Estudo da Queima do Carvão Mineral em Fornalhas de Geradores de Vapor
Publicado em 20 de novembro de 2010 por Tédni de Abreu Goulart
Estudo da Queima do Carvão Mineral em Fornalhas de Geradores de Vapor
Tédni de Abreu Goulart
([email protected])
Resumo
A fornalha é o componente de unidade geradora de vapor destinado a converter a energia química do combustível em energia térmica. De acordo com o tipo do combustível, os projetos de fornalhas atuais têm se alternado entre fornalhas para queima em suspensão, queima em grelha ou queima em leito fluidizado. As fornalhas de queima em suspensão têm aplicação mais abrangente, principalmente por permitirem queima de óleo, carvão pulverizado, ou mesmo gás natural. O carvão pulverizado sempre tem se apresentado como uma alternativa vantajosa para uso no campo da termoeletricidade. O uso de carvão pulverizado exige alguns cuidados especiais com a estabilidade de chama e com sua preparação, envolvendo o emprego de esteiras transportadoras, silos, moinhos e sistemas complementares de operação. As fornalhas adaptadas com grelhas ou leito fluidizado têm aplicação restrita a unidade de pequeno ou médio porte e são projetados para o consumo de combustíveis sólidos. O elevado teor de cinzas de grande parte das reservas de carvão fóssil, juntamente com outros combustíveis menos nobres, tem justificado a aplicação de fornalhas de leito fluidizado, ou a adoção de outros processos alternativos de combustão direta. Este trabalho tem o objetivo de revisar estes processos de queima e, dessa forma, analisar possíveis ajustes para melhora da eficiência do da fornalha no sentido de se ajustar às necessidades de cada projeto em particular e possibilitar a queima do combustível abundante na região sul do Brasil que é o carvão mineral.
Palavras-chave: Carvão, Combustão, Queima, Fornalhas.
Abstract
The furnace is the component of the steam generator that converts chemical energy into thermal energy. According to the type of fuel, the boiler design must be chosen among burning in suspension, grid burning and fluidized bed burning. The suspension burning have many applications, mainly because it permits burning of oil, pulverized coal, and natural gas. The pulverized coal has always presented itself as an advantageous alternative for use in the thermal electricity. The use of pulverized coal requires some special care with flame stability and fuel preparation, involving conveyors, silos, mills and complementary operation systems. The furnaces adapted with grill or fluidized beds are used strictly in small or mid size units and are designed for solid fuels. The high ash content, larger constituent of mineral coal, together with the others low grade fuel, has been applied to fluidized bed furnaces, or other alternative process of direct burning. This work was developed to review these burning processes and to analyze possible adjustments to improve the efficiency of the steam generator with the intention to fit the needs of each design in particular and enable the use of the mineral coal which is abundant in the south of Brazil.
Keywords: Coal, combustion, burn, furnaces.
Introdução
A geração de energia elétrica no Brasil é calcada em um parque predominantemente hidráulico, merecendo destaque neste momento de crise energética, a diversificação do nosso parque gerador, quer seja através da incorporação melhorias nas termelétricas, quer seja através da implantação de sistemas de cogeração e através da incorporação de energias renováveis. Muitos são os fatores que forçam a indústria de eletricidade brasileira a mudar. Esse fatores incluem melhorias substanciais na eficiência das caldeiras das termoelétricas (incluindo melhorias tecnológicas nas emissões de poluentes) e o sentimento público contrário ao racionamento e outras turbulências no cotidiano dos usuários de eletricidade. Dessa forma, este artigo prevê um estudo da queima do carvão em fornalhas de geradores de vapor utilizados em termoelétricas buscando melhorias nas eficiências, na qual três tipos serão avaliados: queima em suspensão, queima em grelha ou queima em leito fluidizado.
1 Histórico
No geral, fornalhas são maquinas térmicas que convertem energia química da queima de um combustível, em energia térmica. Os modelos de fornalhas podem variar conforme o tipo e a qualidade do combustível usado para queima. Pode ser dividida basicamente em fornalha para queima de combustível sólido, fornalha com grelhas basculantes, fornalha com grelha rotativa, fornalhas para queima de combustível em suspensão, fornalhas com leito fluidizado. Toda caldeira necessita de uma fornalha, seja ela interna ou externa.
2 Tipos de fornalhas na queima de carvão
2.1 Fornalhas para queima de combustível sólido. São as que possuem suportes e grelhas. Podem ser planas, inclinadas ou dispostas em formas de degraus que ainda podem ser fixos ou móveis. Este tipo é destinada principalmente à queima de lenha, carvão, sobras de produtos, casca de cacau, bagaço de cana, casca de castanha, etc. A alimentação do combustível pode ser feita de maneira manual ou automatizada.
2.2 Fornalhas com grelhas basculantes. É um tipo de fornalha muito usada para a queima de bagaço como combustível sólido e é dividida em vários setores. Cada setor possui elementos de grelha denominado barrotes. Estes barrotes se inclinam sob a ação de um acionamento externo, que pode ser de ar comprimido ou de vapor. Com a inclinação dos barrotes, a cinza escoa-se para baixo da grelha, limpando-a. A redução de ar da combustão e a melhor distribuição do bagaço sobre a grelha aumentam consideravelmente o rendimento da caldeira.
2.3 Fornalhas com grelha rotativa. É outro tipo de fornalha para a queima de combustível sólido na qual a queima e a alimentação se processam da mesma maneira que na grelha basculante, mas a limpeza é feita continuamente e não há basculamento dos barrotes. O ar de combustão entra por baixo da grelha e serve para refrigeração, da mesma forma que na grelha basculante.
2.4 Fornalhas de leito fluidizado. A flexibilidade de combustível é a melhor característica das caldeiras de leito fluidizado. Elas podem queimar uma vasta variedade de combustíveis sem uma maior perda no desempenho. Por exemplo, se caldeiras de carvão pulverizado, designadas para carvão com 45% de cinza, são alimentadas com carvão de 10% de cinza, isso pode causar um serio problema, mas isso não ocorre nas caldeiras de leito fluidizado, além da flexibilidade do combustível, outras vantagens são o design compacto da caldeira, eficiência na combustão e emissão reduzida dos poluentes nocivos.
3 Queimadores de fornalhas
Segundo RORIZ(2010) um queimador é um equipamento que mediante o processo de combustão, tem por fim realizar a transformação de energia química de um combustível em calor. O combustível pode ser líquido, gasoso ou sólido. Para além de providenciar o calor numa caldeira ou qualquer outro dispositivo de aquecimento, controla também a temperatura de saída e pressão da caldeira, e é essencial que a queima de combustível seja eficiente para que o consumo de combustível seja reduzido. Para além destas funções, o queimador tem também um papel preponderante na estabilização de chama, promovendo:
- Recirculação (interna ou externa) dos gases da chama de modo a aquecer a mistura ar/combustível;
- Turbulência da mistura;
- Atomização (Pulverização) correta de combustível;
Devido a esta última função, por vezes os queimadores são apenas referidos por atomizadores, uma vez que é esta a sua principal característica e também é ela que diferencia os diversos tipos de queimadores. A atomização envolve a formação de películas e/ou ligamento na proximidade do atomizador e posteriormente de gotículas. Este passo é de grande importância, e uma boa atomização é essencial para o processo de combustão. A atomização é fortemente influenciada pela geometria e diâmetro do atomizador, assim como pelas propriedades do líquido, do fluído de atomização, velocidade relativa dos mesmos, assim como pelas condições (temperatura, umidade, entre outros) do meio circundante.
Existem métodos que podem ajudar a melhorar a atomização de um determinado líquido, com a formação de gotículas de diâmetros reduzidos, rapidez e atomização completa.
3.1 Atomizadores de pressão direta. Atomizador constituído por duas peças básicas, que encaixam uma na outra. A primeira comporta o combustível e possui um pequeno orifício que o conduz para o exterior, a outra, é introduzida no interior da primeira, deixando livre um pequeno espaço, denominado câmara de redemoinho. A segunda peça referida possui diversos canais no seu interior por onde circula o combustível. Este é introduzido na câmara de redemoinho, onde, devido aos diversos ângulos de saída dos canais, ganha rotação. O objetivo é provocar rotação no combustível antes de este ser enviado, pelo orifício da peça exterior até ao local de combustão.
A força centrífuga originada pela rotação espalha óleo uniformemente pela superfície interior da ponta do atomizador, para que, quando este emerge do orifício lá existente, literalmente, se desintegre.
3.2 Atomizadores assistidos a ar ou vapor. Semelhante ao descrito anteriormente, mas à saída do orifício temos uma mistura de combustível e ar, ou de combustível e vapor. O objetivo da presença do segundo fluido é provocar rotação no interior do bocal, rotação essa que é essencial para a formação de gotas. O agente atomizador tem pressão superior ao combustível, e funciona a pressões inferiores ao atomizador de pressão descrito a cima. O seu funcionamento implica uma menor exigência no acabamento do atomizador.
3.3 Atomizadores rotativos ou de copo. O combustível é introduzido diretamente no interior do copo em rotação, "molhando" as paredes do mesmo. O combustível começa também a rodar sobre si próprio até atingir as 3000 a 5000 r.p.m do copo que o suporta, formando um anel muito fino de óleo. Depois de algumas rotações, devido à força centrífuga, este filme de liquido é arrastado até a secção aberta do copo rotativo. Ao chegar aqui, este fino anel é obrigado a sair, e como deixa de ter o copo a sustentar a sua forma, separa-se um milhões de pequenas gotas. O objetivo deste tipo de atomizadores é, portanto, criar um filme de liquido o mais fino possível, para que este se desintegre completamente, quando chega entra em contacto com o caudal de ar da combustão (ver figura 6). O ar de combustão aqui introduzido é misturado com o combustível para que ocorra reação, e também para controlar o raio de desintegração do combustível, ou seja, caso não existisse este caudal de ar, o liquido que saía do copo, podia dirigir-se diretamente para uma das paredes da caldeira, não sendo vaporizado e não reagindo. Este tipo de atomizador tem melhores resultados quando é utilizado um óleo pesado do que com um óleo leve. Quanto mais viscoso é o óleo melhor é a sua resistência à rotação. O óleo acompanha mais depressa a velocidade de rotação do copo, e escorrega menos sobre si próprio, resultando num filme de liquido mais fino e perfeito. Com estas características, o atomizador necessita de um maior cuidado de manutenção, assim como maior controlo da viscosidade do combustível.
3.5 Atomizadores de carvão pulverizado: Impõem movimento de rotação na mistura carvão pulverizado-ar primário, muitos deles tem dutos para combustível auxiliar (óleo, gás), geralmente os combustíveis auxiliares são usados para o acendimento e aquecimento da caldeira, o carvão passa a ser inserido na caldeira após que a mesma esteja aquecida. A Figura 1 mostra um corte parcial em um queimador de carvão pulverizado.
Figura 1
4 Comentários gerais sobre o carvão
Segundo ARRUDA(1981) Os tipos de carvão existentes na região sul do Brasil são antracito (semi-antracito, antracito e meta-antracito), betuminoso (alto volátil A, alto volátil B, alto volátil C, médio volátil e baixo volátil), sub-betuminoso (sub-betuminoso A, B e C) e linhito. Todos estes tipos de carvão podem ocorrer em Santa Catarina, Paraná e Rio Grande do Sul. Em Santa Catarina predominam os tipos betuminoso alto a médio volátil nas camadas Bonito (betuminoso alto volátil), Barro Branco (betuminoso médio a alto volátil) e Irapuá (betuminoso alto volátil). No Rio Grande do Sul predominam os tipos sub-betuminosos nas cidades de Candiota e Recreio carvões sub-betuminosos A, Santa Teresinha temos carvões sub-betuminosos para betuminoso alto à médio volátil.
4.1 Constituição química do carvão
Os constituintes do carvão são carbono, hidrogênio e enxofre, os materiais minerais presentes no carvão são argilas, piritas e calcários, os óxidos presentes são alumínio e silício.
O carvão pode ser definido basicamente como sendo uma rocha sedimentar combustível, formada a partir de determinados vegetais, que sofreram soterramento e compactação em bacias originalmente pouco profundas. Os diversos estágios de carbonificação, do menor para o maior rank, seguem a sequência: turfa ? sapropelito ? linhito ? carvão sub-betuminoso ? carvão betuminoso ? antracito. O estágio mínimo para a utilização industrial do carvão é o do linhito.
7 Combustão do carvão
As finalidades principais da combustão direta do carvão são geração de vapor industrial, termoeletricidade, calor de processo em fornos e fornalhas na indústria do cimento, vidro, cerâmica, secagem de minerais e grãos agrícolas, locomotivas a carvão, em outras palavras, a queima do carvão se faz necessária na indústria por causa da energia que é liberada através de sua queima.
A queima direta constitui a forma mais barata, eficiente e tradicional na utilização do carvão como fonte de energia. Se dá em fornalhas, fornos e caldeiras, sendo as principais técnicas utilizadas a combustão em grelhas e a combustão em leito fluidizado.
Na combustão em grelha, utiliza-se o carvão na forma pulverizada, o carvão é queimado em um leito fixo sobre uma grelha, através da qual o ar de combustão é soprado. A principal desvantagem desse sistema é em relação a curta velocidade de queima devido à baixa superfície específica das partículas de carvão e a espessura limitada da camada de carvão na grelha.
Na combustão em leito fluidizado, o carvão é queimado em um leito de partículas mantidas num estado de fluidização pelo ar necessário para combustão. Algumas vantagens do processo de combustão em leito fluidizado são melhor eficiência na combustão, poder queimar pouco combustível, altas taxas de transferência de calor. O ar é soprado de baixo para cima num duto vertical. O carvão moído é jogado na corrente de ar e as partículas ficam em suspensão, se comportando como um fluido, por isso o nome de leito fluidizado.
8 Comparação dos tipos de queima para o carvão mineral
Entre as caldeiras mais usadas para queima de carvão mineral devemos destacar as caldeiras que usam os métodos de queima com carvão pulverizado e com leito fluidizado, as caldeiras de leito fluidizado segundo BASU(2006) se caracterizam basicamente pela capacidade de variar os tipos de combustíveis que estão sendo queimados, sem causar problemas, tem uma alta eficiência de combustão e baixa emissão de gases nocivos, já as caldeiras de carvão pulverizado se limitam a um único tipo de carvão, e tem seu bom aproveitamento limitado a utilização para queima de um carvão com baixíssimo teor de cinzas, algo em torno de 10% de teor de cinzas, quando comparada as caldeiras de leito fluidizado tem uma baixa eficiência na combustão para o mesmo tipo de carvão.
Analisando as características do carvão mineral da região e comparando as vantagens e desvantagens entre esses dois tipos de caldeira e seus métodos para queima do carvão, fica claro que o melhor tipo de caldeira para queima do carvão da região são as caldeiras com leito fluidizado, devido o fato de nosso carvão ser muito novo, muito sujo e com alto teor de cinzas.
Considerações Finais
Foram analisadas diferenças entre a combustão do carvão em grelha, combustão do método com carvão pulverizado, usada durante muito tempo, e a combustão em leito fluidizado. Sabendo as diferenças entre esses métodos, podemos dizer que o processo em leito fluidizado, possui um numero considerável de vantagens, principalmente quando relacionado com o carvão mineral da região sul. Devido ao fato do carvão de nossa região ser jovem, muitas pesquisas estão sendo desenvolvidas para que haja um aprimoramento nas tecnologias para queima do carvão e assim podendo gerar um aproveitamento sustentável do mesmo.
Bibliografia Consultada
ARRUDA, S. R. ? Seminário sobre tecnologia do carvão. Imprensa Universitária ? Volume A 1981.
BASU, P. ? Combustion and gasification in fluidized beds. CRC ? 2006.
RORIZ, Luiz Filipe. Queimadores. Disponível em: http://web.ist.utl.pt/luis.roriz/MyPage/et_T34.htm. Acesso em: 23 jul. 2010
Tédni de Abreu Goulart
([email protected])
Resumo
A fornalha é o componente de unidade geradora de vapor destinado a converter a energia química do combustível em energia térmica. De acordo com o tipo do combustível, os projetos de fornalhas atuais têm se alternado entre fornalhas para queima em suspensão, queima em grelha ou queima em leito fluidizado. As fornalhas de queima em suspensão têm aplicação mais abrangente, principalmente por permitirem queima de óleo, carvão pulverizado, ou mesmo gás natural. O carvão pulverizado sempre tem se apresentado como uma alternativa vantajosa para uso no campo da termoeletricidade. O uso de carvão pulverizado exige alguns cuidados especiais com a estabilidade de chama e com sua preparação, envolvendo o emprego de esteiras transportadoras, silos, moinhos e sistemas complementares de operação. As fornalhas adaptadas com grelhas ou leito fluidizado têm aplicação restrita a unidade de pequeno ou médio porte e são projetados para o consumo de combustíveis sólidos. O elevado teor de cinzas de grande parte das reservas de carvão fóssil, juntamente com outros combustíveis menos nobres, tem justificado a aplicação de fornalhas de leito fluidizado, ou a adoção de outros processos alternativos de combustão direta. Este trabalho tem o objetivo de revisar estes processos de queima e, dessa forma, analisar possíveis ajustes para melhora da eficiência do da fornalha no sentido de se ajustar às necessidades de cada projeto em particular e possibilitar a queima do combustível abundante na região sul do Brasil que é o carvão mineral.
Palavras-chave: Carvão, Combustão, Queima, Fornalhas.
Abstract
The furnace is the component of the steam generator that converts chemical energy into thermal energy. According to the type of fuel, the boiler design must be chosen among burning in suspension, grid burning and fluidized bed burning. The suspension burning have many applications, mainly because it permits burning of oil, pulverized coal, and natural gas. The pulverized coal has always presented itself as an advantageous alternative for use in the thermal electricity. The use of pulverized coal requires some special care with flame stability and fuel preparation, involving conveyors, silos, mills and complementary operation systems. The furnaces adapted with grill or fluidized beds are used strictly in small or mid size units and are designed for solid fuels. The high ash content, larger constituent of mineral coal, together with the others low grade fuel, has been applied to fluidized bed furnaces, or other alternative process of direct burning. This work was developed to review these burning processes and to analyze possible adjustments to improve the efficiency of the steam generator with the intention to fit the needs of each design in particular and enable the use of the mineral coal which is abundant in the south of Brazil.
Keywords: Coal, combustion, burn, furnaces.
Introdução
A geração de energia elétrica no Brasil é calcada em um parque predominantemente hidráulico, merecendo destaque neste momento de crise energética, a diversificação do nosso parque gerador, quer seja através da incorporação melhorias nas termelétricas, quer seja através da implantação de sistemas de cogeração e através da incorporação de energias renováveis. Muitos são os fatores que forçam a indústria de eletricidade brasileira a mudar. Esse fatores incluem melhorias substanciais na eficiência das caldeiras das termoelétricas (incluindo melhorias tecnológicas nas emissões de poluentes) e o sentimento público contrário ao racionamento e outras turbulências no cotidiano dos usuários de eletricidade. Dessa forma, este artigo prevê um estudo da queima do carvão em fornalhas de geradores de vapor utilizados em termoelétricas buscando melhorias nas eficiências, na qual três tipos serão avaliados: queima em suspensão, queima em grelha ou queima em leito fluidizado.
1 Histórico
No geral, fornalhas são maquinas térmicas que convertem energia química da queima de um combustível, em energia térmica. Os modelos de fornalhas podem variar conforme o tipo e a qualidade do combustível usado para queima. Pode ser dividida basicamente em fornalha para queima de combustível sólido, fornalha com grelhas basculantes, fornalha com grelha rotativa, fornalhas para queima de combustível em suspensão, fornalhas com leito fluidizado. Toda caldeira necessita de uma fornalha, seja ela interna ou externa.
2 Tipos de fornalhas na queima de carvão
2.1 Fornalhas para queima de combustível sólido. São as que possuem suportes e grelhas. Podem ser planas, inclinadas ou dispostas em formas de degraus que ainda podem ser fixos ou móveis. Este tipo é destinada principalmente à queima de lenha, carvão, sobras de produtos, casca de cacau, bagaço de cana, casca de castanha, etc. A alimentação do combustível pode ser feita de maneira manual ou automatizada.
2.2 Fornalhas com grelhas basculantes. É um tipo de fornalha muito usada para a queima de bagaço como combustível sólido e é dividida em vários setores. Cada setor possui elementos de grelha denominado barrotes. Estes barrotes se inclinam sob a ação de um acionamento externo, que pode ser de ar comprimido ou de vapor. Com a inclinação dos barrotes, a cinza escoa-se para baixo da grelha, limpando-a. A redução de ar da combustão e a melhor distribuição do bagaço sobre a grelha aumentam consideravelmente o rendimento da caldeira.
2.3 Fornalhas com grelha rotativa. É outro tipo de fornalha para a queima de combustível sólido na qual a queima e a alimentação se processam da mesma maneira que na grelha basculante, mas a limpeza é feita continuamente e não há basculamento dos barrotes. O ar de combustão entra por baixo da grelha e serve para refrigeração, da mesma forma que na grelha basculante.
2.4 Fornalhas de leito fluidizado. A flexibilidade de combustível é a melhor característica das caldeiras de leito fluidizado. Elas podem queimar uma vasta variedade de combustíveis sem uma maior perda no desempenho. Por exemplo, se caldeiras de carvão pulverizado, designadas para carvão com 45% de cinza, são alimentadas com carvão de 10% de cinza, isso pode causar um serio problema, mas isso não ocorre nas caldeiras de leito fluidizado, além da flexibilidade do combustível, outras vantagens são o design compacto da caldeira, eficiência na combustão e emissão reduzida dos poluentes nocivos.
3 Queimadores de fornalhas
Segundo RORIZ(2010) um queimador é um equipamento que mediante o processo de combustão, tem por fim realizar a transformação de energia química de um combustível em calor. O combustível pode ser líquido, gasoso ou sólido. Para além de providenciar o calor numa caldeira ou qualquer outro dispositivo de aquecimento, controla também a temperatura de saída e pressão da caldeira, e é essencial que a queima de combustível seja eficiente para que o consumo de combustível seja reduzido. Para além destas funções, o queimador tem também um papel preponderante na estabilização de chama, promovendo:
- Recirculação (interna ou externa) dos gases da chama de modo a aquecer a mistura ar/combustível;
- Turbulência da mistura;
- Atomização (Pulverização) correta de combustível;
Devido a esta última função, por vezes os queimadores são apenas referidos por atomizadores, uma vez que é esta a sua principal característica e também é ela que diferencia os diversos tipos de queimadores. A atomização envolve a formação de películas e/ou ligamento na proximidade do atomizador e posteriormente de gotículas. Este passo é de grande importância, e uma boa atomização é essencial para o processo de combustão. A atomização é fortemente influenciada pela geometria e diâmetro do atomizador, assim como pelas propriedades do líquido, do fluído de atomização, velocidade relativa dos mesmos, assim como pelas condições (temperatura, umidade, entre outros) do meio circundante.
Existem métodos que podem ajudar a melhorar a atomização de um determinado líquido, com a formação de gotículas de diâmetros reduzidos, rapidez e atomização completa.
3.1 Atomizadores de pressão direta. Atomizador constituído por duas peças básicas, que encaixam uma na outra. A primeira comporta o combustível e possui um pequeno orifício que o conduz para o exterior, a outra, é introduzida no interior da primeira, deixando livre um pequeno espaço, denominado câmara de redemoinho. A segunda peça referida possui diversos canais no seu interior por onde circula o combustível. Este é introduzido na câmara de redemoinho, onde, devido aos diversos ângulos de saída dos canais, ganha rotação. O objetivo é provocar rotação no combustível antes de este ser enviado, pelo orifício da peça exterior até ao local de combustão.
A força centrífuga originada pela rotação espalha óleo uniformemente pela superfície interior da ponta do atomizador, para que, quando este emerge do orifício lá existente, literalmente, se desintegre.
3.2 Atomizadores assistidos a ar ou vapor. Semelhante ao descrito anteriormente, mas à saída do orifício temos uma mistura de combustível e ar, ou de combustível e vapor. O objetivo da presença do segundo fluido é provocar rotação no interior do bocal, rotação essa que é essencial para a formação de gotas. O agente atomizador tem pressão superior ao combustível, e funciona a pressões inferiores ao atomizador de pressão descrito a cima. O seu funcionamento implica uma menor exigência no acabamento do atomizador.
3.3 Atomizadores rotativos ou de copo. O combustível é introduzido diretamente no interior do copo em rotação, "molhando" as paredes do mesmo. O combustível começa também a rodar sobre si próprio até atingir as 3000 a 5000 r.p.m do copo que o suporta, formando um anel muito fino de óleo. Depois de algumas rotações, devido à força centrífuga, este filme de liquido é arrastado até a secção aberta do copo rotativo. Ao chegar aqui, este fino anel é obrigado a sair, e como deixa de ter o copo a sustentar a sua forma, separa-se um milhões de pequenas gotas. O objetivo deste tipo de atomizadores é, portanto, criar um filme de liquido o mais fino possível, para que este se desintegre completamente, quando chega entra em contacto com o caudal de ar da combustão (ver figura 6). O ar de combustão aqui introduzido é misturado com o combustível para que ocorra reação, e também para controlar o raio de desintegração do combustível, ou seja, caso não existisse este caudal de ar, o liquido que saía do copo, podia dirigir-se diretamente para uma das paredes da caldeira, não sendo vaporizado e não reagindo. Este tipo de atomizador tem melhores resultados quando é utilizado um óleo pesado do que com um óleo leve. Quanto mais viscoso é o óleo melhor é a sua resistência à rotação. O óleo acompanha mais depressa a velocidade de rotação do copo, e escorrega menos sobre si próprio, resultando num filme de liquido mais fino e perfeito. Com estas características, o atomizador necessita de um maior cuidado de manutenção, assim como maior controlo da viscosidade do combustível.
3.5 Atomizadores de carvão pulverizado: Impõem movimento de rotação na mistura carvão pulverizado-ar primário, muitos deles tem dutos para combustível auxiliar (óleo, gás), geralmente os combustíveis auxiliares são usados para o acendimento e aquecimento da caldeira, o carvão passa a ser inserido na caldeira após que a mesma esteja aquecida. A Figura 1 mostra um corte parcial em um queimador de carvão pulverizado.
Figura 1
4 Comentários gerais sobre o carvão
Segundo ARRUDA(1981) Os tipos de carvão existentes na região sul do Brasil são antracito (semi-antracito, antracito e meta-antracito), betuminoso (alto volátil A, alto volátil B, alto volátil C, médio volátil e baixo volátil), sub-betuminoso (sub-betuminoso A, B e C) e linhito. Todos estes tipos de carvão podem ocorrer em Santa Catarina, Paraná e Rio Grande do Sul. Em Santa Catarina predominam os tipos betuminoso alto a médio volátil nas camadas Bonito (betuminoso alto volátil), Barro Branco (betuminoso médio a alto volátil) e Irapuá (betuminoso alto volátil). No Rio Grande do Sul predominam os tipos sub-betuminosos nas cidades de Candiota e Recreio carvões sub-betuminosos A, Santa Teresinha temos carvões sub-betuminosos para betuminoso alto à médio volátil.
4.1 Constituição química do carvão
Os constituintes do carvão são carbono, hidrogênio e enxofre, os materiais minerais presentes no carvão são argilas, piritas e calcários, os óxidos presentes são alumínio e silício.
O carvão pode ser definido basicamente como sendo uma rocha sedimentar combustível, formada a partir de determinados vegetais, que sofreram soterramento e compactação em bacias originalmente pouco profundas. Os diversos estágios de carbonificação, do menor para o maior rank, seguem a sequência: turfa ? sapropelito ? linhito ? carvão sub-betuminoso ? carvão betuminoso ? antracito. O estágio mínimo para a utilização industrial do carvão é o do linhito.
7 Combustão do carvão
As finalidades principais da combustão direta do carvão são geração de vapor industrial, termoeletricidade, calor de processo em fornos e fornalhas na indústria do cimento, vidro, cerâmica, secagem de minerais e grãos agrícolas, locomotivas a carvão, em outras palavras, a queima do carvão se faz necessária na indústria por causa da energia que é liberada através de sua queima.
A queima direta constitui a forma mais barata, eficiente e tradicional na utilização do carvão como fonte de energia. Se dá em fornalhas, fornos e caldeiras, sendo as principais técnicas utilizadas a combustão em grelhas e a combustão em leito fluidizado.
Na combustão em grelha, utiliza-se o carvão na forma pulverizada, o carvão é queimado em um leito fixo sobre uma grelha, através da qual o ar de combustão é soprado. A principal desvantagem desse sistema é em relação a curta velocidade de queima devido à baixa superfície específica das partículas de carvão e a espessura limitada da camada de carvão na grelha.
Na combustão em leito fluidizado, o carvão é queimado em um leito de partículas mantidas num estado de fluidização pelo ar necessário para combustão. Algumas vantagens do processo de combustão em leito fluidizado são melhor eficiência na combustão, poder queimar pouco combustível, altas taxas de transferência de calor. O ar é soprado de baixo para cima num duto vertical. O carvão moído é jogado na corrente de ar e as partículas ficam em suspensão, se comportando como um fluido, por isso o nome de leito fluidizado.
8 Comparação dos tipos de queima para o carvão mineral
Entre as caldeiras mais usadas para queima de carvão mineral devemos destacar as caldeiras que usam os métodos de queima com carvão pulverizado e com leito fluidizado, as caldeiras de leito fluidizado segundo BASU(2006) se caracterizam basicamente pela capacidade de variar os tipos de combustíveis que estão sendo queimados, sem causar problemas, tem uma alta eficiência de combustão e baixa emissão de gases nocivos, já as caldeiras de carvão pulverizado se limitam a um único tipo de carvão, e tem seu bom aproveitamento limitado a utilização para queima de um carvão com baixíssimo teor de cinzas, algo em torno de 10% de teor de cinzas, quando comparada as caldeiras de leito fluidizado tem uma baixa eficiência na combustão para o mesmo tipo de carvão.
Analisando as características do carvão mineral da região e comparando as vantagens e desvantagens entre esses dois tipos de caldeira e seus métodos para queima do carvão, fica claro que o melhor tipo de caldeira para queima do carvão da região são as caldeiras com leito fluidizado, devido o fato de nosso carvão ser muito novo, muito sujo e com alto teor de cinzas.
Considerações Finais
Foram analisadas diferenças entre a combustão do carvão em grelha, combustão do método com carvão pulverizado, usada durante muito tempo, e a combustão em leito fluidizado. Sabendo as diferenças entre esses métodos, podemos dizer que o processo em leito fluidizado, possui um numero considerável de vantagens, principalmente quando relacionado com o carvão mineral da região sul. Devido ao fato do carvão de nossa região ser jovem, muitas pesquisas estão sendo desenvolvidas para que haja um aprimoramento nas tecnologias para queima do carvão e assim podendo gerar um aproveitamento sustentável do mesmo.
Bibliografia Consultada
ARRUDA, S. R. ? Seminário sobre tecnologia do carvão. Imprensa Universitária ? Volume A 1981.
BASU, P. ? Combustion and gasification in fluidized beds. CRC ? 2006.
RORIZ, Luiz Filipe. Queimadores. Disponível em: http://web.ist.utl.pt/luis.roriz/MyPage/et_T34.htm. Acesso em: 23 jul. 2010