Contributions to the development of electrostatic precipitators for flue gas treatment from biomass combustion

Abstract

Este proyecto de tesis se enmarca en algunas de las actividades investigadoras llevadas a cabo por el Grupo de Tecnología Energética-GTE de la Universidad de Vigo, centrado en sistemas domésticos de combustión de biomasa. Los problemas de contaminación y salud humana asociados a la emisión de partículas en la combustión de biomasa generan la necesidad de retención de las mismas, no solo a nivel industrial, sino también a nivel doméstico. En este contexto, el coste final del producto es un factor limitante, así como la comodidad para el usuario a la hora de llevar a cabo el mantenimiento del dispositivo. Además, se busca, conjuntamente con las dos restricciones anteriores, minimizar todo lo posible la emisión de partículas. En vista de las limitaciones de algunos dispositivos existentes actualmente en el mercado para adaptarlos a pequeña escala, se analizará la tecnología del filtro electrostático para reducir las emisiones de materia particulada generadas por equipos de biomasa de baja potencia. En el grupo de investigación se cuenta con instalaciones de combustión de biomasa de pequeña escala, como calderas de baja potencia y quemadores, y un prototipo de filtro electrostático, con el que se comenzará el trabajo investigador. Además, se cuenta con diferentes sistemas de medida de las emisiones, tanto analizadores de gases como dispositivos de caracterización de las partículas emitidas. Con todo, se estudiará de forma experimental la evolución temporal de la eficiencia del equipo y cómo esta disminuye con ciertos factores inherentes al funcionamiento como pueden ser el ensuciamiento de los electrodos, los arranques y paradas en la instalación o la inestabilidad en la temperatura de los gases y en el suministro eléctrico. Además, se tratará de controlar los parámetros más influyentes en el funcionamiento para analizar las posibles mejoras del sistema. Se espera que los resultados contribuyan al desarrollo y mejora del prototipo de filtro electrostático existente y al diseño de un futuro modelo comercial que cumpla con las limitaciones anteriormente expuestas.

Este proxecto de tese enmárcase nalgunhas das actividades investigadoras levadas a cabo polo Grupo de Tecnoloxía Enerxética-GTE da Universidade de Vigo, centrado en sistemas domésticos de combustión de biomasa. Os problemas de contaminación e saúde humana asociados á emisión de partículas na combustión de biomasa xeran a necesidade de retención das mesmas, non só a nivel industrial, senón tamén a nivel doméstico. Neste contexto, o coste final do produto é un factor limitador, así como a comodidade para o usuario á hora de levar a cabo o mantemento do dispositivo. Ademais, conxuntamente coas dúas restricións anteriores, búscase minimizar todo o posible a emisión de partículas. En vista das limitacións dalgúns dos dispositivos existentes actualmente no mercado para adaptalos a pequena escala, analizarase a tecnoloxía do filtro electrostático para reducir as emisións de materia partículada xeradas polos equipos de biomasa de baixa potencia. No grupo de investigación cóntase con instalacións de combustión de biomasa de pequena escala, como caldeiras de baixa potencia e queimadores, e un prototipo de filtro electrostático, co que se comezará o traballo investigador. Ademais, cóntase con diferentes sistemas de medida das emisións, tanto analizadores de gases coma dispositivos de caracterización das partículas emitidas. Con todo, estudiarase de maneira experimental a evolución temporal da eficiencia do equipo e como esta diminúe con certos factores inherentes ó funcionamento como poden ser a acumulación de materia nos eléctrodos, os arranques e paradas na instalación ou a inestabilidade da temperatura dos gases e do subministro eléctrico. Ademais, tentaranse controlar os parámetros máis influentes no funcionamento para analizar as posibles melloras do sistema. Espérase que os resultados contribúan ó desenvolvemento e mellora do prototipo de filtro electrostático existente e ó deseño dun futuro modelo comercial que cumpra coas limitacións expostas anteriormente.

This project thesis belongs to some research activities which are carried out by the Energetic Technology Group-GTE from the University of Vigo, whose main focus is on domestic systems for biomass combustion. The problems related to pollution and human health linked to the particle matter emissions from biomass combustion trigger the need to remove them from the flue gas, not only in industrial facilities, but also in small scale devices. In this regard, the investment required to acquire such a product is a constraining factor, as it is the ease for maintenance of the system. In addition to these two conditions, the highest collection efficiency possible is desirable. Considering that some of the current technology that is available in the market faces obstacles to be adapted to smaller scale, the electrostatic filter will be analysed to reduce the particle matter emissions produced by small scale biomass combustion systems. The research group previously mentioned has some facilities available, such as a small scale pellet boiler and some biomass burners, and a prototype of an electrostatic filter, which is the beginning of the research project. Furthermore, there are different devices to measure emissions, such as gaseous emission analysers and particle matter characterisers. All in all, the methodology is an experimentally analysis of the retention efficiency over operating time of the system and how it is reduced by different parameters intrinsic to the working conditions, for example, the deposition of particle matter on the electrodes, the starts and stops of the system, and the instability of the gas temperature and the electricity supply. Moreover, the key parameters of the proper working conditions will be studied in order to make a review of the possible improvements of the system. The results of this thesis are expected to contribute to both the development and improvement of the current electrostatic filter prototype, and the design of a future commercial product that fulfils the earlier constraints.