| Summary: | CAMELO, A. R. S. C. Combustão do biogás e do natural com elevadas concentrações de H2S e CO2 em caldeira de queimador poroso. 2012. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. === Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-09-12T12:55:50Z
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Previous issue date: 2012 === The use of biogas and natural gas (GN) with high concentrations of carbon dioxide (CO2)
and hydrogen sulfide (H2S) through conventional combustion thermal systems can result
in reaction instability or flame front quenching, under risk of irreversible damages to the
physical structure of a piece of equipments, due to corrosive acids remaining from
reaction. Furthermore, high concentrations of these contaminants favor the occurrence of
high pollutant levels in the products, like carbon monoxide (CO) and unburned
hydrocarbon (HC), among others. Therefore, an experimental study was performed with
basis on the application of a non conventional combustion technology, Filtration
Combustion, in order to deal with these low-quality fuels. The experimental apparatus
employed in this research consists of a reciprocal flow porous boiler, in which its burner
is completely filled by ceramic spheres of alumina (Al2O3), forming an inert porous
matrix, which involves boiler’s heat exchangers. The burning process of both the fuels
was investigated under extreme operation conditions, in terms of ultra-lean fuel-air
mixtures. As support for interpretation of the process phenomena, a numerical simulation
model was applied, which takes in account the methane oxidation mechanism in a porous
medium, adapted to identify the chemical effects of a high CO2-concentration on the
reaction. The influence of the main operation parameters, equivalence ratio and gas flow
velocity, on combustion products and on reaction stability was studied theoretically and
experimentally. The results have shown excellent boiler operation stability with ultra-low
emissions of NOx and CO, less than 1 ppm for equivalence ratios inferior to 0.6, and with
the H2S-burning efficiency overcoming 99%. === O aproveitamento do biogás e do gás natural (GN) com elevadas concentrações de
dióxido de carbono (CO2) e de sulfeto de hidrogênio (H2S), através de sistemas térmicos
de combustão convencionais, pode resultar em instabilidade de reação ou, até,
apagamento da frente de chama, sob risco de avarias irreversíveis para estrutura física dos
equipamentos, devido aos ácidos corrosivos decorrentes da reação. Ainda, altas
concentrações desses contaminantes favorecem a ocorrência de elevados índices de gases
poluentes nos produtos, a exemplo de monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos não
queimados (HC), dentre outros. Por essa razão, um estudo experimental foi realizado com
base na aplicação de uma tecnologia de combustão não-convencional, a Combustão de
Filtração, a fim de lidar com esses combustíveis de baixa qualidade. O aparato
experimental empregado nessa pesquisa consiste de uma caldeira porosa de escoamento
recíproco, em que seu queimador é preenchido completamente por esferas cerâmicas de
alumina (Al2O3), formando uma matriz porosa inerte, que envolve os trocadores de calor
da caldeira. O processo de queima de ambos os combustíveis foi investigado sob
condições extremas de operação, em termos de misturas ar-combustível ultra-pobres.
Como suporte para interpretação dos fenômenos do processo, foi aplicado um modelo
numérico de simulação, que considera o mecanismo de oxidação do metano em um meio
poroso, adaptado para identificar os efeitos químicos de uma alta concentração de CO2
sobre a reação. A influência dos principais parâmetros de operação, razão de equivalência
e velocidade da mistura ar-combustível, sob os produtos de combustão e sob a
instabilidade de reação foi estudada teórica e experimentalmente. Os resultados mostram
excelente estabilidade operacional da caldeira com emissões ultra-baixas de CO e NOx,
inferiores a 1 ppm para razões de equivalência menores que 0,6, e com eficiência de
queima do H2S de mais de 99%.
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