Análise termodinâmica da integração da biomassa gaseificada ao ciclo combinado (BIG/GTCC) na indústria sucroenergética: estudo comparativo com a tecnologia convencional com turbina a vapor de extração/condensação (CEST)

Abstract

RESUMO: Mediante à preocupação com o esgotamento das reservas de combustíveis fósseis, aumento do consumo de energia elétrica devido ao crescimento populacional, bem como a necessidade de preservar o meio ambiente, nos últimos anos aumentaram a demanda por pesquisas que visam a utilização de combustíveis energéticos resultantes de fontes renováveis, como a biomassa. Dentre estes, o bagaço é um subproduto atrativo provindo da moagem da cana-de-açúcar, utilizado em usinas sucroenergéticas de cogeração, para atender as demandas de vapor requeridas pelo processo, além de gerar energia elétrica, devido ao seu elevado potencial energético. Neste trabalho, foram realizadas análises energéticas e exergéticas da integração da biomassa gaseificada ao ciclo combinado (BIG/GTCC) na indústria sucroenergética, a fim de proporcionar um acréscimo nas eficiências de geração de vapor e eletricidade, em uma tradicional usina de cogeração, que utiliza turbinas a vapor de extração/condensação (CEST). Pela análise dos resultados obtidos através do software EES®, a eficiência global de 1ª Lei, diminuiu 4,04%, já o desempenho global de 2ª Lei, exibiu um aumento de 21,73%, com a implementação do BIG/GTCC. Em contrapartida, pela combinação do pré-tratamento da secagem, uma turbina a gás e gaseificador de leito fluidizado borbulhante, permitiu um aumento de 38,29% e 30,61%, nas eficiências de geração de eletricidade de 1ª e 2ª Lei, respectivamente, em relação a CEST, se apresentando como a melhor alternativa de implantação na usina estudada, no que tange a geração de energia elétrica.

ABSTRACT: Due to the concern with the depletion of fossil fuel reserves, the increase in electricity consumption due to population growth, as well as the need to preserve the environment, in recent years the demand for research aimed at the use of energy fuels resulting from renewable sources, such as biomass, has increased. Among these, bagasse is an attractive by-product coming from sugarcane milling, used in sugar and ethanol cogeneration plants to meet the steam demands required by the process, besides generating electricity, due to its high energy potential. In this work, energy and exergetic analyses of the integration of gasified biomass to the combined cycle (BIG/GTCC) in the sugar-alcohol industry were carried out, in order to provide an increase in the efficiencies of steam and electricity generation, in a traditional cogeneration plant, which uses condensing/extraction steam turbines (CEST). By analyzing the results obtained through the EES® software, the overall efficiency of the 1st Law decreased by 4,04%, while the global performance of the 2nd Law exhibited an increase of 21,73%, with the implementation of the BIG / GTCC. In contrast, by the combination of drying pre-treatment, a gas turbine and bubbling fluidized bed gasifier, an increase of 38,29% and 30,61% in 1st and 2nd Law electricity generation efficiencies, respectively, in relation to CEST, it has changed as the best alternative for implementation in the studied plant, not with regard to electricity generation.