Combustão Eficiente Biomassa Zetec

8/16/2019 Combustão Eficiente Biomassa Zetec

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Variação do PCI com a umidade

UMIDADE % PCI -kcal⁄kg 0 4.75610 4.22120 3.68730 3.15340 2.61950 2.08560 1.55170 1.01680 482

Nota: Estes valores podem sofrer variações em função do tipo e composição da madeira.

Temperatura da combustão em função da umidade

Umidade % Temperatura de chama ºC0 1.62010 1.58020 1.54030 1.49040 1.42050 1.32060 1.19070 990

Cinzas

A cinza inerente à madeira apresenta teores abaixo de 1%, exceto nas cascas onde a areia se agrega dcrescimento da árvore.O teor de cinzas depende, do sistema de operação florestal, transporte, tipo de solo e da região e do preparo no local de consumo.As cinzas em geral são ricas em cálcio (CaO). As temperaturas de fusão das cinzas da maderelativamente altas, de 1.300 a 1.500 ºC.O inconveniente das cinzas é seu acúmulo excessivo sob as grelhas podendo causar entupimentomesmo sua fusão por falta de resfriamento e acúmulo no banco de tubos das caldeiras, além de compde emissões de material particulado nos gases efluentes.


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Os gases e vapores formados durante a pirólise também caminham em sentido contrário ao fluxo de forma semelhante aos vapores de água de secagem, também retardando o aquecimento da partículdisso, a reação de pirólise é endotérmica, ou seja, é necessário fornecer energia para que ela ocorrcontribui para o retardo do aquecimento da partícula. Desta forma, na parte seca, toda a regiãtemperatura acima de 200 C fica submetido à pirólise, não existindo uma frente equivalente à de s para a pirólise.Dependendo da dimensão da partícula, da umidade e da velocidade de aquecimento, as etapas de se pirólise podem se sobrepor ou não.Os produtos da pirólise normalmente impedem a entrada de gases reagentes com o oxigênio no int partícula. Desta forma a combustão do resíduo carbonoso resultante da pirólise da partícula someinicio após completada a etapa de pirólise. Os produtos da pirólise, por serem combustíveis queimamexterno da partícula, auxiliando no seu aquecimento.

sólido sólido sólidoúmido seco pirolisando

Fig. 1 – Representação de uma partícula de sólido durante asfases de aquecimento, secagem e pirólise.

Combustão do resíduo de carbono

A partir do fim da pirólise o oxigênio e outros gases reagentes, como o vapor d’água e o dióxido de carbono, podem penetrar no interior do resíduo de carbono e reagir com os componentes sólidos. O mec predominante nesta etapa, diferentemente das etapas de aquecimento, secagem e pirólise é de difugases reagentes na camada limite de gases em torno da partícula e dela ao seu interior, como visto na

Dependendo do teor e das propriedades da cinza do combustível sólido pode-se imaginar dois modcombustão de resíduos de carbono de sólidos:

a) núcleo exposto e b) núcleo não reagido

No modelo núcleo não reagido, a cinza representa uma resistência adicional à combustão do cverificado em combustíveis com alto teor de cinzas como os carvões minerais, isso impede a completa do resíduo de carbono ou do carbono fixo. No modelo de núcleo exposto quase não se observa a formação de uma camada de cinza sobre a pdevido ao baixo teor de cinza na composição do combustível. Sendo assim, as biomassas em geral porepresentadas por este modelo.


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Conhecendo-se a composição do combustível e o CO2 máximo gerado para uma combustão completa (sexcesso de ar), podemos então construir um gráfico que relaciona o excesso de ar com o teor de C2 ou oO2 nos produtos da combustão.

Fig. 4 - Formação típica de gases na combustão

Ar estequimétrico, falta de ar, ar em excesso

Chamamos de ar estequiométrico a quantidade necessária de ar (no caso o oxigênio do ar) para oxelementos constituintes de um combustível. Este ar é também chamado de ar teórico é calculado se peso molar dos combustíveis, das quantidades em massa de seus componentes químicos. Para umade carbono puro com oxigênio, se dá a seguinte reação:

C + O2 > C O2 , onde o valor do CO2 neste caso é de 21%

Para queima de madeira, usando o ar teórico o C O2 é de 20,1%, para óleos combustíveis 15,8% e para natural 12,1%. No gráfico acima, a primeira linha perpendicular da esquerda representa então o ar teórico, do lado edo gráfico (falta de ar) é a região de combustão sub estequiométrica, isto é, com falta de ar e à excesso de ar.

O teor de CO2 é o mais alto quando o excesso de ar é igual a zero e a medida que o excesso de aumentando o CO2 vai diluindo, aumentando o teor de oxigênio na combustão, isto é, oxigênio que nãodurante a queima. Interessante notar que geralmente na região de ar estequiométrico (esquerda), formação de CO. CO é um produto de combustão inadequada.A região de ótima eficiência de queima é alcançada quando temos um baixo excesso de ar (CO2 alto), O2 baixo e uma região de baixa emissão de CO o que significa queima completa do combustível.


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6. Condições para combustão completa

A combustão completa é obtida quando os elementos químicos componentes do combustível são ocompletamente para o seu mais baixo potencial químico, portanto, C, H, S sejam oxidados respectiv para CO2, H2O e SO2.

Para que haja combustão é necessário reunir algumas condições especiais, a saber:- contato físico entre combustível e oxidante, ou seja, uma boa mistura entre o combustível ecombustão. (TURBULÊNCIA)

- tempo de permanência dos reagentes nesta temperatura (TEMPO)- temperatura suficiente para correr a reação (TEMPERATURA)

Sempre se atribui a uma boa combustão a condição de se ter os 3T, Turbulência, Tempo e Temperatu

A turbulência se refere a uma íntima combinação do oxigênio com o combustível, e a turbulência pesta condição. Nos combustíveis líquidos e gasosos, esta situação é facilmente alcançada pela atom Nos combustíveis sólidos em estado de pó ou muito subdividos, tal como o carvão pulverizado, secasca de arroz, etc., também pode-se atingir tal turbulência. Nota-se que o excesso de ar requerid

combustão é decorrência desta condição.O tempo se refere à duração desta combustão, ou seja, o tempo de permanência ou residência na fornUma partícula de combustível atingirá a total combustão se permanecer tempo suficiente em contatoxigênio, o que lhe permitirá completar a combustão, isto é, que todos os seus elementos comb(carbono, hidrogênio, enxofre, etc.) se transformem em gases de combustão.

A temperatura tem aqui o significado que se pode considerar bem amplo, pois a uma baixa tempercombustão não ocorre e a uma temperatura muito elevada poderemos ter a fusão das cinzas. A tempemais importante na transmissão de calor, constituindo-se em parâmetro de relevante papdimensionamento da câmara de combustão e da zona de convecção da caldeira

A título de ilustração, no quadro abaixo está relacionado alguns combustíveis e suas temperaturas deque é a temperatura em que mais calor é gerado na reação do que é perdido no meio ambiente ecombustão se auto-sustenta. Abaixo desta temperatura a combustão não se realiza.

Ponto de inflamação de alguns combustíveis

Combustível Ponto de inflamação em ºCQuerosene 255-295Madeira seca 300Acetileno 485

leo 565Hidrogênio 610Coque 700

As condições acima são necessárias para que ocorra a maioria das reações de combustão . As químicas necessitam de uma energia mínima de ativação das mesmas, e isto é obtido normalmenaumento de temperatura. Uma vez que a reação inicia-se, é necessário um certo tempo para qcompletada e daí a necessidade de um tempo de residência nesta temperatura para a ocorrência de cocompleta. O contanto físico é obviamente necessário já que os átomos do combustível juntam se mais átomos de oxigênio para ocorrer a combustão.


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10.3 Analisadores eletrônicos com sensores eletroquímicos

Estes analisadores reúnem a tecnologia de circuitos microprocessados com a tecnologia dos seletroquímicos. Possuem sensores específicos para determinar o gás a ser medido e uma e uma bosucção interna. Assim que os gases passam sobre os sensores, a leitura é feita diretamente e em tempdisplay.A sonda estando inserida no duto da chaminé, todos os parâmetros são medidos ao mesmo temcálculos da combustão também, vão sendo executados, como % de excesso de ar, eficiência de queimoutros parâmetros.

Analisador portátil de gases de combustão, ideal para

verificações periódicas de O2 – CO – CO2 calc – NO.

Analisador transportável de gases de combustão,ideal para longas amostragens, uso industrial.Possui bomba possante, condensadores eresfriadores, trabalha com sonda aquecida.O2 – CO – CO2 calc – SO2 – NO – NO2 – H2S – HC – pode combinar sensores NDIR para CO2 eCO.


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14. Bibliografia

Geradores de Vapor, Hildo PeraManual da Engenharia Açucareira, E. HugotConservação de Energia na Indústria de Papel e Celulose, publicações do IPTConservação de Energia na Indústria do Açúcar e Álcool, publicações do IPTSecagem Industrial, A. CostaBiomass Energy and Environmental, C.CrossGeração de Vapor, Evandro DantasApostilas do Curso de Operação de Caldeiras, Wagner Branco, IBS

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