L1/L2 processing differences

Na última década foram desenvolvidos alguns índices para prever a formação de depósitos ou aglomeração do leito, baseados na composição química total da biomassa. Visser (2004) sugeriu os seguintes três índices para prever a aglomeração do leito:

i.

O primeiro índice, , aplica-se a sistemas de LF que utilizam SiO2 como material do leito, e

baseia-se no facto de existir uma relação entre o teor de elementos alcalinos na fase gasosa e a fração mássica destes elementos na biomassa (massa de elemento/massa de biomassa), a

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temperatura do leito e a presença de S e Cl na biomassa. O índice apresentado na equação 4.6 assume que todo o Cl e S reagem com o Na e K, facilitando a volatilização dos mesmos, e não considera o facto de uma parte significativa do S e Cl poder ser libertado como HCl e SO2, nem o

facto de outros catiões poderem reagir com o Cl e S.

⁄ Eq. 4.6

Quando os valores obtidos pela equação 4.6 são superiores a 1 significa que o K e o Na estão em excesso relativamente ao Cl e S, e como nem toda a fração mássica dos elementos alcalinos volatiliza, é provável que ocorra sinterização e aglomeração do leito, devido à formação de silicatos alcalinos.

ii.

O segundo índice, , (equação 4.7) tem em consideração o facto de o autor ter observado a formação de camadas de revestimento, com diferentes composições, na superficie das particulas de SiO2 que constituiam o material de leito, durante a realização de alguns ensaios de

combustão com biomassa. De acordo com o autor, a camada exterior era constituída essencialmenente por elementos refratários, Ca, Mg e P, que por formarem compostos com temperaturas de fusão elevadas, minimizam a tendência para a formação de aglomerados, enquanto que a camada interior era constituida essencialmente por Si e elementos alcalinos.

⁄ Eq. 4.7

O considera que à medida que o somatório da fração mássica (massa de elemento/massa de biomassa) de Ca, P e Mg aumenta em relação ao somatório da fração mássica (massa de elemento/massa de biomassa) de Na, K e Si, diminui a tendência para a formação de aglomerados, uma vez que se deverá formar um revestimento em redor da particula de SiO2, o

qual é constituído essencialmente por elementos refratários, que previnem a sinterização e aglomeração do leito. Visser (2004) definiu que quando os valores obtidos pela equação 4.7 são superiores a 1, a tendência para aglomeração do leito aumenta.

iii.

O terceiro índice, , sugerido por Visser (2004) baseia-se no rácio da fração mássica (massa de elemento/massa de biomassa) de K e Si, de acordo com a equação 4.8.

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Página 58 _{Estudo da formação de depósitos e aglomeração de cinzas durante a combustão de} biomassa em leito fluidizado e co-combustão com carvão para minimizar a sua ocorrência Valores superiores a 1 indicam que se deverão formar cinzas amolecidas ou fundidas, designadamente silicatos de potássio, que fundem a baixas temperaturas, induzindo deste modo a aglomeração do leito. Contudo, é necessário que se cumpram duas condições: (1) a fração mássica de K deverá ser superior a 3 g/kg de combustível e a fração mássica de Si deverá ser superior a 2 g/kg de combustível; (2) a soma dos óxidos de K e Si na cinza do combustível deverá ser superior a 50 %. As condições apresentadas limitam a utilização da equação 4.8, que se aplica essencialmente à biomassa herbácea.

Tendo em consideração o crescente interesse no papel do P na formação de aglomerados, Sommersacher et al. (2012) definiram os seguintes dois índices para prever a ocorrência de depósitos devido à fusão das cinzas, cuja aplicabilidade depende do teor em P na biomassa:

i. Para biomassas com frações mássicas de fósforo reduzidas o índice, , baseia-se na razão entre as frações molares (mol de elemento /massa de biomassa) do Si, Ca e Mg de acordo com a equação 4.9.

A presença de Ca e Mg permite aumentar a temperatura de fusão das cinzas, devido à formação de silicatos de cálcio ou magnésio que apresentam temperaturas de fusão elevadas (as temperaturas de fusão dos silicatos de cálcio podem ser observadas na Figura 4.1). Portanto, quanto menor for o valor de menor será a tendência para a fusão das cinzas.

ii. Para biomassas com frações mássicas de fósforo elevadas, o índice, , baseia-se na razão entre as frações molares (mol de elemento /massa de biomassa) de Si, P, K, Ca e Mg, tal como apresentado na equação 4.10.

Este índice tem em consideração o papel do K e P na fusão das cinzas. De acordo com os resultados experimentais, Sommersacher et al. (2012) consideraram que, além do K, também a presença de P no combustível diminui a temperatura de fusão das cinzas, devido à formação de fosfatos de K, e por isso, quanto maior for o valor de maior é a tendência para a fusão das cinzas.

⁄ Eq. 4.9

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Salienta-se, no entanto, que a interação entre os elementos apresentados na equação 4.10 ainda não está bem estabelecida.

Uma abordagem semelhante à de Visser (2004) para avaliar a retenção de K nas cinzas, devido à formação de silicatos de potássio, e consequentemente uma menor libertação do K do combustível, é sugerida por Sommersacher et al. (2012) com base nas frações molares (mol de elemento /massa de biomassa) de Si e K, tal como é apresentado na equação 4.11.

Os autores consideram que para valores superiores a 2,5 a retenção de K no leito era elevada. Contudo, para valores inferiores a 2,5, os resultados foram inconclusivos, o que foi justificado pela relevância de outros elementos, nomeadamente, o Ca, Mg e P no comportamento de fusão das cinzas.

De acordo com Sommersacher et al. (2012), os índices sugeridos aplicam-se essencialmente a instalações de combustão em grelha, uma vez que não consideram possíveis interações entre as cinzas e o material do leito, utilizado na combustão em LF. O material do leito, usualmente a areia de sílica, poderá ter um papel determinante no comportamento das cinzas formadas durante a combustão de biomassa (Brus et al., 2005).

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