Estudo de Viabilidade para Aproveitamento Térmico do Calor Disponível Obtido a partir da Tecnologia GCC

Abstract

RESUMO: Visando atender às necessidades energéticas mundiais e promover o desenvolvimento sustentável, este estudo analisou a viabilidade da utilização de gases de combustão gerados a partir do processamento de Resíduos de Serviços de Saúde (RSS) para a produção de energia. O objeto de estudo foi um equipamento de tratamento térmico de RSS, adquirido pelo Hospital Regional Universitário de Maringá (HUM-UEM), que opera com base nos princípios da tecnologia de Gaseificação e Combustão Combinadas (GCC). Para a análise termodinâmica, foi imprescindível o conhecimento das características dos RSS, permitindo o cálculo do calor liberado por esse material e, da mesma forma, possibilitando o cálculo do calor disponível dos gases de combustão. As informações a respeito dos RSS foram obtidas na literatura. Neste estudo, foram considerados dois sistemas de cogeração: um combinando o equipamento de combustão ao ciclo de potência Rankine e outro considerando sua integração a um ciclo combinado de potência Brayton-Rankine. Aplicando os princípios da Primeira e da Segunda Lei da Termodinâmica aos sistemas de cogeração, obteve-se um trabalho líquido total de 202,5 kW para o ciclo combinado, utilizando como fonte de energia térmica o calor disponível dos gases gerados na combustão, com valor de 528,5 kW. Os sistemas propostos alcançaram um rendimento energético total de 49,68% para o ciclo combinado e 23,13% para o ciclo Rankine. Além disso, foram realizadas análises exergéticas, que resultaram em eficiências exergéticas de 78,75% para a turbina a gás e 91,43% para as turbinas a vapor. Com base nos resultados obtidos e nos cenários sugeridos para o aproveitamento do potencial energético dos gases, concluiu-se que o emprego de um sistema combinado de potência no equipamento de tratamento térmico é a opção mais viável, dadas as condições e características do combustor

ABSTRACT: Aiming to meet global energy needs and promote sustainable development, this study analyzed the feasibility of using combustion gases generated from the processing of Medical Solid Waste (MSW) for energy production. The object of study was a thermal treatment equipment for MSW, acquired by the Regional University Hospital of Maringá (HUM-UEM), which operates based on the principles of the Combined Gasification and Combustion (CGC) technology. For the thermodynamic analysis, understanding the characteristics of MSW was essential, allowing the calculation of the heat released by this material and, similarly, enabling the calculation of the available heat from combustion gases. Information regarding MSW was obtained from the literature. In this study, two cogeneration systems were considered: one combining the combustion equipment with the Rankine power cycle and another integrating it with a combined Brayton-Rankine power cycle. Applying the principles of the First and Second Laws of Thermodynamics to the cogeneration systems, a total net work of 202.5 kW was obtained for the combined cycle, using the heat available from the gases generated in combustion, with a value of 528.5 kW, as a source of thermal energy. The proposed systems achieved a total energy efficiency of 49.68% for the combined cycle and 23.13% for the Rankine cycle. Additionally, exergy analyses were conducted, resulting in exergy efficiencies of 78.75% for the gas turbine and 91.43% for the steam turbines. Based on the results obtained and the scenarios suggested for harnessing the energy potential of the gases, it was concluded that employing a combined power system in the thermal treatment equipment is the most viable option, given the conditions and characteristics of the combustor