Fluidização é um método de mistura de combustível e ar em uma proporção específica, para obter a combustão. Uma cama fluidizada pode ser definida como a cama de partículas sólidas que se comporta como um fluido. Opera com o princípio de que, quando o ar é distribuído uniformemente e passa para cima através de uma cama finamente dividida de partículas sólidas a baixa velocidade, as partículas permanecem inalteradas, mas se a velocidade do fluxo de ar for aumentada gradualmente, chega-se a um ponto em que as partículas individuais são suspensas no fluxo de ar.
Se a velocidade do ar for ainda mais aumentada, a cama torna-se altamente turbulenta e ocorre uma mistura rápida de partículas, que aparecem como a formação de bolhas em um líquido fervendo, e o processo de combustão resultante é conhecido como combustão em cama fluidizada.
A velocidade do ar, causando a fluidização, depende de vários parâmetros, como:
Tamanho das partículas de combustível.
Densidade da mistura ar-combustível.
Portanto, esses parâmetros são considerados devidamente, enquanto se manipula a velocidade do fluxo de ar para a taxa desejada de combustão. Na combustão em cama fluidizada, a mistura rápida garante a uniformidade da temperatura. A principal vantagem da combustão em cama fluidizada é que resíduos municipais, lodo de estações de tratamento de esgoto, biomassa, resíduos agrícolas e outros combustíveis de alta umidade podem ser usados para geração de calor.
Um forno fluidizado tem um espaço fechado com uma base que possui aberturas para admitir ar. Carvão triturado, cinzas e dolomita ou calcário triturado são misturados na cama do forno e, em seguida, o ar de combustão de alta velocidade é passado através da cama, entrando pela parte inferior do forno.
Com o aumento constante na velocidade do ar, chegará um ponto em que a queda de pressão através da cama se tornará igual ao peso por unidade de seção transversal da cama, e essa velocidade crítica particular é chamada de velocidade mínima de fluidização.
Com um aumento adicional na velocidade do ar, a cama começará a expandir e permitirá a passagem de ar adicional, na forma de bolhas. Quando a velocidade do ar se torna 3 a 5 vezes a velocidade crítica, a cama se assemelha a um líquido fervendo violentamente. Uma representação pictórica da combustão em cama fluidizada é dada na figura abaixo:
Os tubos do evaporador da caldeira são imersos diretamente na cama fluidizada e, estando em contato direto com as partículas de carvão em combustão, produzem taxas de transferência de calor muito altas. Devido a isso, o tamanho da unidade é reduzido consideravelmente e também produz combustão com eficiência muito alta.
A combustão em cama fluidizada (FBC) pode estar em 2 variantes, a saber:
Tipo vertical FBC: Estes são geralmente usados em plantas menores e têm capacidade para produzir vapor de até 6 toneladas por hora apenas. Sua forma vertical reduz as dimensões globais da caldeira a vapor, e é extremamente eficiente em plantas onde a provisão de espaço é limitada.
Tipo horizontal FBC: Há quase 10 vezes a capacidade quando comparado ao tipo vertical de combustão em cama fluidizada. Podem produzir até 60 toneladas de vapor por hora e são colocados horizontalmente em relação aos tubos da caldeira. A alta capacidade dos tipos horizontais de caldeiras fluidizadas, juntamente com sua alta eficiência, as tornam uma escolha extremamente desejável para as estações geradoras de energia térmica a carvão.
FBC está sendo usado extensivamente nos dias de hoje em todas as principais estações de energia do mundo, devido às numerosas vantagens que oferece sobre os outros métodos predominantes de combustão. Alguns desses são:
Alta eficiência térmica.
Sistema fácil de remoção de cinzas, para ser transferido para a fabricação de cimento.
Período curto de comissionamento e montagem.
Totalmente automatizado, garantindo operação segura, mesmo em temperaturas extremas.
Operação eficiente a temperaturas baixas, até 150oC (ou seja, bem abaixo da temperatura de fusão da cinza).
Redução da moagem do carvão, etc. (carvão pulverizado não é necessário aqui).
O sistema pode responder rapidamente às mudanças na demanda de carga, devido à rápida estabilização do equilíbrio térmico entre o ar e as partículas de combustível na cama.
A operação da fornalha de cama fluidizada a temperaturas mais baixas ajuda a reduzir a poluição do ar. A operação a baixa temperatura também reduz a formação de óxidos de nitrogênio. Adicionando dolomita (um carbonato de cálcio-magnésio) ou calcário (carbonato de cálcio) à fornalha, a emissão de óxidos de enxofre para a atmosfera também pode ser reduzida, se desejado.
Em vista de todas essas vantagens da combustão em cama fluidizada acima, onde a combustão em cama fluidizada surge como a melhor alternativa disponível atualmente, ainda assim, a principal desvantagem deste sistema é que o poder do ventilador deve ser mantido em um valor consideravelmente alto, pois o ar deve ser fornecido continuamente sob alta pressão para suportar a cama. Isso, por sua vez, aumenta o custo operacional das unidades auxiliares da planta. Mas isso é mais do que compensado pelos altos valores de eficiência que o FBC proporciona.
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