Análise energética a uma unidade industrial de combustão de biomassa

Abstract

Nos últimos anos tem-se verificado um crescimento constante no uso de biomassa como recurso de energia renovável. A conversão de energia térmica mais comum é a combustão direta. Um dos principais equipamentos responsáveis por este tipo de conversão termoquímica é a fornalha/caldeira. Dentro das tecnologias disponíveis, é reconhecido que a mais eficiente e economicamente viável para unidades industriais é a de leito fluidizado. Relativamente ao combustível, um parâmetro diretamente relacionado com a qualidade da biomassa, é o teor de humidade, o qual se for elevada prejudica o desempenho do processo de combustão e os parâmetros de funcionamento da fornalha/caldeira. Em centrais termoelétricas, a produção de energia elétrica em regime constante é o objetivo, e as exigências da produção e qualidade do vapor são elevadas. Neste sentido, de forma a compensar a variabilidade da qualidade da biomassa, e consequentes instabilidades no processo de conversão energética, é normal recorrer a combustíveis auxiliares, como por exemplo o gás natural. O presente trabalho centrou-se no estudo do efeito da heterogeneidade e propriedades da biomassa sobre as condições de operação da fornalha/caldeira de leito fluidizado e respetiva produção de vapor numa central termoelétrica. No trabalho, foi compilada e analisada informação sobre dois trimestres do ano de forma a possibilitar a comparação do efeito das diferentes características da biomassa nesses períodos, nomeadamente no que diz respeita a conteúdo em humidade. Foi possível aferir que os diferentes teores de humidade observados na biomassa obrigaram a um processo de combustão complementado por combustível auxiliar (gás natural) no primeiro trimestre, e ausência de combustível auxiliar no segundo trimestre. A utilização de combustível auxiliar de origem fóssil, gás natural, no processo de combustão traduz-se em custos económicos elevados para a empresa, pois estes têm um preço relativo mais elevado. Foram propostas duas soluções que visam otimizar a utilização de combustíveis auxiliares e reduzir o teor de humidade da biomassa.

In recent years there has been a constant increase in the use of biomass as a renewable energy source. The most common thermal conversion is direct combustion. One of the main equipment for this type of thermochemical conversion is the furnace/boiler. From the available technology, for industrial units, the most recognized as efficient and financially viable is the fluidized bed. As for fuel, the parameter that is directly related to the quality of biomass is the moisture content, which in higher values can be harmful to the combustion process and the furnace/boiler itself. In thermoelectric power stations, the goal is constant production of energy, and the demand for production and steam quality is high. With this in mind, and aiming to balance the variation in biomass quality, and subsequent instabilities in energy conversion, one can use alternative fuels, such as natural gas, as an aid to the process. This work focused on the effect of heterogeneity and the biomass properties under operating conditions of a fluidized bed boiler, and its respective steam production in a thermoelectric power station. However, information for two trimesters of the year was compiled and analysed as to compare the effect of biomass of various qualities during this period, using moisture content as the main parameter for comparison. Different moisture content on the observed biomass demanded that the combustion process be aided by auxiliary fuel (natural gas) during the first trimester, while during the second trimester there was no auxiliary fuel needed. The use of fossil fuels in the combustion process, such as natural gas, significantly increases the cost of the operation for the company, as these fuels have a higher relative cost. Two solutions were proposed which aim to optimize the use of auxiliary fuels and diminish the moisture content of the biomass.