Método SNCR

Como foi observado, a fornalha/caldeira CA5 apresenta condições de operação que flutuam bastante, pelo que se torna difícil o processo de otimização da combustão, condicionando o controlo de NOx. Assim, esta secção tem como objetivo analisar outra alternativa de controlo de NOx que poderá vir a ser utilizada apenas quando for necessário durante a operação. Esta alternativa passa pela implementação de um sistema de redução não catalítica seletiva (SNCR), visto que os custos de investimento, operação e manutenção são muito mais baixos do que para um sistema SCR (Dahlbom et al, 2016); de facto, da análise da instalação CA5, pode não se justificar a implementação de um SCR, visto que nem sempre existem elevadas emissões de NOx .

O processo SNCR ocorre dentro d o reator (fornalha/caldeira) de combustão. São injetados reagentes (amónia ou ureia) na corrente de gás de combustão através de injetores montados nas paredes da unidade de combustã o. Os injetores são normalmente localizados numa área pós -combustão (na zona freeboard).

Nesta secção, é apresentada uma metodologia de cálculo e análise d as quantidades de reagente necessári o para reduzir as emissões de NOx verificadas nos meses analisados referentes à CA5.

Como em LFB normalmente não atingem temperaturas superiores a 900 °C, a amónia pode ser o reagente preferencial para este tipo de fornalha (Sorrels et al, 2016b), pelo que, para efeitos de cálculo, este foi o reagente escolhido.

Existem vários parâmetros que influenciam o desempenho deste sistema, ou seja, que influenciam a taxa da reação de redução do NOx presente no gás, tais como:

• A gama de temperatura de reação;

• O tempo de residência disponível na gama de temperatura ótima; • O grau de mistura entre o reagente injetado e os gases de combustão; • O nível de concentração de NOx não controlado;

• O rácio molar entre o reagente injetado e o NOx não controlado; • Amónia slip ou também designado de deslizamento de amónia.

Na Tabela 5.2 são apresentados alguns parâmetros de desempenho importantes associados a esta técnica de redução das emissões de NOx, de acordo com European Comission (2016).

Universidade de Aveiro 108

Controlo de NOx durante a combustão de biomassa em fornalhas industriais de leito fluidizado

Tabela 5.2. Parâmetros de desempenho de redução das em issões de óxido de azoto da técnica

SNCR (Adaptado de European Comission , 2016).

Taxa geral de

redução de NOx Parâmetros

Valores

30 -50%

Temperatura de operação 800-1050 °C

Agente redutor Amónia

Rácio NH3/NOx 1,5 – 2,5

NH3 slip < 10 mg∙Nm - 3

Consumo de energia como % da capacidade elétrica

0,1 – 0,3 % Tempo de residência na

gama de temperatura

0,2 – 0,5 s

O rácio NH3/NOx escolhido para efeitos de cálculo foi de 2, tendo em consideração

a informação na Tabela 5.2.

Na Tabela 5.3, são apresentadas as especificações técnicas relativas às propriedades de uma solução de amónia que , por norma, são utilizadas neste processo, de acordo com Sorrels et al (2016b) e Dahlbom et al (2016).

Tabela 5.3. Propriedades da solução de amónia (Adaptado de Sorrels et al, 2016b; Dahlbom et al, 2016).

Fórmula química NH3

Massa molar 17

Estado físico à temperatura ambiente

Líquido Concentração do reagente

normalmente armazenado

25% em massa

Razão de NH3 na solução 25% em massa

Valor limite (efeitos na saúde)

25ppm

Densidade da solução 1000 kg∙m- 3

Odor Odor forte a 5ppm ou mais

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Ana Catarina Miranda Vilas-Boas

De modo a garantir o cumprimento dos valores limite de emissão referidos no BREF, médias diária e anual, estabeleceu-se um valor de concentração de NOx inferior ao legislado, 200 mgNO2∙Nm- 3(a 6%v O2 e gás seco), para o qual foram calculadas as

quantidades de solução de amónia que serão necessárias injetar na fornalha/caldeira, para os meses analisados neste estudo (janeiro e fevereiro). A metodologia de cálculo utilizada é apresentada no Anexo I.

A Figura 5.6 mostra as quantidades de solução de amónia (L de solução∙d- 1_{), de}

acordo com as propriedades na Tabela 5 .3, que devem ser injetadas na CA5, para atingir um valor de concentração de NOx no gás de exaustão de 200 mgNO2∙Nm- 3(a

6%v O2 e gás seco). Foi considerado que a solução apresenta uma densidade próxima

da água, 1000kg∙m- 3_{, pelo que um 1kg de solução corresponde a 1L de solução.}

Figura 5.6. Quantidade de solução de amónia [L solução∙d- 1_{] a ser adicionada, para atingir}

um valor de concentração de NOx no gás de exaustão de 200 mgNO2∙Nm- 3(a 6%v O2 e gás

seco) referente a janeiro e fevereiro de 2018 na CA5.

Na Figura 5.7, apresentam-se os custos mensais de reagente associados a estas quantidades de solução de amónia estimadas a usar, com base na informação dos meses de janeiro e fevereiro, sabendo q ue uma solução de amónia com 25% em massa apresenta um custo de 270 €∙tons o l u ç ã o- 1 (Tabela 5.3).

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Co n ce n tr a çã o NO x [m g NO 2 ∙N m -3] S olu çã o de a m ón ia a a dicio na r [L so lu çã o∙ d -1] Tempo [dias]

Solução de amónia a adicionar Concentração NOx medida Concentração NOx a atingir

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Controlo de NOx durante a combustão de biomassa em fornalhas industriais de leito fluidizado

Figura 5.7. Custo mensal de reagente associado às quantidades de solução de amónia

calculadas, para o mês de janeiro e fevereiro .

É de salientar que, de modo a garantir que o reagente seja injetado na faixa onde a redução de NOx é mais alta e o NH3 -slip poderá ser menor, é necessária a implementação de um sistema de medição de monitorização de temperatura dos gases de combustão em tempo real e dos perfis de temperatura em regiões do freeboard consideradas críticas para a implementação do SNCR, ver, por exemplo, um sistema AGAM, sugerido por European Comission, 2016, visto que a fornalha/caldeira pode apresentar variações significativas de temperatura provocadas por alteração da carga (carga baixa ou carga alta). Aconselha-se, simultaneamente, a instalação de vários níveis de injeção de reagente, de tal modo que permita que cada injetor possa ser ativado de forma independente dos restantes, consoante as condições de operação.

€1 550

€2 369

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Ana Catarina Miranda Vilas-Boas

Capítulo 6