Desenvolvimento de uma metodologia para o pré-tratamento de biomassa florestal residual para fins energéticos

Abstract

O presente trabalho contribui para a demonstração do potencial de utilização de biomassa florestal residual para produção de bioenergia em pequena escala (<1MW) nomeadamente em sistemas de cogeração ou em caldeiras a biomassa em centrais industriais de pequena ou média dimensão, hospitais, hotéis e complexos escolares ou residenciais. O objectivo do presente trabalho é desenvolver a metodologia de pré-tratamento de biomassa florestal residual a fim de posterior criação de um protótipo de equipamento de separação e secagem simultâneas que possibilite o uso directo deste tipo de biomassa para produção de energia em pequena escala. Vários tipos de biomassa foram recolhidos a fim de abranger um espectro amplo da tipologia de biomassa utilizada em sistemas de combustão, nomeadamente biomassa florestal residual, woodchips e pellets. Foram realizados os seguintes grupos de ensaios: (i) separação das amostras de biomassa florestal residual por granulometria, (ii) determinação do poder calorífico, (iii) queima em calorímetro cónico, (iv) secagem em câmara climática e (v) secagem em túnel de vento. A separação das amostras de biomassa florestal residual por granulometria indicou que cerca de 75% da amostra é apropriada para queima. Os valores de poder calorífico superior e de resíduos pós-queima permitiram averiguar a importância da homogeneidade e da tipologia da biomassa. Os ensaios de queima em calorímetro cónico evidenciaram a importância da homogeneidade das partículas e da densidade da biomassa na curva de libertação de calor e no valor máximo de calor libertado. A análise comparativa dos resultados dos ensaios de secagem em câmara climática e em túnel de vento evidenciou o efeito do escoamento forçado e do tamanho da partícula no tempo de secagem. Os resultados obtidos permitiram especificar a dimensão de partículas de biomassa florestal residual e os parâmetros de separação e secagem a fim de desenvolver o equipamento de pré-tratamento de biomassa com um baixo gasto energético.

The present study is a contribution to demonstrate the potential for using of forest residual biomass for small-scale bioenergy production comprising the installation of small (<1MW) co-generation systems or wood boilers by end-users, such as medium and small industrial plants, hospitals, hotels, and school or residential complexes. The present study is aimed at developing the methodology of the pre-treatment of forest residual biomass for further development of a prototype of the equipment for simultaneous separation and drying, which enables direct use of this type of biomass in small scale bioenergy production systems. Various types of biomass were collected in order to comprise a wide spectrum of the biomass typology used in combustion systems, such as residual forest biomass, woodchips and pellets. The following groups of tests were performed: (i) separation by particle size of forest residual biomass samples, (ii) determination of calorific value, (iii) burning in conical calorimeter, (iv) drying in climatic chamber and (v) drying in wind tunnel. The separation by particle size of forest residual biomass indicated that about 75% of the sample is suitable for burning. Gross calorific values and quantity of post-burning residues showed the importance of biomass homogeneity and type. Burning tests conducted in cone calorimeter showed the impact of homogeneity and density of biomass particles on the heat release curve and on the peak of heat release. The comparative analysis of results of drying tests in climate chamber in a wind tunnel revealed the impact of forced flow and particle size on the drying time. Obtained results allow specifying the particle size of forest residual biomass and parameters of separation and drying in order to develop the equipment of biomass pre-treatment with low energy consumption.