Análise exergética de caldeira de biomassa em processo KRAFT de obtenção de celulose
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Elém Patrícia Alves Rocha
Vanessa de Freitas Cunha Lins
Vanessa de Freitas Cunha Lins
Resumo
Neste trabalho foi proposto um modelo detalhado para a análise exergética de uma caldeira de biomassa real em uma planta de obtenção de celulose. O modelo foi proposto baseado em um modelo de equilíbrio que utiliza a minimização da Energia de Gibbs e o balanço de energia para o cálculo da composição dos gases de combustão, a temperatura da fornalha e a temperatura dos gases de combustão ao longo da caldeira. A eficiência exergética foi calculada por método indireto: a destruição de exergia foi calculada em cada um dos componentes principais da caldeira, sendo também calculada para cada corrente material (água/vapor e gases de combustão) separadamente. A destruição de exergia foi calculada de duas formas: pelo balanço de exergia nos volumes de controle adotados e pelo termo de geração de entropia, obtido por balanço entrópico. O modelo de minimização da energia de Gibbs pôde prever satisfatoriamente a combustão da biomassa, podendo também ser adaptado para outros processos termoquímicos. Os resultados indicam que a fornalha e as paredes d'água da caldeira apresentaram a maior destruição de exergia, sendo 47% e 30% da destruição total de exergia, respectivamente. Essa maior destruição de exergia pode ser explicada pelas irreversibilidades do processo de combustão. Nas outras partes da caldeira, a destruição de exergia foi maior nas correntes de água e de vapor, e os resultados indicam que a destruição de exergia é maior em correntes de temperaturas mais baixas. A eficiência exergética global foi de 42,47%.
Abstract
A detailed model was proposed in this work for exergy analysis of a real biomass boiler in a kraft pulp industry. The model was proposed based on an equilibrium model which uses Gibbs Energy minimization and energy balance to calculate the flue gas composition, the temperature of the furnace and the temperature of the flue gases along the boiler. The exergetic efficiency was calculated by the indirect method: exergy destruction was evaluated in each of the major components of the boiler, and was calculated separately on the material streams (water/steam and flue gases). The calculation of the exergy destruction was made both by exergy balance in the control volumes and by the entropy generation term, obtained by entropic balance. The Gibbs minimization model predicted successfully the complete combustion of the biomass, and can be adapted to another thermochemical processes. Results showed that the furnace and the water walls have the higher exergy destruction, accounting for 47% and 30% of the total exergy destruction, respectively. The higher exergy destruction can be explained due to the irreversibilities of the combustion process. In the other parts of the boiler, the exergy destruction was higher in the water and steam flows than in the flue gases, and the results indicate that exergy destruction was higher in streams at lower temperatures. The global exergetic efficiency was 42.47%.
Assunto
Engenharia química, Exergia, Gibbs, Energia livre de, Eficiência energética
Palavras-chave
Caldeira de biomassa, Exergia, Análise exergética, Minimização de energia de Gibbs, Eficiência energética