Investigação do uso da combustão enriquecida com O2 em chamas confinadas de gás natural

Abstract

O conceito de eficiência ambiental em equipamentos está cada vez mais em evidência com os desdobramentos sobre o clima com o aquecimento global, e, dentre os equipamentos industriais, os queimadores possuem um dos maiores impactos nesta discussão por se tratar de um equipamento de combustão industrial. O desenvolvimento de queimadores mais eficientes ambientalmente, com a redução de emissões é imprescindível para o adequado uso de combustíveis fósseis durante a fase de transição entre esta fonte de energia e as energias renováveis, o que pode durar mais de cinqüenta anos. O presente trabalho avalia através de simulação numérica e experimentos a utilização da técnica da combustão enriquecida por oxigênio – OEC – e sua interação com a formação de fuligem, radiação térmica e emissão de NOx e aldeídos, através das taxas de emissões de formaldeído e acetaldeído – precursores para a produção de ozônio troposférico e outros contaminantes atmosféricos – em chamas confinadas de gás natural, tecnologia esta mais difundida na indústria siderúrgica, de vidros, entre outras. A literatura apresenta trabalhos em que a utilização da técnica de OEC – técnica que possui pontos importantes de melhoria da eficiência térmica da combustão – causa em certas condições o aumento da formação de fuligem. A fuligem como um meio participante importante na radiação térmica, pode, com a sua interação com a OEC, trazer o aumento de eficiência térmica nos queimadores, implementando a transferência de calor das chamas para as superfícies de aquecimento, diminuindo o consumo de combustível, a temperatura de chama, e, por conseqüência, reduzindo a formação do NOx térmico. A utilização da OEC também traria uma redução da taxas de emissão de aldeídos. Na simulação numérica e experimentos foram utilizados baixos níveis de enriquecimento, os quais não requerem mudanças significativas em equipamentos existentes (teores de O2 no oxidante de 23 e 25%). Os ensaios foram realizados em uma câmara de combustão cilíndrica, em um queimador com injeção central de gás natural e ix escoamento paralelo do oxidante. A concentração de fuligem foi verificada através da técnica não intrusiva de extinção da luz do laser. A radiação térmica foi medida no espectro de influência da fuligem com autilização de um radiômetro. As taxas de emissão de NOx foram medidas através de analisador portátil de gases. As taxas de emissão de formaldeído e acetaldeído foram verificadas através de análise em cromatógrafo a líquido. Com a utilização de enriquecimento do oxidante de 2 e 4%, houve um aumento da concentração da fuligem e da radiação térmica no espectro de influência desta. As concentrações de NOx na saída da câmara com o uso da OEC permaneceram dentro da mesma faixa encontrada para a queima com o ar não enriquecido. As taxas de emissão de formaldeído e acetaldeído foram reduzidas com o uso da OEC em comparação com o uso do ar atmosférico como oxidante. Os resultados sugerem que a utilização da OEC em chamas confinadas pode representar uma ferramenta útil para o controle da fuligem e da radiação térmica na chama e para uma redução efetiva da emissão de NOx, formaldeído e acetaldeído. Esta tecnologia pode ser uma ferramenta importante para a adequação da indústria em geral, em especial a de petróleo e gás, ao desafio tecnológico associado à redução dos impactos ambientais.