Análise Profunda: Conheça os Parâmetros que Levam à Coqueificação do Pellet Fuel

Em relação à ciência da combustão de biomassa, nada é mais complicado do que os parâmetros de fusão das cinzas (coqueificação). Quando as características de coqueificação são boas, as cinzas continuam sendo cinzas, e o único desafio é que elas não sejam removidas excessivamente do sistema de combustão por acúmulo. Ao contrário, quando as propriedades de fusão das cinzas não são favoráveis, algo estranho acontece – as cinzas se aglomeram e precisam ser quebradas ou até mesmo cinzeladas para fora do cinzeiro. Mais tarde, podem formar um bloco que parece um pedaço de vidro derretido ou até mesmo um favo de mel. Quando se acumula em um queimador industrial, esse estado das cinzas é chamado de coqueificação ou escória. Seja qual for o nome ou a aparência, é algo relativamente simples de entender, pois é apenas uma função do ponto de fusão.

Primeiro, vamos determinar que as cinzas “limpas” (livres de sujeira, pedras, carbono não queimado, etc.) são principalmente uma combinação de óxidos inorgânicos. Quando a biomassa é queimada, a matéria orgânica (basicamente todo o carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio) é liberada, enquanto os minerais inorgânicos permanecem na forma oxidada, que consideramos como cinzas. Através da detecção, as cinzas de biomassa são compostas principalmente por cálcio, dióxido de silício, alumínio, magnésio, potássio, manganês, sódio, ferro, fósforo e outras formas de óxidos minerais. Cada um desses minerais oxidados existe como um sólido e, como qualquer outro sólido, possui um ponto de fusão. A faixa de pontos de fusão dos vários óxidos minerais presentes pode variar amplamente, com o ponto de fusão total das cinzas ocorrendo em altas temperaturas como uma função de todos os componentes minerais e interações químicas. Como resultado, as cinzas geralmente derretem dentro de uma certa faixa de temperatura, não em uma temperatura específica. A faixa pode variar de alguns graus a 50 ou até 100 graus Celsius. É por isso que, quando você vê os resultados do teste de fusão das cinzas, eles são relatados como uma faixa de temperatura (por exemplo, temperatura de deformação = 1310 °C, temperatura de hemisfério = 1330 °C, temperatura de fluidez = 1350 °C). Neste caso, as cinzas derretem a 40 graus Celsius.

A temperatura de deformação (DT) é considerada um parâmetro chave nos testes de fusão de cinzas, pois é a temperatura na qual as cinzas começam a derreter e se tornar “pegajosas”. Cinzas pegajosas se acumulam em quase todas as superfícies do sistema de combustão, resultando em um efeito isolante, que leva a um aumento na temperatura de todo o sistema de combustão. Temperaturas mais altas causam mais derretimento. Esse processo continua até que as cinzas se tornem fluidas e essencialmente se transformem em escória. Curiosamente, as propriedades da escória podem indicar algo. Se as cinzas estiverem grumosas, ainda podem ser quebradas à mão. Se você encontrar vidro de verdade, as cinzas derreteram completamente. Um pedaço de coque geralmente fica em algum ponto intermediário.

A chave para prevenir a fusão das cinzas (coqueificação) é manter a temperatura do sistema de combustão abaixo da DT das cinzas. Como a maioria dos sistemas de combustão de biomassa opera a 1200 graus Celsius ou menos, o combustível é geralmente avaliado verificando se a DT está acima dessa temperatura. Felizmente, para madeira “limpa” (sem casca, areia, sujeira ou outros detritos), a coqueificação geralmente não é um problema. A fusão das cinzas e da biomassa lenhosa está quase sempre associada a alguma forma de matéria-prima. O mesmo não pode ser dito para outras formas de biomassa (cascas de nozes, gramíneas agrícolas, culturas energéticas, etc.). Esses materiais frequentemente têm alto teor de cinzas, aumentando as chances de uma DT baixa.

Ou seja, o alto teor de cinzas por si só não é um bom preditor de problemas de fusão (coqueificação) em uma forma específica de biomassa. A natureza da composição mineral das cinzas é o fator contribuinte. Por exemplo, se o teor de cálcio nas cinzas for alto, a temperatura de fusão das cinzas geralmente é alta. Problemas de fusão de cinzas são mais prováveis se os níveis de sílica forem altos, mas nem sempre. O interessante sobre a sílica é que, se estivesse na forma de sílica pura, a temperatura de fusão real seria muito alta (1710 graus Celsius). No entanto, assim como o carbono, a sílica tem quatro elétrons ativos que podem se ligar a outros minerais, resultando frequentemente em silicatos complexos com baixos pontos de fusão. Por esse motivo, quando vemos problemas de coqueificação, 90% estão relacionados à sílica. Existem outros minerais que podem ser problemáticos quando as temperaturas aumentam.

Há muitos outros fatores que podem complicar a coqueificação. Os sistemas de combustão podem ser ricos ou pobres em oxigênio, variando as condições do ponto de fusão. A biomassa pode ser contaminada com materiais não óbvios, como fertilizantes e sal, muitas vezes devido ao uso de um sistema de transporte sujo. Os contaminantes geralmente variam de forma intermitente, então testar o próximo lote de combustível não necessariamente ajudará a descobrir o que está causando os problemas de coqueificação associados ao lote anterior. No geral, se você entender os princípios acima, terá mais chances de determinar como lidar com o problema da coqueificação de partículas.