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As usinas de energia movidas a carvão existem há muito tempo para atender às demandas globais de geração de energia. Desnecessário dizer que existem preocupações ambientais e de saúde humana a serem abordadas nesta frente. Embora existam esforços contínuos para a transição para recursos de energia renovável, as usinas a carvão podem não se tornar obsoletas ainda. Neste contexto, é pertinente explorar de que forma a eficiência destas caldeiras a carvão pode ser melhorada, mitigando os seus efeitos nocivos para o ambiente, nomeadamente emissões de gases com efeito de estufa, chuva ácida, geração de smog fotoquímico e para a saúde humana.
Para este fim, vários métodos de combustão, como ar, escalonamento e fluxo de redemoinho, foram propostos. No entanto, a eficácia dessas tecnologias em mitigar as emissões de poluentes e maximizar o desempenho do burnout ainda não está clara. Agora, em um estudo recente disponibilizado online em 31 de dezembro de 2022 e a ser publicado no Volume 268, Edição 1 da revista Energy em 01 de abril de 2023, uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo Prof. a eficácia da combinação de fluxo de redemoinho e escalonamento de ar para melhorar o desempenho da combustão e reduzir a poluição. “A estrutura do vórtice do tubo de exaustão (ETV) que acompanha o fluxo de redemoinho melhora a estabilidade da chama e o desempenho da combustão, mas tem a desvantagem de gerar uma grande quantidade de NOx emissões. Em contraste, a tecnologia de preparação de ar cria um ambiente rico em combustível na zona de combustão primária, o que tem um efeito positivo no NOx redução, mas afeta negativamente o desempenho da combustão”, explica o Prof. Choi. “Portanto, se essas duas tecnologias forem adequadamente combinadas e aplicadas na vida real, pode-se esperar um efeito sinérgico que reduz a emissão de poluentes atmosféricos e melhora o desempenho da combustão.”
Consequentemente, a equipe empregou simulações e experimentos para estudar os efeitos combinados de diferentes configurações de redemoinho e preparação de ar dentro de um motor de 16 kW.º caldeira de carvão pulverizado retrofitada. A caldeira de carvão era composta de três seções: o queimador de redemoinho, a caldeira e o tubo de exaustão. Para a combustão escalonada, o ar escalonado foi dividido em dois lados e injetado tangencialmente na caldeira. O gás liquefeito de petróleo (GLP) foi usado para pré-aquecimento e estabilização da chama. As vazões de ar escalonado e de GLP foram reguladas e, para cada configuração, a temperatura foi medida usando termopares. Além disso, a quantidade de espécies em fase gasosa foi medida usando um analisador multigás.
O escalonamento de ar com duas configurações de redemoinho, ou seja, chamas co-swirling e contra-swirling, foram avaliadas para entender qual delas é mais benéfica em termos de redução de emissões de poluentes. No caso do queimador co-swirling, onde o ar e o combustível circulavam no mesmo sentido, as partículas de carvão eram distribuídas uniformemente devido à formação da zona de circulação interna e ao ETV – dois recursos vitais para otimizar o design dos queimadores a carvão caldeiras.
Além disso, a equipe observou uma zona de queima uniforme para a configuração co-swirling, o que garantiu a combustão completa do combustível, reduzindo as emissões de espécies gasosas. Também facilitou uma maior conversão de energia química em energia térmica, aumentando a eficiência da combustão. Em contraste, os queimadores de contrarremoção mostraram distribuição desigual de partículas de carvão, queima desigual e aumento de NOx emissões, sugerindo que uma configuração co-swirling era a melhor opção. Além disso, a equipe mostrou que a tecnologia de preparação de ar reduziu os custos ambientais de US$ 0,003 para US$ 0,015 por dia.
No geral, os insights deste estudo podem ser extremamente valiosos na solução dos problemas ambientais e riscos à saúde relacionados às usinas de energia movidas a carvão. “Identificamos e estudamos a estrutura e a chama do ETV pela primeira vez e continuaremos pesquisando e nos esforçando para utilizá-lo na indústria baseada em combustão”, disse. conclui um otimista Prof. Choi.
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