Valorização material de cinzas resultantes da combustão de biomassa

Abstract

A biomassa representa um recurso de energia renovável. Uma questão importante associada à combustão de biomassa está relacionada com as cinzas produzidas, nomeadamente em termos operacionais e a sua gestão ambiental. As características das cinzas produzidas nas centrais termoelétricas a biomassa são influenciadas por diversos factores, como por exemplo as propriedades da biomassa, a tecnologia da conversão termoquímica e as condições de operação, sendo por isso fundamental conhecer as características das cinzas de maneira a estudar soluções apropriadas para a sua gestão. De entre as opções de valorização material, a aplicação no solo florestal e a incorporação em materiais de construção poderão ser bastante importantes. Os objectivos do trabalho desenvolvido incluem a análise de opções de gestão de cinzas, nomeadamente a valorização material. Para o efeito, numa primeira fase foram analisadas diferentes opções de valorização das cinzas (por exemplo, a aplicação das cinzas no solo florestal e incorporação em materiais de construção) produzidas em instalações industriais de leito fluidizado, que usam biomassa florestal como combustível. Numa segunda fase, foi realizada a caracterização físico-química numa instalação industrial. As diferentes opções de gestão de cinzas analisadas correspondem a casos de estudos realizados e estudados em Portugal. Relativamente às amostras de cinza caracterizadas, verificou-se que as cinzas volantes tal e qual (CVCOM_1 e CVCOM_2) apresentam um carácter alcalino, com valores de pH de 12,4 e 12,3, respectivamente. A condutividade das cinzas varia entre 9,1 e 12,4 mS/cm. Em relação à composição química, o Si é o elemento químico que aparece em maior concentração (oxigénio não considerado), seguido do Ca. O elemento químico presente em maior concentração nas soluções de lixiviação das cinzas é o Ca, seguido do K. As cinzas volantes sofreram um processo de pré-tratamento, que consistiu numa hidratação, granulação e endurecimento às condições atmosféricas. Verificou-se uma alteração nas características físico-químicas dos grânulos com o decorrer do tempo de exposição às condições atmosféricas, havendo uma diminuição no pH e na concentração dos elementos químicos solubilizados. O processo de granulação e endurecimento natural das cinzas mostrou ser importante na estabilização das cinzas para a sua aplicação no solo.

Biomass represents a renewable energy resource. An important issue related with biomass combustion is related to the ashes produced, namely considering operating problems and environmental issues. The characteristics of the ashes produced during thermochemical conversation of biomass to energy are influenced by several factors, such as the biomass properties, the conversion technology and operating conditions. So it is important to know the characteristics of the ashes in order to consider appropriate solutions for its management. Among the options of material valorization, application of biomass ash to the soil and ash incorporation in construction materials could be quite important. The purpose of this project work includes the analysis of ash management options, including material valorization. For this purpose, firstly different studies about valorization ashes produced in industrial fluidized installations bed, using forest biomass as fuel options were analyzed (e.g, the application of biomass ash to the soil and ash incorporation in construction materials). Secondly, the physicalchemical characterization of the ashes collected in an industrial installation was performed. The different management options ashes analyzed correspond to study cases that were studied in Portugal. Relatively to the ash samples characterized, it was found that fly ashes as received (CVCOM_1 and CVCOM_2) have an alkaline character, with pH values 12.4 and 12.3, respectively. The conductivity of the leaching solutions of the ashes was in the range of 9.1 and 12.4 mS/cm. In relation to chemical composition, Si is the chemical element that appears in a higher concentration (oxygen not considered), followed by Ca. On the other hand, in leaching solutions of ashes the element present in higher concentration is Ca, followed by K. It was done a pre-treatment to the fly ashes that consisted in a hydration, hardening and granulation at the atmospheric conditions. There was a change in the physical-chemical characteristics of the granules over the time of exposition to the atmospheric conditions, with a decrease in pH level and in the concentration of the chemical elements solubilized. The process of ash granulation and natural hardening proved to be important in the ash stabilization to its application in soil.