SISTEMAS DE CONTROLE DE EMISSOES DE COMBUSTÃO

Controlar a poluição de emissões de combustão requer, via de regra, sistemas complexos uma vez que os poluentes envolvidos são diversificados.

Assim, por exemplo, equipamentos de combustão que queimam óleo com alto teor de enxofre, além do particulado a ser controlado, requer também que se elimine o SOx gerado, além de se analisar com atenção o aspecto de geração e controle do NOx. Num futuro não muito distante, em função do efeito estufa que tem se tornado notório, contribuindo com o aumento gradativo da temperatura do globo terrestre, além dos poluentes acima mencionados, certamente as fontes poluidoras que queimam combustível fóssil deverão abater também o C02 gerado.

Todos os profissionais, que de alguma forma estão envolvidos com equipamentos térmicos que utilizam combustíveis fósseis, devem analisar de uma forma global o aspecto de controle da poluição, visto que o abatimento de poluentes emitidos pela chaminé, gera por outro lado resíduos que devem ser descartados de uma forma organizada e racional. 0 descaso no tratamento desta matéria, pode acarretar no futuro, uma perda muito grande de dinheiro, além de tornar extremamente complicada uma solução de engenharia.

Apresentaremos de uma forma resumida, os principais equipamentos de controle de poluição do ar, procurando enfatizar as características de cada um.

- Equipamentos de Captação de Materiais Particulados

Na seleção do equipamento mais adequado de captação de material particulado, diversos fatores partic ipam da decisão:

a. Fatores inerentes ao material particulado: Propriedades físicas, químicas e elétricas Tamanho e estrutura das partículas Taxa de deposição gravitacional Habilidade de reter cargas elétricas Relação superfície/volume

Velocidade de reação química b. Fatores de custo

Custo de investimento inicial Custo operacional

Consumo de energia

Mão de obra de operação e manutenção Consumo de insumos

c. Requisitos das autoridades de controle de poluição Padrões de emissões

Restrições quanto ao descarte de efluentes líquidos Restrições quanto ao descarte de resíduos sólidos gerados Coletores de pó mecânicos

Esses coletores removem o material particulado por meio de forças centrífugas, inerciais e gravitacionais, mediante a mudança brusca de direção do fluxo de gás. Evidentemente, esses coletores são eficientes para particulados de dimensões maiores que 1 mícron.

Os principais coletores de pó mecânicos são:

• Câmaras de Deposição Gravitacional

Princípio: Inércia gravitacional com a ajuda de obstáculos. Eficiência: 10 a 30 %

Fatores: Tamanho da partícula Velocidade do gás

Aplicação: Pré – captação no estado seco. Perda de Pressão: 10 a 15 mmca (V = 5 m/s)

• Coletor Gravitacional com Obstáculos

Principio: Forças gravitacionais com o auxílio de obstáculos Eficiência: 30 a 50 %

Fatores: Tamanho da partícula Velocidade do gás Arranjo dos obstáculos Aplicação: Pré - coletor no estado seco (úmido) Perda de pressão: 15 a 20 mmca a V = 5 m/s

• Coletores ciclônicos

Principio: Forças centrifuga Eficiência: 50 a 80 %

Fatores: Tamanho das partículas Densidade da partícula

Velocidade da partícula na parte turbilhonada e relacionada com a carga de gás e o raio do corpo

Aplicação: Desempoeiramento no estado seco ou úmido

Pré- captação antes de um Precipitador Eletrostático de forma a reduzir a carga de pó

Perda de pressão: 60 a 120 mmca (Vt = 10 a 15 m/s)

Fatores: Tamanho da partícula

Densidade da partícula

Velocidade do gás na região turbulenta e relacionada com a carga de gás e o raio do corpo

Aplicação: Desempoeiramento no estado seco

Pré - captação antes do Precipitador Eletrostático para reduzir a carga de pó

Perda de pressão: 70 a 120 mmca

• Filtro de Leito de Cascalho

Princípio: Força centrífuga e leito filtrante de cascalho Eficiência: até 99, 8 %

Fatores: Tamanho da partícula

Densidade da partícula

Velocidade da partícula na parte turbilhonada e relacionada com a carga de gás e o raio do corpo

Altura do leito, tamanho do cascalho e sua contaminação Aplicação: desempoeiramento no estado seco

Perda de pressão: 70 a 150 mmca (em função da eficiência desejada)

• Lavadores Ventúri

Princípio: Umidificação e aglutinação de partículas e posterior captação utilizando a diferença de velocidade do gás e das gotículas de água

Eficiência: até 99 %

Fatores: Perda de pressão Taxa água/gás Tamanho das partículas

Aplicação: Desempoeiramento no estado úmido

Pré - captação antes de Precipitadores Eletrostáticos para reduzir a carga de pó ou de névoa

Dessulfurização a um certo grau

Perda de pressão: 200 a 1200 mmca (conforme a eficiência desejada)

• Filtros de Mangas

Princípio: Filtração mediante mangas de tecidos Eficiência: até 99,8 %

Fatores: Material da manga (tipo da trama do tecido) Tamanho das partículas

Velocidade de filtração

Contaminação do material da manga Aplicação: Desempoeiramento no estado seco

Perda de pressão: 150 a 200 mmca

• Precipitador Elétrostático Seco

Princípio: Forças de Coulomb e Vento Iônico Eficiência: até 99,99%

Resistividade do pó Carga de pó

Temperatura do gás

Intervalo de limpeza dos eletrodos Propriedades químicas do pó/gás Aplicação: Desempoeiramento no estado seco Perda de pressão: 20 a 25 mmca

• Precipitador Elétrostático Úmido

Princípio: Forças de Coulomb e Vento Iônico Eficiência: até 99,5 %

Fatores: Tamanho das partículas Área de captação Carga de partículas Temperatura do gás Taxa água/gás Velocidade do gás

Aplicação: Desempoeiramento em via úmida Perda depressão: 20 a 25 mmca

Nos dias de hoje, devido a tendência mais restritiva de emissões em chaminés, dos equipamentos de captação de materiais particulados acima mencionados, apenas o Lavador Venturi, o Filtro de Mangas e o Precipitador Eletrostático são realmente aplicáveis na prática.

A tendência de utilização de Filtros de Mangas e Precipitadores Eletrostáticos nos diversos segmentos industriais tem sido maior, havendo uma divisão quase equitativa no fornecimento desses equipamentos.

0 Lavador Venturi, tem tido aplicação muito restrita, principalmente devido a este equipamento consumir muita energia e produzir um efluente líquido que requer de modo geral um tratamento complementar. Além disso, para se alcançar alta eficiência, torna-se necessário que se utilize altas perdas de pressão na garganta do venturi, o que decorre de uma maior taxa de liquido/gás e de uma maior velocidade dos gases na garganta do venturi.

Quando o pó a ser coletado tem característica abrasiva, torna-se necessário ainda que se pense em um material adequado para a garganta do venturi ou um outro artifício que proteja esta parte de abrasão e/ou erosão.

0 Filtro de Mangas tem sofrido evoluções nos últimos anos, principalmente no que se refere ao material das mangas, havendo hoje materiais cerâmicos resistentes a altas temperaturas e mesmo materiais metálicos, para aplicações bem específicas.

Sua limitação de uso é quanto ao custo operacional inerente ao tempo de saturação das mangas, que é irreversível na maioria dos casos (saturação da trama do tecido).

0 Precipitador Eletrostático é, sem dúvida, o mais complexo dos equipamentos de captação de particulados.

A quantidade de publicações técnicas especializadas em precipitadores Eletrostáticos comprovam a sua complexidade.

De fato, a Precipitação Eletrostática é o resultado de 2 fenômenos distintos:

1 Forças de Coulomb, regidos pelas leis da eletrostática, oriundas do campo elétrico induzido por conjuntos de transformadores retificadores de alta tensão e corrente continua nos eletrodos de captação e de emissão, respectivamente po1o positivo e polo negativo, internos à carcaça do Precipitador.

As partículas eletrizadas por cargas elétricas são captadas nos eletrodos do Precipitador pelo efeito das forças de Coulomb que atuam sobre ela.

2. Vento iônico, que é o resultado da migração de íons gerados por fenômenos de choque e adesão de elétrons com moléculas neutras de gás, que em seu deslocamento arrastam partículas contidas no gás até os eletrodos.

0 vento iônico é importantíssimo na captação de partículas de menor granulometria e a força de Coulomb é mais significativa nas partícula s de maior granulometria.

Os dois fenômenos ocorrem simultaneamente, porém, o que se pesquisa no momento são formas de se aumentar artificialmente a quantidade de íons, objetivando aumentar assim a eficiência do Precipitador para uma mesma área de captação.

As partículas captadas abaixo de 10 Ohm.cm, perdem rapidamente sua carga elétrica e escapam novamente para dentro do fluxo de gás criando o chamado efeito de re- entrada do pó.

Por outro lado, acima de 10 Ohm.cm, devido a dificuldade da carga elétrica escoar para a terra, o Pó fica firmemente aderido ao eletrodo de captação e após certa espessura e sob efeito de uma tensão elétrica aplicada na camada de pó, começa a haver um fenômeno de ionizacão positiva do gás contido nos intersticios do pó, gerando o chamado efeito "back-corona", que nada mais é que a migração de lona positivos em direção aos Eletrodos de Emissão, neutralizando assim o efeito corona normal, inutilizando desta forma a área de captação inerente.

A resistividade do pó por sua vez e afetado pelo teor de álcalis e enxofre na sua constituição, além de variar com a temperatura.

Equipamentos de Absorção de Oxidos de Enxofre (SOx) Serão apresentadas as principais tecnologias existentes no mundo.

Os principais processos são classificados em: Processos não regeneráveis e Processos regeneráveis

• Processos não regeneráveis (geram um resíduo como efluente) § Lavagem com Cal/Calcário

§ Sistema duplo álcali § Ácido Sulfúrico Diluído

Estes processos geram como efluente uma torta de gesso, sais e CO2 dependendo da

técnica. Requerem várias bombas, tanques de lavagem e de clarificação, filtro de vácuo e outros equipamentos.

• Processos Regeneráveis (não geram resíduos) § Óxido de Magnésio (MgO)

§ Sulfito de Sódio (Na2SO3)

§ Carbonatação Aquosa (Na2CO3)

Nestes três processos gera-se uma corrente de SO2 ou de H2S que pode ser

enviada para uma planta de recuperação de enxofre

§ Oxidação Catalítica - neste processo o S02 gasoso em presença de pentóxido

de vanádio é convertido em S03 gasoso que é posteriormente lavado com ácido

fraco para formar ácido sulfúrico na concentração de 80%. § Absorção com Carvão Ativado gera enxofre elementar

§ Óxido de Cobre -o cobre é regenerado e oxidado a óxido de cobre. 0 S02 é

posteriormente concentrado e tratado em uma planta de recuperação de enxofre para produção de enxofre elementar.

§ Sulfito de Amônia

• Sistema de Absorção à Seco

Estes sistemas, de fato, são divididos em: § Absorção em via semi-úmida ou semi-seca § Absorção via seca.

Nos sistema de absorção semi- úmida, uma solução de Ca(OH)2 é evaporada numa

Torre de Evaporação e Absorção é o gás com o pó seco gerado na reação é captado a posteriori num Filtro de Mangas ou num Precipitador Eletrostático. 0 sistema de absorção, via seca, utiliza o princípio de absorção utilizado em caldeiras de leito fluidizado, que basicamente introduz no fluxo gasoso uma quantidade grande de Ca(OH)2 pulverizado no duto a montante de uma Torre de

Absorção, onde ocorre a reação de absorção e posteriormente o pó gerado na reação mais o excesso de Ca(OH)2 é captado num Precipitador Eletrostático ou

num Filtro de Mangas, onde este pó é reciclado novamente no duto a montante da Torre de Reação, durante um certo número de vezes, após o que uma parte do pó é descartado do Precipitador ou do Filtro de Mangas.

Equipamento de Decomposição de Óxidos de Nitrogênio

Logicamente a atuação sobre as fontes emissoras é sempre a melhor solução, por ser a menos custosa e, principalmente, porque ao se abater um poluente é comum se gerar outro rejeito que precisará obrigatoriamente ser tratado e descartado de forma racional e respeitando as leis ambientais.

As principais técnicas de redução de emissão de NOx são:

§ Atuação sobre o processo de combustão e equipamentos (queimadores de baixo NOx) (25 a 55% de redução)

§ Recirculação de gases de combustão (15 a 25% de redução) § Após a combustão normalmente se utiliza:

♦ Redução Seletiva não Catalítica (40 a 60% de redução) NH3 + 5/4 O2 à NO + 3/2 H2O (acima de 1000 oC)

NO + NH3 + 1/4 O2 à N2 + 3/2 H2O (aprox. a 950oC, sendo que abaixo de

850oC a velocidade desta reação se reduz fortemente)

Este processo consiste em se injetar amônia em regiões muito bem definidas de modo a se obter a máxima taxa de reação das equações acima revertendo o NO a N2. No entanto é preciso um controle preciso de

temperatura da câmara, do tempo de residência e da relação NH3/NO

♦ Redução Seletiva Catalítica(80 a 90% de redução)

As seguintes etapas ocorrem neste processo: injeção da amônia e sua rápida absorção pelos sítios ácidos, oxidação da amônia e dióxido de enxofre, adsorção do óxido de nitrogênio com a amônia adsorvida, reação catalítica que resulta em N2 e H2O que são liberados do meio catalítico e

reativação do leito por hidratção

Uma das limitações deste processo é o custo e o limite de temperatura (máximo de 450oC e é ideal que seja maior que 400oC para permitir a oxidação da amônia)

Formação de sais (polisulfatos de amônia) devido a presença de SO2, SO3

Referências Bibliográficas:

[1] Nilo Indio do Brasil, Apostila do Curso de Fornos , Abril 1996

[2] João Vicente de Assunção, Shigeru Yamagata e Silvio de Oliveira, Apostila do Curso “ A Combustão e o Meio Ambiente”, outubro de 1993

[3] John Zink, Apostila do Curso de Queimadores

[4] Laiete Soto Messias (IPT), Apostila do Curso de Combustão de Líquidos [5] Ademar Hakuo Ushima (IPT), Renato Verghanini Filho (IPT), Formação e