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Estudo de reatividade e combustão de carvões minerais, carvão vegetal e misturas

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Estudo de reatividade e combustão de carvões minerais, carvão vegetal e misturas

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Título Estudo de reatividade e combustão de carvões minerais, carvão vegetal e misturas
Autor Machado, Janaína Gonçalves Maria da Silva
Orientador Vilela, Antonio Cezar Faria
Data 2009
Nível Doutorado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Minas, Metalúrgica e de Materiais.
Assunto Carvão : Alto-forno
Carvão : Reatividade
Resumo Há cerca de 10 anos, a indústria siderúrgica implantou a técnica de injeção de carvão pulverizado (PCI – pulverized coal injection) nos altos-fornos (AFs) e esta se baseia na utilização de carvões importados. Visando diminuir a dependência dos mesmos, o uso do carvão vegetal e/ou nacional é uma alternativa interessante. O uso de carvão vegetal na indústria siderúrgica é uma das tecnologias chaves para contribuir com a minimização das emissões de CO2, desde que ele represente uma fonte renovável de energia. O objetivo principal desse trabalho foi avaliar em escala de laboratório a viabilidade técnica de utilização do carvão vegetal, carvão mineral nacional, importados e misturas nas ventaneiras dos AFs. A reatividade dos carvões e misturas ao CO2 foi avaliada por termobalanca e forno Tammann. A combustibilidade dos carvoes e misturas foi avaliada em um simulador da zona de combustão dos AFs. De acordo com os resultados de caracterização obtidos verificou-se que o carvão vegetal apresenta características que são benéficas ao processo de injeção como baixo teor de cinzas e enxofre. Misturas entre carvão nacional e vegetal são atrativas, devido aos altos teores desses constituintes no carvão nacional. Os resultados obtidos por termobalanca e Tammann apresentaram considerável convergência, confirmando assim os comportamentos observados. Foi verificado que o carvão vegetal apresentou a maior reatividade em CO2, seguido pelo carvão nacional, importados A e B. Para as misturas, foi verificado um comportamento não-aditivo na gaseificação quando da presença do carvão vegetal com os carvões minerais. O efeito da matéria mineral no caso especifico da mistura entre o carvão nacional e vegetal foi analisado. Possivelmente ocorreu a formação de um composto eutético de baixo ponto de fusão e esse amolecido ou fundido dificultou a gaseificação da mistura. Na análise do comportamento dos carvões e misturas em condições que simulam a zona de combustão determinou-se que o carvão vegetal é caracterizado por um maior grau de combustão, seguido pel carvão nacional, importado A e B. Em relação às misturas estudadas, em todas as taxas de injeção testadas, a combustão da mistura do carvão nacional com o vegetal (BC-CC) foi maior em relação à mistura do carvão nacional com o importado B (BC-ICB).
Abstract For about 10 years the steel industry in Brazil is using pulverized coal injection (PCI) technology in the blast furnaces based on imported coals. In order to decrease the dependence on imported coals, Brazilian coal, which has limited use due to high ash content, was suggested to be mixed with imported coal and charcoal. The aim of this study was characterize the coals and charcoal and to examine the reactivity and combustion behavior of mentioned materials. The charcoal use in the steel industry contributes to the CO2 emission reduction, since it represents a renewable source of carbon. Simultaneous thermal analyses and Tammann furnace experimental set were used to evaluate the reactivity of Brazilian and imported coals as well as charcoal. To provide a useful insight into the practice of PCI in BFs, a laboratory rig at RWTH Aachen University that simulates the behavior of fines injected into the raceway was used. It was verified that Brazilian coal is characterized by high ash and sulphur contents. Besides the known environment advantage of the use of charcoal in terms of CO2 emission, its chemical composition (low ash and sulphur content) makes its injection attractive in BFs, especially when blending with Brazilian coal. It was observed that the behavior of reactivity as depicted from TGA studies reflected in the Tamman furnace, i.e, a higher reactivity of charcoal followed by Brazilian coal, imported coal A and imported coal B. For the mixtures, the trend of TGA reactivity was reflected in Tamman tests. The blend between Brazilian coal and charcoal presented a non-additive behavior, i.e, a less reactivity of the blend than the ones of the individual components. For the other blends with charcoal it was also verified through the TGA tests a non-additive behavior. The influence of the mineral matter in the non-additive behavior of the blend between Brazilian coal and charcoal was examined. Probably, in this case a lower melting point aluminosilicate was formed and the molten phases ash may restricted the accessibility of the gas to the carbon char. According to the results of the injection rig, charcoal was characterized by a high combustion degree followed by Brazilian coal, imported coal A and imported coal B. Over the whole range of the injection rates used, the burnout level of the blend between Brazilian coal and charcoal was higher than the one between Brazilian coal and imported coal B.
Tipo Tese
URI http://hdl.handle.net/10183/18990
Arquivos Descrição Formato
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