles fósiles y biomasa es fundamental para la operación eficiente de tecnologías existentes y para el desarrollo y demostración de otras nuevas. Este es un campo de desarrollo muy activo en el mundo al que este Programa puede realizar contribuciones importantes.

La modelación de los procesos termoquímicos y fluidodinámicos con vistas a su integración en códigos numéricos para la simulación de la gasificación y la combustión es esencial en el diseño y operación de plantas de generación. Los grupos proponentes investigan activamente en fenómenos de combustión, y el programa de actividades propuesto puede generar datos y métodos de utilidad para el avance en el desarrollo de tecnologías limpias de combustión.

Este programa de actividades girará en torno a los siguientes objetivos específicos:

  1. Estudiar los procesos básicos de devolatilización, gasificación y oxidación heterogénea de carbón, para introducir mejoras en los modelos de cinética química, combustión y radiación.
  2. Evaluar los modelos existentes de los procesos físico-químicos de gasificación y combustión de carbón/biomasa. Proponer nuevos modelos aplicables en condiciones representativas de las plantas de combustión de carbón/biomasa pulverizado, gasificación IGCC y lechos fluidizados.
  3. Realizar ensayos a escala de laboratorio para estudiar las características de ignición, extinción y estabilidad de llamas premezcladas y no premezcladas de mezclas CO/H2/CH4/CO2/H2O en atmósferas del tipo O2/N2/CO2/H2O que simulen gases combustibles de interés industrial (gas natural, gas de agua, biogás).
  4. Para las mezclas reactivas del objetivo anterior, realizar la simulación numérica de flujos de interés en combustores, incluyendo chorros con giro, chorros pulsantes, ignición por chorro y por deposición de energía, llamas triples, anclaje de llamas y flashback.
  5. Estudiar la combustión convencional de carbón pulverizado con aire y la alternativa usando aire enriquecido en oxígeno. La segunda estrategia pretende conseguir gases de combustión con mayor concentración de CO2, lo que simplificaría y abarataría la separación del mismo. Se hará hincapié en la validación de códigos numéricos. Contaremos con resultados de ensayos realizados por el grupo de Zaragoza (participante como socio externo) en un combustor semi-industrial de 0,5 MW térmicos.
  6. Desarrollar y validar modelos de turbulencia y termoquímicos (formación de volátiles, cinética química simplificada, oxidación del char, radiación, combustión,…) que permitan mejorar las capacidades predictivas de los códigos de simulación del flujo y la gasificación y combustión de carbón y biomasa.
  7. Simular con los modelos anteriores gasificadores comerciales del tipo utilizado en plantas de IGCC.
  8. Estudiar la combustión del gas de agua en configuraciones de laboratorio (laminares y turbulentas) mediante el uso de modelos termoquímicos y de interacción turbulencia-química que permitan predecir la estabilidad de la llama como función de la composición del gas y las condiciones del flujo.
  9. Simulación numérica directa de flujos con partículas, con el fin de aclarar los mecanismos físicos (inestabilidades de meso-escala) y las leyes de escala que gobiernan flujos gas-sólido de alta fracción volumétrica y altos números de Reynolds relativos.

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