Orientador: Antonio C. Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T03:30:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sagaseta_MarcoAntonioMunhoz_M.pdf: 4671598 bytes, checksum: 1d7f4eb82fddabbaad97402a8eb32331 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: As fontes energéticas não renováveis contemplam fundamentalmente óleo, gás natural e carvão, sendo que este último tem reservas estimadas para mais de 250 anos após o esgotamento das outras duas fontes. O aumento do gás natural está atrelado a política de aumento de preço dos derivados de petróleo. O carvão mineral não sofre a incidência dessa política, o que possibilita ao empresário ter uma previsão orçamentária anual, sem o risco de impactos nos custos ao longo de um ano. Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo buscar um melhor aproveitamento do uso de carvão mineral dentro de uma planta siderúrgica integrada, que tenha disponível um sistema de injeção de finos de carvão, usualmente utilizado em alto fomo. O princípio básico é o estudo macro-energético de uma siderúrgica, tomada como modelo para este estudo, com vistas a avaliar o custo-beneficio, em termos energéticos, da substituição de parte do gás natural utilizado para complementação da matriz energética da planta, por carvão pulverizado, através da queima deste energético em fornos de calcinação. A premissa do estudo é o aproveitamento das instalações já existentes na planta siderúrgica e as condições operacionais da mesma. São abordados o aumento da produção de finos, o sistema de transporte e o consumo energético nele envolvido, o sistema de queima e o comportamento da chama no interior do forno rotativo, bem como o sistema de filtragem dos materiais particulados e cinzas oriundas da queima. É feita uma discussão crítica das vantagens e possíveis desvantagens da substituição proposta, em termos dos ganhos energéticos e fatores ambientais / Abstract: Nonrenewable energetic sources include essentially oil, natural gas and coal, the later having estimated worldwide reserves for more than 250 after the exhaustion of the other sources. The price policy for natural gas in Brazil has made attractive its substitution as a complementary source in steel plants by coal itself, whose prices are more stable. In this context, the present work is aimed at the better usage of mineral coal in integrated steel plants where a pulverized coal injection system is available. The basic proposal is to replace part of the natural gas through the combustion of pulverized coal in rotary kilns. This can be done keeping the present facilities and operating conditions of the existing plant. We discuss the increase of the pulverized coal production, the pneumatic transportation system and the associated energy consumption. A preliminary cost analysis indicates that the proposal is quite viable and deserves a more detailed study including gaseous emission evaluate / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Banca: João Andrade de Carvalho Júnior / Banca: José Antonio Perrella Balestieri / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Banca: Valnei Tito / Bancs: Daneila Helena Pelegrine Guimarães / Resumo: Nesta tese relata-se as linhas de pesquisa em que a docente atuou após o seu doutorado, relacionadas à geração de energia, abordando os seguintes tópicos: características físico-química das matérias primas; processos termoquímicos de conversão e processos de captura de carbono. As produções científicas aqui descritas foram resultados das pesquisas de pós-doutorado da docente e de seus orientados de graduação e pós-graduação, além de supervisões de pós-doutorado e colaborações. Dentre as principais contribuições dos artigos publicados, cita-se o estabelecimento de uma relação direta entre a energia de ativação e o atraso de ignição. A combinação entre os resultados obtidos nas análises físico-químicas e do comportamento da fluidinâmica de combustíveis alternativos renováveis também foi investigada a fim de prever os parâmetros de combustão para os materiais estudados sob condições de combustão em sistema fluidizado. Nas investigações sobre tecnologia de captura e sequestro de carbono, o potencial na aplicação de matérias-primas foi avaliado para minimizar o tempo de testes, uso de recursos e impacto ambiental. Também foi possível obter uma correlação entre a eficiência da dessulfurização com as mudanças nas características físicas da matéria-prima, considerando o desenvolvimento do bloqueio de poros durante a reação gás-sólido entre o dióxido de enxofre e a dolomita. A partir das pesquisas desenvolvidas pela docente foi também possível construir uma infraestrutura adequada no Laboratório de Combustão e Captura de Carbono (LC3) para formar um grupo de pesquisa, visando a área de combustão e mitigação de emissões provenientes da geração de energia / Abstract: This thesis reports the research lines in which the author developed after her doctorate, related to the energy generation, addressing the following topics: physical-chemical characteristics of raw materials; thermochemical conversion processes and evaluation and carbon capture processes. The scientific output described in this thesis have resulted from postdoctoral researches of the author and data obtained by undergraduate, graduate, and postgraduate students advised by the author, as well as results of collaborations. Among the leading contributions of the author's papers, it is mentioned the establishment of a direct relation between the activation energy and the ignition delay. The combination of the results of the physicochemical properties and the hydrodynamic behaviour of alternative renewable fuels were also investigated to predict the combustion parameters for the studied materials under fluidised bed combustion conditions. In the investigations on carbon capture and sequestration technology, the potential in the application of raw materials was evaluated to minimise the time of tests, resource use, and environmental impact. From the researches developed by the author, it was also possible to construct an adequate infrastructure in the Laboratory of Combustion and Carbon Capture (LC3) to form a research group, aiming the area of combustion and mitigation of emissions from the generation of energy

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000401642-Texto+Completo-0.pdf: 902167 bytes, checksum: cc16a52642c5b08091d85345211b2d0c (MD5) Previous issue date: 2008 / Many are the efforts of several countries to develop cleaner technologies which are utilized for minimizing the environmental impacts. In this context, the present work aims to evaluate the Carbon Dioxide (CO2) capture by chemical absorption process into Brazilian coal-fired power plants. It also pretends to verify the mitigation of this anthropogenic gas emission, which is one of the most important gases responsible for greenhouse effect. For this reason, calculation methodology of emissions was proposed. A survey of potential areas of CO2 sequestration as well as the state-of-art of the CO2 capture by chemical absorption and other techniques were studied. It was found that the levels of pollutants contained in the combustion gases are higher than those accepted for the capture system (SOx ≤ 1ppm; ≤ 20 ppm NOx and fly ash ≤ 15 mg/Nm3). The region has potential areas for geological storage, in Brazil, is the southern Santa Catarina State. In this region, is located the largest coal-fired power plant of Latin America. This power plant is responsible for 940 GgC. ano-1 emission, which corresponds to 52% of carbon emissions by coal-fired power plant in Brazil. In function of that, this region is suitable for CO2 sequestration. The capture’s system indicated for Brazilians Power Plants is chemical absorption process. However, some adaptation must be done in the current combustion process so that the proposed technical can be used. / Muitos são os esforços de diversos países em desenvolver tecnologias consideradas limpas para que o impacto ambiental das atividades desenvolvidas seja o menor possível. Neste contexto, o presente trabalho pretende contribuir avaliando a metodologia de captura do dióxido de carbono (CO2) por absorção química em usinas térmicas a carvão fóssil, verificando as potencialidades de aplicação no Brasil com o objetivo de mitigar as emissões antropogênicas deste gás, é um dos responsáveis pelo efeito estufa. Para isto, foi proposta uma metodologia para o cálculo de emissões. Foi realizado um levantamento das potencias áreas para o seqüestro de CO2, bem como um estudo da técnica de captura de CO2 por absorção química e das demais técnicas. A partir disto verificou-se que os níveis de poluentes contidos nos gases de combustão são superiores aos indicados para o sistema de captura (SOx ≤ 1ppm; NOx ≤ 20 ppm e cinzas volantes ≤ 15 mg/Nm³). O Brasil possui como área potencial para a realização do seqüestro de CO2 a região sul do estado de Santa Catarina, que possui o maior complexo termelétrico da América Latina. Este complexo emite cerca de 940 GgC. ano-¹, que corresponde a 52% das emissões de carbono pela combustão de carvão no Brasil. A região possui áreas potenciais para o armazenamento geológico. A técnica de captura a ser indicada de acordo com as condições de processo das termelétricas brasileiras é a absorção química, sendo que adaptações no sistema de combustão existente serão imprescindíveis para a adoção desta técnica.

Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T04:22:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RamirezBehainne_JhonJairo_D.pdf: 3210351 bytes, checksum: f10fc08456d97b1335e17aab68707b93 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho teve o propósito de avaliar as emissões totais de mercúrio produzidas pela combustão de misturas de carvão mineral brasileiro CE-4500 com dolomita em regime de fluidização rápida. Amostras do gás de combustão foram coletadas na chaminé do sistema após o filtro de mangas do combustor, através de uma sonda isocinética de laboratório operada com base nos métodos U.S.E.P.A. n. 29 e ASTM-D-6784 (Ontario-Hydro). Resíduos sólidos gerados pelo processo também foram coletados, e junto com as amostras obtidas na chaminé, foram analisados através da técnica de espectrofotometria de fluorescência atômica de vapor frio. Em onze testes experimentais, obteve-se informação relacionada com os perfis axiais de pressão estática e temperatura, a concentração de O2, CO e NOx nos gases de combustão, o rendimento de captura do separador de partículas do sistema e a eficiência da conversão de carbono no processo. Os resultados do estudo revelaram que, em média, 6% do mercúrio total liberado nos efluentes do processo saiu pela chaminé com o gás de combustão e com as partículas não coletadas pelo filtro de mangas. Adicionalmente foi demonstrado que o valor da relação molar cálcio-enxofre não influencia significativamente nas emissões totais do poluente no gás de combustão. O balanço de mercúrio no processo mostrou um desvio médio de 40%, valor considerado satisfatório tendo em conta as dificuldades para a determinação de um poluente presente em baixas concentrações. / Abstract: In this work, total mercury emissions from fast fluidized bed combustion of CE-4500 Brazilian coal and dolomite mixtures were quantified. Stack gas samples were collected downstream of a baghouse by using an isokinetic probe and U.S. E.P.A. n. 29 / ASTM-D-6784 (Ontario-Hydro) method procedures. The ash samples trapped in the particulate control device and those accumulated in the bottom of the reaction chamber were also analyzed. A cold-vapor atomic fluorescence spectrophotometer was employed to determine the mercury concentration in the stack gas and ash samples. Additional experimental information about the combustion process was obtained, such as, pressure and temperature axial profiles, O2, CO and NOx concentrations in the exhaust gas, baghouse performance and carbon conversion efficiency. Results showed that approximately 6% of the total mercury released by the process in gaseous and particulate form was emitted from the stack, and this level was not affected by the amount of dolomite being used. A deviation close to 40% in the mercury mass balance for the process was verified. Results were satisfactory taking into consideration the inherent difficulties to quantify small concentrations of the pollutant in the process. / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T13:29:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hory_RogerioIshikawa_D.pdf: 3549862 bytes, checksum: 727c6ab5dce7454b6af9546842232b2e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo experimental do processo de combustão de carvão mineral brasileiro em reator de Leito Fluidizado Circulante (LFC) com o objetivo de avaliar as taxas de emissões de di óxido de enxofre (S02) e eficiência de conversão de carbono no processo de combustão. Para diminuir a emissão do S02 nos gases de exaustão, foi adicionado, ao carvão, quantidades de calcário dolomítico (dolomita), de modo que a relação molar entre o cálcio (Ca) presente no calcário e o enxofre (S) presente no carvão variou entre 0,0 e 2,0. A variação na relação molar Ca/S, como é denominada na literatura, foi um dos dois fatores avaliados neste trabalho. O outro fator envolvido nos testes foi o excesso de ar utilizado para combustão do carvão. Trabalhou-se com excesso de ar na faixa de 20 a 30%. Foram realizados 11 ensaios seguindo um planejamento experimental estatístico do tipo CCD (Composite Central Design) e mais 02 ensaios complementares. A relação molar Ca/S de 0,6 apresentou emissão zero de S02 e propôs-se utilizar uma nova relação molar: (Ca+Mg)/S para retratar processos de sorção com dolomitas. Para emissão zero de S02, uma relação molar (Ca+Mg)/S de 1,8 já é suficiente. Foram obtidas eficiências de conversão do carbono entre 86,0 e 93,0% para combustão do carvão / Abstract: This work presents an experimental study with Brazilian mineral coal combustion in a Circulating Fluidized Bed (CFB) reactor with the objective to evaluate the sulphur dioxide emissions (S02) and the carbon conversion efficiency in the combustion processo Dolomite was added to the coal to minimize the S02 emissions during combustion. The quantity of dolomite added was calculated based on the molar relation of calcium (Ca) present in the dolomite and sulphur (S) present in the coal. Ca/S molar relation had a variation between 0,0 and 2,0. Two factors were evaluated in this work: Ca/S relation and excess of air during combustion which had a variation between 20 and 30%. Eleven (11) experimental tests were evaluated following a statistical experimental design called CCD (Composite Central Design) and 02 (two) more complementary tests. Emissions of S02 with zero value were obtained for a Ca/S of 0,6. It was also proposed in this work a new relation for sorption of S02 with dolomite: (Ca+Mg)/S relation. Tests showed that a relation of 1.8 for (Ca+Mg)/S is sufficient for zero emissions of S02. Carbon conversion efficiency between 86.0 and 93.0 was also obtained during coal combustion / Doutorado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T23:51:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morita_EugeniodeSouza_M.pdf: 4021816 bytes, checksum: da9670c797e58d9f79ea109135e7df7d (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho é avaliar as emissões de óxidos de nitrogênio (NO + NO2) durante a combustão de carvão mineral com adição de calcário dolomítico como adsorvente em leito fluidizado circulante (LFC). As variáveis de influência estudadas foram o excesso de ar, que variou entre 18 e 32 %, e a relação molar cálcio enxofre (Ca/S) que variou entre 0 e 2. A quantificação das emissões de NOx foi realizada em condições de regime estacionário através da técnica de detecção por infravermelho não dispersivo (NDIR). Perfis de temperatura e pressão foram medidos durante a realização dos experimentos. A combustão foi mantida a uma temperatura média do riser de 840 ºC e velocidade superficial do gás próxima de 9 m.s-1. Utilizou-se um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) para o planejamento dos experimentos mediante determinação das variáveis de influência e seus limites de operação. Um total de treze experimentos foram realizados, sendo onze deles relativos ao planejamento experimental. A influência do parâmetro relação molar Ca/S foi mais significativa quando comparada à influência do excesso de ar. O aumento da razão Ca/S provocou acréscimo nas emissões de NOx, enquanto a redução do excesso de ar provocou a diminuição das emissões. Os resultados obtidos nesta pesquisa apontam para uma região de otimização, buscando-se a minimização das emissões de NOx que pode ser alcançada pela utilização de valores baixos de excesso de ar (18 %) e relação Ca/S de 0,6, uma vez que para relações maiores, a emissão de SO2 foi praticamente nula, destacando o elevado poder de remoção do enxofre por este calcário. / Abstract: This work reports an experimental study concerning NOx emissions from brazilian coal combustion with limestone addition in circulating fluidized bed as a function of operational parameters excess air (18 to 32 %) and Ca/S molar ratio (0 to 2). The NOx concentration was achieved at steady state operation through a non-dispersive infrared (NDIR) detection technique. Profiles of temperature and pressure were measured. Bed temperature around 840 ºC and superficial gas velocity around 9 m.s-1 were conditions maintained at the experiments. Central Composite Rotational Design has been used for planning the experiments according to the knowledge of influence variables on combustion process and its operational limits. A total of thirteen experiments were carried out. The influence of Ca/S molar ratio on NOx emissions was greater than air excess influence. Increasing Ca/S molar ratio it was observed tha NOx emissions also rise, meanwhile decreasing air excess factor leds a reduction on NOx emissions. Results pointed to a optimizing area, seeking to minimize NOx concentrations that can be achieved with low air excess (18 %) and Ca/S molar ratio of 0.6, since for larger ratios, the SOx emissions was insignificant, highlighting the limestone's high efficiency to sulfur capture. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica