Analysis of the flammability properties of solid fuels

Fernández Áñez, María de las Nieves (2016). Analysis of the flammability properties of solid fuels. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.44414.

Description

Title: Analysis of the flammability properties of solid fuels
Author/s:
  • Fernández Áñez, María de las Nieves
Contributor/s:
  • García Torrent, Javier
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2016
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM)
Department: Energía y Combustibles
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Actualmente, más del 80% de la energía utilizada en el mundo procede de la combustión de combustibles fósiles, siendo el carbón el combustible más empleado y su almacenamiento una práctica común. Debido a ello, se han estudiado ampliamente los riesgos asociados a este material, así como sus efectos medioambientales y sobre la salud humana o el riesgo de autoignición y combustión espontánea. Actualmente, como consecuencia de estos riesgos y del agotamiento de las reservas de carbón, se están considerando diversos combustibles alternativos y respetuosos con el medio ambiente para reemplazar al carbón parcial o totalmente, como la biomasa o los residuos. Estos sólidos combustibles están caracterizados por unas propiedades de inflamación que deben ser cuidadosamente determinadas en cada caso particular debido a su heterogeneidad, pero cuyos valores medios muestran un elevado riesgo de ignición. El objetivo principal de esta tesis es la determinación de las condiciones de seguridad contra el riesgo de atmósferas explosivas en las industrias relacionadas con el procesamiento de biomasas. Con este objetivo se ha estudiado una gran variedad de biomasas, incluyendo así mismo materiales como lodos de depuradora secados térmicamente. Se han caracterizado tres grupos de muestras. En primer lugar, un grupo de combustibles sólidos que incluye tanto biomasas como combustibles fósiles, focalizando en las diferencias existentes entre estos grupos así como dentro de los propios grupos. Un segundo grupo que incluye veinte lodos de depuradora secados térmicamente, en el cual se puede observar la variación que provoca la heterogeneidad de este tipo de residuos. Finalmente, se ha estudiado un grupo compuesto por mezclas de carbón, lodos secados térmicamente y pellets de madera torrefactados, debido a su creciente importancia en las técnicas de cocombustión. Se han estudiado distintos parámetros, incluyendo sensibilidad a la ignición, severidad de la explosión, susceptibilidad térmica y auto-ignición. A través del estudio estadístico de estos parámetros, se han determinado las relaciones existentes entre ellos y la influencia de algunos parámetros comunes, como el tamaño de grano o el contenido en volátiles, en el riesgo de ignición de sólidos combustibles. Los resultados de esta tesis demuestran que la caracterización de los materiales pulverulentos es indispensable para tener instalaciones seguras y para disminuir los riesgos tanto humanos como económicos. ABSTRACT Currently, over 80% of the energy source used in the world comes from the combustion of fossil fuels. Coal is the fossil fuel most used to produce energy, and its storage is a common practice. The associated hazards, its harmful effects to the environment and human health and its self-ignition and spontaneous combustion risks are commonly studied. Due to environmental concerns and depleting reserves of coal, alternative, environmentally friendly fuels such as biomass and waste products are being considered for partial or full coal replacement. The flammability properties that characterize all these solid fuels have to be carefully determined in each single case due to their heterogeneity, but mean values show that they present a high ignition risk. This thesis aims to determine the safety conditions against explosive atmospheres risks in the facilities related with the biomasses processing. To achieve this goal, a range of biomasses has been studied, including a group of thermally dried sewage sludge. Three groups of samples have been characterize. First of all a group of solid fuels including different biomasses and fossil fuels, focusing on the differences existing between these groups and also inside the groups. A second group that includes twenty different thermally dried sewage sludge samples, were the variation that provides the heterogeneity of this kind of waste biomasses can be observed. And finally, a group composed by mixtures of coal, thermally dried sewage sludge and torrefied wood pellets, due to their rising importance on co-firing techniques. Several parameters have been determined, including ignition sensitivity, explosion severity, thermal susceptibility and self-ignition. Through the statistical study of these parameters, different relations have been observed in order to determine the influence of common parameters as particle size or volatiles content on the flammability of solid fuels. Results of this research show that characterizing dust materials is essential for having safe facilities and for decreasing the risks both human and economical.

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Item ID: 44414
DC Identifier: http://oa.upm.es/44414/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:44414
DOI: 10.20868/UPM.thesis.44414
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 13 Jan 2017 08:34
Last Modified: 12 Jul 2017 22:30
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