Investigación experimental de las zonas de estabilidad para la combustión de amoniaco en un quemador de medio poroso inerte

Abstract

En el año 2040, las centrales térmicas a carbón deben ser retiradas o reconvertidas en Chile. Por ello, la industria y la comunidad científica está desarrollando tecnologías que permitan mantener un suministro confiable de energía eléctrica y resiliente frente a la intermitencia de las energías renovables. El presente trabajo se enmarca en el proyecto FONDEF-IDeA ID23I10331: “Prototipo de quemador dual de amoniaco- hidrógeno verde para la descarbonización del sector de generación eléctrica” y aporta al desarrollo de tecnología para el reemplazo del carbón en la generación eléctrica. Este trabajo se centró en el estudio experimental del proceso de combustión de amoníaco en dos quemadores de medio poroso inerte, uno de cuarzo y otro de acero. Las pruebas realizadas tuvieron como objetivo determinar las zonas estables de operación y los niveles de emisión de CO, NOx y NH3. La estabilidad de la combustión se midió en base al comportamiento del frente de llama. Para mezclas con bajo porcentaje de NH3 (10%), se generó una zona de estabilidad limitada por flashback en relaciones de equivalencia altas. Con mayor presencia de amoníaco (50%), se redujo el rango estable y se observó desconfinamiento de llama o blow out. La zona de mayor estabilidad para operar con amoníaco se dio en 30% de NH3. La temperatura más alta se dio en el quemador de acero, con una mezcla de 3 gases con 70% de NH3 y 10% de H2, con 𝜑=0,9 en donde se alcanzó más de 1600 C con una potencia de 2 kW(...). In 2040, all the thermoelectric plants working with coal will be retired or reconverted in Chile. For that reason, the industry and the scientific community are developing technologies which can sustain a reliable source of electric energy and resilient to the intermittence of the renewable energies. The present work is framed in the project FONDEF-IDeA ID23I10331: “Prototype of dual burner of ammonia-hydrogen to decarbonize the electricity generation sector” and contributes to the development of new technology to replace coal in the energy generation industry. This work is centered in the development of experimental test of combustion of ammonia in two porous media burners, one made of quartz and the other from steel. The tests have the objective of study the stable zone of operation and measure the emissions of CO, NOx y NH3. The stability of combustion was measured based on the behavior of the flame front. For low ammonia blends, the operational range was limited by flame extinction and by flashback in equivalence ratio. With more percentage of ammonia (50%) the stable zone was reduced, blow out was observed. The most stable point to operate with ammonia was 30% of the mixture. The highest temperature was in the stainless-steel burner with a blend of 3 gases with 70% of NH3, where the temperature reached 1600 ºC(...).