Aglomeração de cinzas numa caldeira a pellets : influência da temperatura e do fluxo de ar

Abstract

O mercado de equipamentos de queima de pellets residenciais está já bastante desenvolvido em alguns países da Europa como Alemanha, Áustria e Itália. Em Portugal, encontra-se ainda numa fase embrionária, tendo-se verificado um forte crescimento da procura nos últimos tempos. A produção de pellets tem também crescido, sendo essencialmente para exportação. A sua queima, devido à existência de elementos químicos como, por exemplo, Na, K e Si, pode dar origem a cinzas aglomeradas na grelha do queimador, que levantam problemas ao seu bom funcionamento. O presente trabalho teve como objectivo o estudo da influência da temperatura e dos fluxos de ar na aglomeração de cinzas no leito. Para este fim, efectuou-se a montagem de uma instalação experimental constituída genericamente por: i) Caldeira, cujo queimador permite a regulação dos caudais de ar primário e secundário; ii) Sistema de extracção de gases de caudal variável; iii) Sistema de alimentação controlável; iv) Sistema de dissipação de calor; v) Sistema de aquisição de dados e controlo; vi) Sistema de análise de gases. A investigação experimental incluiu ainda a monitorização da emissão de poluentes (nomeadamente CO e NOx), a avaliação da eficiência da combustão (pelo teor de CO nos gases de exaustão) e o cálculo do rendimento global do equipamento através do método das entradas e saídas. Os resultados apontam para um aumento da formação de cinzas aglomeradas com o aumento de temperatura. Para além disso, estes apontam também para a influência do excesso de ar e da fracção de ar primário na formação, e para a existência de um ponto óptimo para elevados excesso de ar e fracções de ar primário em torno dos 30%. Por outro lado, estes demonstram também a existência de outros factores que influenciam a aglomeração de cinzas, provavelmente relacionados com a alteração da proporção entre elementos químicos devido à vaporização dos mais voláteis.

The market for residential pellet burning equipments is well developed in some European countries like Germany, Austria and Italy. In Portugal, it’s still in an early state, although it has experienced a strong growth in demand over the last years. The pellet production has also grown, mostly for exportation. Due to the existence of chemical elements such as Na, K and Si, the pellet combustion can lead to agglomerated ashes on the grate of the burner causing problems for its proper operation. The present work aimed to study the influence of temperature and air flows in the ash agglomeration at the grate. For this purpose, it was assembled an experimental setup that in a brief description consists of: i) boiler, whose burner allows the regulation of the primary and secondary air flow, ii) variable flow exhaust gases extraction system, iii) controllable feeding system, iv) heat dissipation system, v) data acquisition and control system, vi) exhaust gases analysis system. The experimental research has also included the monitoring the emission of pollutants (CO and NOx), evaluation of the efficiency of combustion (by the CO content in the exhaust gases) and calculation of the overall efficiency of the equipment through the inputs and outputs method. The results indicate an increased formation of agglomerated ash with increasing of temperature. In addition, they also suggest the influence of excess air and primary air fraction in that formation, and the existence of an optimum working condition for high excess air and a primary air fraction of around 30%. Moreover, they also show that there are other factors that influence the ash agglomeration, probably related to the changing of the chemical elements ratio due to vaporization of the more volatile species.