Conclusões gerais

O principal objetivo deste trabalho foi realizar um estudo sobre a monitorização, controlo e minimização da s emissões de NOx em caldeiras/fornalhas industriais de leito fluidizado borbulhante , de forma a possibilitar o cumprimento dos req uisitos legais (VEA-MTD) referidos pelo documento de referência , relativo às grandes instalações de combustão (BREF), publicado em 2016, que irão entrar em vigor num prazo máximo de 4 anos , face à sua publicação.

Para caso de estudo, foram utilizadas duas fornalhas/caldeiras industriais do complexo industrial de Cacia . Uma unidade (CA5) pertence à central de cogeração que utiliza como combustível casca de eucalipto derivada da operação de descasque, serradura e crivagem do eucalipto , tendo como objetivo produzir simultaneamente energia térmica (utilizada no processo produtivo) e energia elétrica (utilizada para satisfazer as necessidades da fábrica e o excedente é injetado na rede elétrica nacional). A outra unidade (CTB) pertence à central termoelétrica a b iomassa, que utiliza como combustível a biomassa florestal residual derivada das práticas de gestão da floresta e casca de eucalipto derivada da operação de descasque, serradura e crivagem do eucalipto, quando existe excedentes de biomassa utilizada na CA5 , a CTB é dedicada exclusivamente à produção de energia elétrica que é injetada na rede elétrica nacional.

Numa primeira parte do trabalho , analisou-se o cumprimento do VEA-MTD relativo ao NOx (expresso em mgNO2∙Nm- 3 a 6%v de O2 e gás seco), com base em

valores experimentais monitorizados no ano de 2017 e nos meses de janeiro e fevereiro de 2018. Verificou-se que a CTB cumpriu os requisitos legais diários e anuais de emissão de NOx. A CA5 cumpriu o VEA -MTD anual, apesar de apresentar uma concentração média anual de NOx muito próxima do limite, mas não cumpriu sempre o VEA-MTD diário. Para além disto , a CA5 também apresentou uma concentração média anual de CO acima do valor de emissão anual indicado pelo BREF.

Com base na análise das condições de operação realizadas às duas fornalhas/caldeiras, verificou-se que a CTB apresenta perfis de operação muito mais uniformes relativamente ao observado na CA5. A variabilidade das condições de operação observadas na CA5 está relacionada com o seu objetivo de funcionamento,

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Controlo de NOx durante a combustão de biomassa em fornalhas industriais de leito fluidizado

ou seja, com o fornecimento de vapor para satisfazer as necessidades da fábrica para o processo produtivo, que origina flutuações na carga da caldeira e que, consequentemente, condiciona todos os parâmetros de controlo da fornalha/caldeira (consumo de biomassa, gás natural, fuelóleo, controlo do ar, temperatura do leito e outras variáveis). Estas flutuações tornam difíceis o controlo da operação e, consequentemente, das emissões, nomeadamente do CO, que é um composto muito sensível a flutuações na alimentação da biomassa e de temperatura e do NOx, que é muito dependente do controlo do ar dentro da câmara de combustão e do tipo de combustível utilizado. Já a CTB apesenta uma carga relativamente mais uniforme, pelo que se torna mais fácil o controlo da operação e das respetivas emissões de poluentes gasosos.

Verificou-se que maior teor de azoto presente na biomassa pode originar maior emissão de NOx para condições semelhantes de operação, tendo por base a análise de dois meses de operação da CTB: num mês a caldeira trabalhou maioritariamente com biomassa adquirida de fornecedores externos e , no outro mês, a caldeira trabalhou maioritariamente com casca produzida nas operações de descasque na própria fábrica . Através da realização dos testes experimentais à CA5, com o objetivo de verificar a possibilidade de otimização da razão estequiométrica de ar de modo obter baixas emissões de NOx e CO, verificou-se, mais uma vez, a dificuldade de controlar este parâmetro, devido às razões especificadas anteriormente . Para o efeito, contribuíram também impossibilidade de redução do caudal de ar primário abaixo de 7Nm3_∙s- 1_{, para}

não correr o risco de atingir condições em que não se sustenta a operação da fornalha/caldeira, e devido ao sistema de injeção de caudal de ar não responder de imediato à alteração do caudal de ar.

Contudo, verificou-se que as emissões de NOx só ultrapassaram o VEA -MTD, quando se utilizou fuelóleo , que é um combustível que apresenta um elevado teor em azoto, quando comparando com os outros combustíveis (biomassa ou gás natural) , podendo, desta forma deduzir -se, mais uma vez, que o controlo do NOx não está apenas dependente do controlo do caudal de ar, mas também do tipo de combustível utilizado. Relativamente às emissões de CO, verific aram-se, maiores emissões quando se utilizou menos gás natural, o que pode estar relacionado com um tempo de residência baixo dos gases de combustão nesta fornalha/caldeira, que não possibilita a existência de uma oxidação completa do CO a CO2. Quando se utiliza gás natural numa zona superior

da caldeira, nomeadamente nos queimadores localizados no freeboard, este regime de operação pode permitir a obtenção de uma combustão mais eficiente dos compostos gasosos como o CO proveniente do primeiro estágio de combustão de biomassa .

Na maior parte das situações em que é necessário a utilização de fuelóleo, é devido à existência de encravamentos de biomassa ou outro problema que tenha ocorrido no

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Ana Catarina Miranda Vilas-Boas

sistema de alimentação de biomassa, que leve à necessidade de suspender a entrada de biomassa na caldeira; de modo a responder às necessidades de produção de vapor às condições de serviço, utiliza-se este combustível. Por vezes, quando a biomassa não permite atingir as temperaturas necessárias do leito , este combustível é também utilizado, pois tem um elevado poder calorífico que permite aumentar rapidamente a temperatura da câmara de combustão.

Desta forma, de modo a possibilitar a diminuição do uso deste combustível, seria importante existir uma melhoria no processo de pré -tratamento da biomassa, p.e, trituração realizada através do “Salastre”, de modo a obter uma biomassa com partículas de menor dimensão para impedir a existência de encravamentos durante a alimentação da biomassa à fornalha/caldeira.

Na impossibilidade de controlar continuamente as condições de operação na CA5, incluindo o tipo de combustível a utilizar para responder às necessidades de consumo de vapor da fábrica, sugere -se a implementação de um sistema de redução não catalítico seletivo com adição de amónia como agente redutor, de modo a minimizar a emissão de NOx, podendo ser utilizado apenas quando necessário. No entanto, de modo a garantir que o reagente seja injetado na faixa onde a redução de NOx é mais alta e o NH3-slip poderá ser menor, é imperativo a implementação de um sistema de monitorização de temperatura dos gases de combustão em tempo real e dos perfis de temperatura em regiões do freeboard consideradas críticas para a implementação do SNCR.