Author(s): Santos, Cláudio Emanuel da Cunha
Date: 2010
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/9583
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia do ambiente; Energias renováveis; Biomassa - Combustão; Combustão em leito fluidizado
A co-combustão é um processo utilizado na conversão energética de lamas biológicas e biomassa. Embora seja um processo ainda em estudo, já tem algumas aplicações à escala industrial. Neste contexto a tecnologia de leito fluidizado parece ser aquela que apresenta mais vantagens, quer do ponto de vista operacional quer ambiental. No entanto, existem alguns aspetos relacionados com esta tecnologia que necessitam ainda de ser otimizados, nomeadamente os relacionados com as características e gestão das cinzas produzidas. O processo de co-combustão de lamas biológicas com biomassa pode constituir uma alternativa importante na valorização energética das lamas, caso se consigam obter condições de operação adequadas, e que minimizem problemas operatórios associados à conversão termoquímica das lamas. Neste trabalho foram realizadas experiências de co-combustão de biomassa florestal e lamas biológicas num leito fluidizado à escala piloto. Foi estudado também o processo de secagem da biomassa florestal e das lamas. A biomassa florestal usada foi a estilha produzida a partir de resíduos do abate de eucalipto e as lamas biológicas usadas tiveram origem no tratamento biológico de um efluente industrial de uma indústria de pasta de papel. Após secagem ao ar para ambos os tipos de biomassa, realizaram-se as experiencias de combustão no leito fluidizado. Foram caracterizadas as condições de operação do leito fluidizado, nomeadamente em termos da distribuição de temperatura e pressão ao longo da câmara de combustão, e concentração de O2, CO2 e CO nos gases de exaustão. Foi realizada a caracterização físico química das cinzas de fundo e volantes. A análise das cinzas por Fluorescência de Raio-X (FRX) mostrou que as cinzas de fundo são compostas essencialmente por Si, e que as cinzas volantes apresentam o Ca como principal elemento químico. Do processo de lixiviação das cinzas com água destilada resulta uma solução alcalina (pH>12) e com condutividade na gama 10,42 mS e 12,46 mS para as cinzas de fundo e 11,89 mS e 21,80 mS para as cinzas volantes. Foi também realizado o estudo teórico sobre o efeito da humidade do combustível na energia disponível resultante da conversão energética da biomassa, e foi avaliada a possibilidade de secar as lamas com recurso a calor rejeitado (nos gases de exaustão) do processo de combustão. Concluiu-se que para as condições estudadas, o processo deixa de ser autotérmico a 800ºC para um teor de humidade da mistura de 60%, a que corresponde a fração de 0,785 de lamas na mistura. Para as condições estudadas verificou-se que o caudal de lamas que se poderia secar é igual 0,843 kg/h, o que representa 49,5% da massa de lamas da mistura combustível alimentada na câmara de combustão.
Co-combustion, or co-firing, as is a process used for energetic conversion of biomass and sewage sludge. Although the process still under study, there are already some applications made at industrial scale. In this context, fluidized bed technology seems to have the most advantages from environmental and operational point of view. However, there are some aspects related to this technology that still need to be optimized, including those related to the characteristics and management of the resulting ash. The process of co-firing forest biomass residues with sewage sludge may become an important alternative for energetic valorization of the sewage sludge, once appropriate operating conditions are achieved, thus minimizing operating and environment problems related to the thermochemical conversion of the sewage sludge.. Co-firing experiments of forest biomass residues and sewage sludge were performed in a pilot-scale fluidzed bed combustor. It was also studied the drying process of the forest biomass and sewage sludge. The forest biomass used consisted of chips produced from forest biomass residues resulting from eucalyptus logging activities and biological sewage sludge from a pulp and paper industry. After air drying of both types of biomass, combustion experiments in the fluidized bed were performed. The operating conditions were characterized, namely for temperature and pressure distribution along the combustion chamber, and O2, CO2 and CO concentration in the exhaust gases. Physical-chemical characterization of bottom ash and fly ash was performed. X-Ray Fluorescence (XRF) analysis of the ash samples revealed that bottom ash are mainly composed of Si, and the main chemical element in fly ash is Ca. From the leaching with distilled water results an alkaline solution (pH> 12) and with conductivity values between 10.42 mS and 12.46 mS for bottom ash and 11,89 mS and 21.80 mS for fly ash. It was also performed the theoretical evaluation of the influence of the moisture content of the fuel on the available energy from the combustion process, and evaluated the feasibility of drying the sewage sludge with heat rejected (in the flue gases) from the combustion process. For the studied conditions, the process is no longer auto thermic at 800 ° C to a mixture with a moisture content of 60 %, corresponding to the fraction of the mixture of sludge 0.785 . For the studied conditions it was estimated that the mass flow rate of sewage sludge that could be dried was 0.843 kg/h, corresponding to 49,5 % of the mass of fed to the combustion chamber.
