Combustão em leito fluidizado - Fluidized bed combustion

Caldeira de tubo de fumaça FBC

A combustão em leito fluidizado ( FBC ) é uma tecnologia de combustão usada para queimar combustíveis sólidos .

Em sua forma mais básica, as partículas de combustível são suspensas em um leito de fluidez borbulhante de cinzas e outros materiais particulados (areia, calcário etc.) através dos quais jatos de ar são soprados para fornecer o oxigênio necessário para a combustão ou gaseificação. A resultante mistura rápida e íntima de gás e sólidos promove uma rápida transferência de calor e reações químicas dentro do leito. As plantas de FBC são capazes de queimar uma variedade de combustíveis sólidos de baixo grau, incluindo a maioria dos tipos de carvão, resíduos de carvão e biomassa lenhosa, com alta eficiência e sem a necessidade de preparação cara de combustível (por exemplo, pulverização ). Além disso, para qualquer tarefa térmica, os FBCs são menores do que o forno convencional equivalente, portanto, podem oferecer vantagens significativas em relação ao último em termos de custo e flexibilidade.

O FBC reduz a quantidade de enxofre emitida na forma de emissões de SO x . O calcário é usado para precipitar o sulfato durante a combustão, o que também permite uma transferência de calor mais eficiente da caldeira para o aparelho usado para capturar a energia térmica (geralmente tubos de água). O precipitado aquecido que entra em contato direto com os tubos (aquecimento por condução) aumenta a eficiência. Uma vez que isso permite que as usinas a carvão queimem em temperaturas mais baixas, menos NO x também é emitido. No entanto, a queima em baixas temperaturas também causa aumento das emissões de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos . As caldeiras FBC podem queimar outros combustíveis além do carvão, e as temperaturas mais baixas de combustão (800 ° C / 1500 ° F) também oferecem outros benefícios.

Benefícios

Existem duas razões para o rápido aumento do hemograma completo nos combustores. Em primeiro lugar, a liberdade de escolha com respeito aos combustíveis em geral, não apenas a possibilidade de usar combustíveis que são difíceis de queimar usando outras tecnologias, é uma vantagem importante da combustão em leito fluidizado. A segunda razão, que se torna cada vez mais importante, é a possibilidade de se obter, durante a combustão, uma baixa emissão de óxidos nítricos e a possibilidade de se remover o enxofre de forma simples utilizando calcário como leito.

A combustão em leito flutuante evoluiu dos esforços para encontrar um processo de combustão capaz de controlar as emissões de poluentes sem controles externos de emissão (como depuradores-dessulfurização de gases de combustão). A tecnologia queima combustível a temperaturas de 1.400 a 1.700 ° F (750-900 ° C), bem abaixo do limite onde os óxidos de nitrogênio se formam (a aproximadamente 2.500 ° F / 1400 ° C, os átomos de nitrogênio e oxigênio no ar de combustão se combinam para forma azoto de óxido de poluentes); também evita os problemas de fusão das cinzas relacionados à alta temperatura de combustão. A ação de mistura do leito fluidizado coloca os gases de combustão em contato com um produto químico absorvedor de enxofre , como calcário ou dolomita . Mais de 95% dos poluentes de enxofre no carvão podem ser capturados dentro da caldeira pelo sorvente . As reduções podem ser menos substanciais do que parecem, no entanto, visto que coincidem com aumentos dramáticos em hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e possivelmente outras emissões de compostos de carbono.

As unidades comerciais de FBC operam com eficiências competitivas, custam menos do que as unidades de caldeira convencionais de hoje e têm emissões de SO 2 e NO 2 abaixo dos níveis exigidos pelos padrões federais. No entanto, apresentam algumas desvantagens como erosão nos tubos dentro da caldeira, distribuição irregular de temperatura causada por entupimentos na entrada de ar do leito, tempos de partida longos que chegam a até 48 horas em alguns casos.

  1. FBC tem uma temperatura de combustão inferior de 750 ° C, enquanto uma caldeira comum opera a 850 ° C.
  2. FBC possui baixo processo de sinterização (fusão de cinzas).
  3. Menor produção de NO x devido à menor temperatura.
  4. Menor produção de SO x devido à captura pelo calcário.
  5. Maior eficiência de combustão devido a 10 vezes mais transferência de calor do que outros processos de combustão devido à queima de partículas.
  6. Menos área é necessária para FBC devido ao alto coeficiente de transferência de calor por convecção.
  7. A combustão isotérmica do leito à medida que a temperatura na correia livre e na correia ativa permanece constante.

Tipos

Os sistemas FBC se encaixam em essencialmente dois grupos principais, sistemas atmosféricos (FBC) e sistemas pressurizados (PFBC), e dois subgrupos menores, borbulhamento (BFB) e leito fluidizado circulante ( CFB ).

Combustão em leito fluidizado

Os leitos fluidizados atmosféricos usam calcário ou dolomita para capturar o enxofre liberado pela combustão do carvão. Jatos de ar suspendem a mistura de sorvente e carvão em chamas durante a combustão, convertendo a mistura em uma suspensão de partículas em brasa que fluem como um fluido. Essas caldeiras operam à pressão atmosférica.

Combustão em leito fluidizado pressurizado

O sistema PFBC de primeira geração também usa um sorvente e jatos de ar para suspender a mistura de sorvente e carvão em combustão durante a combustão. No entanto, esses sistemas operam em pressões elevadas e produzem um fluxo de gás de alta pressão em temperaturas que podem acionar uma turbina a gás . O vapor gerado a partir do calor no leito fluidizado é enviado para uma turbina a vapor , criando um sistema de ciclo combinado altamente eficiente .

PFBC avançado

  • Um sistema PFBC de 1½ geração aumenta a temperatura de queima da turbina a gás usando gás natural além do ar viciado do combustor PFB. Esta mistura é queimada em um combustor de cobertura para fornecer temperaturas de entrada mais altas para maior eficiência do ciclo combinado. No entanto, ele usa gás natural , geralmente um combustível mais caro do que o carvão.
  • APFBC. Em sistemas PFBC de segunda geração mais avançados, um carbonizador pressurizado é incorporado para processar o carvão de alimentação em gás combustível e carvão. O PFBC queima o carvão para produzir vapor e aquecer o ar de combustão para a turbina a gás. O gás combustível do carbonizador queima em um combustor de cobertura ligado a uma turbina a gás, aquecendo os gases até a temperatura nominal de queima da turbina de combustão. O calor é recuperado da exaustão da turbina a gás para produzir vapor, que é usado para acionar uma turbina a vapor convencional , resultando em uma maior eficiência geral para a produção de energia de ciclo combinado . Esses sistemas também são chamados de APFBC, ou sistemas avançados de ciclo combinado de combustão em leito fluidizado pressurizado circulante. Um sistema APFBC é totalmente movido a carvão.
  • GFBCC. Os sistemas de ciclo combinado de combustão de leito fluidizado de gaseificação, GFBCC, têm um gaseificador parcial de leito fluidizado circulante pressurizado (PCFB) que alimenta gás de síntese para o combustor de cobertura da turbina a gás. A exaustão da turbina a gás fornece ar de combustão para o combustor de leito fluidizado circulante atmosférico que queima o carvão do gaseificador parcial PCFB.
  • CHIPPS. Um sistema CHIPPS é semelhante, mas usa um forno em vez de um combustor de leito fluidizado atmosférico. Ele também possui tubos do pré-aquecedor de ar da turbina a gás para aumentar a eficiência do ciclo da turbina a gás. CHIPPS significa sistema de energia de alto desempenho baseado em combustão.

Veja também

Referências (requer atualização nos links)