Simulação computacional de dispositivos de mistura em câmara de combustão para gases de carbonização

Arthur Freitas Gomes, Marcio Arêdes Martins, Emanuele Graciosa Pereira

Resumo


O carvão vegetal proveniente de florestas plantadas é uma fonte de energia renovável utilizada na siderurgia do Brasil, todavia, em sua produção há liberação do gás de pirólise, que pode ser considerado um gás com baixo poder calorífico inferior. A sustentabilidade da produção de carvão vegetal tem demandado a queima destes gases, podendo ser, inclusive, uma condicionante ambiental. Neste artigo foi avaliado o desempenho de diferentes dispositivos de mistura para câmara de queima, sistema que permite mitigar os impactos ambientais decorrentes da carbonização, assim como o possível aproveitamento da energia térmica na secagem da madeira e geração de energia elétrica. Um sistema de queima de gases existente foi utilizado como referência, sendo determinados a composição, vazão dos gases e temperaturas de trabalho para calibração de modelo em dinâmica dos fluidos computacional. O modelo utilizado consiste nas equações diferenciais de conservação de massa, quantidade de movimento, energia e de espécies químicas, sendo empregado nos estudos de otimização de diferentes dispositivos de mistura. Dentre os dispositivos estudados (AC), o AC5 apresentou-se mais eficiente quanto ao aproveitamento do volume físico da câmara, tendo menor porcentagem de zona morta, representando ganho de 5% no tempo de residência, quando comparado ao AC1, dispositivo usado sistema de referência. Verificou-se por meio das distribuições espaciais da fração de volume de CO e O2, e das linhas de corrente, que os dispositivos de mistura internos são fundamentais para uma melhor mistura entre o combustível e o comburente e, consequentemente, produzir queima de gases com melhor qualidade.

Palavras-chave


Biomassa; Carvão vegetal; Emissões atmosféricas; Condicionantes ambientais

Texto completo:

PDF

Referências


ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. Incineração de resíduos sólidos perigosos - Padrões de desempenho, Norma NBR 11175, Rio de Janeiro, 1990.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PRODUTORES DE FLORESTAS PLANTADAS - ABRAF. Anuário estatístico da ABRAF: ano base 2012. 145f. Brasília, 2013. Disponível em: http://www.ipef.br/estatisticas/relatorios/anuario-ABRAF13-BR.pdf. Acesso em: 11 nov. 2016.

BRITO, J. O. Princípios de produção e utilização de carvão vegetal de madeira. Documentos Florestais. Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais, 1990, Vol. 9, p. 1-19.

CHOHFI, R. M. Discussion of the routes and potential for dimethyl ether production from the biomass available in the sugarcane value chain. Energy for Sustainable Development, v. 12, p 62-64, 2008.

CARDOSO, M. T.; DAMASIO, R. A. P.; CARNEIRO, A. C. O.; JACOVINE, L. A. G.; VITAL, B. R.; BARCELOS, D. C. Construção de um sistema de queima de gases da carbonização para redução da emissão de poluentes. Cerne, Lavras, v. 16, Suplemento, p. 115-127, jul. 2010.

COELHO, M.P. Desenvolvimento de metodologia para o dimensionamento de câmaras de combustão para gases oriundos do processo de carbonização de madeira. 2013. 78f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal de Viçosa. Viçosa, MG. 2013.

CETESB - COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO . Dutos e chaminés de fontes estacionárias - determinação dos pontos de amostragem: procedimento, L9.221. São Paulo, 1990.

CONAMA - CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução CONAMA Nº 316, Brasília, 23 de outubro de 2002. Disponível em: . Acesso em: 11 nov. 2016.

GOMES, A. F.; PEREIRA, E. G.; MARTINS, M. A.; CARNEIRO, A. C. O. Desempenho de uma câmara para a combustão de gases provenientes do processo de carbonização da madeira. In: III Fórum sobre Carvão Vegetal, 2014, Belo Horizonte. Anais: Sociedade de Investigações Florestais, [2014]. CD-ROM.

INDÚSTRIA BRASILEIRA DE ÁRVORES. Indústria Brasileira de Árvores - Relatório Estatístico 2015. 100 f. São Paulo, SP, 2016. Disponível em: http://iba.org/images/shared/Biblioteca/IBA_RelatorioAnual2016_.pdf. Acesso em: 11 nov. 2016.

LIU, B.; WANG, Y. H.; XU, H. Mild combustion in forward flow furnace of refinery-off gas for low-emissions by deflector. Applied Thermal Engineering, v. 91, p. 1048-1058, 2015. Disponível em: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431 115008741. Acesso em: 22 nov. 2016.

LUZ, F.C.; ROCHA, M.H.; LORA, E.E.S.; VENTURINI, O.J.; ANDRADE, R.V.; LEME, M.M.V.; OLMO, O.A. Techno-economic analysis of municipal solid waste gasification for electricity generation in Brazil. Energy Conversion and Management, 2015. Disponível em: http://dx.doi.org/ 10.1016/j.enconman. 2015.06.074. Acesso em: 22 abril 2017.

PEREIRA, E. G.; MARTINS, M. A.; PECENKA, R.; CARNEIRO, A. C. O. Pyrolysis gases burners: Sustainability for integrated production of charcoal, heat and electricity. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016. Disponível em: http://dx.doi.org/ 10.1016/j.rser.2016.11.028. Acesso em: 05 abril 2017.

SILVA, J. G. Addressing Food Security Challenges under Increasing Demand for Land, Soil and Energy. In: Global Forum for Food and Agriculture, 2015, Berlin. Federal Ministry of Food, Agriculture and Consumer Protection (BMEL). Berlin: BML, 2015. Disponível em: http://www.fao.org/about/who-we-are/director-gen/faodg statements/ detail/en/c/275129/. Acesso em: 11 nov. 2016.

THAKKAR, J.; KUMAR, A.; GHATORA, S.; CANTER, C. Energy balance and greenhouse gas emissions from the production and sequestration of charcoal from agricultural residues. Renewable Energy, v. 94, p. 558-567, 2016. Disponível em: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148116302713. Acesso em: 11 nov. 2016.

VILLETTA, M. L. et al. Modelling approaches to biomass gasifcation: a review with emphasis on the stoichiometric method. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Amsterdam, v. 74, p. 71-88, 2017.




DOI: http://dx.doi.org/10.5902/1980509827196