Poluição atmosferica pdf joia

8/7/2019 Poluio atmosferica pdf joia

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II GERA - Workshop de Gesto de Energia e Resduos na

Agroindstria Sucroalcooleira

Emisso de poluentes e tecnologias de controle em caldeiras para bagao

Prof. Dr. Flvio Neves Teixeira

Departamento de Cincias Trmicas e Fludos - DCTEFUniversidade Federal de So Joo del Rei - UFSJ


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Motivao

a)- A recente legislao ambiental brasileira, com a tendncia de

incorporar padres de emisso para a poluio atmosfrica somente

alcanados com a implantao de tecnologias de preveno e

controle de poluentes;

b)- A escassa literatura tcnico-cientfica no que se refere aosdados de concentrao de xidos de nitrognio (NOx) e material

particulado (MP) emitidos nas chamins das caldeiras que queimam

bagao;


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Motivao

c)- A necessidade de avaliao dos principais parmetros

operacionais da caldeira, a fim de se conhecer as variveis que mais

influenciam na formao de poluentes gasosos;

d)- A necessidade de avaliao tcnico-econmica dos sistemas

de remoo de poluentes, procurando levantar os principais

parmetros de operao que influenciam na anlise de

custo&benefcio.


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Objetivos

a)- Fazer um levantamento bibliogrfico sobre a caracterizao e controle das

emisses de NOx e MP em caldeiras que queimam bagao (biomassa);

b)- Medio e avaliao dos dados de emisso de particulados e poluentesgasosos em caldeiras a bagao, visando determinar os fatores que maior

influncia tm sobre a formao dos mesmos;

c)- Modelagem e definio de critrios de seleo de tecnologias para ocontrole de NOx e MP em caldeiras para bagao, baseado em modelagens da

literatura tcnica;

d)- Desenvolvimento de um software para a seleo e avaliao tcnico-econmica de sistemas de controle da emisso de NOx e MP em caldeiras para

bagao;

e)- Estudos de casos.


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Principais poluentes atmosfricos


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PADRES DE EMISSO

Proposta de emisso particulados para caldeiras a bagao: 120 mg/Nm3 (CETESB)

At 70 MW Acima de 70 MW

PT [g/GJ] SO2 [g/GJ] PT [g/GJ] SO2 [g/GJ]

Classe I 28,7 477,7 (1) (1)

83,6 (2) 1.194,2 28,7 (2) 477,7Classes II e III

358,3 (3) 1.194,2 191,1 (3) 477,7(1) - No sero permitidas instalaes de novas fontes fixas deste porte, nesta rea; (2) - refere-se a leo

combustvel; (3) - refere-se a carvo mineral; PT - Partculas Totais.

BRASIL (CONAMA 008/90)

PADRES DE EMISSO DO ESTADO DO PARAN (SEMA/2002)

Caldeira: 150 t/h; 64 bar/ 520 C; 85% efic: ~ 130 MW


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Tabela 3- Padres nacionais de qualidade do ar

(Resoluo CONAMA 003/90).

100100MAA (3)Quimioluminescncia

1903201 hora (1)Dixido denitrognio

5050MAA (3)

Separao

inercial/filtrao

15015024 horas (1)

Partculas inalveis

4060MAA (3)Refletncia

10015024 horas (1)

Fumaa

Quimioluminescncia1601601 hora (1)Oznio

10.00010.0008 horas (1)Infravermelho nodispersivo

40.00040.0001 hora (1)Monxido decarbono

4080MAA (3)Pararosanilina

10036524 horas (1)

Dixido de enxofre

6080MGA (2)

Amostrador de

grandes volumes

15024024 horas (1)Partculas totais

em suspenso

Mtodo de medio (4)Padro

secundrio(g/m3)

Padro primrio(g/m3)

Tempo deamostragem

Poluentes

(1) No deve ser excedido mais que urna vez ao ano, (2) Mdia geomtrica anual, (3) Mdia aritmtica anual; (4) OsMtodos de Referncia de amostragem e anlise de poluentes descritos so aqueles aprovados pelo INMETRO. Pode-

se adotar Mtodos Equivalentes a estes, desde que aprovados pelo IBAMA.


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xidos de nitrognio - Formao

Os NOx podem se formar a partir do N2 do ar e a partir do

N2 do combustvel, em dependncia dos seguintes fatores:

temperatura do ncleo da chama; tempo de permanncia;contedo de N2 no combustvel e parmetros de operao

(excesso de ar).

A partir do N 2 do ar

NO X A partir do N 2 do combustvel

NO X trmicos

NO X rpidos

NO X combustvel


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Classificao dos xidos de nitrognio de acordo com o mecanismo

de formao e a temperatura de queima (Nussbaumer, 1998)


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H diferentes opinies na literatura com relao ao mecanismo

predominante de formao de NOX durante a combusto de biomassa. A maioria

destas referncias consideram o mecanismo combustvel como o principal.

Sigal (1988) considera uma faixa de baixas temperaturas de chama (900 - 1300

C) para eliminar a formao de NOX trmico.

Nussbaumer (1993) estudou a emisso de NOx durante a combusto de lenha e

concluiu que a temperatura de combusto no tem uma influncia principal nas

emisses de NOx, e que a influncia do %N2 no combustvel significante.

Grass e Jenkins (1994), sugere que a contribuio do mecanismo trmico

provavelmente sobreestimada, e que o mecanismo rpido pode tambm

constituir uma frao significante das emisses de xido de nitrognio.


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NOX - Mtodos de Controle

a)- Substituio do combustvel;

b)- Controle da combusto (modificaes processo/condies deoperao): reduo da temperatura mxima na zona decombusto; reduo do tempo de residncia do gs na zona dealta temperatura; reduo da concentrao de O

2

na zona decombusto;

c)- Tratamento do gs efluente: SCR e SNCR.


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Custos relacionados ao controle de NOX


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Medies: Usina Monte Alegre

Influncia dos parmetros de operao da caldeirana formao de NOX para as faixas avaliadas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5

Airexcesscoefficient[%],Steamflow[t/h

]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

NOx[mg/Nm3]

Air excess Steam flow Measured NOx

'


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Medies: Usina Monte Alegre

Influncia da concentrao de O2 na formao de NOX


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Medies: Usina Barra Grande

Valores de concentrao de NOx medidos e corrigidos para as

condies padres - caldeira 1 (27/10/2004)

3

23

43

63

83

103

123

143

163

183

203

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

NOx

[mg/Nm3],NOx[p

pm]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

O2[%],ExcAr[-

]

NOx [ppm] NOx [mg/Nm3] Exc Ar O2


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60

80

100

120

140

160

180

200

220

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101

NOx[mg/Nm3],NOx[p

pm]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

O2[%],Excar[-]



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60

80

100

120

140

160

180

200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63

Carga[t/h],NOx[mg/Nm3]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Excar[%]



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Relao entre a formao de NOx e a de CO para valores

decrescentes de excesso de ar.


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Material Particulado

Considera-se como material particulado qualquersubstncia, exceo da gua pura, que existe como lquidoou slido na atmosfera e tem dimenses microscpicas ousubmicroscpicas, porm maiores que as dimenses

moleculares.

Os equipamentos mais utilizados para o seu controle so:

coletores mecnicos (ciclones e multiciclones);

separadores midos (lavadores de gs - scrubbers);

filtros de mangas;

precipitadores eletrostticos.

Eficincia / Consumo de energia / Custo de investimento etratamento / Natureza fsica e qumica dos particulados /Periculosidade (incndios e exploses)


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Medies MP - Usina Colombo (28 e 29/10/2002)


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Impactador em cascata

100,0100,015,5

95,084,52,0

85,082,52,075,080,55,0

65,075,52,0

55,073,53,0

45,070,57,0

35,063,58,0

25,055,512,0

15,043,516,0

7,527,513,0

4,014,57,5

3,07,07,0

dpi [m]AcumuladoWi [per m]


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Ciclone & Multiciclones


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M


25/37

( )3c

3cc3

23cc

2b

2aelet

.

2c

3totgasgasH2

c

3ccba1

tot,an D

DNK

DNKKW2

DmNtK

D

DNKKK

C

+

+

=

=

2

M

3cc

i,totgas

.

iDNM

mK2exp1

0K2

K3

DK2

K

D *2

*32

c*2

*15

c =

L d i


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Lavador tipo ventury


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Lavadores de gs tipo venturi

Os principais parmetros de medida do desempenho delavadores de gs so o valor de sua perda de carga (que define osrequerimentos de potncia eltrica, sendo uma funo da

velocidade do gs) e a relao lquido/gs (utilizada para sedeterminar a eficincia de coleo e perda de carga).

As restries para estes valores adotadas forma tomadas de

recentes trabalhos, cujos valores so:

- Relao lquido/gs: 0,5 a 5 [l/m3] = 2,04

- Velocidade na garganta do venturi: [40 a 150 m/s] = 40

- Concentrao de partculas na sada: 120 mg/Nm3


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Estudo de caso - Particulado

Este trabalho apresenta a aplicao de umametodologia que permite avaliar multiciclones e

lavadores de gs tipo venturi sob o ponto de vistatcnico-econmico:

Determina-se a eficincia final de remoo departculas, os custos de instalao e operao e,finalmente, o custo do tratamento de 1 m3 de gs.

a)- Multiciclone

b)- Lavador tipo venturi

c)- Multiciclone combinado a um lavador tipo venturi

Di t ib i l t i


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Distribuio granulomtricai [% m] Acumulado dpi [m]

7,0 7,0 3,07,5 14,5 4,0

13,0 27,5 7,5

16,0 43,5 15,0

12,0 55,5 25,0

8,0 63,5 35,0

7,0 70,5 45,03,0 73,5 55,0

2,0 75,5 65,0

5,0 80,5 75,0

2,0 82,5 85,0

2,0 84,5 95,0

15,5 100,0 100,0

0%

1 0%

2 0%

3 0%

4 0%

5 0%

6 0%

7 0%

8 0%

9 0%

1 0 0 %

0 1 0 2 0 3 0 40 50 6 0 70 8 0 9 0 10 0 1 1 0

d p i [ m ic r o n s ]

%

acumulado

Multiciclones tipo Swift

0

300

600

900

1200

1500

1800

0 20 40 60 80 100

dp [microns]

[mg/Nm3]

Concentrao in Concentrao out

Lavador venturi

0

300

600

900

1200

1500

1800

0 20 40 60 80 100

dp [microns]

[mg/Nm3]

Concentrao in Concentrao out

Di t ib i l t i


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Distribuio granulomtrica

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 20 40 60 80 100 120

Dpi [microns]

Accu

mulatedpercentage

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 20 40 60 80 100 120

Dpi [microns]

Concentration[m

g/Nm3

Cin [mg/Nm3] Cout [mg/Nm3]

Concentraes de entrada e sada

para multiciclonesCin = 5.000 mg/Nm3

Cout = 427 mg/Nm3

Eficincia global = 91,5 %


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Concentraes de entrada e sada

para multiciclones / lavador

venturi

Cin = 5.000 mg/Nm3

Cout/Cin = 427 mg/Nm3

Cout = 200 mg/Nm3

Concentraes de entrada e sadapara lavador venturi

Cin = 5.000 mg/Nm3

Cout = 200 mg/Nm3

Eficincia global = 96 % 0100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 20 40 60 80 100 120

Dpi [microns]

Concentration[mg/Nm3

Cin [mg/Nm3] Cout [mg/Nm3]

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0

Dpi [microns]

Concentration[mg/Nm3

Cin [mg/Nm3] Cinterm [mg/Nm3] Cout [mg/Nm3]

R lt d


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Resultados


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CONCLUSES

Do ponto de vista ambiental, a gerao deeletricidade a partir da biomassa canavieiraapresentam muitas vantagens. Porm precisa-se da implementao de tecnologias depreveno e controle das emisses de

partculas e poluentes gasosos decorrentes.

CONCLUSES - NOx


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CONCLUSES - NOx

A concentrao de NOx em caldeiras a bagao dependempredominantemente do excesso de ar. Sendo a dependncia dacarga fraca, isto confirma a predominncia a partir do nitrogniodo combustvel.

y = 39,096Ln(x) + 189,09

R2

= 0,5546

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Excesso de ar

NOx [ppm]

CONCLUSES - NOx


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CONCLUSES NOx

A operao com baixos valores de excesso de ar pode constituir umefetivo mtodo de controle, observando as limitaes relacionadascom a eficincia de combusto.

Reduo da emisso de NOx [%]

y = 0,787x + 0,0803

R2 = 0,8255

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Variao % do coef. exc. ar

CONCLUSES NOx


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CONCLUSES - NOx

A regio abrangido por valores de concentrao acima

de 320 g/Nm3 torna muito maior, devendo serevitada esta condio de operao para as

estabilidades A, B, C e D

Disperso

A pior condio ocorre para a estabilidade A e a 300

m de distncia (670 g/Nm3). Para este caso

precisaria de um sistema de controle comaproximadamente 52% de eficincia.

No h restrioConcentrao

50%

Para as estabilidades A, B, C, D o limite

ultrapassado para as distncias de x entre 150 e

450 m, 250 e 700 m, 350 e 1200 m, 800 e 1500

m, respectivamente.

Disperso


m de distncia (610 g/Nm3). Para este casoprecisaria de um sistema de controle comaproximadamente 48% de eficincia.


40%

Para as estabilidades A, B, C, D o limite ultrapassado para as distncias de x entre 150 e

450 m, 250 e 700 m, 350 e 1200 m, 800 e 1100

m, respectivamente.

Disperso


m de distncia (530 g/Nm3). Para este casoprecisaria de um sistema de controle com

aproximadamente 40% de eficincia.


30%

Para as estabilidades A, B, C o limite ultrapassado

para as distncias de x entre 200 e 400 m, 250

e 600 m, 400 e 1000 m, respectivamente.

Disperso


m de distncia (430 g/Nm3). Para este casoprecisaria de um sistema de controle com

aproximadamente 26% de eficincia.


20%

No h restrioDisperso

No se ultrapassa o valor de 320 g/Nm3No h restrioConcentrao

10%

RecomendaoComentrioExcesso

de ar


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CONCLUSES - MP

a)- A concentrao de partculas nos gases de exausto das caldeiras que

queimam bagao apresentam valores de concentrao na faixa de 400 a

600 mg/Nm3 quando se empregam multiciclones e 100 e 200 mg/Nm3

quando se empregam lavadores de gs.

b)- A combinao de multiciclones e lavadores de gs deve ser avaliadaatravs de uma anlise tcnico-econmica com relao distribuio

granulomtrica. Para aerossis finos o lavador pode ser a melhor opo

enquanto que aerossis grossos o controle combinado pode resultar ser

mais econmico.

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