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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Instalações para combustão de biocombustíveis. Caldeiras de leito fluidizado. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa Quando o combustível é queimado em fornos de alta temperatura, uma grande quantidade de dióxido de nitrogênio NO é formada2. É um gás marrom altamente tóxico com odor sufocante. Quando a temperatura no forno diminui para 1000°C e menos, quase nenhum dióxido de nitrogênio é formado. Isto é conseguido através da queima de combustível sólido (hulha e lenhite, xisto, resíduos de madeira, resíduos domésticos, etc.) num leito fluidizado (fluidizado). O material combustível de grão fino colocado na grelha da fornalha é soprado por baixo com ar a uma velocidade que excede o limite de estabilidade da camada densa. A “taxa de liquefação” depende da densidade do material combustível e do tamanho das partículas; geralmente está na faixa de 0,9...2,3 m/s. Os possíveis estados do sistema "gás - partículas de combustível" são mostrados na Fig. 5.1.
Quando a velocidade de purga é menor que a crítica (Esquema 1), as partículas de combustível ficam em uma camada densa. Esta é uma fornalha de camada regular. Em um forno de leito fluidizado (Diagrama 2), o ar primário é fornecido por baixo, o combustível triturado é introduzido através do tubo à esquerda. Se a taxa de liquefação for excedida, ocorre intensa circulação de partículas na camada, lembrando a ebulição nucleada de um líquido. Parte do ar passa por essa camada na forma de bolhas, que misturam ainda mais o material combustível. As partículas circulam no volume da camada até serem completamente queimadas. Para queimar as partículas retiradas da camada, o ar secundário é introduzido pelo tubo direito. Com um aumento adicional na velocidade de sopro (Esquema 3), um número crescente de pequenas partículas é removido do leito fluidizado e ocorre uma transição para o modo de transporte pneumático. Neste caso, é aconselhável utilizar a separação do combustível não queimado (geralmente em dispositivos de purificação de gás ciclone) com retorno das partículas separadas ao leito fluidizado (Esquema 4). Este modo de operação do forno é denominado “leito fluidizado circulante”. Dentro da camada existem tubos com refrigerante aquecido, que remove o calor gerado. O contato com partículas de combustível em chamas em movimento leva a uma intensificação significativa da transferência de calor. Devido à temperatura de combustão relativamente baixa nos fornos de leito fluidizado, as cinzas não derretem e, portanto, não aderem à superfície de troca de calor da caldeira. Como resultado, o custo de limpeza das superfícies de troca de calor é reduzido. O leito fluidizado consiste em 90% ou mais de partículas de cinzas ou material inerte especialmente adicionado (calcário, dolomita, lascas de argila refratária). Portanto, materiais com alto teor de cinzas podem ser queimados em leito fluidizado. A introdução de calcário pode reduzir drasticamente as emissões de dióxido de enxofre SO2 - este gás tóxico se transforma em gesso inofensivo CaSO4, retirado do forno junto com as cinzas. Um aumento na concentração de combustível na camada levaria ao aparecimento de hidrogênio H nos produtos de combustão2 e monóxido de carbono CO. Os fornos de leito fluidizado são amplamente utilizados na indústria para torrefação de diversos minérios, piritas na produção de ácido sulfúrico, etc. Na Finlândia e na Suécia, as caldeiras de leito fluidizado são amplamente utilizadas para reciclar resíduos da indústria florestal (aparas, cascas, serradura) e para queimar turfa moída e turfa. Nos EUA, Inglaterra e França, as caldeiras de leito fluidizado são cada vez mais utilizadas em centrais térmicas. Nos EUA, a capacidade das caldeiras de leito fluidizado atingiu 200 MW. Na Fig. A Figura 5.2 mostra um diagrama de um forno com leito fluidizado circulante da BDC (EUA).
O ar primário é fornecido ao tubo 1, o calcário triturado é fornecido através do alimentador helicoidal 2 e o combustível é fornecido através do tubo 3. No volume 5, a combustão de partículas de combustível em suspensão continua. No ciclone 6, os gases de escape são purificados. As partículas capturadas queimam em um bunker onde estão localizados trocadores de calor de bobina que aquecem a água de alimentação da caldeira. Ar adicional para a pós-combustão do arrasto de sólidos é fornecido através do tubo 8. A utilização de fornos de leito fluidizado permite o aproveitamento de uma grande quantidade de resíduos de carvão acumulados em lixeiras próximas a minas de carvão e usinas de processamento. Os resíduos de rocha contêm uma quantidade significativa de combustível sólido não utilizado, cuja combustão espontânea leva à poluição atmosférica com fumaça, enxofre e óxidos de nitrogênio. Autor: Labeish V.G.
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