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COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nº175439
Aplicação de ciclos hídricos em usinas de açúcar e álcool utilizando biomassa/biogas
Ademar Hakuo Ushima
Palestra apresentada no Workshop International sobre Cadeia Sucroenergética, 3., Piracicaba, 2018.
A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________
Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT
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www.ipt.br
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Ademar Hakuo Ushima
Laboratório de Engenharia Térmica
APLICAÇÃO DE CICLOS HÍBRIDOS EM USINAS DE
AÇÚCAR E ÁLCOOL UTILIZANDO BIOMASSA/BIOGAS
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11 ton. cana
85 l álcool
140 kg bagaço
seco
140 kg palha
seca 0 TEP
0,004 TEP
0,042 TEP
7 %
0 %
0,160 TEP
Autônoma
28,8 % de
aproveitamento
energético
(18,2 % Anexa)
SITUAÇÃO ENERGÉTICA DE USINA AUTÔNOMA
2,1 kWh
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POTENCIAL DE APROVEITAMENTO ENERGÉTICO APÓS OTIMIZAÇÃO
Redução consumo de vapor de 530 kg/t cana para 340 kg/t cana
85 l álcool
11 ton. cana
140 kg bagaço
seco
140 kg palha
seca 0,0274 TEP
0,0275 TEP
0,042 TEP
50 %
50 %
0,16 TEP
64 % de
aproveitamento
energético
(53,5 % anexa)
1 m3 vinhaça 6,3 m3
GN 0,0055 TEP
~20 % bagaço
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POTENCIAL DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
NUMA USINA AUTÔNOMA OTIMIZADA
11 ton. cana
85 lt álcool
140 kg
bagaço seco
140 kg palha
seca
0,042 TEP
50 %
50 % 0,16 TEP
Energia
Elétrica
24,3 % PCS
184 kWh
1 m3 vinhaça
6,3 m3 GN
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Ciclo combinado típico (Ciclos Baryton e Rankine) (utiliza um único combustível)
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ORIGEM DE CICLOS HÍBRIDOS
• Temperaturas de vapor na saída de incineradores limitadas a 450 oC devido a problemas de corrosão; baixa eficiência geração energia elétrica ~22 %); • Superaquecimento de vapor na saída de incineradores com os gases de exaustão da turbina a GN, aumentando a eficiência do ciclo;
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CARACTERÍSTICAS DE CICLOS HÍBRIDOS
• Ciclos híbridos são uma variante dos ciclos combinados, empregando combustíveis diferentes em cada ciclo, como bagaço de cana (ciclo básico) e GN (ciclo superior) e podem apresentar diversas configurações;
• Permitem aumentar a geração de eletricidade e o retorno financeiro;
• Patente WTERT (Sergio Guerreiro) , PIO804980-7;
• Pode contornar problemas de corrosão dos superaquecedors de vapor na queima de palha de cana, reduzindo temperatura de superaquecimento de vapor.
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Utilização dos gases de exaustão da turbina a GN
como ar de combustão de caldeiras
(teores de O2 ~ 14 %);
Utilização dos gases de exaustão para pré-
aquecimento da água alimentação das caldeiras
CICLOS HÍBRIDOS ALTERNATIVOS
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Usina com caldeira a alta pressão, sem ciclo híbrido
434,2
MWth
120 bar;
530 oC;
482,4 t/h
69,75
MWe TE TC
32,03
MWe
2,5 bar; 135 oC 104 t/h
Condensado
0,10 bar; 46 oC
Vapor
processo;
353 t/h
Total E. El. Gerada = 101,78 MWe
115,4 kWe/TC
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Usina com ciclo híbrido utilizando biogas
434,2 MWth
518 t/h; 480 oC; ; 120 bar
41,88
MWe
TE-AP
TC
Condensado
0,10 bar; 46 oC
Vapor processo;
353 t/h
TG
72,3 MWe
14,33
MWe Biogas
Biogas 47,7 MWt
140 t/h; 530 oC; 120 bar
378 t/h; 480 oC; 120
bar
TE-BP
Reaquecimento
13 bar
211 oC
280 oC
230 oC
Ar Combustão p/
Caldeira
Total E. El. Gerada = 128,5 MWe
145,7 kWe/TC
Aumento potência ciclo: 26,7 MWe = 14,3 MWe TG + 12,4 MWe Ef.
~10 % bagaço
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Problemas de corrosão em caldeiras na queima de
palha de cana
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Lignina Cloreto de potássio Cloreto de metila
Mecanismo de formação de compostos clorados na
combustão de palha de cana
Fonte: Strömberg e Zintl;
Revista IPT 2018; EMISSÃO DE COMPOSTOS CLORADOS NA COMBUSTÃO,
GASEIFICAÇÃO E PIRÓLISE DE PALHA DE CANA-DE-AÇÚCAR
Grupos metoxila (OCH3) reagem com KCl, formando majoritariamente
cloreto de metila, em temperaturas de 300 a 500 oC, que entra em
combustão no interior das caldeiras, formando CO2, H2O e HCl
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Frações de Cl total e Cl na forma de CH3Cl emitidos na pirólise de madeira de pinho e componentes de
biomassas dopados com 2 % de KCl a 500 oC e velocidade de aquecimento de 10 oC/min.
Fonte: Wang et al.; Revista do IPT, agosto 2018;
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Incinerador de leito fluidizado em escala
laboratorial instalado no IPT em 2017
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Fluxograma do incinerador de bancada do IPT
• Leito fluidizado
borbulhante atmosférico
contínuo;
• Capacidade ~5 kg/h
resíduos;
• Sistema de limpeza de
gases;
• Pontos amostragem
gases e cinzas.
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Projetos de P&D em incineração
• Caracterização de efluentes gasosos, líquidos e sólidos
gerados na combustão de resíduos sólidos urbanos,
industriais, agrícolas (palha de cana, casca de arroz,
borra de café, glicerina bruta, lignina 2G etc.), lodo de
esgoto, etc.;
• Caracterização e concentração de gases ácidos
gerados no processo de combustão (HCl, Cl2, SOx, NOx
etc.) e contaminantes como dioxinas e furanos, metais
pesados etc.;
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OBRIGADO PELA ATENÇÃO !!!
ADEMAR HAKUO USHIMA
Tel.: 11 3767.4283
e-mail: [email protected]
capa175439ESALQ_2018_ciclo_hibrido