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

• Autores: Natalia Cid Rodríguez
• Directores de la Tesis: David Patiño Vilas (dir. tes.), Jacobo Porteiro Fresco (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidade de Vigo ( España ) en 2022
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: José A. Orosa (presid.), Araceli Regueiro Pereira (secret.), Alba Diéguez Alonso (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Eficiencia Energética y Sostenibilidad en Ingeniería y Arquitectura por la Universidad de Burgos; la Universidad de Vigo y la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea
• Materias:
  • Matemáticas
    • Estadística
      • Teoría y técnicas de muestreo
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología químicas
      • Tecnología de la combustión
    • Ingeniería y tecnología del medio ambiente
      • Control de la contaminación atmosférica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Investigo
• Resumen
  • español

    La presente tesis doctoral en modalidad de compendio de artículos recoge estudios experimentales realizado en el ámbito de la precipitación electrostática para la retención de partículas emitidas por sistemas de combustión de biomasa de baja potencia.

    El punto de partida de esta investigación es un estudio previo con un prototipo de filtro electrostático que trabaja con gases de escape de un motor diésel. A partir de aquí, se cambia la fuente emisora de partículas por un equipo de combustión de biomasa y se realizan ensayos de larga duración, concluyendo que se necesita una limpieza periódica de los electrodos del precipitador para garantizar un funcionamiento óptimo debido a la acumulación de materia sobre los mismos.

    Se diseña posteriormente una versión nueva de filtro electrostático de tamaño menor, fácilmente acoplable a sistemas de combustión de biomasa domésticos. Se realizan ensayos experimentales midiendo las emisiones de partículas en función de su tamaño y en tiempo real, lo que permite un análisis en profundidad del funcionamiento de la nueva unidad. Los datos obtenidos son también de valor para futuras comparaciones y validación de modelos.

    Finalmente, se desarrolla una nueva herramienta para medir el espesor y perfil de la capa de partículas depositada sobre el electrodo de recolección dentro del filtro electrostático. Esta capa afecta negativamente a la efectividad del precipitador, pero hay pocos estudios que la cuantifiquen experimentalmente. El sistema diseñado y validado en este trabajo permite analizar la evolución de la capa de partículas para determinar cómo influye en el comportamiento del precipitador electrostático.

    En general, los resultados de esta tesis doctoral confirman la adecuación del uso de precipitadores electrostáticos para reducir las emisiones de partículas de instalaciones de biomasa de baja potencia. La eficiencia de retención es superior al 90% para los distintos montajes evaluados en el laboratorio. Los análisis realizados del funcionamiento de los precipitadores comentados proporcionan información adicional y datos experimentales para complementar la bibliografía existente. El sistema desarrollado para medir la capa de partículas sobre el electrodo de recolección incrementa las posibilidades de los análisis de funcionamiento para futuros estudios.

    Con todo, esta tesis presenta contribuciones al desarrollo de precipitadores electrostáticos para sistemas de baja potencia con el fin de reducir las emisiones de partículas generadas por sistemas de combustión que son cada vez más preocupantes. El progreso de la investigación en este ámbito hará posible la reducción de las emisiones de partículas de la flota existente de sistemas de combustión y también ayudará en la expansión del uso de la biomasa en el sector residencial.

  • English

    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.