COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Nº175439

Aplicação de ciclos hídricos em usinas de açúcar e álcool utilizando biomassa/biogas

Ademar Hakuo Ushima

Palestra apresentada no Workshop International sobre Cadeia Sucroenergética, 3., Piracicaba, 2018.

A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________

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Ademar Hakuo Ushima

Laboratório de Engenharia Térmica

APLICAÇÃO DE CICLOS HÍBRIDOS EM USINAS DE

AÇÚCAR E ÁLCOOL UTILIZANDO BIOMASSA/BIOGAS

11 ton. cana

85 l álcool

140 kg bagaço

seco

140 kg palha

seca 0 TEP

0,004 TEP

0,042 TEP

7 %

0 %

0,160 TEP

Autônoma

28,8 % de

aproveitamento

energético

(18,2 % Anexa)

SITUAÇÃO ENERGÉTICA DE USINA AUTÔNOMA

2,1 kWh

POTENCIAL DE APROVEITAMENTO ENERGÉTICO APÓS OTIMIZAÇÃO

Redução consumo de vapor de 530 kg/t cana para 340 kg/t cana

85 l álcool

11 ton. cana

140 kg bagaço

seco

140 kg palha

seca 0,0274 TEP

0,0275 TEP

0,042 TEP

50 %

50 %

0,16 TEP

64 % de

aproveitamento

energético

(53,5 % anexa)

1 m3 vinhaça 6,3 m3

GN 0,0055 TEP

~20 % bagaço

POTENCIAL DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

NUMA USINA AUTÔNOMA OTIMIZADA

11 ton. cana

85 lt álcool

140 kg

bagaço seco

140 kg palha

seca

0,042 TEP

50 %

50 % 0,16 TEP

Energia

Elétrica

24,3 % PCS

184 kWh

1 m3 vinhaça

6,3 m3 GN

Ciclo combinado típico (Ciclos Baryton e Rankine) (utiliza um único combustível)

ORIGEM DE CICLOS HÍBRIDOS

• Temperaturas de vapor na saída de incineradores limitadas a 450 oC devido a problemas de corrosão; baixa eficiência geração energia elétrica ~22 %); • Superaquecimento de vapor na saída de incineradores com os gases de exaustão da turbina a GN, aumentando a eficiência do ciclo;

CARACTERÍSTICAS DE CICLOS HÍBRIDOS

• Ciclos híbridos são uma variante dos ciclos combinados, empregando combustíveis diferentes em cada ciclo, como bagaço de cana (ciclo básico) e GN (ciclo superior) e podem apresentar diversas configurações;

• Permitem aumentar a geração de eletricidade e o retorno financeiro;

• Patente WTERT (Sergio Guerreiro) , PIO804980-7;

• Pode contornar problemas de corrosão dos superaquecedors de vapor na queima de palha de cana, reduzindo temperatura de superaquecimento de vapor.

Utilização dos gases de exaustão da turbina a GN

como ar de combustão de caldeiras

(teores de O2 ~ 14 %);

Utilização dos gases de exaustão para pré-

aquecimento da água alimentação das caldeiras

CICLOS HÍBRIDOS ALTERNATIVOS

Usina com caldeira a alta pressão, sem ciclo híbrido

434,2

MWth

120 bar;

530 oC;

482,4 t/h

69,75

MWe TE TC

32,03

MWe

2,5 bar; 135 oC 104 t/h

Condensado

0,10 bar; 46 oC

Vapor

processo;

353 t/h

Total E. El. Gerada = 101,78 MWe

115,4 kWe/TC

Usina com ciclo híbrido utilizando biogas

434,2 MWth

518 t/h; 480 oC; ; 120 bar

41,88

MWe

TE-AP

TC

Condensado

0,10 bar; 46 oC

Vapor processo;

353 t/h

TG

72,3 MWe

14,33

MWe Biogas

Biogas 47,7 MWt

140 t/h; 530 oC; 120 bar

378 t/h; 480 oC; 120

bar

TE-BP

Reaquecimento

13 bar

211 oC

280 oC

230 oC

Ar Combustão p/

Caldeira

Total E. El. Gerada = 128,5 MWe

145,7 kWe/TC

Aumento potência ciclo: 26,7 MWe = 14,3 MWe TG + 12,4 MWe Ef.

~10 % bagaço

Problemas de corrosão em caldeiras na queima de

palha de cana

Lignina Cloreto de potássio Cloreto de metila

Mecanismo de formação de compostos clorados na

combustão de palha de cana

Fonte: Strömberg e Zintl;

Revista IPT 2018; EMISSÃO DE COMPOSTOS CLORADOS NA COMBUSTÃO,

GASEIFICAÇÃO E PIRÓLISE DE PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR

Grupos metoxila (OCH3) reagem com KCl, formando majoritariamente

cloreto de metila, em temperaturas de 300 a 500 oC, que entra em

combustão no interior das caldeiras, formando CO2, H2O e HCl

Frações de Cl total e Cl na forma de CH3Cl emitidos na pirólise de madeira de pinho e componentes de

biomassas dopados com 2 % de KCl a 500 oC e velocidade de aquecimento de 10 oC/min.

Fonte: Wang et al.; Revista do IPT, agosto 2018;

Incinerador de leito fluidizado em escala

laboratorial instalado no IPT em 2017

Fluxograma do incinerador de bancada do IPT

• Leito fluidizado

borbulhante atmosférico

contínuo;

• Capacidade ~5 kg/h

resíduos;

• Sistema de limpeza de

gases;

• Pontos amostragem

gases e cinzas.

Projetos de P&D em incineração

• Caracterização de efluentes gasosos, líquidos e sólidos

gerados na combustão de resíduos sólidos urbanos,

industriais, agrícolas (palha de cana, casca de arroz,

borra de café, glicerina bruta, lignina 2G etc.), lodo de

esgoto, etc.;

• Caracterização e concentração de gases ácidos

gerados no processo de combustão (HCl, Cl2, SOx, NOx

etc.) e contaminantes como dioxinas e furanos, metais

pesados etc.;

OBRIGADO PELA ATENÇÃO !!!

ADEMAR HAKUO USHIMA

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