O avanço da capacidade do processamento dos computadores e do desenvolvimento de métodos numéricos tem proporcionado ferramentas de modelagem, projeto e otimização cada vez mais eficientes para a constante melhoria de caldeiras de recuperação química Kraft. Dentre as técnicas utilizadas, os modelos CFD abrangentes tem sido empregados nos últimos anos para representar a operação da caldeira de recuperação considerando o maior número possível processos vinculados ao escoamento dos gases de combustão. O presente trabalho busca desenvolver um modelo CFD abrangente considerando o escoamento turbulento dos gases de combustão, o arraste das gotas de licor, a combustão homogênea dos voláteis em fase gasosa, as etapas de combustão heterogênea do licor preto e uma representação simplificada do leito carbonizado. Os resultados se mostraram coerentes com o comportamento apresentado na literatura. A simulação do modelo permite análise dos projetos e das operações da caldeira. / The advance of computer processing power and the development of numerical methods promote more efficient tools for modeling, design and optimization aiming to increase improvements in Kraft recovery boilers. Among the available techniques, the comprehensive CFD models have been applied in the last years to represent the recovery boiler operation considering as much as possible processes linked with flue gas flow. The objective of present work is the development of a comprehensive CFD model considering turbulent flue gas flow, black liquor droplets drag, volatiles homogeneous combustion in gas phase, the steps of heterogeneous black liquor combustion and the simplified interaction between flue gas flow and char bed. The results have good agreement with boiler behavior presented in the literature. The simulation of the comprehensive model allows the analysis of design and operations of the boiler.

O avanço da capacidade do processamento dos computadores e do desenvolvimento de métodos numéricos tem proporcionado ferramentas de modelagem, projeto e otimização cada vez mais eficientes para a constante melhoria de caldeiras de recuperação química Kraft. Dentre as técnicas utilizadas, os modelos CFD abrangentes tem sido empregados nos últimos anos para representar a operação da caldeira de recuperação considerando o maior número possível processos vinculados ao escoamento dos gases de combustão. O presente trabalho busca desenvolver um modelo CFD abrangente considerando o escoamento turbulento dos gases de combustão, o arraste das gotas de licor, a combustão homogênea dos voláteis em fase gasosa, as etapas de combustão heterogênea do licor preto e uma representação simplificada do leito carbonizado. Os resultados se mostraram coerentes com o comportamento apresentado na literatura. A simulação do modelo permite análise dos projetos e das operações da caldeira. / The advance of computer processing power and the development of numerical methods promote more efficient tools for modeling, design and optimization aiming to increase improvements in Kraft recovery boilers. Among the available techniques, the comprehensive CFD models have been applied in the last years to represent the recovery boiler operation considering as much as possible processes linked with flue gas flow. The objective of present work is the development of a comprehensive CFD model considering turbulent flue gas flow, black liquor droplets drag, volatiles homogeneous combustion in gas phase, the steps of heterogeneous black liquor combustion and the simplified interaction between flue gas flow and char bed. The results have good agreement with boiler behavior presented in the literature. The simulation of the comprehensive model allows the analysis of design and operations of the boiler.

A importância da energia elétrica gerada pelo setor de celulose e papel têm crescido no mercado brasileiro, pois com a crise hídrica que tem causado transtornos financeiros aos diversos setores da economia, muitas empresas têm optado por ter a geração de energia como um novo plano de negócio. Desta forma, para que esta produção cresça são necessários investimentos nessa área. Por isso, é essencial conhecer o processo, bem como os parâmetros envolvidos na produção de energia. Com a finalidade de ampliar os conhecimentos da área de energia dentro do setor de celulose e papel, este trabalho teve como objetivo identificar a relação dos parâmetros das caldeiras de recuperação e biomassa, bem como de seus combustíveis, afim de determinar sua influência na produção de vapor. Para isso, foram utilizados os valores dos parâmetros das caldeiras de recuperação e biomassa, entre eles: consumo de combustível, vazões de ar, temperaturas da água de alimentação e do vapor gerado, como também os valores das características químicas e físicas do licor negro, incluindo poder calorífico superior, teor de sólidos totais, teor de orgânicos e inorgânicos, e da biomassa, densidade aparente, poder calorífico superior, umidade e teor de cinzas. Os parâmetros e as características dos combustíveis foram disponibilizados por uma empresa do setor de celulose e papel do Brasil. Para análise e discussão dos dados foram feitos cálculos de eficiência energética, análise de diagramas de dispersão, correlação de Pearson, elaboração de modelos matemáticos para estimativa de produção de vapor e a determinação dos valores ideais dos parâmetros dos combustíveis, para produção máxima de vapor. A partir das análises de eficiência energética, a caldeira de recuperação manteve uma média de 86%, enquanto que a caldeira de biomassa obteve uma média de 51%. Analisando as relações entre todos os parâmetros, nas caldeiras as variáveis com maior influência na operação foram as vazões de ar, vazão da água de alimentação, o consumo de combustível, temperatura da água de alimentação, temperatura dos gases de saída e a pressão do vapor, enquanto que nos combustíveis a maior influência foi do poder calorífico superior. Dentre os modelos matemáticos analisados para a predição da produção de vapor, apenas o modelo utilizando parâmetros da caldeira de recuperação foi estatisticamente significativo. Através da análise das características dos combustíveis, relacionando-as com o objetivo de obter a máxima produção de vapor, os valores ideais calculados destas características químicas e físicas do licor negro e da biomassa se mantiveram de acordo com a literatura. / The importance of the electric energy generated by the pulp and paper sector has grown in the Brazilian market, because the water crisis has caused financial distress to the various sectors of the economy, and then many companies have chosen to have the power generation as a new business plan. In this way, for this production to grow, investments in this area are necessary. Therefore, it is essential to know the process as well as the parameters involved in energy production. With the purpose of increasing the knowledge of the energy area within the pulp and paper sector, this work aimed to identify the relation of the parameters of recovery and biomass boilers, as well as their fuels, in order to determine their influence in the production of steam. In order to do this, the values of the parameters of the recovery and biomass boilers were used, among them: fuel consumption, air flows, feed water and steam temperatures, as well as the values of the chemical and physical characteristics of the black liquor, including higher calorific value, total solids content, organic and inorganic content, and of biomass, apparent density, higher calorific value, moisture and ash content. The parameters and characteristics of fuels were made available by a Brazilian pulp and paper company. In order to analyze and discuss the data were made energy efficiency calculations, dispersion diagrams analysis, Pearson correlation, mathematical models for estimation of steam production and determination of the ideal values of the fuel characteristics for maximum steam production. From the energy efficiency analyzes, the recovery boiler maintained an average of 86%, while the biomass boiler obtained an average of 51%. Analyzing the relationships among all parameters, the variables with the greatest influence on the operation were air flow, feed water flow, fuel consumption, feed water temperature, outlet gas temperature and steam pressure, while in fuels the greatest influence was the higher calorific value. Among the mathematical models analyzed for the prediction of steam production, only the model using parameters of the recovery boiler was statistically significant. Analyzing the characteristics of the fuels in order to obtain the maximum steam production, the estimated ideal values of these chemical and physical characteristics of black liquor and biomass were kept in agreement with the literature.