Influência da matéria volátil na combustão de biomassa em leito fluidizado

• Author(s): Ideias, Pedro Miguel Caldeira
• Date: 2008
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/595
• Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
• Subject(s): Engenharia do ambiente; Biomassa; Combustão
• Document Type: Master thesis
• Language: Portuguese

Description

O presente trabalho surge no sentido da compreensão da influência que a matéria volátil tem na combustão de biomassa em leito fluidizado. Para a compreensão deste fenómeno, foi implementado um modelo de desvolatilização, um modelo de balanço mássico e um modelo de balanço de energia. Foi também construída uma base de dados sobre pirólise, visto este ser o processo fulcral nas reacções de combustão. A base de dados surge com o objectivo de tentar perceber, como evoluem os produtos derivados de pirólise, em função dos diferentes parâmetros operatórios. Esta apresenta-se como uma ferramenta essencial para efeitos de modelização da combustão. Foram realizadas experiências de combustão no reactor piloto de leito fluidizado, com pellets de resíduos florestais e co-combustão de lama biológica com carvão. Destas retiraram-se elações relativamente à distribuição da combustão da biomassa e da influência que o teor em matéria volátil tem na combustão de biomassa. Foi também construído um modelo de balanço de massa e de energia, para se perceber como se faz a distribuição da combustão da biomassa. Como culminar de todos estes estudos levados a cabo, verificou-se que a matéria volátil tem uma influência muito significativa na combustão de biomassa em leito fluidizado borbulhante. Isto é devido ao facto de aproximadamente 70% da massa do combustível ser matéria volátil, o que leva a que a grande maioria do calor libertado aconteça no freeboard. Esta característica específica dos combustíveis, com elevado teor de matéria volátil, faz com que na fase densa no reactor, o leito, exista uma fracção reduzida de combustível a ser oxidado, ou seja, pouco calor a ser libertado, quando comparado com um combustível como o carvão com um baixo teor em matéria volátil. Assim sendo, as superfícies de transferência de calor, devem ser preferencialmente colocadas na zona inferior do freeboard onde a libertação de calor é mais intensa. A altura do leito pode também ser reduzida a uma altura mínima, que permita manter um reservatório de calor para garantir que as reacções químicas continuem estáveis e reduzir, assim, a produção de resíduos a partir do leito. ABSTRACT: The present work gives some extra comprehension about the volatile matter influence during biomass combustion in the bubbling fluidized bed (BFB) combustor´s. In order to add a better understanding on this phenomena it was implemented a mass and energetic balance model to the BFB as well as desvolatilization one for the solid fuel particles. It was also build a database about biomass pyrolysis. This topic represents in the combustion process an important role. Thus, this database appears to be the primary goal on the derived products evolution of biomass pyrolysis and studies the main operational parameters variation. From the theoric point of view, the database presented is a fundamental tool on the combustion process and on the modeling effects. Moreover, from the practical one it was made some experiments on the experimental facility of the bubbling fluidized bed reactor. The first experiment defined how the energy and gas products distribution were made in the combustor. Therefore, it was biomass residues called pellets. In the second experiment a different mud’s proportion mixture from wastewater treatment and coal was used. This aimed to understand the distribution profile temperature and gas products was made thought the variation of volatile matter content. Concluding, one verified that the volatile matter has got great relevance in the biomass’ combustion. This is due to the fact that the biomass is composed by 70% of volatile matter. This characteristic influences the biomass combustion because the major percentage of heat that is being release in homogeneous phase, on the bottom of the freeboard zone. As a result, there exists a low combustion fraction of the material in the bed. Therefore, the main heat surfaces must be installed in the bottom zone of the freeboard, where the heat produced is more intensive. The bed height can be also diminished to a height that might sustain a heat reservoir to stabilize the chemical reactions, so the residues’ production can be reduced.