A bioeletricidade é a energia elétrica gerada com previsibilidade, sustentabilidade e qualidade a partir da biomassa, geralmente associada a um resíduo orgânico – bagaço de cana-de-açúcar, madeira, casca de arroz, lixo urbano, etc.

Podemos citar alguns benefícios da bioeletricidade, como o aumento da geração de empregos diretos e indiretos, segurança energética, já que se trata de um recurso nacional que complementa a sazonalidade da geração hidráulica, a disponibilização em prazos relativamente curtos, geração próxima aos centros de consumo; fonte renovável com emissões líquidas nulas de gases de efeito estufa no meio ambiente; aproveitamento econômico de resíduos e o aumento da demanda por bens de capital, oxigenando, assim, a economia do País.

Nesse cenário, equipamentos importantes, como as caldeiras, turbinas e geradores, certamente são os mais importantes de uma UTE – usinas termelétricas. Então, pensando mais especificamente nas caldeiras, sua eficiência térmica e confiabilidade são aspectos importantíssimos e devem ser considerados nas avaliações e equalizações técnicas.

As caldeiras industriais empregadas na produção de vapor de água e os sistemas associados de condução e transferência de calor podem apresentar desperdícios e elevadas perdas de energia, se não tiverem sido adequadamente dimensionados e se a operação e a manutenção não forem praticadas de acordo com certos critérios e cuidados. As caldeiras são muito utilizadas na indústria e, em geral, os custos dos combustíveis representam uma parcela significativa da conta dos insumos energéticos.

As instalações das caldeiras e de seus sistemas associados devem ser abordadas no âmbito de qualquer programa de conservação e uso racional de energia. Quase sempre são detectadas oportunidades de redução de consumo e melhorias de processos. A redução dos desperdícios e as melhorias de processo podem contribuir para a redução dos custos de produção industrial.

Guardadas as devidas proporções, pode-se comparar o consumo de combustível de uma caldeira ao consumo de combustível de um carro, que, com o seu sistema de injeção desregulado, consegue deslocar-se de uma cidade a outra, assim como uma caldeira, com o seu sistema de combustão ineficiente, gera vapor, ou seja, em ambos os casos, os objetivos serão alcançados, porém com elevado consumo de combustível e, consequentemente, perdas financeiras.

Os custos da queima de combustíveis como o bagaço de cana, até então não eram considerados e, mesmo quando dispendiosos, não preocupavam as usinas, que, nesse período, se limitavam apenas a serem produtoras de açúcar e álcool. Atualmente, com o acréscimo de mais um produto, a energia elétrica, no core business dessas empresas, o controle e a eficiência da combustão passaram a ter um papel importantíssimo, porque podem possibilitar um acréscimo no tempo de geração de energia elétrica e, portanto, uma maior geração de caixa também.  

Isso acaba exigindo um progresso tecnológico cada vez maior dos sistemas e equipamentos térmicos, que, utilizando regulagens mais finas e adequadas dos sistemas de queima, evitam perdas excessivas de calor e de combustível. E é em função dessa necessidade que os investidores e os técnicos do setor passaram a procurar equipamentos com mais tecnologia agregada, especificamente Caldeiras de Leito Fluidizado.

Essas caldeiras são equipamentos caracterizados principalmente pela flexibilidade de queima de vários tipos de combustíveis, inclusive com teores de umidade mais elevados, alta eficiência de combustão, ou seja, menor consumo de vapor, baixa emissão de NOx e alta taxa de disponibilidade, fatores estes primordiais e valorizados durante a concepção das plantas de cogeração.

O conhecimento da composição química dos combustíveis que serão queimados e das suas cinzas é um ponto importante e deve ser considerado durante o processo de aquisição de qualquer tipo de caldeira, mas, em caldeiras de leito fluidizado, são imprescindíveis, já que as características dos combustíveis têm influências significativas, não só no projeto da caldeira, mas também nos equipamentos auxiliares, nos parâmetros operacionais e, consequentemente, no desempenho geral da caldeira.

A alta eficiência pode ser alcançada, mas é uma função direta das características dos combustíveis que serão utilizados, portanto é importante os fabricantes de caldeiras conhecerem as informações dos mesmos, pois isso nos permite fazer as eventuais adequações nos projetos para que as caldeiras fiquem devidamente dimensionadas e que alguns processos, como sinterização, aglomeração, incrustações, erosões e corrosões, sejam mitigados.  

A presença de álcalis (sódio e potássio) provoca a diminuição do ponto de fusão das cinzas e, dependendo da concentração, podem induzir a aglomeração no leito. A presença de cloro também é um ponto que requer extremo cuidado, já que o mesmo provoca corrosão, principalmente em temperaturas de metal mais altas, e por isso as serpentinas dos superaquecedores são mais suscetíveis a esse tipo de ataque.

A tecnologia Foster Wheeler é caracterizada pela alta confiabilidade, robustez e simplicidade dos projetos, comprovada através dos mais de 180 projetos fornecidos em todo mundo, com excelentes índices de desempenho. O funcionamento das caldeiras BFB’s inicia-se pela gaseificação dos combustíveis no leito, que trabalha com temperatura na faixa dos 850°C. A queima acontece de forma estagiada, posteriormente, na faixa superior da fornalha, onde há a injeção de ar secundário e terciário.

Com isso, consegue-se um alto nível de combustão, minimiza-se a possibilidade de arrastes de areia e se obtém um melhor controle de NOx. Para manutenção da temperatura, são instalados sensores em toda a região do leito a fim de garantir um eficiente e confiável controle. Além disso, essas caldeiras possuem também um sistema de recirculação de gases que é acionado automaticamente, injetando no leito o gás da combustão, visando empobrecer a queima e, com isso, reduzir a temperatura quando ela ultrapassa o valor limite do projeto.

Assim, o eficiente controle da temperatura do material inerte (areia), associado à contínua retirada dos contaminantes pelo sistema Step Grid, minimiza a formação de aglomerações durante a queima. O Step Grid é um sistema de última geração, responsável pela distribuição do ar sob o leito indicado para queima de todos os combustíveis, principalmente para os considerados mais difíceis, garantindo sempre um alto nível de eficiência de combustão.

Esse sistema é caracterizado por ter pisos inclinados e bicos direcionais sem partes salientes, que permitem a remoção eficaz dos contaminantes e das cinzas do leito, garantindo o fluxo destes para as moegas de retirada, ou seja, a mesma rede de distribuição de fluidização de ar para o leito executa a função de classificação do material e elimina os que não são adequados.

O fato de não ter partes salientes no interior do material inerte elimina a possibilidade de contaminantes, pedras, etc. ficarem presos, prejudicando o processo de fluidização e, consequentemente, a queima. Toda a montagem do Grid e as moegas de retirada de areia e cinzas são construídas por tubos do sistema de alimentação que ajudam a controlar a temperatura do leito, pois absorvem parte do calor contido na areia, aumentando, assim, a vida útil dos refratários.

As moegas e as válvulas de retiradas de cinzas são projetadas para o pior cenário de temperaturas da areia e das cinzas, além de ter margens para absorver qualquer variação na qualidade dos combustíveis. Em relação ao funcionamento propriamente dito, os queimadores de partida permanecem acesos até que a areia alcance 450ºC; a partir desse momento, a biomassa começa a ser alimentada gradativamente, até que os queimadores sejam completamente desligados.

O tempo médio de partida de uma caldeira de leito fluidizado fica em torno de 9 horas. A alimentação do combustível geralmente é feita por dois lados distintos da fornalha, ou seja, pelas paredes frontal e traseira ou pelas paredes laterais. Normalmente, se utilizam três superaquecedores para garantir a temperatura do vapor superaquecido, mesmo nas cargas parciais ou em variações dos tipos combustíveis com um nível mais fino de controle.

A reposição da areia depende diretamente das características do combustível, variando de 1,0 a 1,5 ton/dia. O reaproveitamento da areia é feito automaticamente pelo sistema de separação e classificação, que é instalado na parte inferior do leito, onde granulometrias menores que 0,8 mm e maiores de 2,0 mm são descartadas. Certamente, as caldeiras BFB’s, além de agregar uma tecnologia diferenciada, que atende às novas necessidades e expectativas do mercado, ao mesmo tempo exigirá um amadurecimento técnico maior por parte dos operadores e das áreas de manutenção das unidades.