Otimização do desempenho energético e ambiental duma caldeira industrial a biomassa

Abstract

A utilização de biomassa como fonte de energia tem revelado um crescimento progressivo nos últimos anos. A conversão térmica a partir da combustão direta é o método mais utilizado. Porém, a viabilidade económica destes equipamentos está dependente da qualidade da conversão termoquímica do combustível, pelo que a otimização do processo de combustão revela-se um procedimento fundamental na maximização do desempenho. Entre os vários parâmetros do processo, o agente oxidante desempenha um papel essencial, devido à influência que apresenta sobre outras variáveis. O trabalho experimental realizado centrou-se na análise e otimização da alimentação e distribuição do ar de combustão numa caldeira industrial a biomassa de 580 kWth, desenvolvida pela fabricante portuguesa Ventil – Engenharia do Ambiente, durante a queima de pellets de pinheiro. Foi possível aferir que a caldeira opera com um excesso de ar inadequado, fruto da distribuição do ar na fornalha e do algoritmo de controlo automático implementado, influenciando o desempenho energético do sistema. Apesar disso, o sistema revelou uma boa estabilidade na operação em contínuo, garantindo um fornecimento de energia regular. A emissão de poluentes, em particular CO e NO, foi reduzida, o que atesta a qualidade do desempenho ambiental da instalação. O custo de produção da energia térmica no sistema apresentou um valor de 0,05 €·kWhth-1, revelando-se um valor competitivo, face a outros combustíveis. Para a tecnologia de combustão do caso em estudo foi identificada um conjunto de oportunidades de otimização que requerem uma análise futura.

In recent years there has been a constant growth in using biomass as an energy source. The most common use is for thermal conversion by direct combustion. However, the viability of this equipment depends on the quality of the thermochemical conversion of the fuel, optimizing the combustion process is key to maximize its performance. Among the parameters of the process, the oxidizing agent plays a fundamental role, due to the influence it presents over other variables in the process. The experimental work focused on analyzing and optimizing the supply and air distribution in a 580 kWth industrial biomass boiler, developed by the Portuguese manufacturer Ventil – Engenharia do Ambiente, during the burning of pinewood pellets. It was possible to conclude that the boiler operates under a high value of excess air, as a consequence of incorrect distribution of the air in the furnace and the PID control system, which is reflected on the energy performance of the system. Furthermore, the system proved to have good stability under continuous operation, guaranteeing a regular supply of energy. The pollutant emissions, in particular CO and NO, was low, which indicates that the installation has a high environmental quality performance. The cost of thermal energy production in the system is 0,05 €·kWhth-1, which is a competitive price when compared to other fuels. For the combustion technology in the case study, a number of opportunities were identified to optimize the system which require further analysis.