COMBUSTÍVEIS DE CARVÃO PULVERIZADO

Carvão pulverizado (fuel-pf pulverizado) foi queimado em fornos rotativos de cimento (ver Fornos) e caldeiras (ver Caldeiras). Estes últimos são basicamente caixas revestidas com tubos nos quais a água é evaporada e contém uma mistura de água/vapor. O carvão é pulverizado a um pó fino, geralmente de modo que 70% é inferior a cerca de 75 μm, antes de ser transportado por parte da corrente de ar de combustão para os queimadores. Estes queimadores de carvão são geralmente montados numa parede vertical, duas paredes verticais opostas ou agrupadas uma acima da outra nos quatro cantos do forno (ver Figura 1 e Figura 2). Os queimadores de canto disparam tangencialmente para dentro da fornalha dando uma única bola de chama em um vórtice central. Outros desenhos, por exemplo, usando a queima para brasas de baixa volatilidade e queimadores para brasas de baixa umidade, foram discutidos por Dryden (1975) e Lawn (1987).

Em todos os fornos descritos até agora as cinzas quentes e secas caem no “fundo seco” da câmara do forno onde são removidas. A exceção a isto é nas caldeiras queimadas por ciclone, que geralmente são de dois tipos. No forno de ciclone vertical, uma variante da queima tangencial, partículas maiores de carvão são centrifugadas para fora do fluxo de gás para queimar nas paredes revestidas de refratários da parte inferior da câmara, a escória que sai da câmara do “fundo molhado”. O outro tipo de forno de ciclone utiliza câmaras cilíndricas individuais revestidas de refratários, nas quais o carvão queima para dar gases quentes, que são esgotados no forno principal (ver referências anteriores).

Fornos grandes de pf têm uma entrada de combustível de cerca de 200 toneladas por hora de carvão (para fornecer uma carga elétrica de 500 MW) e câmaras de 35 m de altura com uma área de secção transversal de cerca de 300 m2 são típicas. O projetista do forno tem que garantir que haja a quantidade certa de calor transferida das chamas para os tubos da parede para evaporar a quantidade desejada de água e ainda ter a temperatura correta do gás na saída do forno. Isto deve ser feito sem nenhum fluxo de calor local excessivo danificando os tubos, ao mesmo tempo em que a combustão completa das partículas de carvão tem que ser alcançada. Há a consideração adicional de que os poluentes, por exemplo, óxidos de nitrogênio, devem ser mantidos a um mínimo.

Um dos problemas específicos dos fornos a carvão é a acumulação de cinzas ou escórias nas paredes do forno, levando a mudanças na temperatura e emissividade. Raask (1985) lidou longamente com os depósitos de cinzas e escória nas paredes do forno e as propriedades de transferência de calor dos depósitos da caldeira. Ele também descreve medidas para combater a incrustação em caldeiras (por exemplo, limpeza e mistura de carvão, instalação de sopradores de fuligem e jatos de água). Dados sobre a eficiência de combustão (tipicamente acima de 98%), temperaturas do gás de saída do forno entre cerca de 1300 K e 1600 K e fluxos de calor medidos até cerca de 320 KWm-2 (aumentando em cerca de 10% após soprar fuligem) foram relatados em grandes instalações queimadas por Godridge e Read (1976).

Concebedores de fornos fazem uso de modelos físicos e/ou matemáticos (ver Fornos). Estes últimos utilizam balanços térmicos ou a Computational Fluid Dynamics, CFD. No primeiro método, o forno é dividido em regiões ou zonas, ver Hottel e Sarofim (1967) e Field et al. (1967), e uma aplicação específica a um forno de combustão, também fazendo uso de um modelo físico para fornecer informações de transferência de massa foi descrita por Cooper e Gibb (1984). O método CFD é baseado na solução da diferença finita de momento, entalpia e equações de conservação de espécies. A aplicação do método em queimadores de ciclones a carvão foi relatada por Boyson et al. (1986).

Figure 2. Tubos de parede e aberturas para queimadores em um forno de caldeira em construção com aquecimento de água PF. (Reproduzido com permissão da PowerGen.)