A palha da cana como outras biomassas apresenta razoável variação em sua composição química, que dependem de fatores agronômicos como a variedade de cana, tipo de solo, sistema de limpeza e de colheita, o que torna inviável a generalização de suas propriedades.
O método comumente utilizado nas usinas sucroalcooleiras para geração de energia é a combustão do bagaço em geradores de vapor e o conhecimento das características físicas e químicas é necessário para o projeto dos equipamentos de geração de vapor. O aproveitamento energético da palha de cana exige também a determinação e análise das suas propriedades físico-químicas.
As biomassas herbáceas, incluindo a palha de cana, têm como elementos inorgânicos principais o potássio, o silício, o enxofre e o cloro, a combinação desses constituintes na composição do combustível potencializa a formação de depósitos fundidos nas superfícies metálicas, nas temperaturas normais de operação dos geradores de vapor (Jenkins et al., 1996).
As características da palha da cana dependem de vários fatores, no entanto, dificilmente estão disponíveis na literatura especializada as informações correlacionadas com a caracterização. A palha de cana ainda não é utilizada para geração de energia em larga escala, mas apresenta um grande potencial de aproveitamento. Por este motivo, o conhecimento de suas características como combustível é necessário (Bizzo et al. 2014).
aumenta o desgaste dos equipamentos que estão em contato com as cinzas transportadas pelos gases de combustão. Assim o aproveitamento da palha da cana para combustão em caldeiras e geração de vapor apresenta ainda certas restrições (Carvalho, 2011).
Os constituintes inorgânicos são responsáveis pela intensificação dos problemas críticos de formação de incrustações e de deposições, típicos em geradores de vapor. Metais alcalinos e alcalinos terrosos, em combinação com outros elementos do combustível, como a sílica e o enxofre, em processos que são intensificados pela presença de cloro, causam a formação de depósitos e o desgaste das superfícies de troca térmica (Dermibas, 2005).
As cinzas da palha da cana têm, entre seus componentes principais a sílica, o potássio e o enxofre, sendo identificado também um teor de cloro mais elevado quando comparada com outras biomassas. Como dito, tais características indicam forte tendência à formação de incrustações e de depósitos de cinzas fundidas nas caldeiras. Essas propriedades tornam o uso da palha, como combustível, restrito a algumas condições de operação no gerador de vapor ou, exigem um pré- tratamento do combustível (Jenkins et al., 1996).
Fusibilidade das cinzas e formação de depósitos e incrustações
O uso da biomassa como combustível em sistemas de geração de potência é condicionado pelos eventuais problemas de sua combustão nos geradores de vapor. Essas restrições estão associadas às suas propriedades, em relação aos combustíveis tradicionais, tais como o alto teor de umidade, o baixo poder calorífico, o teor de cinzas e sua composição, e a baixa densidade energética (Dermibas, 2005).
A formação de incrustações é o processo de formação de depósitos fundidos ou sinterizados nas superfícies de transferência de calor e nos refratários das cavidades das fornalhas, submetidas à transferência de calor por radiação. A natureza, a intensidade e a composição das escórias podem variar significativamente, dependendo da temperatura de superfície, da temperatura da chama, das taxas de absorção, da direção do fluxo dos gases, da composição mineral, da composição e do tamanho das cinzas e do nível de oxigênio nos gases de combustão em contato com a superfície de transferência de calor (Bryers, 1996).
O impacto de partículas de cinzas sobre as superfícies pode resultar na aderência e posterior solidificação das mesmas, e até formar uma camada com resistência térmica que prejudique o processo de troca térmica. Essa camada pode também facilitar a formação de cinzas fundidas. O potencial de formação de incrustações depende da capacidade de derretimento dos elementos
básicos presentes nas cinzas (Bryers, 1996).
Uma característica importante das cinzas são suas temperaturas de fusão e amolecimento, e para a previsão da fusibilidade das cinzas são utilizadas algumas correlações entre a composição química do combustível, baseada na análise de componentes básicos e ácidos encontrados nas cinzas na forma de óxidos e a temperatura de fusão das cinzas (Bizzo, 2014).
O processo de transformação de componentes inorgânicos em conexão com reações químicas, que ocorrem durante a combustão, pode levar à formação de componentes químicos complexos com ponto de fusão extremamente baixo, e elevada força de adesão durante o processo de sinterização (Pronobis, 2005).
Para uma previsão mais precisa da fusibilidade das cinzas, várias correlações foram propostas entre temperatura de fusão e composição química padronizada. Uma relação frequentemente utilizada na análise da formação de depósitos de cinzas fundidas, para queima combinada de carvão mineral e biomassa, compara a concentração de componentes básicos e ácidos R(B/A) encontrada na composição química das cinzas do combustível com as propriedades que caracterizam o comportamento da temperatura de fusão das cinzas (Pronobis, 2005).
Foram desenvolvidas correlações entre temperatura hemisférica e temperatura de fluxo e R(B/A), para mais de 180 tipos de carvão mineral. De acordo com Ots e Zentsky (2005), os valores encontrados podem ser comparados em três faixas determinadas:
Segundo Bryers, (1996) essas pesquisas mostraram que para R(B/A) < 0,75 a temperatura de fluxo aumenta com o aumento do teor de Fe2O3, enquanto para R(B/A) > 0,75 a dependência é inversa. Aumentando a parcela de compostos ácidos aumenta a formação de escória. Os estudos desenvolvidos na investigação das correlações de fusibilidade, na sua grande maioria, são relativos às cinzas do carvão, a respeito do que a literatura e os exemplos são ricos. No entanto, para a combustão de biomassa pura a literatura é muito mais escassa.
Outros índices são propostos para a análise de fusibilidade das cinzas, que também relacionam a influência do teor dos componentes encontrados no comportamento das propriedades das cinzas. Um índice frequentemente empregado como indicador na formação de depósitos e incrustações é índice de álcalis (Milles et al., 1996). O índice expressa a quantidade de óxidos alcalinos no combustível por unidade de energia. Os autores sugerem que acima de 0,17 kg álcalis/GJ a formação de incrustação é provável e acima de 0,34 kg de álcalis/ GJ, a formação de incrustações é praticamente certa.
2.11. Problemas operacionais na combustão de biomassa em superfícies de transferên-