Experimental study of co-combustion of biomass with coal in a drop tube furnace - Oliveira, Amanda Tavares de (2022)
A matriz energética mundial é constituída principalmente por combustíveis fósseis, sendo o carvão a segunda maior fonte primária de energia. No entanto, os efeitos adversos causados pelas emissões que são geradas durante a conversão de carvão têm causado preocupação nas últimas décadas, enfatizando a necessidade de suprir as demandas energéticas futuras de maneira mais sustentável. A co-combustão de carvão e biomassa tem sido bastante adotada em plantas a carvão como uma maneira de reduzir a emissão de gases do efeito estufa. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo investigar o impacto da co-combustão com relação à eficiência de combustão (burnout) e emissões gasosas. Propriedades físicas e químicas de serragem, cavaco de pinus, cavaco de eucalipto, casca de arroz e bagaço de cana foram avaliadas e duas biomassas foram selecionadas para análise de combustão com carvão brasileiro. As misturas de carvão e biomassa foram preparadas com serragem e bagaço de cana. O estudo experimental foi realizado em um forno de queda livre, amplamente conhecido Drop Tube Furnace (DTF). Amostras de char foram coletadas em três distâncias axiais ao longo do eixo do forno. O burnout das amostras foi calculado pelo método traçador de cinzas. Analisadores de gases foram utilizados para monitorar e gravar as emissões durante os testes de combustão. Inicialmente, foram preparadas misturas com carvão pulverizado e 10% de biomassa (base energética) com partículas de biomassa em tamanhos d < 250 µm, d < 500 µm e d < 1000 µm. As amostras com partículas de serragem de menores tamanhos atingiram burnouts estatisticamente iguais ao do carvão puro e convergiram para o burnout total no mesmo ponto que o carvão. Contudo, foi observada uma tendência de diminuição no burnout para a amostra com partículas de serragem maiores (d < 1000 µm). Em contrapartida, para as misturas com bagaço de cana, foi observada uma tendência de redução do burnout também para as amostras com partículas < 500 µm. Essa tendência de diminuição da eficiência de queima foi associada com a grande razão de aspecto das biomassas, que pareceu ter mais impacto no caso do bagaço de cana. Em seguida, foram geradas misturas de carvão com proporções de biomassa de 10%, 20%, 30% e 40% com partículas de biomassa d < 500 µm. Em geral, misturas de serragem com carvão até 40% de biomassa atingiram resultados de queima melhores do que as misturas com bagaço de cana em qualquer proporção. Em geral, emissões de CO e de NO geradas pela combustão de misturas de carvão e bagaço de cana foram maiores que as emissões das misturas de carvão e serragem. As emissões de SO2 tenderam a reduzir com o aumento da proporção de biomassa nas misturas com os dois tipos de biomassa.