Avaliação termodinâmica, termoeconômica e econômica da integração de sistemas de gaseificação da biomassa em uma usina sucroalcooleira

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Este trabalho analisa, sob o ponto de vista termodinâmico, termoeconômico e econômico a integração da gaseificação da biomassa em uma usina sucroalcooleira. Considera-se a gaseificação da palha e da vinhaça, com a queima do bagaço na caldeira para gerar o vapor necessário para a usina. São considerados cinco casos de estudo. Inicialmente é feita uma análise da planta atual de vapor de uma usina do oeste paulista que utiliza equipamentos modernos e eficientes, incluindo uma caldeira que produz vapor a altos níveis de pressão e temperatura, o qual é utilizado para geração de eletricidade em uma turbina de extração-condensação de múltiplos estágios e em outra turbina de contrapressão. Além disso, todos os acionamentos das moendas são eletrificados. Na sequência são definidos casos de estudo que combinam a gaseificação da vinhaça e da palha da cana com a planta atual de vapor da usina. Por fim, é definida uma planta de uma usina nova com o dobro da moagem considerada inicialmente, incluindo uma caldeira que gera vapor a altos níveis de pressão e temperatura, e uma turbina de extração-condensação de múltiplos estágios, integrando a gaseificação da palha e da vinhaça. Os resultados mostram que as plantas com gaseificação promovem um aumento substancial na geração de eletricidade da usina e na eficiência da planta. Entretanto, sob o ponto de vista termoeconômico e econômico, as plantas que integram a gaseificação apresentam maior custo de geração da eletricidade e maior tempo de retorno do investimento

In this work, the integration of biomass gasification in a sugarcane plant is analyzed from the thermodynamic, thermoeconomic and economic point of view. The gasification of straw and stillage by-products is taken into account, alongside the burning of bagasse in the boilers to generate steam for the plant. Five case studies are considered. At first, an analysis is carried out of the current steam plant from a sugarcane factory in the western region of Sao Paulo State that deploys modern and efficient equipment, including a boiler that produces steam at high pressure and temperature, which is used to generate electricity in a multistage condensation-extraction steam turbine and in a backpressure turbine. All drives of the mills are electrified. Following that, some more case studies are specified, combining the gasification of stillage and straw with the current steam plant of the sugarcane factory. Finally, a new plant is proposed, with twice the milling currently obtained, including a boiler that generates steam at higher pressure and temperature, and a multistage condensation- extraction turbine, integrating the gasification of straw and stillage. The results show that plants with gasification promote a substantial increase in electricity generation and in the efficiency of the plant. However, from the thermoeconomic and economic point of view, the plants that considers gasification presents a higher cost of the electricity and a longer payback