Análise de viabilidade técnica e econômica da implantação de uma caldeira de bagaço que integre um ciclo rankine regenerativo com reaquecimento em uma usina sucroalcooleira

• Processo: 19/27755-8
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Juan Harold Sosa Arnao
• Beneficiário: Juan Harold Sosa Arnao
• Empresa: Juan Harold Sosa Arnao
• CNAE: Fabricação de caldeiras geradoras de vapor, exceto para aquecimento central e para veículos ; Produção e distribuição de vapor, água quente e ar condicionado ; Serviços de engenharia
• Pesquisadores associados: Justo Emilio Alvarez Jácobo
• Vinculado ao auxílio: 17/00495-0 - Análise de viabilidade técnica e econômica da implantação de uma caldeira de bagaço que integre um ciclo rankine regenerativo com reaquecimento em uma usina sucroalcooleira, AP.PIPE
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/08911-9 - Caracterização do bagaço de cana-de-açúcar, BP.TT
• Assunto(s): Indústria sucro-alcooleira Usina açucareira Reaquecimento Caldeiras Bagaços Biomassa Cana-de-açúcar
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bagaço | Biomassa | caldeira | Ciclo Rankine Regenerativo con reaquecimento | Reaquecedor de vapor | turbina | Caldeiras de Biomassa

Resumo

As caldeiras de bagaço de cana usadas no setor sucroalcooleiro brasileiro trabalham com parâmetros até 400 t/h; 10MPa e 540oC em Ciclo Rankine, com tímidas aplicações em Ciclo Rankine Regenerativo, apresentando um desenvolvimento menor do que as caldeiras de carvão, cujos parâmetros de operação podem atingir 2870 t/h; 27,2MPa e 600oC, ou maiores, operando em Ciclo Rankine Regenerativo com Reaquecimento de vapor. Portanto, existem ainda oportunidades para melhorar as condições de operação das caldeiras de bagaço de cana de açúcar com tecnologias advindas das caldeiras de carvão permitindo maximizar a exportação de energia das usinas de açúcar e álcool à malha nacional. Em estudo prévio realizado na Fase I foi demonstrado que as caldeiras de bagaço podem ser melhoradas para operar com reaquecimento de vapor e a análise econômica do projeto de mudança para Ciclo Rankine Regenerativo com reaquecimento de vapor mostrou-se vantajoso quando comparado com sistemas convencionais. Deste modo, na fase II do projeto objetiva-se o desenvolvimento do projeto para fabricação da caldeira de bagaço de cana que opere em um Ciclo Rankine Regenerativo com Reaquecimento de vapor utilizando como modelo uma caldeira que opere com uma vazão de vapor de: 200 t/h; e as configurações: i) Ciclo Rankine; ii) Ciclo Rankine Regenerativo e iii) Ciclo Rankine Regenerativo com Reaquecimento de vapor. Os parâmetros de pressão e temperatura do vapor: a) 6,7MPa e 520oC; b) 10 MPa e 530oC e c) 12MPa e 540oC serão simulados visando obter o melhor custo/benefício. Para isso será realizada a análise termodinâmica (primeira e segunda lei) e análise econômica de cada configuração. A Cargill - Unidade Cevasa, localizada em Patrocínio Paulista (SP) será sede do projeto, pois tem demonstrado interesse em implantar uma nova caldeira na vazão de vapor especificada acima. Assim, este projeto ajudará à usina a definir os parâmetros de pressão e temperatura do vapor, assim como as características do seu ciclo de geração de energia. Na primeira etapa deste projeto será realizada a caracterização do bagaço de cana de açúcar obtido do difusor da usina Cevasa durante o período de safra (março a dezembro). Esta caracterização compreenderá as seguintes análises: i) imediata (umidade, cinzas, carbono fixo e volátil), ii) elementar (carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre, oxigênio e cloro) e iii) determinação do Poder calorífico superior, e o cálculo do poder calorífico inferior. Estes resultados serão usados no cálculo térmico da caldeira e do sistema de geração de energia. Para garantir o sucesso deste projeto, a empresa Inka's Boiler planeja desenvolver o projeto do sistema de reaquecimento do vapor na caldeira de bagaço de cana sob a orientação da empresa de engenharia Italiana Engineering Service for energy SRL (ESE), especialistas em caldeiras de carvão supercríticas e ultra supercríticas. O contato junto à empresa ESE foi realizado durante uma visita às centrais térmicas, que operam com caldeiras ultrasupercríticas em Itália, como parte das atividades realizadas na fase I do projeto PIPE. Por outro lado, a estratégia de difusão do "novo" produto será conduzida através do site da empresa Inka's Boiler, visitas técnicas a diferentes clientes (no Brasil e no exterior: Colômbia, Peru e Equador) e organização de Workshop cujos convidados serão: Diretores, Gerentes e responsáveis da toma de decisões nas usinas de açúcar e álcool no Brasil e no exterior, além do setor de papel e celulose. A data de realização do evento deverá acontecer durante o Fenasucro (Sertãozinho, SP). Com a difusão dos resultados do projeto espera-se atrair o interesse de investimentos para fase III do projeto. (AU)