WORKSHOP“JOSÉ PAULO STUPIELLO”

CALDEIRAS PARA QUEIMA DE DIFERENTES TIPOS DE BIOMASSA

ERICSON MARINOCONSULTORPIRACICABA 02/10/2013

POR QUE FALAR DE CALDEIRAS NESTE SEMINÁRIO

• AO SE DISCUTIR AS IMPLICAÇÕES DA COLHEITA DA CANA SEM QUEIMA NÃO É POSSÍVEL DEIXAR DE SE ANALISAR AS DIVERSAS IMPLICAÇÕES NO PROCESSAMENTO INDUSTRIAL DESTA “NOVA MATÉRIA PRIMA”.

• ENTRE ESTAS IMPLICAÇÕES, DESTACA-SE O EFEITO DO “NOVO BAGAÇO” E DO USO DA PALHA COMO COMBUSTÍVEL COMPLEMENTAR NA GERAÇÃO DE VAPOR.

• O “NOVO BAGAÇO” TEM A TENDÊNCIA DE SE APRESENTAR MAIS ÚMIDO E COM MAIOR QUANTIDADE DE MATÉRIA MINERAL.

• O USO DE DIFUSORES PARA A EXTRAÇÃO DO CALDO DE CANA COLHIDA POR MÁQUINAS E SEM QUEIMA TEM AUMENTADO E NESTA SITUAÇÃO A QUALIDADE DO “NOVO BAGAÇO” É AINDA PIOR.

• O USO DA PALHA ,RECOLHIDA NO CAMPO APÓS A COLHEITA, PARA USO COMO COMBUSTÍVEL SUPLEMENTAR TEM TAMBÉM AUMENTADO.

• A GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NA ENTRESSAFRA VEM SE TORNANDO PRÁTICA COMUM.

CONSEQUÊNCIAS

• COMBUSTÍVEL DE QUALIDADE INFERIOR EM TERMOS DE UMIDADE E PRESENÇA DE MATÉRIA MINERAL EM QUANTIDADE ELEVADA.

• INSTABILIDADE NA PRODUÇÃO DE VAPOR DEVIDO A PROBLEMAS NA QUEIMA DO”NOVO BAGAÇO” NAS CALDEIRAS COM GRELHA.

• EMISSÕES ELEVADAS DE INCOMBUSTOS E DE NOX.• DESGASTE PREMATURO DAS PARTES INTERNAS DAS CALDEIRAS POR

ABRASÃO E EROSÃO.• QUEDA NA CAPACIDADE DA PRODUÇÃO NOMINAL DAS CALDEIRAS

DEVIDO À MÁ QUALIDADE DO “NOVO BAGAÇO” E INSTABILIDADE DA PRODUÇÃO QUANDO OPERANDO ABAIXO DA CAPACIDADE NOMINAL.

• CALDEIRAS DE DESENHO TRADICIONAL COM DIIFICULDADES PARA OPERAR NA ENTRESSAFRA COM BAGAÇO NORMALMENTE MAIS UMIDO E COM PALHA.

• COM O AUMENTO DAS IMPUREZAS MINERAIS HÁ NECESSIDADE DE MAIOR FREQUÊNCIA NA LIMPEZA DAS GRELHAS.

CALDEIRAS ADEQUADAS À QUEIMA DE DIFERENTES TIPOS DE BIOMASSA

• BUSCA DE TECNOLOGIAS DE PRODUÇÃO DE VAPOR ADEQUADAS ÀSCARACTERÍTICAS DOS NOVOS COMBUSTÍVEIS DISPONÍVEIS NAS USINASDEVIDO À COLHEITA MECANIZADA E À POSSIBILIDADE DE QUEIMASIMULTÂNEA DE BAGAÇO E PALHA DA CANA.

• RECONHECIMENTO DAS DIFICULDADES APORTADAS POR ESTA NOVAREALIDADE.

• RECONHECIMENTO DA NECESSIDADE DE EVOLUÇÃO NA TECNOLOGIA DOUSO DE COMBUSTÍVEIS DO TIPO “BIOMASSA”

• RECONHECIMENTO DAS LIMITAÇÕES DOS SISTEMAS DE QUEIMAADOTADOS ATÉ AGORA.

• RECONHECIMENTO DA EXISTÊNCIA DE TECNOLOGIA JÁ TESTADA HÁMAIS TEMPO NA QUEIMA DE COMBUSTÍVEIS COM CARACTERÍTICASASSEMELHADAS AO “NOVO BAGAÇO”

VISTA GERAL DO SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE PALHA

SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE PALHA

QUALIDADE DA PALHA SEPARADA

QUALIDADE DA PALHA SEPARADA

EXEMPLO CONCRETO

• OPORTUNIDADE DE ESTUDO SOBRE A TECNOLOGIADE QUEIMA A ADOTAR.

• DECISÃO DA USINA SÃO MARTINHO EM CONSTITUIRUMA EMPRESA DE PROPÓSITO ESPECÍFICO PARAVENDER ENERGIA ELÉTRICA PRODUZIDA COM AQUEIMA DE EXCEDENTES DE BAGAÇO.

• VISÃO DE FUTURO QUANTO À POSSIBILIDADE DEQUEIMAR PALHA DE CANA E OUTRAS BIOMASSAS.

ESCOLHA DA CALDEIRA PARA A UTE USM

• PREMISSAS DO ANTE-PROJETO:• BAGAÇO EXCEDENTE: 300 A 400 MIL TONELADAS POR SAFRA• TERMO ELÉTRICA DEDICADA• CAPACIDADE DA CALDEIRA – 300 TVH• PRESSÃO DE OPERAÇÃO – 67 A 68 BAR• TEMPERATURA DO VAPOR – 520°C A 530°C• TURBO-GERADORES:• 1 COM POTÊNCIA DE 40 MW ACIONADO POR TURBINA À

CONTRA-PRESSÃO COM EXTRAÇÃO A 16/17 KG/CM2

• 1 COM POTÊNCIA DE 40 MW ACIONADO POR TURBINA À CONDENSAÇÃO

• APTA A QUEIMAR OUTROS TIPOS DE BIOMASSA

DEFINIÇÕES:• CAPACIDADE: 300 TVH• CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO : • PRESSÃO DO VAPOR: 68 BAR • TEMPERATURA DO VAPOR: 520º C• TIPO: MONODRUM SUSPENSA• VAPOR/KG DE BAGAÇO: >2,20 kgv /kgb• BAIXA EMISSÃO DE NOx, CO,NÃO

QUEIMADOS,ETC.• OPERAÇÃO ESTÁVEL A ATÉ 30% DA

CAPACIDADE NOMINAL• COMBUSTÍVEL COM UMIDADE VARIANDO

ENTRE 48 E 55 % DE UMIDADE• OPERAÇÃO: SAFRA E ENTRESSAFRA

UTE USINA SÃO MARTINHO

11

UTE - Usina São Martinho

Comparativo Técnico Leito Fluidizado x Grelha Pin Hole

LEITO FLUIDIZADO - BFBParâmetro

Flexibilidade de queima de biomassa Alta

GRELHA PIN HOLE

Limitada

Níveis de emissões atmosféricas

Atende padrões nacionais e internacionais Atende padrões nacionais

Operação Muito estável Estável

Operação carga reduzida(% MCR)

Até 30 60

kg vapor /kg bag. @ 50 % um 2,27 2,11

Potência Consumida(MW)

4,3 3,0

16.000 ---Acréscimo de energia para venda (MWh/safra)

UTE - Usina São Martinho

Comparativo Técnico Leito Fluidizado x Grelha Pin Hole

LEITO FLUIDIZADO - BFBParâmetro

Umidade do combustível 12 a 65 %

GRELHA PIN HOLE

48 a 53 %

Excesso de ar 20 a 30 % 35 a 50 %

Velocidade de gases na fornalha 6 a 7 m/s 11 a 12 m/s

Eficiência de combustão de resíduos de biomassa 99,5 % 94 a 97 %

Temperatura na região da queima 840°C a 870° C no leito 900° C a 1.100° C na

fornalha

Rampa de Aquecimento 9 horas 8 horas

20 horas 8 horasResfriamento

DIFERENÇAS ENTRE LEITO FLUIDIZADO E GRELHA PIN HOLE

Fatores de contribuição para o acréscimo de eficiência Grelha LF

Temperatura do ar na entrada do pré-ar (°C) 27,0 55,3

Excesso de ar (%) 35,0 25,0

Não queimados (%) 3,5 0,5

Perdas não contadas (maioria: perdas nas cinzas) (%) 1,5 0,9

Eficiência ao PCI Calculada pela USM (%) 83,2 90,2

CALDEIRA-FORNALHA TIPO LEITO FLUIDIZADO BORBULHANTEFaixa de operação ..........: 150 a 300 TVHCombustão...................... : injeção do combustível em um leito de areia, fluidizadoEficiência combustão .....: > 99%;Temperatura do leito........: controlada na faixa de 850 °C;Malha de controle ...........: relação entre o ar primário e o ar secundário e recirculação de gases inertes;Emissões .........................: reduzidas, de particulados, óxidos de nitrogênio (NOx) e CO;Combustíveis...................: vários tipos de biomassa com teor de umidade até 65%Comb. complementares .: pneus, carvão, carvão mineral, etc.

CALDEIRA LEITO FLUIDIZADO - CORTE

CALDEIRA LEITO FLUIDIZADOCORTE ESQUEMÁTICO

BOCAIS DE FLUIDIZAÇÃO

MOEGAS

CALDEIRA E CASA DE FORÇA

VISTA INTERNA – CASA DE FORÇA

JOSÉ PAULO STUPIELLO

• QUERIDO MESTRE, COLEGA E AMIGO!!!• PARABÉNS POR ESTA JUSTA HOMENAGEM!!!• QUE VOCÊ CONTINUE A NOS BRINDAR COM SUA AMIZADE,

SABEDORIA E AMOR À NOBRE PROFISSÃO DE EDUCADORPOR MUITOS E MUITOS ANOS E QUE AS NOVAS GERAÇÕESDE TECNOLOGISTAS DO AÇÚCAR E DO ETANOL POSSAMCOMPREENDER A DIMENSÃO DA SUA CONTRIBUIÇÃO AOSETOR DE ENSINO, PESQUISA E DIVULGAÇÃO DATECNOLOGIA REFERENTES Á TECNOLOGIA DOPROCESSAMENTO DA CANA E DE SEUS DERIVADOS.

MUITO OBRIGADO, MESTRE!!!