Análise energética e exergética de biomassas como fonte energética sustentável em um forno elétrico a arco.

Abstract

O objetivo geral deste trabalho foi investigar a substituição do gás natural por briquetes de bagaço de cana, casca de arroz, casca de café e capim elefante como fonte energética em um forno elétrico a arco. O objetivo específico foi comparar a produção de energia elétrica feita por cogeração com a tecnologia de injeção de combustível em lanças de um forno elétrico a arco, por meio de uma pesquisa realizada tendo como referência uma análise energética e exergética de uma micro central de cogeração, que produziu 1.102,0kW de energia elétrica, consumindo 11.285,0kg/h de vapor, utilizando como combustível, produtos e subprodutos da carbonização de madeira reflorestada. Realizou-se uma pesquisa sobre as melhorias e as novas tecnologias para produção de aço em fornos elétricos a arco, como o tempo de corrida e a injeção direta de combustíveis, uma vez que, no balanço energético, 52% da energia total são gastos com energia elétrica e 33% com injeção de gás natural. O tempo de corrida (tap-to-tap) foi em média de 60 minutos para produzir 100 toneladas de aço, consumindo 50MW de energia elétrica. A injeção de combustível na carga metálica (DRI: Direct Reduction Iron - ferro esponja) promoveu a metalização do FeO, atuando como agente redutor, diminuindo em até 1019kWh o consumo de energia elétrica por tonelada de aço. Procurou-se assim estudar, analisar e comparar os briquetes de biomassas: bagaço de cana, casca de arroz, capim elefante e casca de café, com o gás natural na aciaria elétrica, utilizados de duas formas: forma indireta, queimados em uma caldeira no sistema de cogeração e de forma direta, injetados em queimadores oxi combustíveis no forno elétrico a arco, sendo que algumas das características das biomassas foram avaliadas através de análise imediata e análise química elementar para calcular o consumo de combustíveis. Os resultados mostraram que o consumo de combustíveis na injeção foi 9,62% em relação ao consumo dos mesmos na cogeração. Os balanços energético e exergético, do sistema de cogeração, determinaram 3544kW de irreversibilidades nos equipamentos para gerar 500kWh, ao passo que a cada 1% de metalização do ferro-esponja, feita por injeção, houve redução de 10,4kWh/t de aço no consumo de energia elétrica. Concluiu-se que o gás natural pode ser substituído pelas biomassas analisadas em ambas as formas, direta ou indireta, tendo o capim elefante como a biomassa mais rentável e que a injeção foi mais eficiente do que a cogeração para a produção de 1 tonelada de aço.