Características da cinza de combustão de biomassa em leito fluidizado

Abstract

A combustão é o processo mais utilizado na conversão energética da biomassa. Neste domínio, a tecnologia de leito fluidizado parece ser aquela que apresenta mais vantagens, quer do ponto de vista operacional quer ambiental. No entanto, existem alguns aspetos relacionados com esta tecnologia que necessitam ainda de ser otimizados, nomeadamente os relacionados com as características e gestão das cinzas produzidas. Neste trabalho foi realizado o estudo das características das cinzas de fundo produzidas durante a combustão de biomassa florestal num leito fluidizado à escala piloto a operar no regime borbulhante. O objetivo é contribuir para um aumento do conhecimento das características das cinzas produzidas durante a combustão de biomassa em leito fluidizado. Foram preparadas e caracterizadas amostras de estilha de eucalipto, preparadas a partir de resíduos de abate de eucalipto, e realizadas experiências de combustão com essa biomassa. As experiências de combustão foram realizadas utilizando três níveis de excesso de ar (25, 50 e 75 %). Foram caracterizadas as condições de operação do leito fluidizado, nomeadamente em termos da distribuição de temperatura e pressão ao longo da câmara de combustão, e concentração de O2, CO2 e CO nos gases de exaustão. Foi efetuada a distribuição granulométrica das cinzas de fundo recolhidas, e verificou-se que durante o processo de combustão se formam partículas do leito com tamanho acima (> 1,00 mm) e abaixo (< 0,35 mm) do observado para o leito original. As partículas com tamanho inferior ao do leito original são constituídas essencialmente por partículas de cinza finas resultantes da combustão da biomassa, enquanto que as de dimensões superiores resulta de partículas de sílica fundidas com cinza. Foi realizada a caracterização das cinzas de fundo por Fluorescência de Raio-X (FRX), e observou-se que estas são constituídas essencialmente por sílica (> 90 %) proveniente do leito virgem. O relativamente baixo teor de elementos químicos provenientes do combustível resulta do baixo teor de cinza da biomassa utilizada e do reduzido número de horas de operação em cada experiência (cerca de 5h); verificando-se que com o aumento de número de horas de operação a fração de elementos químicos provenientes da cinza de biomassa aumenta, ou seja, vai ocorrendo acumulação de cinza no leito. Foi executado um teste de lixiviação das cinzas de fundo com água destilada, e verificou-se que os elementos químicos em maior concentração na solução de lixiviação eram o cálcio, o potássio e o sódio.

Combustion is the most used process in the biomass energetic conversion. In this area, fluidized bed technology seems to be the one that presents the most advantages, both from an operational point of view and environmental. Nevertheless, there are a few aspects of this technology that still need to be optimized, specifically the ones related to the characteristics and management of the produced ashes. In this work, it will be carried out a study on the characteristics of the bottom ashes, created during the combustion of forest biomass in a fluidized bed, at a pilot scale, operating in a bubbling regime. The goal is to contribute to the knowledge of the characteristics of the ashes that result from the biomass combustion in a fluidized bed. Samples of eucalyptus chips were characterized, prepared from cut down eucalyptus wastes, and performed combustion experiments with that biomass. These experiments were accomplished using three different air excess levels, 25, 50 and 75%. The operating conditions of the fluidized bed where characterized, namely in terms of temperature and pressure distribution throughout the combustion chamber, and O2, CO2 and CO concentration in the exhaust gases. A solid gradation distribution was conducted on the bottom ashes collected, and it was ascertained that during the combustion process the bed particles formed with a bigger (> 1,00 mm) and smaller size (< 0,35 mm) than in the original bed. The smaller particles are essentially composed of thin ash particles, resulting of the biomass combustion, whereas the bigger ones come from silica particles merged with ash. The bottom ashes were characterized by X-Ray Fluorescence (XRF), and it was observed that they are mainly constituted by silica (> 90%) from the virgin bed. The relatively low content of chemical elements from the fuel is derived from the low content of biomass ashes used and the reduced number of operating hours in each experiment (about 5 hours); it was also verified that as the number of operating hours increases, the fraction of chemical elements from the biomass ash also increases, i.e. ash keeps building up in the bed. It was performed a leaching of the bottom ashes with distilled water, and it was concluded that the chemical elements in higher concentration in the leaching solution were calcium, potassium and sodium.