AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE CARVÕES BRASILEIROS SUBMETIDOS À COMBUSTÃO ENRIQUECIDA COM OXIGÊNIO
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1 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE CARVÕES BRASILEIROS SUBMETIDOS À COMBUSTÃO ENRIQUECIDA COM OXIGÊNIO Amir De Toni Jr., Cristiano Maidana, Leonardo Zimmer, Marina Seelig e Paulo Smith Schneider
2 INTRODUÇÃO Plano Decenal de Expansão de Energia Previsão da expansão da capacidade instalada de plantas termelétricas a carvão MW (dez/2010) MW (dez/2012) Aplicação de tecnologias de carvão limpo podem contribuir para este aumento. Entre elas: Captura de CO 2 Oxicombustão Combustão enriquecida com oxigênio (OEC)
3 TECNOLOGIAS DE CARVÃO LIMPO OXICOMBUSTÃO Nitrogênio Vapor Eletricidade Ar ASU Oxigênio Limpeza dos Gases de Combustão Exaustão Carvão BOILER Recirculação dos Gases Liquefação e Compressão de CO 2 Injeção de CO 2
4 TECNOLOGIAS DE CARVÃO LIMPO COMBUSTÃO ENRIQUECIDA COM OXIGÊNIO (OEC) Nitrogênio Vapor Eletricidade Ar ASU Mistura com Ar Oxidante Enriquecido O 2 Gases de Combustão com Baixo Volume Exaustão Carvão BOILER Liquefação e Compressão de CO 2 Injeção de CO 2
5 COMBUSTÃO ENRIQUECIDA COM OXIGÊNIO VANTAGENS DA TECNOLOGIA Baixo volume dos gases de combustão; ASU pode utilizar tecnologias alternativas (PSA, TSA, membranas); Aumento da eficiência térmica da planta; Menor energia necessária para a ignição; Aumento da estabilidade da chama; Baixo custo de adaptação da planta (retrofit);
6 ANÁLISE REALIZADA Avaliação das emissões de três amostras de carvão em atmosferas de combustão enriquecida Chemical Equilibrium with Applications CEA / NASA Software utiliza a minimização da função de Gibbs ou Helmholtz com o uso de multiplicadores Lagrangeanos
7 DADOS DE ENTRADA Dados de análise elementar de três carvões brasileiros Leão II Mina B3 Camada Bonito
8 CARVÕES BRASILEIROS Elemento Químico Leão II B3 Bonito Carbono 31,23 46,35 26,14 Hidrogênio 3,68 5,10 2,00 Oxigênio 37,62 33,55 30,59 Nitrogênio 0,55 0,76 0,45 Enxofre 2,28 0,84 3,80 Alumínio 6,20 3,28 6,63 Cálcio 0,56 0,55 0,40 Ferro 2,08 0,27 2,85 Potássio 0,53 0,30 2,10 Silício 10,36 5,46 15,42 Titânio 0,31 0,20 0,31 Soma dos Traços 4,61 3,34 9,32 PCI [ MJ / kg ] 11,44 17,32 8,79 PCI [ kcal / kg ]
9 COMBUSTÃO ENRIQUECIDA COM OXIGÊNIO PRINCIPAIS CONSIDERAÇÕES Combustão e estequiométrica não adiabática (1400K e 1800K) Volume desprezível da fase sólida Fase gasosa se comporta como um gás ideal Processo a pressão constante Traços permanecem inertes durante a combustão
10 RESULTADOS APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS Os principais poluentes obtidos para as três amostras analisadas são apresentados para duas temperaturas dos gases de combustão e para concentrações de O 2 no oxidante entre 21% e 100%.
11 SO2 [kg / M J] RESULTADOS OBTIDOS EMISSÃO DE SO 2 1,00 0,10 Leão II (T = 1400K) Leão II (T = 1800K) B3 (T = 1400K) 0,01 B3 (T = 1800K) Bonito (T = 1400K) Bonito (T = 1800K) O2 [%] *Eixo das ordenadas em escala logarítmica
12 SO3 [kg / M J] RESULTADOS OBTIDOS EMISSÃO DE SO 3 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 Leão II (T = 1400K) Leão II (T = 1800K) B3 (T = 1400K) B3 (T = 1800K) Bonito (T = 1400K) Bonito (T = 1800K) O2 [%] *Eixo das ordenadas em escala logarítmica
13 CO [kg / M J] RESULTADOS OBTIDOS EMISSÃO DE CO 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 Leão II (T = 1400K) Leão II (T = 1800K) B3 (T = 1400K) B3 (T = 1800K) Bonito (T = 1400K) Bonito (T = 1800K) 1,0E O2 [%] *Eixo das ordenadas em escala logarítmica
14 CO2 [kg / M J] RESULTADOS OBTIDOS EMISSÃO DE CO 2 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Leão II (T = 1400K) Leão II (T = 1800K) B3 (T = 1400K) B3 (T = 1800K) Bonito (T = 1400K) Bonito (T = 1800K) O2 [%] *Eixo das ordenadas em escala logarítmica
15 NO [kg / M J] RESULTADOS OBTIDOS EMISSÃO DE NO 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 1,0E-06 1,0E-07 Leão II (T = 1400K) Leão II (T = 1800K) B3 (T = 1400K) B3 (T = 1800K) Bonito (T = 1400K) Bonito (T = 1800K) O2 [%] *Eixo das ordenadas em escala logarítmica
16 NO [kg / M J] RESULTADOS OBTIDOS EMISSÃO DE NO 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 1,0E-04 1,0E-05 1,0E-06 1,0E-07 Leão II (T = 1400K) Leão II (T = 1800K) B3 (T = 1400K) B3 (T = 1800K) Bonito (T = 1400K) Bonito (T = 1800K) O2 [%] *Eixo das ordenadas em escala logarítmica
17 PRINCIPAIS CONCLUSÕES Redução do NO x gerado com a utilização do OEC para as três amostras estudadas. CO 2 aumentou tanto em massa como em volume para todos os casos e amostras. A formação de SO 2 sofreu pouco alteração. Amostra B3 foi a que apresentou a maior redução nos poluentes formados com o processo OEC. Amostra Bonito foi a que apresentou maior aumento na formação de poluentes.
18 PRINCIPAIS REFERÊNCIAS Baukal, C.E. Oxygen enhanced combustion. CRC Press, Boca Raton, Zheng L., Furimsky E. Assessment of coal combustion in O 2 /CO 2 by equilibrium calculations. Fuel Processing Technology, v. 81, p , Gordon S., McBride B. J. Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications. NASA RP-1311, National Aeronautics and Space Administration, 58 p., Lehrstuhl Kraftwerkstechnik - BTU Cottbus. Bericht nº Cottbus 2011.
19 AGRADECIMENTOS
JOSÉ EDUARDO MAUTONE BARROS
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