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
Tel.: 11 3767.4283
e-mail: [email protected]
capa175439ESALQ_2018_ciclo_hibrido
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