Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/24896
Title: Controlo de NOx durante a combustão de biomassa em fornalhas industriais de leito fluidizado
Author: Vilas-Boas, Ana Catarina Miranda
Advisor: Tarelho, Luís António da Cruz
Keywords: Biomassa
Combustão
Fornalhas industriais
Leito fluidizado borbulhante
Óxidos de azoto
Requisitos legais
Controlo de ar
Sistema de redução não catalítica seletiva
Defense Date: 9-Jul-2018
Abstract: A biomassa residual como recurso energético renovável, quando utilizada de forma eficiente e sustentável, pode trazer benefícios ambientais, sociais e económicos, como por exemplo, criação de emprego, a redução de emissão de CO2 fóssil e possibilidade de independência energética. Neste sentido, tem existido um aumento da produção de energia térmica e elétrica a partir de biomassa florestal residual em setores industriais em Portugal, como por exemplo, no setor de pasta e papel. Este tipo de indústria é tutor de uma grande parcela de consumo de energia térmica e elétrica associada ao seu processo produtivo. Este motivo surge como força motriz para a produção de energia térmica e elétrica para satisfazer as suas necessidades de auto-consumo, através da utilização de frações de biomassa residual resultante da sua atividade industrial. A tecnologia que utilizam normalmente é a tecnologia de combustão de biomassa em leito fluidizado borbulhante, devido à sua adequabilidade para a queima de biocombustíveis sólidos com características heterogéneas. No entanto, surge a necessidade de otimizar os processos de combustão de biomassa industrial, de modo a minimizar as emissões de poluentes atmosféricos (como por exemplo: CO e NOx). No contexto do controlo da emissão de poluentes atmosféricos, os requisitos legais associados à emissão dos compostos classificados como NOx têm vindo a ser cada vez mais restritos. Este trabalho teve como principal objetivo estudar e analisar alguns processos de controlo da emissão de NOx em sistemas industriais de combustão de biomassa em leito fluidizado borbulhante, de modo a possibilitar o cumprimento dos requisitos legais que irão entrar em vigor. Neste trabalho, foram analisadas as condições de operação de duas fornalhas/caldeiras de leito fluidizado que utilizam biomassa florestal residual como combustível, uma em regime de cogeração e outra dedicada à produção de energia elétrica. Numa primeira fase, foram comparadas as condições de operação e as características do efluente gasoso das duas caldeiras em períodos de tempo, em que foram utilizados tipos de biomassa semelhantes. Foi possível aferir, que o controlo das condições de operação é de extrema importância para obter baixas emissões de poluentes, não se verificando condições uniformes de operação na caldeira de cogeração, devido a esta depender do consumo de vapor no processo produtivo da fábrica. Foi analisada a influência de diferentes teores de azoto presentes na biomassa na emissão de NOx, com base na análise de dois meses de operação de uma das caldeiras, em que foram utilizadas biomassas com teores de azoto distintos, mas a condições de operação semelhantes. Com esta análise, verificou-se que existe influência do teor de azoto nas emissões de NOx. Foram realizados três testes à caldeira da central de cogeração, devido a esta apresentar, por vezes, emissões de NOx acima dos requisitos legais que irão entrar em vigor em 2020, o objetivo foi verificar a possibilidade de otimizar a combustão através do controlo do ar, por ser uma medida pouco dispendiosa e aparentemente fácil de implementar. Contudo, foi difícil atingir as condições de razão estequiométrica de ar estabelecidas, apesar de em dois testes se conseguir obter baixas emissões de NOx. Apresentou-se uma sugestão de implementação de uma técnica secundária, um sistema de redução não catalítica seletiva, para reduzir as emissões de NOx da caldeira de cogeração
Residual biomass, as a renewable energy resource, when used efficiently and sustainably, can bring environmental, social and economic benefits, such as job creation, reduction of fossil CO2 emissions and the possibility of energy independence. Thus, there has been an increase in the production of thermal and electrical energy in industrial sectors in Portugal, such as in the pulp and paper sector. This type of industry is the responsible for a large portion of the consumption of thermal and electrical energy, as a result of its production process. This is na inciting reason for the production of its own energy, through the use of fractions of residual biomass resulting from its industrial activity. The technology used is the bubbling fluidized bed biomass combustion technology, due to their suitability for burning solid biofuels with heterogeneous characteristics. However, there is a need to optimize the combustion processes of industrial biomass in order to minimize emissions of atmospheric pollutants (e.g. CO and NOx). In the context of air pollutants emission control, the legal requirements associated with the emission of compounds classified as NOx have become increasingly restricted. Thus, the main objective of this work was to study and to analyze some processes of NOx emission control in industrial systems of biomass combustion in bubbling fluidised bed, in order to enable the accomplishment of legal requirements. For this work, the operating conditions of two fluidized bed furnaces/boilers that using residual forest biomass as fuel were analyzed, one under cogeneration regime and the other dedicated to the production of electric energy. Initially, the operating conditions and gaseous effluent characteristics of the two furnaces/boilers were compared over a period of time, in which similar types of biomass were used. It was verified that the control of the operating conditions is extremely important to obtain low emissions of pollutants, and that no uniform conditions were observed in the cogeneration boiler, due to the fact that it depends on the consumption of steam in the production process. The influence of different nitrogen contents in the biomass on NOx emission was analysed, based on the two-month of operation analysis in one of the furnaces/boilers, in which biomasses with different nitrogen contents were used, but with similar operating conditions. With this analysis, it was possible to verify the influence of the nitrogen content in the NOx emissions. Three tests were carried out on the cogeneration plant furnace/boiler, due to the fact that it sometimes presented NOx emissions above the legal requirements that will enforced in 2020, the objective was verify the possibility of optimizing combustion through air injection control as it is an inexpensive and apparently easy measure to implement. However, it was difficult to reach the established stoichiometric air ratio conditions, although it was possible in two tests to obtain low NOx emissions. A suggestion for implementing a secondary technique, a SNCR, in the cogeneration boiler to reduce NOx emissions was presented
URI: http://hdl.handle.net/10773/24896
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