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CARACTERIZAÇÃO E CONTROLE DAS EMISSÕES DE

1.
2. 29 10 04 Carga Hora O CO Co Exc Ar NO NO2 Temp Gas Ef Comb Tvh ppm ppm ppm C 09 59 3 7 15 3 1265 1 17 155 0 107 96 2 10 00 6 3 13 262 1 42 173 0 108 96 7 10 01 6 12 9 259 1 44 178 0 108 1 10 07 4 9 14 2 642 1 2 137 0 108 96 7 10 08 2 4 16 2 2300 1 26 142 0 107 10 08 2 4 16 2 2300 1 18 136 0 107 10 08 2 4 16 2 2300 1 14 118 0 107 96 6 10 10 3 2 15 8 1427 1 2 128 0 108 96 6 10 11 2 2 16 6 2176 1 12 107 0 108 6 195 10 12 4 1 15 741 1 23 144 0 108 96 5 10 14 4 3 14 7 732 1 25 144 0 107 7 96 5 10 16 3 7 15 900 1 19 134 0 108 96 4 10 18 2 6 16 1106 1 16 121 0 108 4 10 18 4 6 14 6 840 1 25 136 0 107 96 2 10 22 252 13 7 425 1 31 158 0 107 96 6 10 25 2 5 16 3 2050 1 17 127 0 107 4 96 10 26 4 1 15 4 1503 1 2 146 0 107 3 10 26 3 8 15 3 1800 1 14 121 0 107 96 10 26 3 8 15 3 1 1 116 107 10 27 2 16 8 4000 1 1 111 0 108 96 8 10 32 2 5 16 5 3000 1 16 130 0 109 96 10 34 4 1 14 9 930 1 21 142 0 107 95 8 10 36 6 5 12 9 205 1 47 165 0 113 95 9 10 38 5 8 13 5 180 1 34 160 0 106 96 4 10 38 5 14 340 1 32 158 0 107 10 44 4 6 14 6 378 1 29 151 0 107 96 2 10 46 3 3 13 2 701 1 19 135 0 113 7 96 6 180 10 48 3 9 12 9 524 1 28 150 0 107 2 96 6 10 50 5 1 14 8 213 1 34 158 0 107 5 96 5 10 52 4 9 13 9 224 1 33 158 0 106 7 10 52 4 8 12 8 352 1 31 163 0 107 3 96 1 10 54 6 13 2 1 35 165 6 106 9 96 4 10 56 6 8 12 9 1 49 165 1 106 8 96 1 10 58 4 5 14 8 1 3 150 1 107 5 96 1 11 02 4 15
3. Par metro Unidade Medi o 1 Medi o 2 Di metro do duto m 3 50 3 50 Fator de corre o do medidor 1 00 1 00 Fator de corre o do Pitot 0 84 0 84 Temperatura m dia do g s na chamin C 74 80 Velocidade m dia do gas na chamin m s 5 1 11 4 Massa molecular base seca g g mole 30 54 30 54 Vaz o de g s m h 175 789 7 393 158 9 Vazao corrigida do gas base seca Nm 89 697 6 197 510 8 Volume total amostrado de g s m 0 594 2 208 Volume corrigido total amostrado de g s base seca m 0 45 1 66 Concentra o de 14 50 14 50 Concentra o de CO ppm 17 17 Concentra o de O2 5 50 5 50 Umidade 25 25 Di metro da boquilha mm 6 75 6 75 Press o m dia no orif cio mmH 0 122 98 263 05 Numero de pontos transversos e pontos por eixo 4x3 4x3 Tempo de amostragem min 24 60 Isocinetismo 77 60 87 37 Massa retida de material particulado 0 0 0388 0 0969 Concentra o mg Nm 102 43 67 87 Concentra o para 11 de mg Nm 66 09 43 79 Taxa de emiss o kg h 9 19 13 40 4 4 3 Usina Colombo Ariranha SP Datas 21 22 23 e 24 07 2003 Este t pico faz refer ncia s medi es de material particulado realizadas pelo autor na Usina Colombo S A nos dias 21 22 23 e 24 07 2003 na chamin da caldeira Equipalcool de 62 kg cm 180 t h de vapor ap s o multiciclones e o lavador de g s este ltimo n o se encontrava em funcio
4. Dimens es do ciclone Di metro D E fra es t Efici ncia global Temperatura do g s Et Massa espec fica da part cula particulados Figura 5 2 Fluxograma geral para o dimensionamento de ciclones Adaptado de Licht 1988 152 Devido ao volume de gases gerados nas caldeiras a baga o ser grande as melhores performances ocorrem com o emprego de multiciclones Nestes casos deve se determinar a vaz o de gases no duto de entrada para cada ciclone ou seja dividir a vaz o total de g s pelo n mero de ciclones configura o em paralelo podendo se em seguida conhecer a velocidade terminal de entrada em cada um dos ciclones conforme as equa es 5 1 e 5 2 a seguir ios _ 5 1 m SK 5 2 K Neste ponto faz se a verifica o quanto a velocidade de salto Usa conforme equa o 5 3 Esta velocidade considera o efeito de salto das part culas que tendem a reentrar no fluxo de sa da do ciclone ao inv s de ser depositada no silo coletor Kalen e Zens 1974 determinaram que a m xima efici ncia de cole o ocorre para uma rela o entre a velocidade de entrada do ciclone ut e a velocidade de salto igual a 1 25 e que reentradas significativas que leva a uma redu o na efici ncia global de remo o de part culas ocorrem para rela es superiores a 1 36 0 4 u 0 048 2 055 224 p998 5 3 o
5. 2 a A libera o de CO na fermenta o alco lica 38 1 2 b A libera o de CO na fabrica o dos insumos da ind stria 05 cal H2SO4 etc 2 c A libera o de CO na produ o dos equipamentos e pr dios instala es industriais 2 8 2 d A libera o de CO na queima de todo o baga o substituindo leo combust vel na produ o de 231 6 a car e lcool 2 e A emiss o evitada de pelo uso de baga o na produ o de a car somente em vez de leo 4104 0 combust vel ou carv o gt Atividades 3 Uso dos produtos finais a car e lcool kg CO TC 3 a Em princ pio em m dio prazo praticamente todo o carbono no a car oxidado metabolizado 970 etc e volta atmosfera 3 b A libera o de CO na queima do etanol em motores automotivos 79 1 3 c A emiss o evitada de pelo uso de etanol em motores automotivos em vez de gasolina 126 7 TOTAL EMISSOES EVITADAS 206 8 kg CO TC kg de por tonelada de cana 30 Capitulo 2 Gest o ambiental A r pida e desordenada industrializa o e urbaniza o e o crescimento demogr fico dos pa ses em desenvolvimento t m levado a um aumento severo na polui o degrada o da qualidade de gua altos n veis de concentra o de poluentes no ar e aumento das quantidades de res duos s lidos urbanos e perigosos dispostos inadequadamente Dessa forma organiza es em todo o mundo est o percebendo mais
6. Duto antes do lavador Chamin ap s o lavador de gases Distribui o granulom trica medida do tamanho da part cula 30 07 2002 medi o 1 medi o 2 intervalo intervalo fra o intervalo intervalo fra o um um 9 39 10 52 5 23 51 01 9 39 5 80 17 74 5 23 3 24 36 60 5 80 4 83 29 55 3 24 2 68 7 77 4 83 3 24 20 23 2 68 1 80 2 19 3 24 2 23 16 41 1 80 1 24 1 30 2 23 1 44 4 06 1 24 0 79 0 32 1 44 0 67 0 70 0 79 0 37 0 16 0 67 0 43 0 07 0 37 0 23 0 24 0 43 0 28 0 23 0 23 0 15 0 16 0 28 0 50 0 15 0 24 medicao 1 medi o 2 intervalo intervalo fra o intervalo intervalo fra o um um pm 96 7 37 29 41 7 31 16 27 7 37 4 55 2 21 7 31 4 51 22 59 4 55 3 78 7 35 4 51 3 75 13 55 3 78 2 53 16 18 3 75 2 51 15 06 2 53 1 75 13 24 2 51 1 73 6 63 1 75 1 12 8 82 1 73 1 11 5 12 1 12 0 52 5 15 1 11 0 51 3 01 0 52 0 33 3 68 0 51 0 33 2 11 0 33 0 21 1 47 0 33 0 21 3 92 0 21 12 50 0 21 11 75 4 6 Fotos de medi es A Figura 4 23 ilustra um dos momentos da medi o onde a sonda est sendo colocada seguindo se as dist ncias espec ficas para cada ponto de medi o 135 Material particulado Gases de exaust o Figura 4 23 Fotos durante a amostragem de material particulado e gases de exaust o Na foto seguinte Figura 4 24 pode se observar a abertura da chamin e a medi
7. conforme a equa o 5 61 EPA 2002 yy DAT NOx REN T 9 5 Portanto o custo anual com eletricidade CA estimado atrav s da equa o para c lculo da pot ncia incluindo a tarifa de energia el trica e o per odo anual de opera o toper CA 5 62 elet oper e Consumo de gua A vaz o volum trica de gua V gua para a dilui o da ur ia calculada a partir da vaz o m ssica da solu o aquosa de ur ia e a concentra o desta solu o durante o armazenamento Creag tan a concentra o percentual m dia da ur ia injetada Ci cuja express o apresentada na equa o 5 63 EPA 2002 Mani e a 5 63 P gua inj sendo p gua a massa espec fica da gua Para dilui o de ur ia a partir de uma solu o 50 at 10 a equa o torna se 183 4 Msol 5 64 V agua P gua Empregando se tal estimativa para a determina o do consumo de gua o custo anual consequente dado pela equa o 5 65 CA V gua C 5 65 gua gua toper sendo Cagua 0 custo m dio de fornecimento de gua compra e ou tratamento f Combust vel O combust vel adicional requerido comb resultante do calor adicional necess rio para evaporar a gua na solu o injetada gua na solu o de ur ia armazenada e a de dilui o calculado usando se a equa o 5 66 1 Ochi vap Mreag 7 5 66 nj
8. 1988 Atmospheric Protection during Fuel Combustion 2nd ed Niedra Publishing House Leningrad in russian 1988 223 Souza C Aumento das vendas de carros flex fuel impulsiona com rcio do lcool Globo Online acessado em 21 10 2004 Teixeira F N Lora E E S 2004 Experimental and analytical evaluation of NOX emissions in bagasse boilers Journal of Biomass and Bioenergy Vol 26 6 pp 571 577 2004 Teixeira F N Lora E S Metodologia e Ferramenta para Sele o de Equipamentos para Controle da Emiss o de Particulados em Caldeiras a Baga o IX ENCIT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ci ncias T rmicas 15 a 18 de outubro de 2002 Caxambu MG Brasil Teixeira F N Lora E S Avalia o Te rico Experimental das Emiss es de xido de Nitrog nio em Caldeiras para Baga o XVI Congresso Brasileiro de Engenharia Mec nica 26 a 30 de novembro de 2001 Uberl ndia MG Brasil Anais em CD Rom pp 134 139 Th J L Th C L Johnson M A ISC AERMOD View Lakes Environmental Software 1996 Theodore L Buonicore A Air pollution control equipment Volume 1 Particulates CRC Press 1988 Titov S P Babii V L Barabash V L Pesquisa Da Forma o De xidos De Nitrog nio Durante A Combust o De Carv o Mineral Pulverizado Tieploenergetica No 3 pp 64 67 em russo 1980 Turner D B Workbook of atmospheric dispersion estimat
9. C2 Figura 4 12 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 1 medidos no dia 28 10 2004 com a caldeira operando com 150 t h de vapor 122 Na seqii ncia apresentam se os resultados das medi es da caldeira 2 medidos nos dias 24 11 2004 e 25 11 2004 A Figura 4 13 mostra os valores da concentra o NOx para as condi es de opera o entre 140 e 160 t h de vapor medidos no dia 24 11 2004 em mg Nm e ppm al m dos valores de excesso de ar e teor de oxig nio nos gases de exaust o da chamin A Figura 4 14 tamb m apresenta para a mesma caldeira estes valores de concentra o por m com a caldeira operando conforme as necessidades do processo industrial medidos no dia 25 11 2004 O comportamento dos valores medidos ppm e corrigidos mg Nm em rela o ao conte do de oxig nio nos gases tamb m permitem identificar claramente a depend ncia da forma o dos NOx em rela o ao teor de oxig nio nos gases 220 9 200 m L8 7 180 4 T 6 amp 160 E x 2 5 E amp 140 2 4 E x N 1204 o 2 3 100 2 a n iy 60 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 ppm NOx mg Nm3 Exc Ar m C2 Figura 4 13 Valores de concentra o de NOx medidos e
10. Ne N mero de ciclones De Di metro do ciclone m Measesii Vaz o de gases em cada ciclone corresponde vaz o total de gases dividida pelo n mero de ciclones m s Velocidade do g s na entrada do ciclone m s Usa Velocidade de salto m s Ppar Massa espec fica da part cula kg m gas Viscosidade cinem tica do g s kg m s dpi Di metro i da part cula para uma distribui o granulom trica 1 1 j W Fra o em massa de cada part cula de di metro 1 ni Efici ncia de cole o de uma part cula de di metro i Efici ncia total de cole o Coaida total Concentra o final das part culas na sa da do multiciclone mg m Concentra o na sa da do multiciclone para cada part cula de di metro i mg m Contrada Concentra o do g s na entrada do multiciclone mg m AP Perda de carga Pa Peas Massa espec fica do g s Nvent Efici ncia do equipamento de tiragem dos gases a b Ka e Ky Dimens es e par metros adimensionais do ciclone Cins Custo do equipamento mais instala o R Custo operacional anual total da instala o R ano Fator de recupera o de capital vezes a parte do custo instalado que proporcional a rea de entrada e ao n mero de ciclones R ano m Ko Custo com energia el trica R kWh Ks Fator de recupera o de capital vezes a parte do custo instalado que
11. Oii m 5 1 comb PCI Q caia ad m Boas hem 5 2 142 PCI 17991 49 Sacarose 200 8 Umidade 5 3 A seguir deve se calcular o volume de gases produzidos pela queima de 1 kg de baga o base seca ou seja deve se calcular o fator de corre o de umidade FCU equa o 5 4 e corrigir os valores da composi o do combust vel pelo teor de umidade conforme por exemplo Tabela 5 1 100 0 100 5 4 Conhecido ent o a composi o do combust vel em base seca pode se calcular a quantidade te rica de ar necess ria para a combust o conforme descrito a seguir A rea o de combust o de um dado combust vel com o ar atmosf rico pode ser generalizada da seguinte maneira Combust vel VA Vco2 t Vso2 t Voz Vva t Vco Vin sendo VA correspondente ao volume de ar fornecido cada par ntesis respectivamente e Par ntesis 1 Produtos da oxida o completa CO2 SO Durante a combust o de biomassa o teor de SO muito inferior ao teor de CO Portanto se assume que o volume dos gases triat micos RO SO praticamente igual ao de No caso de combust veis com alto teor de enxofre esta considera o pode n o ser verdadeira devendo se considerar ambos os compostos e Par ntesis 2 Ar em excesso e umidade do e Par ntesis 3 Produtos da oxida o incompleta Vco gt Vm gt Vcu4 A presen a de quan
12. 83 Tabela 3 8 Fatores de emiss o para o caso da queima de baga o EPA 1995 g kg vapor g kg bagaco Sem controle 3 90 7 80 Total Ciclones 2 10 4 20 Lavadores de gases 0 40 0 80 PMio Lavadores de gases 0 34 0 18 NOx Sem controle 0 30 0 60 3 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dimens es em microns 4 1972 SASA AFRICA DO SUL E 1991 MSRI MAURICIO k 1991 MSRI MAURICIO 3 1974 SRI MACKAY t 1979 CSIR AFRICA DO SUL 1972 AUSTRALIA 1 1979 CSIR AFRICA DO SUL 1972 AUSTRALIA GRAN FINA GRAN GROSSA Figura 3 16 Curvas de distribui o granulom trica da cinza vol til em caldeiras que queimam baga o Lora 2001 0 4 0 10 0 09 Fra o em massa o N 0 1 0 07 0 07 0 05 0 06 004 0 04 3 3a5 5a 10a 20a 30a 40a 50a 60a 70a 80a 90a gt 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dimens es das part culas Figura 3 17 Composi o granulom trica m dia em massa da cinza vol til grossa em caldeiras que queimam baga o Lora 2001 84 e LO V N co LO N oo c oo c oo T e s LO e N LO N Dimens es das part culas Figura 3 18 Composi o granulom trica m dia em massa da cinza vol til fina em caldeiras que queimam baga o Lora 2001 Tabela 3 9 Composi o m d
13. NOx mg Nm3 7000 180 y 1 1827 160 81 2 _ R 0 6645 6000 140 5000 120 o E 4000 100 4 80 7 4 3000 6 z 60 2000 40 1000 72 s CO ppm E 20 y 113 94x 934 84 R 0 8099 0 0 Figura 6 9 Rela o entre a concentra o de NOx a de CO para valores decrescentes de excesso de ar considerando dados da caldeira 2 A Figura 6 10 apresenta a rela o existente entre o excesso de ar a concentra o de NOx medida o valor das perdas por combust o incompleta ou seja q3 Nota se claramente que o valor destas perdas diminui com o aumento do excesso de ar Segundo Cortez e Lora 1997 o valor de q3 deve ser de at 0 5 Por outro lado Mitor et al 1973 considera valores usuais de q3 at 2 0 para caldeiras queimando res duos de biomassa com grelha inclinada Baseado nestes dados pode se concluir que estas caldeiras apresentam potencial de aumento de efici ncia 6 1 3 Conclus es quanto ao estudo de dispers o De acordo com a Tabela 2 3 o padr o prim rio de Qualidade do Ar deve ser de at 320 ug Nm Os valores encontrados para o caso das 3 caldeiras conjuntas e para uma velocidade do vento constante e igual a 2 65 m s valor fornecido pela usina e baseado em esta es meteorol gicas locais est o resumidos na seq ncia considerando varia es de excesso de ar e sintetizados na Tabela 6 2 a Excesso de ar de 10
14. Tabela 5 8 Coeficientes de c lculo de o oy Turner 1994 e Tipo de estabilidade A B I 1 104 1 634 2 054 2 555 2 754 3 143 Jy 0 9878 1 0350 1 0231 1 0423 1 0106 1 0148 Ky 0 0076 0 0096 0 0076 1 0423 1 0106 1 0148 1 4 679 1 999 2 341 3 186 3 783 4 490 1 1 7172 0 8752 0 9477 1 1737 1 3010 1 4024 K 0 2770 0 0136 0 0020 0 0316 0 045 0 054 192 Capitulo 6 Resultados conclus es e recomenda es Neste cap tulo s o apresentados e discutidos os resultados das medi es de xidos de nitrog nio e de material particulado cujos valores s o apresentados no Cap tulo 4 em forma de gr ficos e nas Tabelas do ANEXO II Primeiro baseado nas medi es de xidos de nitrog nio e dos estudos de dispers o de poluentes no entorno da usina faz se um estudo do comportamento da forma o de NOx em rela o ao excesso de ar bem como em rela o carga e efici ncia da caldeira Posteriormente avaliam se os resultados da dispers o de NOx e um estudo t cnico e econ mico do emprego de um sistema de redu o seletiva n o catal tica SNCR para a redu o das emiss es de NOx necess rio para os casos onde n o se conseguem garantir os Padr es de Emiss o e ou os Padr es de Qualidade do Ar na circunvizinhan a Tamb m se apresentam os estudos de redu o da emiss o de part culas atrav s da an lise t
15. Tabela 6 3 Composi o elementar de refer ncia base seca e poder calor fico do baga o Elemento Valor Unidade Carbono 46 79 Hidrog nio 5 99 Enxofre 0 34 Oxig nio 43 13 Nitrog nio 0 20 Cinzas 3 55 Umidade 49 60 Sacarose 1 7 PCI 7 948 kJ kg Tabela 6 4 Par metros de opera o da caldeira Par metro Valor Unidade Vaz o de vapor na caldeira 80 0 t h Temperatura da gua de alimenta o da caldeira 101 C Press o do vapor na sa da da caldeira 2 0 MPa Temperatura do vapor na sa da da caldeira 300 C Efici ncia da caldeira 85 Calor necess rio 49 306 kW Coeficiente de excesso de ar 1 45 Temperatura dos gases na saida 170 Vaz o de gases corrigido para a temperatura sa da 41 75 m s Concentra o de part culas nos gases de exaust o da caldeira 10 000 mg Nm 211 Tabela 6 5 Granulometria do particulado Wi m Acumulado d um 7 0 7 0 3 0 7 5 14 5 4 0 13 0 27 5 T5 16 0 43 5 15 0 12 0 55 5 25 0 8 0 63 5 35 0 7 0 70 5 45 0 3 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 1000 100 0 Yacumulado 100 4 o 10 20 30 40 50 60 dpi microns 70 80 90 100 110 A Figura 6 17 representa a efici ncia por fra es para cada equipamento considerado Na Tabela 6 6 mostram se os valores de desem
16. g GJ Concentra o de Part culas 450 400 350 3 300 250 E 200 E E 150 a y e 100 H B e 50 4 0 X Rk x 94 9 x x X xX 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 S C LG eF M XP E Figura 3 19 Efici ncia de remo o de part culas para diferentes sistemas de controle SC sem sistema de controle PE precipitadores eletrostatico FM filtros de manga CM multiciclones LG lavadores de gas EPA 1993 3 4 Estado da arte de controle de poluentes em caldeiras De um modo geral os problemas atmosf ricos derivados da queima do baga o nas caldeiras das usinas de a car e lcool s o a emiss o de xidos de nitrog nio e de material particulado A seguir feita uma explana o geral sobre o controle de emiss es de poluentes considerando as condi es operacionais bem como as caracter sticas do g s e das part culas Este check list baseado em US Army 2003c 3 4 1 Princ pios A sele o deve ser realizada em tr s etapas a Desempenho os equipamentos de controle devem ser capazes de garantir as concentra es abaixo dos valores permitidos b Constru o Os materiais devem ser compat veis com as caracter sticas temperatura e composi o eros o e corros o dos gases As unidades devem possuir adequados acessos e 88 plataformas de servi os para a inspe o e manuten o dos equipamentos Devem s
17. o ao valor utilizado nos c lculos O n mero de ciclones tipo Swift para a condi o tima foi de 242 c lulas com 0 39 m de di metro e uma perda de carga de 518 Pa Como era de se esperar com o acr scimo do custo da eletricidade tende a aumentar o n mero de multiciclones e com isso reduzir a perda de carga a fim de reduzir os custos operacionais Nc delta P 200 i 450 Figura 6 22 Varia o do n mero de ciclones Nc e da perda de carga deltaP em fun o do custo da eletricidade Para o lavador avaliou se como se comporta a perda de carga variando se a velocidade do g s de 40 m s valor utilizado nos c lculos para 60 e 80 m s e para diferentes rela es l quido g s o 215 valor de refer ncia foi de 2 04 litros de gua para cada m de g s e mostrada na Figura 6 23 Os pontos no gr fico representam 0 5 1 0 1 5 2 0 2 04 2 5 3 0 3 5 e 4 0 I m Pode se constatar que na medida em que se aumenta a velocidade do g s para uma dada rela o l quido g s a perda de carga tamb m aumenta ao custo de uma pequena redu o na efici ncia Deve se salientar que o aumento da quantidade de gua deve ser visto como desfavor vel tendo em vista a disponibilidade e o custo do tratamento posterior da mesma Finalmente na Tabela 6 7 apresentado o custo do tratamento para as variantes analisadas Pode se notar que o custo de tratamento com multiciclones menor e que tamb m s o be
18. o de energia el trica o baga o de cana de a car A alta produtividade alcan ada pela lavoura canavieira acrescida de ganhos sucessivos nos processos de transforma o da biomassa sucroalcooleira tem disponibilizado enorme quantidade de mat ria org nica sob a forma de baga o nas usinas e destilarias de cana de a car interligadas aos principais sistemas el tricos que atendem a grandes centros de consumo dos estados das regi es Sul e Sudeste O baga o um combust vel residual produzido ap s o suco da cana de a car ser extra do nos moinhos das usinas No passado o baga o era queimado como um meio de destino final deste res duo uma vez que a quantidade gerada di ria enorme Por m a defini o atual de baga o mudou de refugo para combust vel Dessa forma atualmente a maior parte queimada para gerar vapor e ou pot ncia el trica ou mec nica para a usina como um combust vel e n o como a incinera o de res duo Uma an lise t pica do baga o apresentada na Tabela 3 1 onde se apresentam tamb m valores t picos de outros combust veis Tabela 3 1 Valores t picos da composi o de baga o madeira carv o e leo EPA 2004 Baga o Madeira Carv o leo An lise aproximada Carbono fixo 11 1 12 1 56 8 99 6 Vol teis 35 9 36 4 25 8 Umidade 50 0 50 0 6 0 0 4 Cinzas 3 0 1 5 11 4 tra o An lise elementar
19. 0 7 0 T RE 100 145 Considerando que a composi o do ar seco de 21 000 vol 78 050 vol Ar 0 920 96 vol 0 030 vol Portanto para combust veis s lidos o volume de ar te rico V4 pode ser calculado conforme a equa o 5 7 0 m E 0889 C 0 375 9 0 265 H 0 0333 0 5 7 5 Na pr tica preciso administrar um volume de ar V4 maior que o AA te rico necess rio para se obter combust o completa Devido a dificuldade de garantir a mistura perfeita do ar com o combust vel e do tempo limitado de perman ncia deste na c mara de combust o emprega se o conceito de excesso de ar necess rio para a combust o muito importante para a correta opera o de fornos e caldeiras O coeficiente de excesso de ar a a rela o entre o volume de ar te rico e real necess rios para a combust o representado pela equa o 5 8 geralmente expresso como fra o e podendo se ser determinado na sa da da fornalha ou da caldeira Utiliza se algumas vezes o ndice de excesso de ar e que representa o ar excedente administrado fornalha equa o 5 9 dE 5 8 a l e 5 9 A Tabela 5 2 apresenta a rela o entre o valor do coeficiente de excesso de ar em fornalhas para a queima de baga o o tipo de fornalha e a umidade deste combust vel 146 Tabela 5 2 Rela o entre o coeficiente de excesso de ar a umidade do baga o o tipo de fornalha Cortez e Lora
20. 169 6 51 2 136 4 0 0 16 08 7 3 12 1 829 1 49 93 6 168 3 50 7 149 5 0 0 16 10 6 6 12 7 773 1 49 93 4 167 2 49 5 153 3 0 0 16 12 5 6 13 6 1243 1 38 94 2 167 2 49 4 139 1 0 0 16 14 6 4 12 9 796 1 43 93 8 1674 48 3 152 1 0 0 16 26 6 7 12 6 468 1 48 93 6 166 5 46 9 164 0 0 0 16 28 6 0 13 3 1368 1 43 93 7 167 2 48 0 163 0 0 0 16 30 5 8 13 5 1119 1 42 94 0 167 7 49 6 166 0 0 0 16 32 6 1 13 2 1144 1 44 93 9 1674 49 6 167 0 0 0 16 34 5 0 14 2 1979 1 2 94 5 167 6 48 0 142 0 0 0 16 36 6 5 12 8 1295 1 56 92 9 167 3 49 0 175 0 0 0 16 38 6 1 13 1 587 140 94 1 167 7 50 7 161 0 0 0 16 40 5 7 13 5 1189 1 35 94 3 168 5 51 5 150 0 0 0 17 12 8 1 11 4 351 1 60 92 9 167 1 42 9 169 4 0 0 17 14 5 2 14 0 1431 1 30 94 2 167 8 43 5 149 4 0 0 17 18 6 7 12 6 433 1 48 93 3 166 3 45 7 155 4 0 0 17 25 5 8 13 5 1014 1 38 93 6 1644 46 7 146 4 0 0 17 29 4 7 14 4 2719 1 28 94 3 165 9 46 2 127 3 0 0 17 30 6 3 13 0 1004 1 42 93 8 166 3 45 5 152 4 0 0 17 32 6 4 12 9 702 147 93 6 165 1 45 5 156 4 0 0 234 Tabela 6 Dados referentes medi o na caldeira 2 da Usina Barra Grande no dia 25 11 2004 carga vari vel gt conferir qual foi a carga no hor rio abaixo Hora O CO A Eff T Ta NO NO SO CH ppm CC CC ppm ppm ppm 09 22
21. Dixon T F 1998 NOx Emissions from Bagasse Fired Boilers Proc Aust Sugar Cane Technol 20 453 457 1998 Latham C E Engelhardt D A Sommer T M Reburn Technology A Commercial Update Conference Proceedings Power Gen 97 International Dallas Texas USA 1997 Licht W Air Pollution Control Engineering Basic Calculations for Particulate Collection 2nd Edition Marcel Dekker Inc 1998 Lora E E S Controlling Air Quality in the Cane Sugar Industry Verlag Dr Albert Bartens KG 2001 Lora E E S Preven o e Controle da Polui o nos Setores Energ tico Industrial e de Transporte 2nd ed Editora Interci ncia Rio de Janeiro Brazil 2002 Lora E E S Arieta F R P Bessa F C Caldeiras de Vapor Convencionais e de Recupera o Controle da Polui o In Gera o Termel trica planejamento projeto e opera o Coordenadores Silva E E L do Nascimento M A R julho de 2004 Macedo I C O ciclo da cana de a car e redu es adicionais nas emiss es de CO atrav s do uso como combust vel da palha da cana Centro de Tecnologia Copersucar CTC mar o de 2000 dispon vel em http www mct gov br Macedo I C Energia da cana de a car no Brasil Trabalho apresentado no evento Sustentabilidade na Gera o e Uso de Energia no Brasil os pr ximos vinte anos UNICAMP 18 a 20 de fevereiro de 2002 Macedo I C Gerando energia
22. Figura 4 26 Vista parcial da caldeiras e as tr s chamin s 1 2 e 3 da esquerda para a direita da Usina Barra Grande CAP TULO 5 Figura 5 1 Dimens es principais de um ciclone Lora 2002 Figura 5 2 Fluxograma geral para o dimensionamento de ciclones Adaptado de Licht 1988 Figura 5 3 Tela da ferramenta de otimiza o do Excel Solver Figura 5 4 Formato e par metros de projeto de um lavador de g s venturi Figura 5 5 Fluxograma geral para o dimensionamento de lavadores de g s tipo venturi adaptado de Licht 1988 Figura 5 6 Depend ncia entre a capacidade da caldeira e a efici ncia de remo o de NOx atrav s de SNCR EPA 2002 Figura 5 7 Configura o do canal de g s e dos pontos de inje o do reagente na fornalha e na se o de convec o adaptado de EPA 2002 Figura 5 8 Ffeito da temperatura na redu o de NOx em sistemas de redu o seletiva n o catal tica EPA 2002 Figura 5 9 Efeito do tempo de resid ncia na redu o de NOx em sistemas de redu o seletiva n o catal tica EPA 2002 Figura 5 10 Efeito Concentra o de NOx a ser controlada na redu o de NOx em sistemas de redu o seletiva n o catal tica EPA 2002 122 123 124 125 125 127 127 128 128 129 134 136 136 137 137 151 152 158 161 165 166 167 169 171 171 Figura 5 11 Diagrama de fluxo do processo SNCR com ur ia adaptado de EPA 2002 Figura 5 12 Estimativa aproximada da rela o es
23. Independente da estabilidade atmosf rica n o existe restri o quanto ao atendimento do valor regulamentado todos se apresentam inferiores a 320 ug Nm 201 350 0 2414 124 32 _ 200 R 0 4677 180 3 00 2 50 2 00 A a e 100 150 y 0 0069x 1 5196 i e R 0 2865 T 80 1 00 60 40 0 50 TM 0 00 HH 2 a A 0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 m ExcAr e q3 a NOx Linear NOx Linear q3 Figura 6 10 Rela o entre o excesso de ar a concentra o de NOx medida e os valores calculados de b Excesso de ar de 20 Para as estabilidades A B e C o limite ultrapassado para as dist ncias de x entre 200 e 400 m 250 e 600 m 400 e 1000 m respectivamente E importante ressaltar que na modelagem estas dist ncias se consideram apenas na linha central da pluma y 0 e portanto s alcan adas quando o vento estiver na dire o do ponto de refer ncia da Cetesb e com uma velocidade de 2 65 m s As concentra es m ximas para esta variante s o de 450 ug Nm As demais estabilidades n o apresentam ultrapassagem c Excesso de ar de 30 Similar ao caso anterior por m com faixas maiores entre 150 e 450 m 250 e 700 350 e 1200 m respectivamente para as estabilidades A e Tamb m a estabilidade D ultrapassou o valor entre 800 e 1100 m As mesmas considera es anteriores
24. Tabela 1 Dados das concentra es de gases na chamin da caldeira 01 CBC no dia 27 10 04 Carga Hora O Co Co Exc Ar NO NO2 Temp Gas ppm ppm ppm C 15 44 6 1 13 1090 1 42 155 1 108 3 15 44 6 8 13 742 1 42 160 0 110 2 16 03 5 1 14 5 1 28 116 10 111 1 16 03 4 5 14 5 1 28 114 6 109 2 150 16 03 4 7 14 5 1 28 120 5 108 1 16 03 4 1 14 5 1 28 99 6 108 3 16 03 5 6 14 5 1 28 118 7 107 1 16 03 4 7 14 5 1 28 113 6 107 5 16 03 4 7 14 5 1 28 113 6 107 5 17 06 7 6 11 9 642 1 56 139 6 105 7 17 06 4 3 11 9 4258 1 56 96 6 107 130 17 06 3 7 11 9 5891 1 56 84 6 107 4 17 06 6 4 11 9 1046 1 56 138 6 106 2 17 32 8 3 11 6 634 1 59 159 6 104 5 17 38 6 9 12 3 1292 1 5 144 6 104 5 155 17 44 5 4 13 8 1361 1 34 124 6 109 5 17 51 4 15 1 5068 1 23 99 6 115 7 18 00 5 2 14 2676 1 32 128 6 110 7 18 06 4 8 14 3 1 29 110 7 109 160 18 12 5 14 1 1 31 128 6 108 8 18 18 4 8 14 3 1 29 118 6 108 18 31 5 3 13 9 1 33 120 4 106 8 18 31 4 1 13 9 1 33 115 3 107 7 230 Tabela 2 Dados das concentra es de gases na chamin da caldeira 01 CBC no dia 28 10 04 Carga Hora CO CO Exc Ar NO NO2 Temp Gas Tvh ppm ppm ppm C 10 32 7 2 12 2 434 1 45 159 0 109 10 36 8 9 10 7 203 1 68 164 0 107 10 40 5 4 13 8 1200 1 37 135 0 1
25. sendo a fun o velocidade conforme 5 4 uL O c lculo da efici ncia por fra es e total realizada segundo as equa es 5 5 e 5 9 enquanto que a concentra o de part culas na sa da pela equa o 5 10 153 amp M totgas i t 1 2 5 5 M N D 1 5 6 1 sendo par metro que define a velocidade tangencial do gas atrav s do ciclone em rela o com a posi o radial definindo a for a centrifuga a efici ncia de separa o e dado por 4s m 1 i 0 67 p zs 5 7 283 e a constante t calculada por di Pp Spi 5 8 19 sendo Ne Numero de ciclones Dc Di metro do ciclone m Meases i Vaz o de gases em cada ciclone corresponde vaz o total de gases dividida pelo n mero de ciclones m s Velocidade do g s na entrada do ciclone m s Usa Velocidade de salto m s Ppart Massa espec fica da part cula kg m Heas Viscosidade cinem tica do g s kg m s dpi Di metro i da part cula para uma distribui o granulom trica i 1 Wi Fra o em massa de cada part cula de di metro 1 ni Efici ncia de cole o de uma part cula de di metro 1 total Efici ncia total de cole o 154 A efici ncia global de remo o avaliada considerando a distribui o granulom trica do aerossol em outras palavras deve se conhecer a fra o m ssica de cada di metro 1 da part c
26. 1094 1350614 67531 135061 67531 270123 24311 1863848 37277 3288 1904413 28566 93345 4594 en 20002 0 108153 136719 0 1598 304252 440971 228 1934 MMBturh Ibth Ib h gal oth gal o kw gal o h MMBturh Ib h ust ust ust us us us us us us us US ano USgtano USgtano USgtano US tano US fano US iano USgtano US ano US it NOx remov 141 99 939 1 91 27 28 5 50 16772 22 0 30 422 4051843 202592 405184 202592 810369 729332 5591543 111831 9866 5713240 85699 250036 13781 634 60006 o 324458 410156 912756 1322912 5802 Mw kath kath Wh Mw R R R R R R R R R R R ano Fi ano RFi iano R ano R ano R ano Rigtano R tano Rigtano FRi tano Fi it NOx removida ano caldeira SNCR comb realfcomb max tempo real 365 dias quantidade real de reagente necess ria para alcan ar limite de emiss o am niatureia 1 950 US 950 MMBtuth o custo de capital de um SNCR para uma caldeira de 2375 MMBturh com 40 de efici ncia custo da ureia armazenada no local isto o primeiro abastecimento do tanque de reagentes Macro n mero de dias de opera o no 245 III 5 Planilha para o estudo de dispers o 5 Microsoft Excel gauss_macro_ch3 Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda A
27. 140 i L5 o 2 V E 120 1 nu 5 8 3 100 l2 80 7 60 HAHA HAHA 0 sus Eee Re SRR SS Seb SSR RE Bs NOx ppm NOx mg Nm3 Exc Ar m 2 Exc ar Figura 4 15 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 3 medidos no dia 29 10 2004 com a caldeira operando com 150 160 170 180 e 195 t h de vapor 200 190 180 170 4 160 150 140 Carga t h NOx mg Nm3 130 120 110 100 y Freh T 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 02 4 m NOx Carga 4 O2 Figura 4 16 Valores de concentra o de NOx corrigidos para as condi es padr es percentual de oxig nio nos gases de exaust o e carga da caldeira 3 medidos no dia 29 10 2004 em rela o carga da caldeira 125 4 3 2 1 An lise de dispers o A metodologia empregada para o c lculo da dispers o ser tratada no Cap tulo 5 A avalia o foi realizada da seguinte forma em primeiro lugar foi calculada a vaz o de gases gerada atrav s de balan os de massa e energia combust o conforme literatura t cnica Cort s e Lora 1997 considerando se o baga o com a seguinte composi o 46 3 de 6 0 de 0 1 de S 44 5 de 0 2 de 3 0 de cinz
28. 1997 Committee of the Institute of Clean Air Companies Inc White Paper Selective Non Catalytic Reduction SNCR for Controlling NOx Emissions October 1997 Cooper D Alley F 1994 Air Pollution Control A Design Approach 2nd Edition Waveland Press Prospect Heights IL 1994 Corbitt 1990 Standard Handbook of Environmental Engineering edited by Robert A Corbitt McGraw Hill New York NY 1990 Cortez L A B e Lora E S 1997 Tecnologias de Convers o Energ tica da Biomassa S rie Sistemas Energ ticos II EDUA EFEI Manaus 1997 Decreto SMA N 8468 76 de 08 de Setembro de 1976 do Estado de S o Paulo Derisio J C Introdu o Ao Controle Ambiental CETESB 1992 ELETROBR S Estimativa do Potencial de Cogera o no Brasil Grupo Coordenador do Planejamento dos Sistemas El tricos GCPS abril de 1999 EPA 1992 Control Technologies for Volatile Organic Compound Emissions from Stationary Sources U S EPA Office of Air Quality Planning and Standards EPA 453 R 92 018 Research Triangle Park NC December 1992 EPA 1993 Emissions Factor Documentation for Bagasse Combustion in Sugar Cane Mills AP 42 section 1 8 U S Environmental Protection Agency 1993 EPA 1995 Compilation of Air Pollutant Emission Factors AP 42 Volume I Research Triangle Park NC January 1995 EPA 1996 OAQPS Control Cost Manual U S EPA Office of Air Quality Planning a
29. 1998 A import ncia relativa dos diferentes mecanismos de forma o dos xidos de nitrog nio depende dos seguintes fatores e temperatura no n cleo da chama e conte do de nitrog nio no combust vel e par metros do processo na fornalha excesso de ar 64 Para se estudar as vias de forma o de NOx deve se recorrer s an lises do equil brio qu mico e da cin tica qu mica De uma forma geral o equil brio qu mico prediz a quantidade m xima de NOx se existir um tempo infinito para que a rea o aconte a a uma dada temperatura Por m usualmente o tempo para alcan ar o equil brio insuficiente ocasionando uma forma o real de NOx menor do que se teria caso atingisse o mencionado equil brio A cin tica prediz como completar a rea o usando modelos padr es para um dado tempo de resid ncia Entretanto raramente se conhece a dura o da rea o para a maioria dos sistemas de combust o Em alguns queimadores baixos n veis de NOx s o alcan ados com tempos de resid ncia bem curtos na regi o de alta temperatura Em s ntese os modelos de equil brio qu mico cin tica s o as ferramentas apropriadas para o projeto de sistemas de combust o McGowan 2003 importante conhecer os mecanismos de forma o dos xidos de nitrog nio para se estabelecerem as tecnologias de controle das emiss es Dessa forma se apresenta primeiramente a forma o deste poluente a partir do nitrog nio do ar e em seguida a p
30. 20 25 30 e 35 N2 no combust vel Figura 3 5 Rela o entre a concentra o de NOx nos produtos da combust o o percentual de nitrog nio no combust vel e a taxa de convers o de N2 para NO Mc Gowan 2003 Na pr tica utilizam se v rios destes m todos simultaneamente pois a efici ncia global de redu o dos xidos de nitrog nio para os m todos pr combust o possui geralmente a propriedade de aditividade Assim por exemplo em caldeiras modernas pode se utilizar simultaneamente os queimadores com baixa emiss o de NOx Low NOx Burner LNB a combust o por etapas e a redu o catal tica seletiva Selective Catalytic Reduction SCR Esquemas dos m todos recircula o dos gases Figura 3 6 combust o por etapas Figura 3 7 queimadores com baixa emiss o de NOx Figura 3 8 redu o seletiva n o catalitica SNCR Selective Non Catalytic Reduction Figuras 3 9 e 3 10 e redu o seletiva catal tica SCR Figura 3 11 podem ser vistos nas Figuras que se seguem 73 Tabela 3 7 Classifica o dos m todos de controle das emiss es de xidos de nitrog nio Lora 2002 Tipo M todo Fundamenta o Recircula o dos produtos da Redu o da temperatura e concentra o de combust o oxig nio no n cleo da chama Combust o por etapas Idem Queimadores com baixa Idem emiss o de NOx LNB M todos pr Injec o de gua e vapor Idem combust o Tempera
31. Artigo 21 apresentou os padr es de emiss o atmosf rica para fontes estacion rias em processos de gera o de calor e energia na qual est o inclu dos os xidos de nitrog nio Os padr es foram subdivididos em fun o do combust vel empregado da tecnologia e da pot ncia t rmica conforme pode ser observado na Tabela 2 8 A seguir apresentam se os valores para os xidos de nitrog nio NOx e part culas MP contidos na resolu o Para acessar a resolu o na ntegra consulte o site http www pr gov br sema Tabela 2 8 Padr es de emiss o para processos de gera o de calor ou energia SEMA 2002 Processo Pot ncia t rmica NOx mg Nm MP mg N m Ref Gera o de calor ou energia em caldeirase 50 100 MW 320 3 fornos utilizando combustivel gasoso acima de 100 MW 200 Gera o de calor ou energia em caldeirase 10 e 50 MW 820 250 fornos utilizando leo combust vel e 50 e 100 MW 620 100 3 assemelhados acima de 100 MW 400 15 Gera o de calor ou energia utilizando 10 e 50 MW 500 250 carv o xisto coque e outros combust veis 50 e 100 MW 500 200 7 assemelhados acima de 100 MW 400 50 Gera o de calor ou energia utilizando Eu dm biomassa como combust vel PEO A Oe u acima de 100 MW 400 100 N A N o aplic vel 38 Para que se possa estimar o valor da concentra o emitida por uma fonte geralmente s o empregados os fatores de emiss o pa
32. Bioenergia Cogeradora cortesia Caldema Medi o em 27 09 02 Data 27 09 02 Duto Duto Duto Chamin Chamin Chamin T g s na chamin K 435 8 431 6 428 8 388 0 372 0 369 7 Umidade 23 3 24 2 26 4 25 5 277 27 7 Vazao CNTP Nm h 257 514 3 262 079 8256 207 5 252 915 5 238 734 0241 556 9 CO2 13 8 13 6 14 0 14 4 13 3 14 8 CO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 02 5 1 5 3 4 9 4 5 5 7 4 1 N2 81 0 81 0 81 1 81 1 81 0 81 1 conc mg Nm 6 468 5 7 454 1 8 554 6 617 3 668 2 608 5 emiss o kg h 1 665 5 1 953 6 2 191 8 156 1 159 5 147 0 conc ch 11 mg Nm 373 0 437 6 359 0 emis ch 11 kg h 94 3 104 5 86 7 Isocinetismo 98 106 99 97 99 98 Efici ncia de reten o 90 91 93 4 4 2 Bioenergia Cogeradora Usina Santo Ant nio Sert ozinho SP Datas 28 10 2002 e 29 10 2002 Apresenta se neste t pico o resultados das medi es de material particulado na Bioenergia Cogeradora Ltda realizados pelo autor nos dias 28 10 e 29 10 2002 na chamin da caldeira Caldema 01 ap s o lavador de gases CFC 50R lavador tipo bandejas De acordo com a Figura 4 5 o n mero de pontos de amostragem para a instala o de doze pontos transversos ou seja tr s pontos em cada eixo perpendicular a uma altura de 35 m a fim de garantir uma velocidade dos gases mais uniforme O equipamento utilizado durante a amostragem o AST Automatic Sampling Train da Thermo Ander
33. Carbono 22 9 26 7 70 3 85 8 Hidrog nio 2 8 2 8 4 0 10 8 Enxofre 0 0 0 0 0 5 2 8 Nitrog nio 0 2 0 1 1 8 0 2 Oxig nio 21 1 18 9 6 0 0 0 Umidade 50 0 50 0 6 0 0 4 Cinzas 3 0 1 5 11 4 0 0 PCS kJ kg 9 177 9 700 28 410 43 000 PCI kJ kg 7 409 7 936 27 385 40 887 53 Ap s esta breve introdu o quanto ao uso da biomassa como fonte energ tica pretende se neste cap tulo apresentar uma revis o bibliogr fica sobre a caracteriza o das emiss es tecnologias de controle em caldeiras que queimam baga o Em primeiro lugar feita uma descri o geral quanto aos mecanismos principais de convers o energ tica da biomassa apresentando se posteriormente os principais poluentes emitidos durante a queima do baga o enfocando se os principais mecanismos de forma o destes poluentes como tamb m os respectivos m todos de controle 3 1 Descri o geral Nesta se o a fim de se familiarizar o leitor sobre o tema de caldeiras a vapor tamb m designadas de geradores de vapor faz se uma breve descri o do principal tipo utilizado nas usinas brasileiras para a queima do baga o Pode se definir como caldeira a vapor um equipamento que utilizando a energia qu mica liberada durante a combust o de um combust vel promove a mudan a de fase da gua do estado l quido para o de vapor a uma press o maior que a atmosf rica O vapor resultante utilizado para o acionamento de m quinas t rmicas para a gera o de pot ncia me
34. Do ponto de vista energ tico biomassa toda mat ria org nica de origem animal ou vegetal que pode ser utilizada na produ o de energia Assim como a energia hidr ulica e outras fontes renov veis a biomassa uma forma indireta de energia solar A energia solar convertida em energia qu mica atrav s da fotoss ntese base dos processos biol gicos de todos os seres vivos O uso deste subproduto como combust vel pode ter um custo efetivo quando ele resolver um problema de disposi o do res duo agr cola ou industrial Uma das principais vantagens da biomassa que embora de efici ncia reduzida seu aproveitamento pode ser feito diretamente atrav s da combust o em fornos caldeiras etc Para aumentar a efici ncia do processo e reduzir impactos s cio ambientais tem se desenvolvido e aperfei oado tecnologias de convers o eficiente como a gaseifica o a pir lise No m dio e longo prazo a menor disponibilidade de fontes n o renov veis e as press es ambientalistas acarretar o maior aproveitamento energ tico da biomassa Mesmo atualmente a biomassa vem sendo mais utilizada na gera o de eletricidade principalmente em sistemas de cogera o e no suprimento de eletricidade de comunidades isoladas da rede el trica A precariedade e falta de informa es oficiais sobre o uso da biomassa para fins energ ticos deve se principalmente aos seguintes fatores 1 trata se de um energ tico tradicionalmente utilizado e
35. K4 0 003454 mmhg m3 ml K Vic 0 ml Tempo amost 120 min Isocinetismo 102 50 eq 5 8 calculada a partir de dados experimen Isocinetismo 95 33 x eq5 7 Figura 6 15 Dados calculados a partir dos valores coletados na primeira amostragem Medic o considerando 7 de umidade nos gases Usina Colombo 200 Medi o 2 C lculo da velocidade m dia do g s na chamin K 34 97 mmhg gfgmol mmH20 K FCP 0 84 1 Raiz DeltaP 1573 mmH20 Tch 1136 62 K 863 62 C Pch 664 4 mmHg 88579 4 Pa 29 34 glg mol vch 71 mis C lculo da vaz o volum trica m dia corrigida base seca do g s Diam 4m 4 12 6 m2 PO CNTP 101325 0 Pa 760 mmhg TO CNTP 293 k u TA Q 319265 1 m3th Q standard 203427 2 m3th Q standard bs 189187 3 Nm3th C lculo do volume de g s amostrado base seca volume total amostrado corre o T 129 00 7 2 146 m3 bs volume total amostrado corre o T 402 00 0 759 m3 bs volume DGM 26 80 def volume DGM 0 759 m3 bs P bar local 710 00 mmhg P orif 5128 mm H20 Tm gasometro 31855 K V standard bs 23 15 dscf V standard bs 0 656 Nm3 bs C lculo da concentra o de particulados m part 0 3646 g 02 gases 98 C part 556 08 C part 11 O2 496 50 mgif im3 emiss o 105 20 kath C lculo do isocinetismo Diam bog 0 009 m amp boq 6 362E 05 m2 K4 0 003454 mmhg m3 ml Vie 0 ml Tempo amost 120 min dos Isocinetismo 96 78 4 eq 5 8
36. Monitoramento 5 2 Balan o de massa e energia nos processos de combust o A vaz o dos gases determinada a partir da composi o qu mica elementar do baga o que a vem a ser o conte do em porcentagem m ssica de carbono Hidrog nio enxofre S oxig nio O nitrog nio N cinzas A e umidade W no combust vel e do coeficiente de excesso de ar Tabela 5 1 Nesta tabela FCU representa o Fator de Corre o da Umidade calculado conforme equa o 5 4 Tabela 5 1 Composi o elementar do combust vel Cortes e Lora 1997 Composi o S mbolo Base Base Carbono 46 79 seca 23 6 umida Hidrog nio H 5 99 seca 3 0 umida Enxofre 5 0 34 seca 0 2 umida Oxig nio O 43 13 seca 21 7 mida Nitrog nio N 0 20 seca 0 1 mida Cinzas A 3 55 seca 1 8 umida Umidade W 49 60 Sacarose 1 7 FCU 0 504 5 2 1 C lculo da quantidade te rica de ar necess ria para a combust o V4 Primeiramente calcula se o consumo de baga o atrav s das condi es operacionais da caldeira conforme a equa o 5 1 Estes s o a vaz o de vapor my a entalpia da gua na entrada hent e do vapor na sa da na realidade deve se conhecer os par metros de temperatura e press o do processo e posteriormente determinar a entalpia a efici ncia da caldeira al m do poder calor fico inferior PCI do combust vel conforme equa o 5 2 Neste trabalho o PCI do baga o foi determinado empregando se a equa o 5 3
37. Press o m dia absoluta do g s mmHg MM Massa molecular do g s 30 54 g g mol A rea da chamin 9 611 Di metro 3 5 m Po Press o nas condi es normais 101 325 Pa 760 mm Hg To Temperatura nas condi es normais 273 K U W Percentual de Umidade Concentra o de NOx ppm mg m mg Nm 2 GI g tvapor Z KZvagaco A Constante de proporcionalidade e igual a 0 17 de Di metro equivalente da se o quadrada da fornalha calculado como quatro vezes a rea da se o quadrada dividido pelo per metro m Tens o t rmica volum trica da fornalha GJ m h Q4 Coeficiente de excesso de ar na sa da da fornalha Qv Tens o t rmica volum trica da fornalha kW m Vg Volume da volume da fornalha m YN Percentual de nitrog nio no combust vel 96 Mya massa molecular do baga o e igual a 387 2 g mole Mn massa molecular do nitrog nio e igual a 14 g mole MDG n mero de moles do g s seco e igual a 79 25A 11 35 coeficiente de excesso de ar n n mero de moles de gua no combust vel por mol de baga o percentual de umidade no combust vel TC taxa de convers o do nitrog nio em xido n trico Myo massa molecular do xido n trico e igual a 30 g mole 43 Perdas por combust o qu mica incompleta 96 Vg Volume de gases secos m kg de combust vel 2 2 C lculo do projeto de ciclone e multiciclones
38. USA 373 380 1971 FIESP CIESP 2001 Amplia o da Oferta de Energia Atrav s da Biomassa FIESP CIESP Setembro 2001 Flood B W Honey A S Munro B M Emissions from bagasse fired boilers Proceedings of the 15th ISSCT International Society Sugar Cane Technology Congress p 1680 1687 1974 vide Bilger and Flood Goldemberg J Coelho S T Levantamento do potencial real de cogera o de excedentes no setor sucroalcooleiro Projeto realizado pelo CENBIO Centro Nacional de Refer ncia em Biomassa Relat rio Final S o Paulo Setembro 2001 Grass S W Jenkins B M 1994 Biomass Fueled Fluidized Bed Combustion Atmospheric Emissions Emission Control Devices and Environmental Regulation Biomass and Bioenergy vol 6 No 4 pp 243 260 1994 Henry J G Heinke G W Environmental Science And Engineering Prentice Hall 1989 IBAMA 2002 www ibama gov br acessado em 27 05 2002 ICAC 2000 Proceedings from ICAC Forum Cutting NO Emissions Institute of Clean Air Companies ICAC March 2000 IPCC Summary for Policy Makers a Report of Working Group I of the Intergovernmental Panel on Climate Change Climate Change 2001 The Scientific Basis 2001 Jornal da cana 2004 www jornaldacana com br acessado em 26 03 2004 221 Kalen B Zenz F A Theoretical Empirical Approach to Saltation Velocity in Cyclone Design AIChE Symposium Series 70 137 p 388 1974 Kroes S
39. atrav s do N cleo de Excel ncia em Gera o Termel trica e Distribu da NEST aprovou no ano de 1998 um projeto no Programa de Aux lio ao Desenvolvimento Cient fico e Tecnol gico PADCT patrocinado pelo Minist rio da Ci ncia e Tecnologia MCT Este projeto denominado Otimiza o do potencial energ tico da cana de a car com minimiza o na emiss o de poluentes foi realizado em parceria com o Centro de Tecnologia da Copersucar no per odo de 2000 a 2004 que forneceu os equipamentos necess rios para as medi es em campo Seu objetivo foi desenvolver sistem ticas e ferramentas para a otimiza o do uso da energia dispon vel na cana de a car visando gerar excedentes de energia el trica com n veis permiss veis de emiss o de poluentes Em 2002 outro projeto de import ncia para a tese foi aprovado denominado Desenvolvimento Cient fico Tecnol gico e Qualifica o de Pessoal de Opera o em Tecnologias Avan adas de Gera o Termel trica projeto este financiado pelo Minist rio de Minas e Energia MME atrav s do programa CTEnerg e que subsidiou v rias medi es em campo al m da compra de equipamentos Finalmente o suporte da f brica de caldeiras CALDEMA Equipamentos Industriais Ltda e da Usina Monte Alegre MG Usina Bioenergia Cogeradora SP Usina Colombo SP e Usina Barra Grande SP tamb m permitiram a viabiliza o deste estudo PRINCIPAIS PUBLICA ES DECORRENTES DA TESE
40. base seca g g mole 29 34 29 34 Vaz o de g s m h 324 678 3 319 265 1 Vaz o corrigida de g s base seca condi o padr o Nm h 191 183 3 189 187 3 Volume total amostrado de g s base seca m 0 811 0 759 Volume corrigido de g s base seca condi o padr o Nm 0 706 0 656 Concentra o de CO 10 8 10 8 Concentra o de CO ppm 25 25 Concentra o de 9 8 9 8 Umidade 7 7 Di metro da boquilha mm 9 9 Press o m dia no orif cio mmH O 52 92 51 28 Numero de pontos transversos e pontos por eixo 6x2 6x2 Tempo de amostragem min 120 120 Isocinetismo 102 50 96 78 Massa retida de material particulado g 0 3741 0 3646 Concentra o mg Nm 530 20 556 08 Concentra o para 11 de O2 mg Nm 473 39 496 50 Taxa de emiss o kg h 101 36 105 20 Condi o padr o 760 mmHg T 293 133 Finalmente deve ser relatado que a terceira medi o realizada na quarta feira 23 07 2003 n o p de ser conclu da devido a problemas em um termopar do equipamento Contudo pode se concluir que os valores de concentra o est o dentro da faixa t pica de multiciclones 4 5 Granulometria dos particulados 4 5 1 Bioenergia Cogeradora Ltda Usina Santo Ant nio Sert ozinho SP Datas 30 07 2002 e 27 09 2002 Neste t pico s o apresentados os valores da distribui o granulom trica das part culas e realizadas pela firma RCLF Medi es Ambientais Cortesia CALDEMA e mostra
41. di metro de corte Vg velocidade do g s APc queda de press o no lavador N consumo espec fico de eletricidade c Poluentes aplic veis S o empregados principalmente para controlar material particulado MP inclusive MP menor do que ou igual a 2 5 um em di metro aerodin mico PM gt s Embora capaz de controlar compostos org nicos vol teis VOC geralmente s o limitados a controlar MP e gases com alta solubilidade EPA 1992 EPA 1996 Lavador de bandejas Torre de nebuliza o Lavador venturi v Entrada tA Entrada e Entrada da gua Entrada da gua do gua 9000 gua M i 7 de 1 0um dc 1 1um dc 0 1 at 0 4um Vg 1 0m s V9 0 98 1 8m s Vg 40 at 150m s APc 2 at 3kPo APc 0 2 at 2 0kPa APc 3 0 at 20kPA Agua ar l m3 0 26 0 39 Agua ar l m5 0 05 at 10 Agua ar l m5 0 5 at 5 0 N 52 0 130 0 kWh 1000m N 13 8 52 0kWh 1000m N278 0 312kWh 1000m Figura 3 24 Esquemas dos tipos de lavadores de g s mais difundidos Lora 2002 d Limites de emiss o e redu es alcan adas As efici ncias de cole o variam entre 70 e mais do que 99 dependendo da aplica o As remo es s o geralmente maiores para MP com di metros aerodin micos de aproximadamente 0 5 a 5 um Alguns lavadores venturi s o projetados com uma garganta ajust vel para controlar a velocidade do fluxo de g s e a queda de press o perda de carga O aumento na efici ncia do mesmo leva a um aumento na queda d
42. e do baga o substituindo leo combust vel Macedo 2000 Al m da possibilidade de aumento na produ o uso de etanol redu es adicionais nas emiss es de podem ser obtidas nos pr ximos anos atrav s do uso como combust vel da palha da cana Embora as emiss es de gases estufa sem considerar o na queima da cana sejam pequenas 1 a 5 kg cana a redu o de rea queimada com uso energ tico da palha pode levar 27 a grande contribui o Redu es de 55 da rea queimada com recupera o de apenas 50 de palha nesta rea evitariam a emiss o de 25 milh es toneladas de CO ano com tecnologias avan adas de convers o termoel trica ou at 50 desta emiss o com ciclos a vapor convencionais Macedo 2000 Depois de vinte e cinco anos de uso do etanol em larga escala como combust vel automotivo no Brasil um s lido conhecimento dos impactos ambientais advindos da agricultura processamento industrial da cana torna poss vel analisar o ciclo completo e avaliar a sustentabilidade do sistema Em particular com rela o s emiss es de gases estufa o sistema agroindustrial da cana aparece hoje com grande destaque como mitigador de emiss es em uma escala importante Valores atualizados para os fluxos de energia na agroind stria da cana na produ o de etanol de forma agregada s o vistos na Tabela 1 12 Tabela 1 12 Balan o de energia na produ o de cana de a car e etanol MJ t cana Ma
43. e do combust vel Vi 0 79 V2 m kg 5 12 N 1 t 3 Vi 0 008 N m kg 5 13 100 py sendo O peso especifico do nitrog nio e aproximadamente 1 25 kg m em condi es normais de temperatura e press o Portanto VM VN VN 0 79 V2 0 008N m kg 5 14 5 2 2 3 C lculo do volume te rico de vapores de gua nos gases O vapor de gua formado nos gases devido principalmente a a Rea o do hidrog nio do combust vel com o oxig nio R b Umidade do combust vel W c Umidade do ar d Vio Vo EQUI UV po 5 15 As equa es para o c lculo de cada componente s o H VE o 11 1 0 111H m kg 5 16 2 100 100 0 0124 w m kg 5 17 148 d v x Par 1 1000 pio Vo 0 0161 V2 m3 kg 5 18 sendo 0 805 kg m3 peso espec fico da gua par 1 293 kg m3 peso espec fico do ar d 10 g de vapor kg de ar umidade absoluta m dia do ar Conhecido o volume te rico de gases e atrav s da equa o 5 10 pode se determinar o volume real de g s Durante a combust o com a gt 1 o volume real de produtos da combust o maior do que o te rico Isto ocorre devido o volume de ar administrado na fornalha estar em excesso excesso de ar infiltra es al m do volume de vapores de gua contidos no mesmo Vg V 1 0161 a 1 V2 m kg 5 19 O valor de Vg calculado para cond
44. em combust veis s lidos l quidos e gasosos Tabela 3 3 Os combust veis s lidos como s o normalmente produzidos por atividades prim rias s o classificados por origem Os combust veis l quidos e gasosos sendo resultado de processos de transforma o de biomassa s o classificados pelos processos que lhes deram origem Tabela 3 3 Classifica o de combust veis gerados a partir de biomassa Cortez e Lora 1997 Madeira e outros Produtos Prim rios modo Materiais ligno celul sicos Combe o Produtos Secund rios Carv o vegetal Agricultura Subprodutos residuos Silvicultura Atividades urbanas Fermenta o etanol metanol etc Combust veis L quidos Pir lise Liquefa o Processo biol gico digest o anaer bica biog s Gaseifica o Combust veis Gasosos Como mostra a Figura 3 3 a convers o energ tica da biomassa pode ser realizada atrav s de diferentes processos combust o ou queima direta gaseifica o pir lise liquefa o fermenta o e biodigest o Resumidamente estes processos definem se como Cortez e Lora 1997 a Combust o ou Queima Direta Rea o entre os componentes combust veis da biomassa e o oxig nio fornecido em quantidade acima da estequiom trica Este processo caracteriza se por estar acompanhado de libera o de grande quantidade de energia b Gaseifica o Aquecimento da biomassa em presen a de oxidante ar ou
45. es em 2000 1 N NE 1 527 e C Sul 8 990 retomando o aumento nos anos seguintes para o patamar de 14 bilh es de litros na safra 2002 3 quando apenas o C Sul produziu mais de 11 bilh es de litros ainda n o se disp em dos valores finais da safra do Norte Nordeste segundo BNDES 2004 Regi o Nordeste 12 1 Regi o Norte 0 2 Regi o Centro Oeste 12 0 Regi o Sul 7 7 Regiao Sudeste 68 0 Figura 1 6 Distribui o percentual da produ o nacional de lcool anidro e hidratado segundo grandes regi es ANP 2003 Devido s vantagens j citadas do emprego do lcool em ve culos automotores v rios pa ses tamb m t m implementado programas de expans o do uso deste combust vel Os Estados Unidos j possuem uma frota de mais de um milh o e meio de ve culos flex veis rodam com diversas misturas de lcool e gasolina e dever o aumentar a utiliza o do lcool misturado gasolina em raz o do banimento do MTBE metil t rcio butil ter na Calif rnia e em outros estados em virtude da contamina o dos len is fre ticos causada por esse derivado do petr leo Austr lia Tail ndia 13 M xico Su cia Uni o Europ ia Canad Col mbia India China e Jap o j ensaiam programas de lcool estimulados por preocupa es ambientais e agr colas 1 3 A cogera o na ind stria sucroalcooleira estado atual e perspectivas A cogera o definida como a gera o de pot ncia mec nica e ou e
46. fontes e processos de forma o OMS 2000 Lora 2002 Poluente Fontes Processos A Combust o refinarias centrais t rmicas ve culos diesel Antropog nicas Processos Industriais xidos de Enxofre SOx Vulcanismo Naturais Processos biol gicos Antropog nicas Combust o ve culos e ind stria Naturais Emiss es da vegeta o Refinarias Petroqu micas Ve culos Evapora o de combust veis e solventes Antropog nicas Combust o ve culos xidos de Nitrog nio NOx Compostos Org nicos Vol teis COV Antropog nicas Mon xido de Carbono CO Naturais Emiss es da vegeta o e Antropog nicas Combust o Di xido de Carbono CO2 pog Naturais Queimadas naturais Ro Gasolina com chumbo Chumbo Pb Antropog nicas A Incinera o de res duos Combust o fod Processos industriais Antropog nicas E Condensa o de outros poluentes Part culas 3 Extra o de minerais Eros o e lica Naturais Vulcanismo b Hidrocarbonetos S o gases e vapores com odor desagrad vel similar gasolina ou Diesel irritantes aos olhos nariz pele e trato respirat rio superior resultantes da queima incompleta e evapora o de combust veis e outros produtos vol teis Podem vir a causar dano celular sendo que diversos hidrocarbonetos s o considerados carcinog nicos e mutag nicos Participam ainda na forma o dos oxidantes f
47. limitada pelos materiais de constru o do ciclone Existem aplica es que trabalham com temperaturas de 540 C Wark and Warner 1981 Perry 1994 3 Concentra o Valores t picos de concentra o variam entre 2 3 a 230 g Nm Wark and Warner 1981 Em aplica es especiais pode alcan ar valores tanto de 16000 g Nm quanto de 1 g Nm Avallone 1996 96 f 4 Outras Considera es Os ciclones operam com mais desempenho quando a carga de poluente mais alta desde que ele n o entupa Cargas de poluentes maiores s o em geral associadas a sistemas de grande fluxo g Exig ncias de pr tratamento Em geral nenhum pr tratamento requerido para os ciclones h Teoria de opera o Os ciclones usam a in rcia para remover as part culas do fluxo de g s atrav s da for a centr fuga gerada no fluxo de g s normalmente dentro de uma c mara c nica criando um v rtice duplo dentro do corpo do ciclone O g s que entra for ado a um movimento circular para baixo e na parte inferior for ado a girar formando espirais que passam pelo centro do tubo saindo no topo do mesmo As part culas portanto s o for adas contra o corpo do ciclone devido for a centrifuga do g s girando por m nelas tamb m age a for a de arraste do g s escoando atrav s e para fora do ciclone Para as part culas grandes o momento inercial ultrapassa a for a de arraste de maneira que as part culas alcan am as
48. mais cr tica Este m todo complexo de aplicar pois preciso determinar as fontes respons veis pelas maiores emiss es S02 SOzno ar ambiente lt 3 N ug m 24h Combust vel me X kj s Termel trica Figura 2 2 Filosofias do controle da polui o do ar Padr es de qualidade do ar Lora 2002 Atualmente discute se muito sobre as vantagens do controle da polui o por Impostos ou Taxas por Emiss o de Poluentes tamb m conhecido como m todo de incentivos econ micos ou poluidor pagador Assim o poluidor estaria supostamente obrigado economicamente a introduzir as tecnologias de controle de emiss es dispon veis no mercado Consiste em estabelecer uma taxa a ser paga por tonelada de diferentes poluentes lan ados atmosfera 41 0 lt t h 8 Pagos a ag ncias ambientais Governo etc Combust vel gt Termel trica Figura 2 3 Filosofias do controle da polui o do ar Impostos ou taxas por emiss o Lora 2002 Finalmente o m todo do Custo Beneficio considera a diminui o dos custos por danos causados pela polui o ambiental com o incremento dos custos de controle da mesma Teoricamente se poderia chegar a uma concentra o dada do poluente para a qual os custos por danos igualam se aos custos devido introdu o de tecnologias de controle da polui o Evidentemente a quantifica o dos custos por danos causados pela polui o extremamente dif ci
49. o Nos menores valores de temperatura as rea es cin ticas s o lentas e a am nia atravessa a caldeira arraste de am nia Nos valores de temperatura mais altos o reagente oxida e NOx adicional gerado A Figura 5 8 apresenta a efici ncia de redu o de NOx por ur ia e am nia em sistemas SNCR para diferentes temperaturas da caldeira Para am nia a temperatura tima est na faixa de 870 C a 1050 C e que pode ser reduzida pela adi o de gasoso junto am nia Para a ur ia a faixa tima est entre 900 C e 1150 C por m podem ser usados elementos aditivos para o reagente e aumentar a faixa de temperatura EPA 1998a O reagente injetado na caldeira em regi es onde a temperatura do g s de combust o est dentro da faixa especificada Considerando que as temperaturas de rea o s o elevadas a inje o ocorre na pr pria caldeira Em geral o reagente injetado nas regi es convectivas e radiantes feixe convectivo superaquecedor e reaquecedor onde a faixa de temperatura apropriada 169 Efici ncia de redu o de NOx 1200 1400 1600 1800 2000 Temperatura F Figura 5 8 Efeito da temperatura na redu o de NOx em sistemas de redu o seletiva n o catal tica EPA 2002 b Tempo de resid ncia O tempo de resid ncia o tempo que os reagentes est o presentes dentro do reator qu mico ou seja a rea superior da fornalha e passos convectivos Antes do
50. o qualitativa de separadores de particulados US Army 2003c Lora 2002 ee Tipo de separador Avalia o a PEE Ciclones Lavadores de g s Filtros de mangas Precipitadores eletrost ticos e Baixo custo e Pode tratar particulado e Alta efici ncia e Alta efici ncia e Opera o a altas inflam vel e explosivo e Pode separar uma e Pode tratar grandes temperaturas e Absor o e remo o de grande variedade de volumes de gases com uma e Baixo custo de particulados no mesmo particulados pequena queda de press o Manger manuten o n o tem equipamento m Projeto modular Separa o seca e mida partes m veis e Variada efici ncia de e Baixa queda de Ampla faixa de remo o press o temperaturas de opera o e Neutraliza o de gases e e Baixos custos de opera o particulados corrosivos e Resfriamento dos gases e Baixa efici ncia e Corros o e Ocupauma rea e Alto custo de de lt 5 10 um e Polui o secund ria um consider vel investimento e Alto custo de efluente l quido a tratar e Dano s mangas N o controla emiss es opera o queda de e Contamina o das por altas gasosas press o part culas n o recicl veis temperaturas e gases e Pouca flexibilidade Desvantagens corrosivos e Ocupa um grande espa o e As mangas n o afetado pela resistividade operam em condi es das cinzas midas e Perigo de fogo e explos o 87
51. proporcional ao n mero de ciclones R ano t N mero de horas anual de opera o da instala o h ano 2 3 C lculo do projeto de lavador de g s venturi Magua Vaz o de gua no venturi do lavador m s Velocidade m dia da mistura g s gua na garganta do venturi m s Vegas Velocidade do g s na garganta do venturi m s Di metro da gota de gua ap s a atomiza o mm Peas Press o do g s de exaust o bar Hgas Viscosidade din mica do g s kg m s Peas Massa espec fica do g s kg m PMgas Peso molecular do g s kg mol Hoota Viscosidade din mica da gota kg m s Pgota Massa espec fica da gota kg m Ppar Massa espec fica da part cula kg m Loars Comprimento da garganta m Loarg ad Comprimento adimensional da garganta m AP Perda de carga no lavador Pa M ximo calor liberado pela caldeira kW MW Fator de capacidade total do sistema REN Rela o estequiom trica normalizada Utiliza o de reagente Mreag Vaz o m ssica de reagente kg h Mso Vaz o m ssica de solu o kg h Vso Vaz o volum trica de solu o kg h Vian Volume total armazenado no tanque litros ITC Investimento total de capital CDC Custo direto de capital CIC Custo indireto de capital CAT Custos anuais totais CAD Custos anuais diretos CAI Custos anuais indiretos NOX emov Volume anu
52. stria sucroalcooleira No Brasil o uso intenso do lcool restringe a emiss o de poluentes da crescente frota de ve culos principalmente de mon xido de carbono xidos de enxofre compostos org nicos t xicos como o benzeno e compostos de chumbo Assim o aspecto energ tico da cana de a car al m de ter uma import ncia econ mica indiscut vel apresenta tamb m vantagens ambientais que devem ser consideradas o que colabora a manter o Brasil com um baixo ndice de emiss o de quando comparados a outros pa ses conforme Figura 1 3 1 2 Passado presente e futuro do lcool Em 1975 dois anos ap s o choque do petr leo o Brasil apostou no lcool combust vel como alternativa para diminuir sua vulnerabilidade energ tica e reduzir a depend ncia do petr leo Criou se um programa de diversifica o para a ind stria a ucareira com grandes investimentos p blicos e privados apoiados pelo Banco Mundial o que possibilitou a amplia o da rea plantada com cana de a car e a implanta o de destilarias de lcool aut nomas ou anexas s usinas de a car existentes A utiliza o em larga escala do lcool deu se em duas etapas inicialmente como aditivo gasolina lcool anidro num percentual de 20 passando depois a 22 A partir de 1980 o lcool passou a ser usado para mover ve culos cujos motores o utilizavam como combust vel puro lcool hidratado mas que como ainda eram adapta es dos mode
53. vel considerando que todo ele NO transforma se em NO Os xidos de nitrog nio do combust vel come am a se formar por volta de 900 1 000 K e a 1 600 K podem constituir cerca de 70 da emiss o total de NOx Durante a combust o de metano em ar chama pr misturada com baixa concentra o de combust vel observam se dois mecanismos adicionais Lora 2002 O mecanismo atrav s do xido nitroso N20 N 0 M 5 N 50 M 3 9 NO 0 gt 2NO 3 10 NO H gt NH 3 11 O mecanismo atrav s do radical NNH N H NNH 3 12 NNH O gt NO NH 3 13 A convers o do nitrog nio do combustivel em NO fortemente dependente da rela o ar combust vel mas relativamente independente de varia es na temperatura da zona de combust o Ent o reduzindo se a disponibilidade de oxig nio durante as fases iniciais de combust o pode se controlar esta convers o T cnicas tais como a de controle da rela o ar combust vel e combust o estagiada podem garantir uma redu o significante nas emiss es de NOx A remo o do teor de nitrog nio do combust vel antes da queima tecnicamente poss vel Por m por m a troca de um combust vel com alto conte do de nitrog nio por outro com um teor menor pode ser uma maneira efetiva de redu o das emiss es de NOx do tipo combust vel quando n o implicar em aspectos econ micos a utiliza o de um determinado 69 combustivel cujperncetual apresentado para d
54. 0 106 3 96 12 02 5 9 13 3 429 1 37 146 0 111 6 96 12 03 5 8 13 5 286 1 37 156 0 106 3 12 06 4 9 14 2 959 1 3 131 0 108 12 10 7 1 12 2 255 1 43 160 0 111 96 150 12 11 6 3 13 150 1 48 154 0 106 96 12 12 5 8 13 5 255 1 37 149 0 112 7 238 III 1 Planilha de c lculo da vaz o de gases Microsoft Excel ANEXO Telas dos programas elaborados empregados no estudo Arial 10 NIS amp Calor necessario CalcEquipPol_Mult amp Scrub_Tese_Jan04 is Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda Adobe PDF A EEI CEAR Soc ez Toa JeF EH BE om 8 00 30 Es t off DEB Digite uma pergunta df ERE Carbono 46 79 Hidrog nio 539 x Ensofre 0 34 Osig nio 4343 Nitrog nio 0 20 Cinzas 3258 x Umidade 4960 Sacarose Tr x Par metros gerais Cono part entrada Acelera o da gravidade Dados relativos ao g s de exaust o Press o do g s de exaust o viscosidade din mica do g s Massa espec fica do g s Peso molecular do g s Temperatura da gota Massa espec fica da gota Viscosidade din mica da gota Tens o superficial da gota Dados relativos s part culas Massa espec fica da part cula base seca base seca base seca base seca base seca base seca 10 0 3 81 1 013 2 63 05 0 726 28 97 Dados relativos gota agua de atomiza o 20 338 2 0 001002 0 072 Composi o elementar de ref
55. 1 Produ o brasileira de cana a car e alcool nas safras de 1997 1998 a 2002 2003 BNDES 2004 Tabela 1 2 Dados econ micos e de produ o do setor na safra de 2002 2003 www jornalcana com br acessado em 26 03 2004 Tabela 1 3 Potencial de cogera o no Brasil em MW Eletrobr s 1999 Tabela 1 4 Potencial de gera o de eletricidade a partir de biomassa no Brasil Goldemberg e Coelho 2001 Tabela 1 5 Cogera o em usinas de a car e lcool sistemas convencional e com gaseifica o BNDES 2003 Tabela 1 6 Potencial de cogera o e de gera o de energia el trica excedente em usinas uso na safra 4 400 h ano base 320 milh es de t cana ano Macedo 2004 Tabela 1 7 Compara o das emiss es de durante a gera o de eletricidade com diferentes combust veis FIESP CIESP 2001 Tabela 1 8 Emiss es durante a queima de cana de a car para a colheita Coelho 1999 apud EPA 1985 Tabela 1 9 Emiss es de poluentes em caldeiras a baga o EPA 1995 Tabela 1 10 Fontes antropog nicas dos gases estufa Lora 2002 Tabela 1 11 Opera es de cr ditos de carbono realizadas na Chicago Climate Exchange na27 semana do dia 25 de outubro de 2004 in cio do processo de ratifica o pela R ssia www chicagoclimateexchange com Tabela 1 12 Balan o de energia na produ o de cana de a car e etanol MJ t cana Macedo 2002 Tabela 1 13 Emiss o de equivalente durante as etapas de produ o d
56. 1500 1200 900 600 4 CO CEN 0 1 8 0 20 40 60 80 100 Concentra o in Concentra o out Figura 6 19 Concentra o de part culas na entrada in na sa da out para multiciclone tipo Petterson amp Witby em fun o do tamanho das mesmas mg Nm3 Lavador venturi 1800 4 1500 1200 900 600 300 8 2 4 8 u 8 e gi 0 20 40 60 80 100 e Concentra o in s Concentra o out dp microns Figura 6 20 Concentra o de part culas na entrada in e na sa da out para o lavador tipo venturi em fun o do tamanho das mesmas 214 mg Nm3 Lavador venturi multiciclone 500 400 300 4 200 100 4 santos 0 20 40 60 80 100 e Concentra o in amp Concentra o out dp microns Figura 6 21 Concentra o de part culas na entrada in e na sa da out para o lavador tipo venturi associado ao multiciclone tipo Petterson amp Witby em fun o do tamanho das mesmas A fim de se verificar a varia o no n mero de ciclones em fun o da varia o do custo da eletricidade an lises de sensibilidade foram realizadas A Figura 6 22 apresenta o resultado do c lculo de otimiza o para o caso em que se diminui o pre o da eletricidade em 10 e quando se aumenta at 20 com rela
57. 8 Comportamento da forma o de NOx com rela o ao excesso de ar todas as medi es Figura 6 9 Rela o entre a concentra o de NOx e a de CO para valores decrescentes de excesso de ar considerando dados da caldeira 2 Figura 6 10 Rela o entre o excesso de ar a concentra o de NOx medida e os valores calculados de q3 Figura 6 11 Rosa dos Ventos M dia Anual para o Per odo 2 000 e 2 001 Esta o Meteorol gica do Aeroporto pr ximo da Usina Barra Grande Figura 6 12 Rela o entre o custo de capital anualizado CA e o custo espec fico de controle CR para diferentes coeficientes de excesso de ar e varia o do tempo de utiliza o anual Figura 6 13 Dados calculados a partir dos valores coletados na primeira amostragem Medi o considerando 25 de umidade nos gases Usina Santo Ant nio Figura 6 14 Dados calculados a partir dos valores coletados na segunda amostragem Medi o considerando 25 de umidade nos gases Usina Santo Ant nio Figura 6 15 Dados calculados a partir dos valores coletados na primeira amostragem Medi o considerando 7 de umidade nos gases Usina Colombo Figura 6 16 Dados calculados a partir dos valores coletados na segunda amostragem Medi o considerando 7 de umidade nos gases Usina Colombo Figura 6 17 Efici ncia por fra es Figura 6 18 Concentra o de part culas na entrada in e na sa da out para o multiciclone tipo Swift em fun o do tamanho das mesmas Figura 6 19 Concen
58. 9 15 3 14 6 Xair 32 33 36 49 31 40 19 23 20 25 NO ppm 178 171 188 203 182 206 172 175 225 214 NOx ppm 187 180 197 213 191 216 181 184 236 225 228 Medi o em 27 9 2002 Duto antes do lavador de gases Medi o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 T amb C 40 37 38 38 38 40 40 38 40 38 exaus 158 159 158 157 161 157 158 158 159 158 3 2 41 53 39 38 56 49 3 71 5 4 5 204 119 112 161 196 156 220 192 202 257 15 5 14 8 13 7 14 9 15 13 4 14 15 1 13 6 13 9 Xair 18 24 34 23 22 37 31 22 35 32 NO ppm 149 217 216 191 190 200 217 224 177 228 NOx ppm 156 228 227 201 200 210 228 235 186 239 Chamin ap s o lavador de gases Medi o 1 2 3 4 5 6 7 amp 9 10 amb 34 34 35 31 35 37 36 36 37 36 exaus 111 103 109 164 96 69 69 69 97 69 O 96 5 5 2 5 5 6 9 5 6 34 39 3 5 4 2 109 147 131 180 244 112 104 139 209 145 13 9 13 8 13 5 12 3 13 9 13 1 15 4 14 9 15 3 14 6 Xair 32 33 36 49 31 40 19 23 20 25 178 171 188 203 182 206 172 175 225 214 NOx ppm 187 180 197 213 191 216 181 184 236 225 229 Tabelas com os valores medidos nas 3 chamin s da Usina Barra Grande bem como os resultados da dispers o
59. EE Mon xido de carbono 5 horas O 10 000 Infravermelho n o dispersivo Oxidantes fotoqu micos oz nio I hora 0 160 Quimioluminesc ncia 1 N o deve ser excedido mais que urna vez ao ano 2 M dia geom trica anual 3 M dia aritm tica anual Tabela 2 5 Padr es de qualidade do ar adotados pela Ag ncia de Prote o Ambiental dos Estados Unidos EPA 2004 Poluente Tempo de amostragem Padr o M todo de medi o E ug m D 24h 365 m Di xido de enxofre M dia Aritm tica Anual 80 Pararosanilina Part culas inal veis MP 10 24n 130 Separa o Inercial M dia Aritm tica Anual Sees Part culas inal veis MP 2 5 24n 80 Separa o Inercial M dia Aritm tica Anual ps D Mon xido de carbono E TO Infravermelho n o Dispersivo D Oz nio s 008 a uimiluminesc ncia Hidrocarbonetos menos metano h 6h s 9h 160 0 24 ppm Cromatografia gasosa Di xido de nitrog nio M dia Aritm tica Anual 100 Quimiluminesc ncia Chumbo M dia Aritm tica Trimestral 1 5 Absor o At mica 1 N o deve ser excedido mais que uma vez ao ano 2 Uma regi o atende ao padr o de 8h de se a m dia de 3 anos do 40 valor mais alto m ximas di rias da m dia de 8h de cada ano for menor ou igual a 0 08 ppm Tabela 2 6 Limites m ximos da concentra o de poluentes no ar recomendados pela Organiza o Mundial da Sa
60. M C R ssia ratifica o Protocolo de Quioto http www cepea esalq usp br pdf artigo economiaambiental pdf acessado em novembro de 2004 p g 42 Ben tez J Process Engineering and Design for Air Pollution Control PTR Prentice Hall 1993 Bilger R W and Flood B W Oxides of nitrogen emissions from bagasse fired boilers Proc Clean Air Conf p 189 211 1974 BNDES 2004 Amplia o da produ o de etanol e cogera o de energia el trica Banco Nacional de Desenvolvimento Econ mico e Social Documento de base para discuss o 2004 Boll R H Particle collection and pressure drop in venturi scrubbers Ind Eng Chem Fundam 12 pp 40 50 1973 CALDEMA Equipamentos Industriais Ltda Comunica o pessoal com o Engenheiro Barata Calvert S Venturi and other atomizing scrubbers efficiency and pressure drop AIChE J 16 3 pp 392 396 1970 Carli A Heide B von der Hybrid System Combined SNCR Plus SCR Technologies for Post Combustion NOx Reduction Conference Proceedings Power Gen 98 Europe 1998 219 CETESB 1999 Apostila do curso Amostragem em Dutos ou Chamin s de Fontes Estacion rias S o Paulo 1999 Coelho S T Mecanismos para implementa o da cogera o de eletricidade a partir de biomassa Um modelo para o estado de S o Paulo Tese de Doutorado Escola Polit cnica Universidade de S o Paulo S o Paulo 278 p 1999 Committee
61. Marvulle IRN UNIFEI Prof Dr Osvaldo Jos Venturi IEM UNIFEI Prof Dr Electo Eduardo Silva Lora Orientador IEM UNIFEI Prof Dr Antonio Carlos Zambroni de Souza Presidente da Banca ISEE UNIFEI DEDICATORIA Dedico este trabalho ao meu Pai a minha esposa e aos meus filhos AGRADECIMENTOS A minha m e e aos meus irm os pelo apoio e incentivo minha decis o Ao Prof Dr Electo Eduardo Silva Lora pela amizade e orienta o Ao Prof Dr Angel Luis Brito Sauvanell da Universidade de Oriente Cuba e aos pesquisadores Eng Robledo Wakin Barros MSc Antonio da Silva do Amaral Brites MSc Jos Joaquim Concei o Soares Santos MSc Rubenildo Vieira Andrade MSc Marcelo Zampieri e Eng Humberto Wilke pelo apoio nas medi es industriais Ao desenhista Messias Tadeu Salgado pela arte Aos meus colegas de P s Gradua o e do NEST pelo conv vio Aos professores e funcion rios da UNIFEI que de forma direta ou indireta ajudaram para a realiza o deste trabalho Copersucar e Cetesb pela orienta o e incentivo s medi es CALDEMA Equipamentos Industriais Ltda Usina Monte Alegre Monte Belo MG Usina Bioenergia Cogeradora Sert ozinho SP Usina Colombo Ariranha SP e Usina Barra Grande de Len is Len is Paulista SP A CAPES e FINEP pelo apoio financeiro MOTIVACAO Em fun o da crescente demanda de energia el trica no pa s e da falta de perspectiva de grandes investimentos do setor em
62. OMS 2000 Lora 2002 Tabela 2 13 Indice de qualidade do ar CETESB CAPITULO 3 Tabela 3 1 Valores t picos da composi o de baga o madeira carv o e leo EPA 2004 Tabela 3 2 Par metros de projeto da caldeira AUP 40 Cortesia de CALDEMA Tabela 3 3 Classifica o de combust veis gerados a partir de biomassa Cortez e Lora 1997 Tabela 3 4 Fam lia dos compostos nitrogenados EPA 2002 Tabela 3 5 Depend ncia entre a concentra o de equil brio de NO Cwo e a temperatura na zona de rea o Sigal 1988 Tabela 3 6 Conte do de nitrog nio em diferentes combust veis Lora 2002 Tabela 3 7 Classifica o dos m todos de controle das emiss es de xidos de nitrog nio Lora 2002 Tabela 3 8 Fatores de emiss o para o caso da queima de baga o EPA 1995 Tabela 3 9 Composi o m dia da granulometria de cinza vol til para diferentes sistemas de combust o de baga o Flood et alli 1974 Tabela 3 10 Efici ncia dos sistemas de controle de MP em fun o do tamanho das part culas Lora 2002 Tabela 3 11 Princ pios f sicos dos sistemas de controle de particulados US Army 2003c Tabela 3 12 Compara o qualitativa de separadores de particulados US Army 2003c Lora 2002 Tabela 3 13 Faixa de efici ncia de remo o para os principais sistemas de controle de material particulado em fun o do combust vel e sistema de combust o empregado US Army 2003c Tabela 3 14 Classifica o dos ciclones e princip
63. Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 1 medidos no dia 27 10 2004 com a caldeira operando com 130 155 e 160 t h de vapor 76 77 77 79 80 81 84 84 85 88 92 94 95 96 100 102 103 106 108 109 110 100 112 113 114 120 120 121 122 Figura 4 12 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 1 medidos no dia 28 10 2004 com a caldeira operando com 150 t h de vapor Figura 4 13 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 2 medidos no dia 24 11 2004 com a caldeira operando com 140 e 160 t h de vapor Figura 4 14 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 2 medidos no dia 24 11 2004 com a caldeira operando com gera o de vapor vari vel Figura 4 15 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 3 medidos no dia 29 10 2004 com a caldeira operando com 150 160 170 180 e 195 t h de vapor Figura 4 16 Valores de concentra o de
64. alimentam um c rculo virtuoso de subprodutos Figura 1 2 produzem a car como alimento lcool hidratado para movimentar ve culos e lcool anidro para melhorar o desempenho energ tico e ambiental da gasolina vapor de processo e energia el trica vinda da queima do baga o nas caldeiras al m de milhares de empregos diretos e indiretos A maior vantagem que este c rculo cont nuo oriundo de biomassa o que contribui para a redu o da emiss o de Tamb m ha de mencionar o desenvolvimento tecnol gico de pesquisas e o know how adquirido pelo pa s Emiss es atmosf ricas Outros Produtos Ind strias A car Empregos Alcool anidro Vinha a Alcool hidratado CO Baga o Eletricidade G s Cogera o Pot ncia t rmica e el trica consumo excedentes Figura 1 2 Produtos e subprodutos de diferentes etapas do processo sucroalcooleiro Finalmente cabe salientar a procura pelo Desenvolvimento Sustentavel Termo criado em 1987 definido no Relat rio Nosso Futuro Comum da Bruntland Commision Comiss o Mundial para Meio Ambiente e Desenvolvimento como desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das futuras gera es satisfazerem as suas pr prias necessidades Existem diferentes interpreta es para o termo desenvolvimento sustent vel e no Brasil adota se a mesma defini o do documento Nosso Futuro Comum Em s ntese pode
65. bif sico para o c lculo da perda de carga e estudou o comportamento pela separa o do fluxo em um difusor Mais recente modelos tridimensionais foram apresentados por Fathikalahi 1996 e Viswanathan 1997 Estes modelos consideram a n o uniformidade do tamanho das gotas sua distribui o dispersa o momento de in rcia do l quido a perda de movimento nas dire es axial e lateral o movimento das part culas na dire o axial por convec o e a remo o pelos 159 mecanismos inercial e intercep o direta A t cnica empregada para a modelagem do mecanismo de separa o no lavador o M todo Particle in Cell PIC Neste trabalho o modelo adotado para predizer o desempenho do lavador tipo venturi foi o de Yung e sugerida por Licht 1988 Este modelo segundo Pulley 1997 apresenta uma predi o melhor do que os de Calvert e Boll que ap s um levantamento comparativo dos principais modelos anal ticos conclui que a metodologia se adapta para prop sitos de projeto Modelos mais recentes conduzem a resultados mais apurados por m requerem o uso de softwares especiais como o pacote CFD e o PIC Viswanathan et al 1983 5 4 1 Projeto de lavadores tipo Venturi A caracter stica principal de um lavador venturi a presen a do estrangulamento onde o g s na entrada passa por uma se o convergente fazendo sua velocidade aumentar Figura 5 4 No caso de se empregar o modelo de Yung 1978 considera se a atomiza o d
66. cnica e econ mica do emprego de multiciclones tipo Swift e Petterson amp Witby e lavadores de g s tipo venturi e a associa o de multiciclones tipo Petterson amp Witby e lavadores de g s tipo venturi Para os casos com lavador de g s a concentra o dos gases na sa da da chamin a ser atingida foi 120 mg Nm Os resultados s o comparados na forma de custo anual espec fico do tratamento de 1 m de g s 6 1 Resultados do estudo da emiss o de xidos de nitrog nio 6 1 1 Resultados do estudo da Usina Monte Alegre novembro de 1999 Na Figura 6 1 pode se notar que o excesso de ar influencia na efici ncia da caldeira Quando a caldeira opera com valores m nimos de excesso de ar por volta de 33 a efici ncia da mesma tende a valores maiores por volta de 84 como tamb m sua carga por volta de 43 t h est mais pr xima da condi o nominal 45 t h As condi es de faixa m dia e m xima de excesso de ar levam a uma redu o na efici ncia devido a diminui o na carga da caldeira Ou seja a redu o do consumo de baga o sem redu o equivalente da rela o ar combust vel E finalmente ainda na Figura 6 1 apresenta se uma m dia de todos os dados denominado teste onde se mostra que caldeira opera dentro da faixa usual de efici ncia 90 00 43 00 42 50 80 00 e 42 00 o 70 00 o i 2 41 50 o a gt 8 60 00 41 00 E x o S 40 50 am
67. cola pode ser avaliado de v rias formas existem estimativas de 1 litro de leo diesel para cada 10 litros de lcool produzido Coelho 1999 J Uhlig 1995 considera que nas opera es agr colas s o consumidos de 0 26 a 0 48 litro de leo diesel por tonelada de cana e na colheita os consumos s o de 0 96 litro de leo diesel por tonelada de cana para colheita mecanizada e 0 20 litro de leo diesel por tonelada de cana em colheita manual Tamb m devem ser consideradas as emiss es dos treminh es no percurso entre o canavial e a usina 1 4 2 Fase industrial Na parte industrial os efluentes e res duos mais importantes s o a torta de filtro a vinha a aproximadamente 12 litros por litro de lcool produzido e as guas de lavagem aproximadamente 3 5 m tonelada de cana conforme Coelho 1999 al m dos poluentes do processo de queima do baga o para produ o de vapor e eletricidade que ser descrito nos cap tulos seguintes A Tabela 1 9 a Figura 1 8 apresentam os principais poluentes atmosf ricos emitidos pelas caldeiras Tabela 1 9 Emiss es de poluentes em caldeiras a baga o EPA 1995 Poluente Emiss es Unidade xidos de enxofre Desprez vel xidos de nitrog nio 0 6 kg t de baga o 8 0 kg t de baga o Particulados ii 0 3 g kg de vapor Baga o com 50 de umidade 21 1 5 Contribui o mitiga o do efeito estufa e cr ditos de carbono Um dos problemas
68. colocar a sonda no interior da chamin no primeiro ponto tendo o cuidado de verificar se a v lvula do ajuste grosso est completamente fechada e a do ajuste fino completamente aberta Ligar a bomba e ajustar o fluxo abrindo a v lvula de ajuste grosso e em seguida ajustar a vaz o com a v lvula do ajuste fino para uma coleta isocin tica e simultaneamente acionar o cron metro Considerar isocin tica a coleta em cada ponto se estiver entre 90 e 110 Certificar se de que a depress o no vacu metro n o exceda 50 663 Pa 380 mmHg Caso exceda interromper a coleta e fazer o teste de vazamento novamente com a depress o m xima ajustada durante a coleta 115 Se o vazamento exceder 0 6 l min rejeitar a coleta Manter a temperatura dos gases que saem do ltimo bobulhador s lica gel abaixo de 20 C Esse processo deve se repetir para os outros 11 pontos Os dados de cada ponto como leitura do gas metro e isocin tica ficam armazenados no computador Feito isso deve se remover cuidadosamente todas as partes do equipamento que cont m o material coletado Transferir o filtro com a amostra para uma placa de Petri Transferir todo o material particulado depositado no interior da boquilha sonda ciclone Erlenmeyer e porta filtro para uma recipiente com tampa Para remover o material usar mistura de volume conhecido de 50 de acetona e gua destilada Lavar com aux lio de escova at que nenhum material seja percebido visualmente Na a
69. composto basicamente de g 1 Vacu metro 113 g 2 Valvulas de agulha para controle de fluxo g 3 Bomba de vacuo g 4 Gas metro seco provido de term metros na entrada e sa da com menor divis o de 1 C g 5 Placa de orif cio g 6 Dois man metros diferenciais com fundo de escala de 2452 Pa 250 mmH 0 g 7 Bar metro com menor divis o de 266 6 Pa 2 mmHg g 8 Term metro com menor divis o de 1 C e cujo elemento sens vel ou termopar aquele acoplado a sonda g 9 Cron metro es oito Di metro interno do boquilha Figura 4 7 Boquilha de suc o da sonda isocin tica 4 2 3 2 Aparelhagem para prepara o e an lise da amostra a Escova com comprimento um pouco maior que o da sonda b Duas pissetas c Frasco de vidro borossilicato ou de polietileno d Placas de Petri e Cilindro graduado e balan a com precis o de 1 mL e 0 5 g respectivamente f Frasco para armazenar s lica gel g Vidro de rel gio h Balan a anal tica com precis o de 0 1 mg 1 B queres 114 4 2 3 3 Execu o do ensaio O MP amostrado isocineticamente ponto a ponto e sua massa determinada gravimetricamente Simultaneamente determinado o volume do g s amostrado A concentra o de material particulado obtida pela rela o entre ambos Os componentes necess rios a uma amostragem s o s lica gel gua destilada acetona com res duos m ximo de 0 0
70. conhecimento cient fico e nas disposi es pol ticas 24 A primeira revis o da adequa o dos compromissos dos pa ses desenvolvidos foi conduzida como previsto na primeira sess o da Confer ncia das Partes COP 1 que ocorreu em Berlim em 1995 As Partes decidiram que o compromisso dos pa ses desenvolvidos de voltar suas emiss es para os n veis de 1990 at o ano 2000 era inadequado para se atingir o objetivo de longo prazo da Conven o que consiste em impedir uma interfer ncia antr pica produzida pelo homem perigosa no sistema clim tico Ministros e outras autoridades responderam com a ado o do Mandato de Berlim e com o in cio de um nova fase de discuss es sobre o fortalecimento dos compromissos dos pa ses desenvolvidos O grupo Ad Hoc sobre o Mandato de Berlim AGBM foi ent o formado para elaborar o esbo o de um acordo que ap s oito sess es foi encaminhado COP 3 para negocia o final Cerca de 10 000 delegados observadores e jornalistas participaram desse evento de alto n vel realizado em Quioto Jap o em dezembro de 1997 A confer ncia culminou na decis o por consenso de adotar se um Protocolo segundo o qual os pa ses industrializados reduziriam suas emiss es combinadas de gases de efeito estufa em pelo menos 5 em rela o aos n veis de 1990 at o per odo entre 2008 e 2012 Esse compromisso com vincula o legal promete produzir uma revers o da tend ncia hist rica de cresciment
71. curto prazo se observa a tend ncia de acr scimo dos investimentos em cogera o no setor sucroalcooleiro Somados a este aspecto deve se considerar as recentes medidas tomadas pelo governo brasileiro para a reativa o do Pro lcool com novos incentivos para a fabrica o e consumo de carros bi combust veis A nova legisla o normativa do setor el trico com a regulamenta o da compra de excedentes de energia el trica de autoprodutores abre boas perspectivas de contribui o pelo setor sucroalcooleiro para gera o de energia el trica para compra pelas concession rias Por outro lado existe a necessidade de controle das emiss es atmosf ricas decorrentes da queima do baga o nas caldeiras Tendo em vista a atual legisla o ambiental brasileira com a tend ncia de incorporar padr es de emiss o para a polui o atmosf rica somente alcan ados com a implanta o de equipamentos de controle de poluentes e a escassa literatura t cnico cient fica no que se refere tanto aos dados de concentra o emitidos nas chamin s das caldeiras para baga o como tamb m da metodologia de projeto de equipamentos necess rios para a redu o da mesma faz se necess rio uma avalia o destes dispositivos a fim de se calcular n o s os n veis desejados de emiss o mas tamb m o custo de opera o do sistemas de controle de material particulado e de xidos de nitrog nio Dentro deste cen rio a Universidade Federal de Itajub UNIFEI
72. de OMS 2000 Poluentes Concentra o Tempo de Amostragem di xido de enxofre 125 u g m 24 horas di xido de nitrog nio 200 u g m 1 hora mon xido de carbono 10 mg m 9 ppm 8 horas oz nio 120 u g m 8 horas 36 2 2 Padr es de emiss o Os padr es de emiss o limitam a emiss o espec fica de poluentes numa determinada fonte considerando o n vel atual de desenvolvimento tecnol gico Assim o CONAMA atrav s da Resolu o N 008 de 06 de dezembro de 1990 estabelece os padr es de emiss o para processos de combust o externa em fontes novas fixas de polui o com pot ncias nominais totais at 70 MW e superiores em n vel nacional A defini o de limites m ximos de emiss o dada pela Resolu o CONAMA n 05 de 15 de junho de 1989 que instituiu o PRONAR Programa Nacional de Controle da qualidade do Ar Entende se por limite m ximo de emiss o a quantidade de poluentes permiss vel de ser lan ada por fontes poluidoras para a atmosfera Os limites m ximos de emiss o ser o diferenciados em fun o da classifica o de usos pretendidos para as diversas reas e ser o mais rigorosos para as fontes novas de polui o Segundo a Resolu o 008 90 fontes novas de polui o s o aquelas pertencentes a empreendimentos cuja licencia pr via LP venha a ser solicitada aos rg os licenciadores competentes Os processos de combust o externa em fontes fixas consideram a queima de sub
73. de 2 65 m s A an lise dos dados de dire o e velocidade do vento para esta regi o mostra uma predomin ncia na dire o sudeste sendo que em cerca de 40 do tempo as condi es de emiss o n o ir o atender os Padr es de Qualidade do Ar conforme rosa dos ventos para a regi o e mostrada na Figura 6 11 203 Tabela 6 2 Resultados das emiss es e dispers o da Usina Barra Grande Excesso Coment rio Recomenda o de ar m Padr o de emiss o N o h restri o N o se ultrapassa o valor de 320 ug Nm 9 Padr o de qualidade do ar N o h restri o Padr o de emiss o N o h restri o A pior condi o ocorre para a estabilidade A e a 300 m de Para as estabilidades A B C o limite ultrapassado para as 3 2096 dist ncia 430 uig Nm Para este caso precisaria de um sistema de Padr o de qualidade do ar dist ncias de x entre 200 e 400 m 250 e 600 m 400 e 1000 m controle com aproximadamente 26 de efici ncia respectivamente Padr o de emiss o N o h restri o A pior condi o ocorre para a estabilidade A e a 300 m de Para as estabilidades A B C D o limite ultrapassado para as 30 dist ncia 530 Lg Nm Para este caso precisaria de um sistema de Padr o de qualidade do ar dist ncias de x entre 150 e 450 m 250 e 700 m 350 e 1200 m controle com aproximadamente 40 de efici ncia 800 e 1100 m respectivamente Padr o de emis
74. de a car Os principais poluentes atmosf ricos emitidos nesta atividade s o os particulados hidrocarbonetos mon xido de carbono dioxinas etc Em estudos recentes foi constatada a emiss o 19 de 6 5 kg de metano por hectare Coelho 1999 A Tabela 1 8 indica os fatores de emiss o para queima de cana no campo a partir de dados levantados pela EPA 1985 Tabela 1 8 Emiss es durante a queima de cana de a car para a colheita Coelho 1999 EPA 1985 Poluentes Emiss es kg t cana Hidrocarbonetos 2 6 8 Mon xido de carbono 30 41 Particulados 2 5 3 5 A queima da cana tende a ser banida sendo substituida pela colheita de cana crua principalmente em fun o das press es da opini o p blica o que levou a uma an lise por parte das Ag ncias Ambientais em particular a do Estado de S o Paulo Cetesb que estabeleceu um prazo para a diminui o das queimadas conforme por exemplo o Decreto n 45 869 de 22 de Julho de 2001 que regulamente a elimina o da queima de forma gradativa a cada per odo de 5 anos a redu o n o deve ser inferior a 25 da rea de cada unidade agroindustrial ou propriedade n o vinculada a unidade agroindustrial e em algumas cidades a queima j foi proibida Por outro lado o processo de mecaniza o tem gerado v rias discuss es principalmente por causa do desemprego que poder causar e da necessidade de cr ditos para investimentos em maquinaria Tamb m tem que se levar em
75. dos pa ses desenvolvidos e em desenvolvimento t m implementado uma s rie de regulamenta es as quais limitam emiss es de NOx pelos sistemas de combust o Durante a queima de combust veis org nicos em fornalhas de geradores de vapor forma se principalmente o xido n trico NO que pode ser produzido em tr s rea es distintas os NOx t rmicos s o formados em altas temperaturas a partir do nitrog nio do ar os NOx r pidos 63 durante a combustao de hidrocarbonetos e os NOx combustivel a partir do nitrog nio contido no combustivel como mostrado no esquema abaixo NO t 5 A partir do N do ar gt x t rmicos gt NOx r pidos NOx gt partir do N do combust vel ms NOx combust vel Uma vez que a temperatura de combust o da biomassa usualmente est abaixo de 1 300 C as emiss es de NOx originadas s o devidas principalmente ao teor de nitrog nio do combust vel enquanto que os NOx t rmicos s o de menor import ncia conforme conclui Nussbaumer 1998 atrav s da Figura 3 4 Combust o t pica NOx t rmico e de biomassa NOx r pido NOx t rmico para m t 0 5 s amp 02 11 volume BS NOx combust vel Aglomerados c o E o 300 S 200 100 NOx rapido 0 800 1200 1400 1800 T Figura 3 4 Classifica o dos xidos de nitrog nio de acordo com o mecanismo de forma o o tipo de biomassa e a temperatura de queima Nussbaumer
76. dpi Fo 1 Kn as 0 4 exp zl Kn Re D sota V garg P gas H gas 24 4 Cp Re Re 5 P gota G P gas Cp 2 Fc P part dp V garg 1 9 Has D sota 5 27 5 28 5 29 5 30 5 31 5 32 Finalmente pode se ent o calcular a penetra o das particulas ou seja a fra o de particulas n o coletadas saindo junto com o g s Este valor deve ser calculado para cada 162 di metro i da distribui o granulom trica equa es 5 33 5 37 e subtraindo se de 100 tem se ent o a efici ncia por fra es equa o 5 38 e enfim considerando a fra o em peso de cada part cula de di metro i tem se a efici ncia total de cole o equa o 5 39 A concentra o final de part culas no g s calculada da mesma forma como descrito para multiciclones equa o 5 10 0 5 D ME es u 4 2 1 0 502 R Gore ud 0 0 7 0 7 5 33 0 5 SEE en 4 2 5 02 F eG F 0 7 0 7 u22 x x xi 1 5 34 3 L arg Cp as qu eme CD Pe 5 35 16 D sota P gota 2 La ar ota P gota Eae Ei o 5 36 3 Cp Peas sendo Peota massa espec fica da gota kg m Peas massa espec fica do gas kg m Poas press o do g s Pa PMgas peso molecular do g s kg mol Learg O comprimento da garganta m Loarg ad comprimento adimensional da garganta m InP exo 5 37 B 163
77. duto de entrada do g s e a massa espec fica do g s EPA 1998b As faixas de efici ncias de controle para ciclones nicos s o geralmente baseadas em duas classifica es convencional e alta efici ncia Para sistemas convencionais situa se entre 70 e 90 94 MP 30 a 90 PMi o e 0 a 40 para Os ciclones de alta efici ncia s o projetados para alcan ar um controle maior das menores part culas do que nos ciclones convencionais As faixas de efici ncia s o de 80 a 99 para MP 60 a 95 para e 20 a 70 O par metro principal que define a opera o mais eficiente o di metro do corpo ciclone conforme pode ser observado na Figura 3 22 100 590 80 S 70 Tubos de di metro pequeno o e 60 Tubos de di metro m dio 50 Tubos de di metro grande 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tamanho dos particulas Figura 3 22 Varia o da efici ncia de remo o de ciclones para diferentes tamanhos de part culas e diferentes di metros de do corpo do ciclone US Army 2003b De acordo com Cooper and Alley 1994 a efici ncia para part culas de 5 um pode chegar a 90 com efici ncias tamb m maiores para as part culas maiores Ciclones de efici ncias maiores operam com valores de perda de carga maiores o que requer mais energia O projeto de um ciclone geralmente realizado com uma limita o na queda de press o em lugar de conduzi lo a um valor de
78. e mais que estas transforma es est o amea ando seriamente o meio ambiente Quanto mais pessoas houver mais comida vestu rio energia ser necess ria e assim mais p los industriais mais centrais de gera o de energia el trica maior utiliza o da gua e consequentemente mais polui o O Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA rg o vinculado ao Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e Recursos Renov veis IBAMA atrav s da Resolu o CONAMA N 001 de 23 de janeiro de 1986 considera se impacto ambiental qualquer altera o das propriedades f sicas qu micas e biol gicas do meio ambiente causada por qualquer forma de mat ria ou energia resultante das atividades humanas que direta ou indiretamente afetam a a sa de a seguran a e o bem estar da popula o b as atividades sociais e econ micas c a biota d as condi es est ticas e sanit rias do meio ambiente e a qualidade dos recursos ambientais A Resolu o CONAMA N 003 de 28 de junho de 1990 define poluente atmosf rico como qualquer forma de mat ria ou energia com intensidade e em quantidade concentra o tempo ou caracter sticas em desacordo com os n veis estabelecidos e que tomem ou possam tomar o ar a impr prio nocivo ou ofensivo sa de b inconveniente ao bem estar p blico danoso aos materiais fauna flora d prejudicial seguran a ao uso e gozo da propriedade e s atividades normais da c
79. em geral tamb m reportadas em duas categorias perdas por retirada withdrawal losses e perdas em p standing losses A primeira se refere vaporiza o do l quido que se adere parede do tanque que exposto atmosfera quando o teto abaixado pela retirada do combust vel A segunda resulta por mecanismos de indu o e ocorrem nos selos das bordas e nos encaixes superiores e inferiores do tanque c Emiss es de processo Em caldeiras as emiss es resultantes do processo combust o do combust vel para a gera o de vapor s o geralmente lan adas atmosfera por meio da chamin Os principais poluentes que s o restringidos s o os materiais particulados os xidos de enxofre di xido de 56 enxofre SO e tri xido de enxofre SO3 e xidos de nitrog nio xido n trico NO e di xido de nitrog nio NO al m de hidrocarbonetos n o queimados C Hy incluindo n meros compostos org nicos vol teis metano etano etc benzeno tolueno mon xido e di xido de carbono A maior parte do carbono nos combust veis f sseis emitida na forma de CO e deve ser inventariado devido ao seu papel como g s precursor do efeito estufa Metais encontrados em pequenas quantidades trace metals tais como ars nio e c dmio podem tamb m ser emitidos como resultado da queima do leo combust vel e carv o mineral este ltimo tamb m associado a emiss o de merc rio Adicionalmente poluentes o
80. em quantidades menores do que a estequiom trica obtendo se um g s combust vel composto de CO H2 CH e outros Deste g s utilizando se catalisadores pode se obter adicionalmente metano metanol hidrog nio e am nia 58 Oxidante Ar Queima direta Gases quentes Combust o 0 Vapor Metano CH Gaseifica o G s combust vel com ou sem CO H cotalisador 2 Transforma o catal tica Metanol CH Amoniaco NI Vapor de gua Gases Hz CO CO2 H20 CH4 C2H4 C3H4 L quidos Alcatr o cido pirolenhoso etc Liquefa o catal tica CH203 Combust vel l quido Fermenta o Leveduro 7 Co Digest o anaer bia Etanol Metano Figura 3 3 Processos de convers o energ tica da biomassa Cortez e Lora 1997 c Pir lise Aquecimento da biomassa em aus ncia de oxidante oxig nio Obt m se como resultado um g s combust vel produtos l quidos alcatr o e cido piro lenhoso e uma subst ncia carbonosa que pode ser convertida em carv o ativado E o processo usado na fabrica o do carv o vegetal 59 d Liquefa o Processo de produ o de combust veis l quidos por meio da rea o da biomassa triturada em um meio l quido com mon xido de carbono CO em presen a de um catalizador alcalino em condi es de P 150 250 atm T 300 350 C t 10 30 min obt m se um l quido viscoso que pode ser
81. entre a concentra o de equil brio de NO Cno e a temperatura na zona de rea o Sigal 1988 Temperatura K 3700 800 1800 2500 Concentra o de equil brio Co mg m 0 00127 0 38 2 54 4 700 31 700 De acordo com a equa o 3 5 e com a Tabela 3 5 pode se concluir que a concentra o dos xidos de nitrog nio t rmicos cresce mais com o aumento da temperatura do que com o acr scimo da concentra o de oxig nio at mico A forma o de NOx t rmico tipicamente controlada reduzindo a temperatura de chama de m dia e de pico Embora esta considera o vai de encontro aos m todos tradicionais de assegurar a combust o completa i e temperaturas altas tempo de resid ncia longo e alta turbul ncia ou mistura algum compromisso entre a efetividade da combust o e da forma o de NOx controlada precisa Isto pode ser realizado por v rias mudan as no sistema combust o Oland 2002 a Uso de queimadores de mistura controlada para reduzir a turbul ncia na regi o do queimador pr xima da chama Este processo tipicamente reduz a temperatura de chama removendo energia adicional da chama antes que a temperatura mais alta seja alcan ada 66 b Uso da combust o estagiada onde apenas uma parte do ar de combust o introduzida para queimar inicialmente algum combust vel A quantidade de ar remanescente adicionada separadamente para completar o processo de combust o Este procedimento permite reduzir a t
82. entre o coeficiente de excesso de ar a umidade do baga o e o tipo de fornalha Cortez e Lora 1997 49 51 53 56 58 62 66 70 72 84 85 86 87 87 91 93 112 117 118 119 126 130 130 131 132 133 135 142 147 Tabela 5 3 Configura es padr o de um ciclone Lora 2002 Tabela 5 4 Valores das propriedades do g s de exaust o da gota d gua e da part cula considerados Tabela 5 5 Propriedades da am nia e da ur ia em solu es aquosas EPA 2002 Tabela 5 6 Equipamentos principais de um sistema SNCR EPA 2002 Tabela 5 7 Fatores de custo de capital para uma aplica o SNCR EPA 2002 Tabela 5 8 Coeficientes de c lculo de o e oy Turner 1994 CAP TULO 6 Tabela 6 1 Faixas de concentra es t picas da emiss o de NOx em caldeiras para biomassa Teixeira and Lora 2004 Tabela 6 2 Resultados das emiss es e dispers o da Usina Barra Grande Tabela 6 3 Composi o elementar de refer ncia base seca e poder calor fico do baga o Tabela 6 4 Par metros de opera o da caldeira Tabela 6 5 Granulometria do particulado Tabela 6 6 Valores de efici ncia de remo o para multiciclone lavadores de g s tipo venturi e sistemas multiciclone lavador de g s venturi Teixeira e Lora 2002 Tabela 6 7 C lculo do custo espec fico de tratamento de 1 m de g s Teixeira e Lora 2002 150 162 168 174 181 192 199 204 211 211 212 213 216 LISTA DE FIGURAS CAPIT
83. es de Emiss o pr prios foi apresentado na Tabela 2 8 os valores do Padr o de Emiss o de NOx adotado no estado do Paran onde a Secretaria de Meio Ambiente e Recursos H dricos SEMA atrav s da Resolu o N 041 2002 Artigo 21 apresenta os padr es de emiss o atmosf rica para fontes estacion rias em processos de gera o de calor e energia na qual est o inclu dos os xidos de nitrog nio Como as caldeiras avaliadas apresentam uma pot ncia t rmica superior a 100 o valor a ser considerado o de 400 mg Nm 11 Portanto conforme pode ser observado na Tabela 6 1 os valores medidos nas caldeiras queimando baga o est o em acordo com a literatura t cnica e dentro dos valores a serem praticados pela Secretaria de Meio Ambiente e Recursos H dricos do estado do Paran 198 Tamb m a varia o na forma o com rela o ao excesso de ar nos gases apresentou um comportamento esperado aumentando se conforme se aumenta o excesso de ar e apresentados na Figura 6 8 Tabela 6 1 Faixas de concentra es t picas da emiss o de NOx em caldeiras para biomassa Teixeira and Lora 2004 NOx mg N m Coment rio Flood et al 19748 200 260 Grelha em leito fixo queima em suspens o Marutzky 1993 231 60 70 de umidade Nussbaumer 19937 130 200 Fornalha laboratorial Teixeira and Lora 20048 99 188 Queima em grelha 45 t h 21 bar 300 C B bagaco L lenha NOx p
84. esta f rmula para o c lculo de NOx na sa da da caldeira chamin deve se levar em conta a infiltra o de ar que ocorre entre a sa da da fornalha e a chamin geralmente em torno de a 0 3 Cyo 0 48872 A d QU a3 3 14 70 sendo concentra o de NOx mg m constante de proporcionalidade e igual a 0 17 de di metro equivalente da se o quadrada da fornalha calculado como quatro vezes a rea da se o quadrada dividido pelo per metro m Q tens o t rmica volum trica da fornalha GJ m h coeficiente de excesso de ar na sa da da fornalha Define se a tens o t rmica volum trica da fornalha como sendo a quantidade de calor liberada pelo combust vel por unidade de volume do mesmo ou seja comb f Q kW m 3 15 sendo V o volume da volume da fornalha Em caldeiras industriais que utilizam biomassa geralmente tem o valor entre 0 5 e 0 9 MW m Cortez e Lora 1997 Recomenda se manter os valores de dentro desta faixa de maneira que o volume e a altura da fornalha sejam suficientes para garantir a combust o completa dos vol teis do combust vel Caso exceda se em demasia o limite superior para Qy durante a operac o podem ocorrer os seguintes comportamentos a aumentam se as perdas por combust o incompleta tanto qu mica como mec nica devido ao aumento do arraste de part culas n o queimadas b um excesso de tem
85. faixa inferior dos custos internacionais para o caso 4 kWh As possibilidades de uso dessas tecnologias depender o de condi es de financiamento remunera o e legisla o pois assim poder se ia contar se com algumas centenas de MW em poucos anos e novos acr scimos nos anos seguintes H ainda um potencial adicional a ser explorado al m do baga o o uso da palha Um grande trabalho tem sido realizado no Brasil na busca de melhores t cnicas para a colheita transporte da palha assim como para a avalia o da sua disponibilidade real Macedo 2004 apresenta valores do potencial de cogera o na Tabela 1 6 para o uso de baga o e baga o palha operando com turbinas a vapor de contra press o condensa o com extra o e BIG GT A legisla o que restringe gradualmente a queima pr colheita no Estado de S Paulo dever contribuir para que este res duo seja incorporado ao sistema de gera o de energia nos pr ximos anos O emprego do ciclo BIG GT Biomass Integrated Gasification Gas Turbine ou gaseifica o integrada de biomassa com turbinas a g s tecnologia ainda em desenvolvimento melhoria ainda mais o panorama 17 Mesmo com apenas 80 do potencial poss vel com tecnologias j utilizadas atualmente no Brasil considerando uma certa redu o no consumo interno de energia t rmica nas usinas e aproveitamento parcial da palha j atingir amos valores entre 3 e 4 GW em opera o anual Tabela 1 6 P
86. globais mais s rios a ser enfrentado pela humanidade o efeito estufa e as consegiientes mudan as clim ticas que pode ser definido como o acr scimo constante da temperatura m dia da terra Isto conseqii ncia do aumento da concentra o atmosf rica de alguns gases tais como o g s carb nico CO2 os clorofluorcarbonos CFC o metano CH4 o xido nitroso N20 etc Estes gases s o conhecidos como gases estufa e capturam parte da radia o infravermelha que a terra devolve para o espa o provocando o aumento da temperatura atmosf rica com as decorrentes mudan as clim ticas Figura 1 9 Combust vel Ar Atmosfera Radia o solor de pequeno longitude de onda gt Radia o terrestre de grande longitude de onda Figura 1 9 Forma o do efeito estufa devido ao aumento da emiss o de gases precursores e o consequente aumento de temperatura m dia na terra Lora 2002 22 As contribui es relativas dos diferentes gases estufa ao aquecimento global s o mostradas na Figura 1 10 Observa se que a maior contribui o corresponde ao CO2 seguido do CH4 e do N20 As fontes antropog nicas de cada um destes gases s o mostradas na Tabela 1 10 am gt CON20 Figura 1 10 Contribui es relativas dos diferentes gases estufa ao aquecimento global Lora 2002 Da mesma forma que desigual o consumo de energia entre os distintos continentes e pa ses do mundo tamb m as con
87. h dia Deve se notar que volume do tanque baseado na taxa de calor maxima anual por isso fator 177 de capacidade nao considerado Recomenda se um armazenamento no local para requerimentos de 14 dias de opera o 5 5 5 An lises de custo A metodologia de estimativa de custo apresentada aqui fornece uma ferramenta para uma primeira aproxima o dos custos de capital e dos custos anuais de sistemas de SNCR A sele o real da op o mais adequada em uma an lise de custo benef cio deveria estar baseada em um estudo de engenharia detalhado e cota es do custo a partir dos dados fornecidos pelos fabricantes Os custos s o apresentados em d lares de 1998 5 5 5 1 Estimativa de custos baseada na especifica o de desempenho A especifica o de desempenho deveria incluir uma descri o do sistema e componentes com detalhes suficientes para o entendimento sobre o tipo e qualidade do sistema proposto pelo fornecedor Tipicamente esta especifica o deve conter os seguintes itens relativos efici ncia de controle de emiss o de NOx consumo de produtos qu micos e outros relativos varia o de carga nominal e parcial a Taxas de emiss o de NOx garantida e esperada em g GJ e t h ou correlatos considerando o per odo m dio conforme definido nos padr es de emiss o permissiveis b Arraste de garantida e esperada em ppm c Emiss o de N20 garantida e esperada d Limites de emiss o con
88. ido she eT oS Chida Hipica NG 12 ppm Gerdficads White Martins N 40051345 v lido abs 10 07 05 Niricn ND 1020 pom Cartificads White Marlies H 40012655 abe Pa vod Ditsido Mirica NOs BU pom Certificado White Marlins N v lido atii 21 0405 Cidade de Ensotre 5044 248 ppm Cortifcado 2 400124501 ald Qo COD Di xida de Ensofre 50 ppr Cartificada HA 40057574 v lida al eM Malana CHa 2 45 Sol Carticado Mrita Marlins 40019514 ald Cong IE TEMPERATURA T1 Calibrador Cappo 10 aa O10 SHUDIR Certificado ECIL n 214 04 v lido at 050505 CONDI ES AMBIENTAIS Temperatura Ambiente F555 525 Umilade Relativa do 555 30 E Y ST an ea ET Data da Calbra o 1871074 Dats da Emsas o 18 10 04 P gina 1 de 2 ECIL PRODUTOS E SISTEMAS DE MEDICAO E CONTROLE LTDA Rua Benjamin da Silveira Baliy 2001 Paulas e Mendes TR170 000 Fora 15 3244 ADGA Fax 15 3244 1572 com br Figura 4 2 Copia do certificado de calibra o fornecido pela Temperatura Industrial P gina 1 de 2 108 Seemewealura industrial IFICA BRA O N 19250 04 RESULTADOS DA CALIBRA O NG N58 sm fost 3i a 9 1 9 1 5 113 55 N S om 9 e B5 S50 N B U mm 20 e 2 TEMPER
89. inclui as normas relativas a padr es prim rios e secund rios Os padr es prim rios s o definidos como as concentra es de poluentes que ultrapassadas poder o afetar a sa de da popula o Os padr es secund rios constituem as concentra es de poluentes abaixo das quais se prev o m nimo efeito adverso sobre o bem estar da popula o assim como o m nimo dano fauna flora aos materiais e ao meio ambiente em geral Neste sentido os padr es de qualidade do ar s o o objetivo a ser atingido mediante a estrat gia de controle fixada pelos padr es de emiss o e dever o orientar a elabora o de Planos Regionais de controle de polui o do ar Por exemplo o Estado de S o Paulo tem os seus pr prios padr es de qualidade do ar conforme Tabela 2 4 Na Tabela 2 5 s o tamb m apresentados como refer ncia internacional os padr es de qualidade do ar adotados pela Ag ncia de Prote o Ambiental dos Estados Unidos EPA e em seguida na Tabela 2 6 os limites m ximos de concentra o para os principais poluentes recomendados pela Organiza o Mundial da Sa de OMS 35 Tabela 2 4 Padr es de qualidade do ar para o Estado de S o Paulo Derisio 1992 Poluente Tempo de Padrao M todo de medi o amostragem g m 5 24 horas 240 Part culas totais em suspens o MGA 80 Amostrador de grandes volumes D m 24 horas 365 m Di xido de enxofre MAA 9 80 Pararosanilina m 1 hora O 40 000
90. instala o do projeto e encaminhar novamente ao IBAMA E Publica o do indeferimento do pedido I E LEGENDA IB IBAMA E EMPREENDEDOR INTITUIC ES O OEMA Figura 2 7 Fluxograma do Licenciamento Ambiental Concess o de Licen a de Opera o IBAMA 2002 46 Para os empreendimentos em sem haver obtido as licengas ambientais a formaliza o do processo requer a apresenta o conjunta dos documentos estudos e projetos previstos para as fases de Licen a Pr via Licen a de Instala o e Licen a de Opera o O prazo de validade da Licen a de Opera o deve considerar o Plano de Controle Ambiental sendo de no m nimo 4 anos e no m ximo 8 anos em fun o da classifica o do empreendimento segundo o porte e o potencial poluidor estabelecida pela Delibera o Normativa 2 5 Os poluentes atmosf ricos e seus efeitos na sa de Considera se poluente qualquer subst ncia presente no ar e que pela sua concentra o possa torn lo impr prio nocivo ou ofensivo sa de inconveniente ao bem estar p blico danoso aos materiais fauna e flora ou prejudicial seguran a ao uso e gozo da propriedade e s atividades normais da comunidade Os principais poluentes atmosf ricos e seus efeitos na sa de s o descritos a seguir e sintetizados na Tabela 2 11 e Tabela 2 12 respectivamente a Mon xido de carbono encontrado pri
91. lavadores de g s dependem geralmente da vaz o volum trica de gases da press o de opera o e constru o A vaz o o fator mais importante pois o tamanho e o seu custo s o determinados a partir do volume real de gases na entrada do lavador A press o de opera o tamb m afeta a efici ncia e o seu pre o Quanto maior o volume de gases e ou press o de opera o maior a espessura do material de constru o Nas aplica es que requerem materiais 164 especiais tais como a o inox ou pl sticos refor ados com fibras que permitem operar com gases corrosivos o custo tamb m se eleva Uma alternativa neste caso proteger o material com um recobrimento em PVC ou ainda utilizar refrat rios que protegem contra a corros o OSHA 2004 Qg Q Qs Geometria do venturi Introdugdo da gota Tamanho da gota ES da gota Distribui o granulom trica Efici ncia por froc es Perda de carga Efici ncia global Consumo de energia Figura 5 5 Fluxograma geral para o dimensionamento de lavadores de g s tipo venturi adaptado de Licht 1988 5 5 Projeto de um sistema de remo o seletiva n o catal tica selective non catalytic reduction SNCR Os xidos de nitrog nio NOx s o poluentes gasosos formados principalmente pelos processos de combust o Enquanto g s permanece dentro da unidade de combust o aproximadamente 95 do NOx existente est na forma de xido n trico NO O resta
92. m3tkg 76 O volume real de g s considera as infiltra es e o excesso de ar 77 greal 415 m3tkg 73 C lculo da vaz o total de gases 80 81 v total gases 36 26 m3is Corre o para temperatura de sa da dos gases 170 C tg corr p aT 58 84 m3is 237 2 Planilha para o projeto de ciclones e multiciclones Microsoft Excel CalcEquipPol Mult amp Scrub Tese Jan04 BH Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda Adobe PDF Digite uma pergunta Les Es OSH ER SRY xB8fg o o0 o Wwr gE MEGA P M o N s B 38 38 Ed 2 A DRA mim b a 4 _ altura entrada OP O p pia m Kb biDo KS S Dc kDe De Do KH HDe Kh hiDc KB B Dc NH 04 ditte saida 1 Stairmand 05 0 2 05 0 5 4 15 0375 64 H 2 Swit 044 021 05 04 1 4 0 4 33 altura global 14 altura cilindro hz hh 025 04 sa da p KB KBB 9 24 par metro q depende da configura o ciclone 699 2 constante relacionando a queda de press o atrav s do ciclone a press o de velocidade na entrada 242 N mero de multiciclones 0 38 m 127 ft De Dee 0 24 m3isiciclone Gi Vaz o de g s em cada ciclone 0 71 m 0 56 ft a aa 0 08 m 027 ft b bb 17 52 mis 5747 His Ut Velocidade de entrada do g s no ciclone Ut Utt 18 28 mis 53 33 ftis Usa velocidade de salto unidades no sistema ingl s 0 958 OK 238 Microsoft Excel CalcEquipPol Mult amp Scrub T
93. na faixa de 100 200 mg Nm o que permite concluir que est o dentro dos padr es nacionais estabelecidos para o limite de emiss o e cuja forma o dependendo principalmente do coeficiente de excesso de ar Por m quando se avalia a dispers o deste poluente determinados tipos de estabilidade n o garantem os padr es de qualidade de ar Neste caso devem se adotar medidas para a redu o como por exemplo uma diminui o de 20 no excesso de ar leva a uma redu o de 30 de forma o de NOx ABSTRACT This work presents a characterization of the nitrogen oxides and particulate matter formation and emission based in the literature as well in measured date of Brazilian bagasse boilers and in these cases it evaluate the behavior of the emissions regarding the main operation parameters like by example the boiler load loses by incomplete combustion and air excess coefficient Also based on the technical literature it describes the empirical methodologies that were implemented in forms of calculation and that permit evaluate different control systems for particulate matter multiciclones venturi scrubbers and the association of both and for nitrogen oxides selective non catalytic reduction under the technical economic view point beyond models that predict the nitrogen oxides formation Also it is presented a dispersion study of the nitrogen oxides for 800 m around of a sugar cane mill considering different atmospheric stability
94. o transit ria conforme pode ser avaliado na Tabela 4 4 Mesmo assim o comportamento entre a concentra o de NOx e o excesso de ar est em concord ncia com a literatura t cnica podendo se notar claramente que a concentra o de NOx acompanha a curva de excesso de ar de acordo com Figura 4 8 Nesta figura pode se ainda observar o valor da concentra o de NOx medido e os respectivos valores calculados baseados na equa o emp rica proposta por Sigal 1988 e descrito no Cap tulo 3 Pode se observar que para valores mais altos de excesso de ar os valores apresentam melhores concord ncias Como a Figura 4 8 n o apresenta uma tend ncia clara entre os par metros apresentados dividiram se os dados em faixas t picas de excesso de ar conforme pode ser mostrado na Figura 4 9 117 Tabela 4 3 Dados de opera o da caldeira Hora mv Pv Tv TH2O Tgepre Tsgpre Abert vent Abert exaust 15 30 40 20 296 111 306 243 29 71 15 40 44 20 296 112 304 244 31 72 15 50 43 20 296 110 304 244 30 75 16 00 44 20 296 110 302 243 31 74 16 10 40 20 296 112 304 246 31 69 16 20 42 20 293 109 304 244 31 74 16 30 44 20 295 113 298 243 31 79 16 40 44 21 296 109 302 243 27 71 16 50 36 19 289 115 295 240 31 57 17 00 41 21 302 110 303 240 24 53 17 10 36 19 292 111 298 241 31 63 17 20 44 20 295 110 305 242 30 74 17 30 41 21 295 109 30
95. pa ses As empresas investidoras ganham uma certa quantidade de cr ditos pela redu o de emiss es alcan adas Os cr ditos emitidos sob a forma de Redu es Certificadas de Emiss es RCE podem ser usados para alcan ar as suas pr prias metas de compromisso de redu o ou serem negociadas no mercado de com rcio de emiss es Quando organizado corretamente e cumprindo a valida o e verifica o certifica o externa os projetos MDL podem ganhar cr ditos seja para um per odo de 10 anos seja para um per odo de 7 anos com a op o de duas renova es de 7 anos cada A participa o no esquema volunt ria O esquema de MDL permite uma implementa o economicamente vi vel do Protocolo de Quioto j que as emiss es podem ser alcan adas ao menor custo poss vel Investimentos em projetos MDL beneficiam tanto pa ses industrializados quanto pa ses em desenvolvimento assim como o meio ambiente a Os pa ses signat rios recebem assist ncia para alcan ar o desenvolvimento sustent vel b As partes investidoras recebem ajuda para honrar os seus compromissos de metas de redu o de emiss es c Alcan am se benef cios concretos mensur veis em longo prazo e economicamente vi veis que podem ajudar a reduzir a mudan a clim tica 26 d Obt m se redu es de emiss es al m das que ocorreriam na aus ncia do projeto Tabela 1 11 Opera es de cr ditos de carbono realizadas na Chicago Climate Exchange n
96. para os efeitos de mitiga o obtidos hoje pelo setor A an lise do setor como um todo com o mix de a car e lcool foi feita para permitir a quantifica o da mitiga o de emiss es de gases estufa Em princ pio dois efeitos s o predominantes a Aumento no atmosf rico pelo uso de combust veis f sseis e insumos produzidos com energia f ssil na produ o agr cola industrial de a car e lcool b Redu o na taxa de emiss es de CO pela substitui o de gasolina por etanol e leo combust vel por baga o em setores externos Na an lise do ciclo de vida as emiss es de equivalente consideram tamb m a Emiss es de metano nas queimadas de cana vinhoto e caldeiras de baga o b Emiss es de gases estufa de motores a etanol relativas s de gasolina c Emiss es de N20 do solo Os resultados agregados s o mostrados na Tabela 1 13 Esta redu o nas emiss es de equiv corresponde a quase 20 de todas as emiss es de combust veis f sseis no Brasil A Tabela 1 14 traz uma distribui o mais detalhada dos itens que participam neste balan o Tabela 1 13 Emiss o de equivalente durante as etapas de produ o do setor sucroalccoleiro Macedo 2002 10 t equiv ano Uso de combust veis f sseis na agroind stria 1 28 Emiss es de metano na queima da cana 0 06 Emiss es de 0 24 Substitui
97. paredes de ciclone sendo coletadas Para part culas pequenas a for a de arraste ultrapassa o momento inercial e faz com que estas part culas deixem o ciclone junto com o g s de sa da Geralmente s o classificados em quatro tipos dependendo de como o fluxo de g s introduzido no equipamento e como o p coletado descarregado Os quatro tipos s o de entrada tangencial e descarga axial entrada axial e descarga axial entrada tangencial e descarga perif rica e entrada axial e descarga perif rica Os primeiros dois tipos s o os mais comuns AWMA 1992 A queda de press o um par metro importante pois ela relaciona diretamente os custos operacionais a efici ncia de controle Efici ncias elevadas para um determinado ciclone podem ser obtidas atrav s de velocidades de entrada mais altas mas isto tamb m aumenta a queda de press o Em geral o valor de 18 m s considerado a melhor velocidade operacional Faixas t picas de perda de carga para ciclones s o 0 5 a 1 kPa para unidades de baixa efici ncia alto processamento 1 a 1 5 kPa para unidades de m dia efici ncia convencional e 2 a 2 5 kPa para unidades de alta efici ncia AWMA 1992 1 Vantagens As vantagens dos ciclones incluem AWMA 1992 Cooper and Alley 1994 EPA 1998b 1 1 Baixo custo de capital 97 1 2 Aus ncia de partes m veis portanto menores exig ncias de manuten o e baixos custos operacionais 1 3 Relativa baixa queda de
98. que durante os c lculos econ micos o custo operacional considera 8 000 h ano 5 ao ano do custo total com equipamentos para O amp M vida til da instala o de 20 anos e taxa de atratividade de 15 al m de uma tarifa m dia de eletricidade de R 95 MWh As telas das planilhas elaboradas e utilizadas nos c lculos realizados s o apresentadas no Anexo II 6 4 Conclus es Do ponto de vista ambiental a gera o de eletricidade a partir da biomassa canavieira apresentam muitas vantagens Por m precisa se da implementa o de tecnologias de preven o e controle das emiss es de part culas e poluentes gasosos decorrentes Para a an lise de xidos de nitrog nio conclui se que os valores de emiss o est o na faixa de 100 a 200 mg Nm dependendo principalmente do coeficiente de excesso de ar que mostra que est o dentro dos padr es de emiss o Por m constatou se que os valores medidos encontram se acima dos fatores de emiss o sugeridos pela EPA A pior condi o com rela o dispers o de NOx ocorre para um excesso de ar de 50 estabilidade atmosf rica A e a 300 m de dist ncia 670 ug Nm Para este caso precisaria de um sistema de controle com aproximadamente 52 de efici ncia A concentra o de NOx em caldeiras para baga o depende predominantemente do excesso de ar sendo a depend ncia da carga temperatura da fornalha fraca Isto confirma a predomin ncia a partir do nitrog nio do combus
99. res duos utilizam se a vinha a e o vinhoto como fertilizantes Existem ainda outros derivados dextrana xantan sorbitol glicerol cera refinada de torta antif ngicos etc A cana de a car gera portanto assim como o petr leo incont vel n mero de produtos de fermento a herbicidas e inseticidas com importante diferencial s o biodegrad veis e n o ofensivos ao meio ambiente Unica 2004 1 1 2 Avan os tecnol gicos Qualquer que seja a mat ria prima cana de a car beterraba milho etc da qual se extraia a car e lcool o setor sucroalcooleiro do Brasil dos mais competitivos do mundo Gra as ao elevado teor de fibra que lhe confere independ ncia em rela o energia externa a cana de a car apresenta em termos energ ticos claras vantagens competitivas se comparada com outras mat rias primas A produtividade agroindustrial teve nos ltimos anos significativa evolu o na regi o Centro Sul que responde por mais de 70 da produ o brasileira a m dia oscila entre 78 e 80 toneladas por hectare em ciclo de cinco cortes Em S o Paulo respons vel por 60 da produ o nacional a m dia est ao redor de 80 a 85 toneladas por hectare em ciclo de cinco a seis cortes A qualidade da mat ria prima em S o Paulo e no Centro Sul medida pelo teor de sacarose est entre 14 e 15 5 de pol o que equivale ao rendimento m dio de 140 a 145 kg de a cares totais por tonelada de cana Para o lco
100. se contabilizar os benef cios da cana de a car como fonte de energia a partir dos seguintes itens a Estrat gicos Independ ncia de combust veis importados atrav s do emprego do lcool Utiliza o de equipamentos nacionais balan a de pagamentos Gera o de energia descentralizada Incentivos do governo Proinfa Cr ditos de carbono b Sociais Gera o de empregos principalmente na zona rural Desenvolvimento sustent vel qualidade de vida transporte e energia c Ambientais Menor emiss o de poluentes se comparada a atividades semelhantes que empregam combust veis f sseis Balan o de carbono nulo efeito estufa Protocolo de Quioto Clean Development Mechanism CDM ou Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MDL 1 1 A ind stria sucroalcooleira no Brasil A cana de a car um dos principais produtos agr colas do Brasil sendo cultivada desde a poca da coloniza o Do seu processo industrial obt m se o a car e suas deriva es lcool anidro e hidratado o vinhoto a levedura de cana e o baga o Os principais dados do setor s o apresentados na Tabela 1 2 O agro neg cio sucroalcooleiro movimenta cerca de R 36 bilh es por ano com faturamentos diretos e indiretos o que corresponde a aproximadamente 3 5 do PIB nacional al m de ser um dos setores que mais empregam no pa s com a gera o de 3 6 milh es de empregos diretos 900 000 e indiretos 3 500 000 al m d
101. sendo Mreag a Vaz o m ssica de reagente e Hyap O calor de vaporiza o da gua que para uma temperatura de 155 C valor representativo para os gases saindo do pr aquecedor de ar vale aproximadamente 2 090 kJ kg Embora a gua da solu o de ur ia seja evaporada na fornalha a temperatura na sa da do aquecedor de ar usada pois o ponto final termodin mico do processo de combust o A quantidade de combust vel queimado na caldeira depende de sua efici ncia que por sua vez depende da temperatura e da umidade do g s na sa da de pr aquecedor de ar Como a caldeira tem de manter a vaz o de vapor processos e utilidades e a gua da solu o de ur ia evapora na caldeira consequentemente sua efici ncia se reduz e mais combust vel requerido a fim de manter a vaz o de vapor exigida Portanto o custo anual do consumo de combust vel adicional CAcomb considerando o custo do combust vel Ccomb e o tempo de opera o toper CA 8 5 67 comb comb C coimb t oper g Cinzas Como resultado da queima adicional de combust vel uma certa quantidade de cinzas adicional dcinza tamb m gerada Na metodologia considera se que este res duo tratado e 184 considerado seu custo de disposi o Em certas circunst ncias a cinza vendida como mat ria prima para outras industrias como no caso das cimenteiras e neste caso ao invez desta oarcela representar custo ela passa a ser um benef c
102. 01 e filtros de fibra de vidro livres de compostos org nicos com 99 95 de efici ncia na reten o de part culas at 0 3um secos em estufa e dessecados Os filtros devem ser pesados e n o devem ficar expostos ao ambiente do laborat rio umidade relativa do ar n o superior a 50 por mais de 1 minuto Depois de definido o local de amostragem determina se a a press o est tica e temperatura na se o de coleta b a press o de velocidade c o teor de umidade d o tempo de coleta em cada ponto de acordo com a fonte a ser amostrada e a boquilha da sonda para uma faixa de velocidade o equipamento determina automaticamente o di metro da boquilha Em seguida montado o trem de amostragem Colocam se 100 ml de gua destilada em cada um dos dois borbulhadores deixando o terceiro vazio e o quarto com 200 300 g de s lica gel Deve se pesar cada um dos borbulhadores com precis o de 0 5 g colocar o filtro previamente tarado no porta filtro Manter os borbulhadores no banho de gelo Depois de montado ligar o sistema de aquecimento da sonda e do porta filtro Aguardar at que a c mara do porta filtro atinja a temperatura de 120 10 C Realizar ent o o teste de vazamento e corrigi lo caso ocorra Para a coleta a temperatura do filtro e da sonda deve permanecer na faixa de 120 10 C Deve se anotar a leitura inicial do gas metro a press o barom trica e zerar os man metros antes de iniciar a coleta Ent o
103. 07 10 44 6 3 13 920 1 41 142 0 108 10 46 8 1 11 6 630 1 57 159 0 108 10 48 8 4 11 1 360 1 74 158 0 110 10 53 7 1 12 3 555 1 46 155 0 108 10 56 5 5 13 7 806 1 44 151 0 108 11 00 5 9 13 3 940 1 35 139 0 108 11 03 5 7 13 5 695 1 42 149 0 108 11 06 6 8 12 6 410 1 49 164 0 103 11 10 8 11 5 295 1 54 162 0 100 11 15 4 5 14 6 2369 1 25 121 0 104 11 23 5 6 13 7 1 33 127 5 101 11 24 7 3 12 2 1 58 159 4 100 150 11 28 7 5 11 9 1 57 157 4 103 11 32 7 8 11 6 1 6 163 4 105 11 36 8 5 11 1 1 78 156 5 106 11 38 8 5 11 1 1 61 156 4 105 11 40 5 9 13 3 1 41 135 5 106 11 41 5 2 14 0 1 3 117 4 108 11 42 3 7 15 3 1 23 104 4 109 11 42 3 8 15 3 1 23 97 4 108 8 11 45 5 7 13 5 1 36 120 4 108 2 11 49 7 3 12 1 1 58 155 4 108 7 11 50 7 4 12 0 1 64 155 4 109 6 12 00 7 4 12 1 1 55 150 40 110 12 04 7 7 11 8 458 1 6 150 0 110 12 06 6 7 12 6 809 1 52 143 0 110 12 11 8 6 11 0 615 1 58 144 0 102 12 13 6 5 12 8 1416 1 4 129 0 102 4 8 14 4 3221 1 32 97 0 104 231 Tabela 3 Dados referentes medi o na caldeira 2 da Usina Barra Grande no dia 24 11 2004 para uma carga de 160 toneladas de vapor por hora Hora O CO k Eff T T NO NO SO CH CC C ppm ppm ppm 10 28 7 8 11 8 712 1 49 92 6 170 3 328 159 0 2 10 30 3 5 15 5 558
104. 1 0 1850 1900 Year 1950 2000 Temperature anomalies C c All forcings 1 0 model observations 0 5 1900 Year 1950 2000 Figura 1 11 Aumento da temperatura terrestre devido a emiss es naturais e antropog nicas IPCC 2001 L Carbon dioxide a L Methane 310 L Nitrous oxide j i 1800 20 1400 1600 Year Figura 1 12 Indicadores da influ ncia humana sobre o meio ambiente durante a Era Industrial IPCC 2001 As principais medidas que podem ser tomadas para a redu o das emiss es de s o Lora 2002 a Maior efici ncia na gera o el trica atrav s de tecnologias modernas mais eficazes e no consumo final atrav s de equipamentos de baixo consumo b Maior utiliza o de combust veis com menores fatores de emiss o g s natural c Maior utiliza o de fontes renov veis de energia entre estas a biomassa a ucareira e o lcool automotivo d Captura e deposi o do O primeiro entendimento para a redu o das emiss es foi quando os pa ses desenvolvidos adotaram a Conven o Quadro das Na es Unidas sobre Mudan a do Clima em 1992 reconhecendo que ela poderia ser a propulsora de a es mais en rgicas no futuro Ao estabelecer um processo permanente de revis o discuss o e troca de informa es a Conven o possibilita a ado o de compromissos adicionais em resposta a mudan as no
105. 10838 1 167 0 0 0 4 100 24385 8 167 0 00 4 100 43352 5 167 0 0 0 Digite uma pergunta Microsoft Excel EPA SNCR amp SCR Tese dez 04 III 4 Planilha para o projeto de SNCR Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda Adobe PDF DESAS BES o gt 2 s i Ge 000 8 5 12 Efici ncia de remo o do SNCR 13 NOx out control 14 peso mol ureia 15 peso mol NO2 16 percentual de cinzas C M conc ureia armazenada 18 conc ureia injetada 18 massa esp solu o 5096 50 F 20 calor de vaporiza o da gua 310 F 21 num dias de armazenamento reag ureia 22 taxa cambio 23 n mero horas ano vida til equipamento taxa de interesse juros anual 26 pre o baga o custo disposi o das cinzas 28 custo da solu o aquosa ureia 50 29 custo cons gua 30 pre o da eletricidade 31 custos gerais 32 taxas engenharia amp administra o 33 conting ncia do processo conting ncia do projeto custos pre produ o 3B custos com manuten o 360 dias 365 dias 3869 Btuilb 123900 Ibh 1069731327 Ib 85 0 20 IbiiMBtu 52 0 10 IbiiMBtu 60 06 g mol 46 01 gitnol 3 55 50 096 96 soluc o reag 10 096 solu o reag 71 Ib ft3 900 Btullb 14 dias 3 RBUSS 8760 h ano 20 anos 1596 a a 2 USS MMBtu 0 0 US 0 6309 USS igal o 0 0004 US gal amp
106. 122 939 171 6 34 5 127 1 134 0 60 11 24 44 14 8 124 93 8 1716 34 5 142 1 35 0 14 11 26 58 13 1 E 143 930 1706 34 1 182 1 23 0 02 11 28 64 13 6 1 33 934 170 1 32 9 168 1 10 0 01 11 30 5 0 14 0 5 132 934 1698 328 171 1 3 0 01 11 32 5 6 14 4 E 123 940 170 1 326 115 0 0 0 01 11 42 47 14 6 3823 126 938 1702 331 135 0 0 0 11 44 54 13 8 1625 136 933 1700 323 147 0 0 0 01 11 46 4 0 15 0 4570 121 93 9 171 2 32 5 109 0 0 0 01 11 48 3 7 15 3 5438 1 22 93 9 1720 33 3 130 0 0 0 01 11 50 4 5 14 6 4143 125 93 7 171 6 333 127 0 0 0 01 11 52 45 14 6 4013 1 24 93 8 1723 33 6 119 0 0 0 01 11 54 4 7 14 4 4028 128 93 5 1724 341 144 1 0 0 03 11 56 4 1 14 9 4363 124 937 1724 346 130 0 0 0 02 11 58 3 8 15 2 4566 1 23 93 8 173 0 35 1 129 1 0 0 12 00 5 2 14 0 3219 136 933 172 5 354 166 0 0 0 12 02 45 14 6 3227 1 26 938 1727 35 8 129 1 0 0 12 04 43 14 8 3200 127 93 7 1727 35 7 142 1 0 0 12 06 46 14 5 2780 128 937 1729 35 6 143 1 0 0 12 08 54 13 8 1837 138 93 2 171 7 35 8 165 1 0 0 12 10 43 14 8 2711 123 93 9 171 9 35 6 120 1 0 0 05 12 12 40 15 0 5000 126 936 1720 354 24 1 0 0 03 12 14 41 15 0 4582 1 26 93 9 172 5 35 3 2 1 0 0 02 12 16 9 5 10 0 820 1 83 913 171 0 35 1 2 1 0 0 01 12 26 4 6 14 4 3017 1 29 93 5 169 9 33 7 133 0 0 0 12 28 47 14 5 3095 126 93 8 1714 340 11
107. 1997 Umidade do baga o Tipo de fornalha 50 40 30 Fornalha de ferradura 1 6 1 8 1 3 1 5 1 2 1 3 Fornalha de grelha basculante 1 3 1 4 1 25 1 3 1 15 1 25 Como se observa na Tabela 5 2 uma redu o na umidade permite trabalhar com um coeficiente de excesso de ar menor devido s part culas mais leves permitir uma melhor mistura ar combust vel Similarmente sistemas mais avan ados com uma maior porcentagem de part culas queimadas em suspens o permitem operar com a menores Neste trabalho o valor do coeficiente de ar empregado nos c lculos aquele oriundo da medi o atrav s do analisador de g s com c lulas eletroquimicas 5 2 2 C lculo do volume real dos produtos da combust o Vz O c lculo do volume de gases te rico queima de kg de bagaco foi realizado considerando o volume te rico de gases triat micos CO2 e SO de nitrog nio e de vapores de gua nos gases V VN Vio 5 10 5 2 2 1 C lculo do volume te rico de gases triat micos Vno3 A partir das equa es estequiom tricas do e SO a equa o 5 11 apresenta o c lculo do para combust veis s lidos de 1 kg de carbono 1 866 m de CO de 1 kg de enxofre 0 7 m de SO C st V9 1 866 0 7 2 0 01866 C 0 375 85 m k 5 11 108 i00 C kg 5 11 RO 147 5 2 2 2 C lculo do volume te rico de nitrog nio considera a parcela procedente do ar
108. 2 38 concentra o sa da 0 76 giim3 C lculo da queda de press o 1028 6 Pa Ok Ap Queda de press o 250 a 4000 Pa OBSERVAR QUE O VALOR DE DELTAP ESTA DIVIDIDO PELO NUMERO DE CICLONES efici ncia ventilador 65 83 P el trica 334 kw 239 Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda Adobe PDF Digite uma pergunta om x 1 c 2 lt E A 21 az mB Arial 10 N 7 5 B wo ub 4 0 5 A F66 f Cin A66 Custo multiciclone 40936 5 US 1990 v lido para 1 lt Ne a b 2 lt 6 OK Custo instala o 70 Este valor corresponde percentual do custo do multiciclone que representa o custo de instala o 90 Corre o cambial 24 Cota o R US 91 Taxas diversas 92 Custo total 180382 8 R 96 O amp M 5 0 Fator de capacidade 913 x N mero de horastano 8000 h ano N mero de horastano Per odo fora de ponta 7000 h ano 99 Vida til da instala o 20 anos N mero de horastano Pet 1000 h ano 100 Taxa de atratividade 15 x Consumo 101 Fator de recupera o de capital 0 16 tano Fora de ponta Ponta Fora 102 Seca depomal 103 Custo com Energia El trica 63286 4 Ri tano 47 8 35221 15310 00 5030 98 104 Custo de recupera o de capital 28818 2 R tano 105 Custo de O amp M 30194 R tano 106 Custo operacional anual total 101123 7 R ta
109. 25 pa ses correspondendo por 61 6 das emiss es globais de gases estufa Tal fato refletiu diretamente no mercado internacional de cr ditos de carbono provocando um aumento gradual e significativo no pre o e no volume dos cr ditos transacionados expressos em toneladas de equivalente tCO e na Bolsa do Clima de Chicago a partir da semana do dia 25 de outubro de 2004 in cio do processo de ratifica o pela R ssia A evolu o das negocia es pode ser verificada na Tabela 1 11 que cont m os pre os negociados na Bolsa do Clima de Chicago de setembro a novembro de 2004 Nota se uma varia o positiva no volume e nos pre os negociados ao longo do per odo O pre o m dio negociado em outubro foi 34 42 maior que o pre o m dio que vigorou no m s anterior enquanto o volume transacionado foi quase 55 superior em setembro foram transacionados 230 921 cr ditos atingindo 357 900 cr ditos em outubro A tend ncia a partir de agora que os pre os e os volumes negociados tendam a aumentar significativamente em todas as bolsas internacionais como pode ser visto nas negocia es realizadas j no in cio de novembro Bezerra et al 2004 O Mecanismo de Desenvolvimento Limpo pretende ajudar os pa ses em desenvolvimento a alcan arem o desenvolvimento sustent vel O esquema d incentivos para que pa ses industrializados invistam em projetos economicamente vi veis de redu o de emiss es de gases de efeito estufa nestes
110. 3 246390 5 7712 0 663873 3 Livro polui o Electo Este valor corresponde ao percentual do custo do multiciclone que representa o custo de instala o Cota o R US R hiano anos Ri tano Estudo de sensibilidade Vgas 40 mis Efic tot delpaP mH20 Cout Vgas 60 mis tg Efic tot delpaP mH20 Cout Vgas 80 mis Efic tot delpaP mH20 Cout 0 5 19 1354 8 20 9 8137 8 0 5 16 3048 2 20 8 8429 4 05 14 5419 1 20 9 8616 3 1 64 2709 5 47 35710 1 59 6096 4 7 4117 2 1 55 10838 1 47 4522 3 15 9124 4064 3 62 6 8921 15 887 9144 7 62 6 1182 4 15 86 16257 2 62 6 1435 4 N mero de horastano Per odo fora de ponta N mero de horastano Per odo de ponta 2 99 5419 1 83 5 142 3 2 98 12192 9 835 217 9 2 21676 3 83 5 296 0 Seca mida Seca Umida 10047 s299 4778 ea 2 04 99 5532 0 85 2 120 0 2 04 38 12447 0 85 2 185 9 2 04 22128 0 85 2 255 0 7000 htano 1000 htano 25 100 6773 8 104 4 16 0 25 100 152411 104 4 27 7 2 5 100 27095 3 104 4 42 2 Fora de ponta 5090 98 3 100 8128 6 125 2 14 3 100 18289 3 125 2 26 3 100 32514 4 125 2 44 35 100 9483 4 146 1 01 3 5 100 21337 6 146 1 02 35 100 37933 5 1461 0 3 4 100
111. 4 1 21 142 1 111 4 11 02 6 6 12 8 1 44 170 1 107 7 96 1 237 Continua o da Tabela 8 Carga Hora O CO CO Exc Ar NO NO2 Temp Gas Ef Comb Tvh ppm ppm ppm Cc 11 04 5 2 14 3 1 37 160 1 107 5 96 4 11 06 5 7 13 6 1 34 163 1 107 1 96 1 11 08 5 7 13 6 1 33 155 1 106 8 96 1 11 10 7 5 12 1 1 56 155 1 110 3 95 8 11 12 5 3 13 6 1 32 148 1 106 9 5 9 11 14 7 5 12 1 1 55 155 1 106 8 96 2 11 16 5 9 13 5 1 37 155 0 106 7 11 18 5 1 14 1 1 31 155 1 113 7 95 9 170 11 20 5 7 13 9 1 43 162 1 106 9 96 3 11 22 5 8 13 3 1 33 152 1 106 8 96 1 11 24 4 3 15 1 25 140 1 107 3 96 5 11 26 6 8 12 5 1 41 162 0 106 6 95 8 11 28 5 6 13 7 1 39 154 0 107 4 96 5 11 29 3 6 15 4 1 2 124 1 107 6 11 30 5 9 13 4 1 37 162 0 107 9 96 11 32 4 5 14 6 1 25 139 0 107 96 2 11 34 5 8 13 4 1 35 154 0 106 8 96 1 11 38 5 4 13 7 1 33 149 0 107 7 96 11 40 7 7 11 8 1 57 161 0 106 2 95 7 11 42 7 2 12 1 49 167 0 105 8 95 7 11 44 6 1 13 2 1 39 169 0 107 4 95 9 11 46 8 1 11 2 1 56 171 0 106 3 95 6 11 47 7 7 11 8 1 57 156 0 107 11 48 7 12 1 1 46 170 0 109 1 95 7 11 50 7 5 12 1 1 57 162 0 107 1 96 2 160 11 52 5 3 14 1 1 32 157 0 108 2 11 56 5 1 13 6 425 1 31 148 0 111 1 95 9 11 58 7 1 12 4 209 1 53 162 0 107 96 1 11 59 7 1 12 2 219 1 51 155 0 109 11 59 7 3 12 2 202 1 52 162 0 106 7 95 9 12 00 7 12 4 234 1 47 161
112. 4 163 0 0 0 03 10 00 5 3 13 9 1456 1 33 93 4 169 3 33 5 150 0 0 0 03 10 02 6 5 12 8 731 1 49 92 9 169 2 33 8 164 0 0 0 03 10 04 5 9 13 3 ZeroE 1 36 93 3 168 8 33 4 146 0 0 0 10 14 6 5 12 9 976 1 43 93 1 1665 33 0 170 0 0 0 10 16 6 5 12 8 991 1 47 92 7 165 8 32 6 176 0 0 0 10 18 5 5 13 7 1185 135 93 5 1667 33 0 154 0 0 0 10 20 5 3 13 9 2642 1 33 93 3 1664 332 148 0 0 0 10 22 6 5 12 8 791 1 42 93 0 165 7 33 1 169 0 0 0 10 24 5 6 13 7 1952 1 36 93 5 165 9 33 3 148 0 0 0 10 34 7 6 11 9 933 1 55 92 9 1659 32 3 166 0 0 0 10 36 5 8 13 4 1347 1 35 93 4 166 0 32 3 155 0 0 0 10 40 54 13 8 2351 1 32 93 6 167 6 332 142 0 0 0 10 42 6 5 12 9 1516 144 93 1 1674 33 5 166 0 0 0 10 44 5 1 14 0 1901 1 32 93 6 167 1 33 9 143 0 0 0 10 46 4 1 15 0 4296 1 25 93 9 167 7 33 4 124 0 0 0 10 48 5 5 13 8 1865 1 36 93 2 168 0 32 8 156 0 0 0 10 50 6 1 13 2 1764 141 93 0 1684 33 7 170 0 0 0 10 52 6 5 12 9 901 141 93 3 168 2 34 3 168 0 0 0 10 54 5 4 13 8 2151 1 38 93 4 167 9 33 5 162 0 0 0 10 56 5 4 13 8 1741 1 32 93 1 167 5 32 3 155 0 0 0 10 58 7 5 11 9 742 1 51 92 6 166 8 31 9 175 0 0 0 11 00 5 1 14 1 1475 1 30 93 7 167 1 32 4 158 0 0 0 11 02 5 1 14 1 1731 1 33 93 6 1675 33 1 157 0 0 0 236 Tabela 8 Dados das concentra es de gases na chamin da caldeira 03 Caldema no dia
113. 44 14 7 4065 128 93 4 175 0 31 5 131 0 0 0 09 24 4 6 14 5 4278 125 93 6 174 8 32 2 123 0 0 0 09 26 4 6 14 5 4154 1 30 93 0 175 0 32 4 139 0 0 0 09 28 7 9 11 2 901 1 71 90 5 170 9 324 167 0 0 0 09 30 6 1 13 2 587 1 40 93 3 169 6 32 4 159 0 0 0 09 32 3 5 15 7 7579 1 18 94 1 170 1 32 2 100 0 0 0 09 34 3 4 15 6 7812 1 18 94 2 171 2 32 6 103 0 0 0 03 09 36 3 1 15 8 9961 1 18 94 1 171 5 32 9 103 0 0 0 04 09 38 352 15 8 8933 1 17 94 2 171 6 32 6 91 0 0 0 04 09 40 4 1 15 0 6816 1 26 93 4 172 0 32 7 128 0 0 0 04 09 42 3 5 15 5 5177 1 22 93 8 170 9 32 5 109 0 0 0 04 09 44 6 2 13 1 980 147 92 8 171 0 32 8 166 0 0 0 04 09 46 5 2 13 9 1693 1 30 93 5 170 9 33 3 145 0 0 0 04 09 48 4 2 14 8 2960 1 25 93 8 170 7 33 6 130 0 0 0 04 09 50 5 0 14 1 2755 1 38 93 2 170 9 33 8 162 0 0 0 03 09 52 5 9 13 3 1492 137 93 5 170 5 33 7 161 0 0 0 03 09 54 4 5 14 6 2480 1 25 93 8 170 2 33 7 131 0 0 0 03 235 Tabela 7 Dados referentes medi o na caldeira 2 da Usina Barra Grande no dia 25 11 2004 para uma carga de 140 toneladas de vapor por hora Hora O CO A Eff T Ta NO NO SO CH ppm CC CC ppm ppm ppm 09 56 7 1 12 3 910 1 46 92 7 169 5 33 2 168 0 0 0 03 09 58 6 0 13 3 1271 1 40 93 1 1694 33
114. 44kg 32kg S 32kg 64kg SO Akg H 32kg 36kg ou para kg de cada componente Ikg 2 66kg 3 66kg CO Ikg S 1kg O2 2kg SO lkg F 8kg 9kg HO Para passar a quantidades volum tricas dividimos as massas pelas respectivas massas espec ficas Cortez e Lora 1997 dadas para condi es normais de temperatura e press o temperatura de 0 C e press o de 0 1013 MPa 144 pO 1 429 kg m3 pCO 1 977 kg m3 5 2 86 kg m3 pH20 0 805 kg m3 Portanto obtemos kg C 1 866m 1 866m Ikg S 07m 0 7m SO Ikg 5 6 11 1m Resumindo 1 kg de C necessita 1 866 m de e obt m se 1 866 m de CO 1 kg de S necessita 0 7 m de O e obt m se 0 7 m de SO 1 kg de necessita 5 6 m de e obt m se 11 1 de Considerando se que 1 kg de combust vel cont m C 100 kg de carbono S 100 kg de enxofre H 100 kg de hidrog nio O 100 kg de oxig nio Ent o para a combust o de um 1 kg de combust vel preciso uma quantidade de oxig nio igual a soma de que necessitar o os elementos que o comp e para a sua combust o conforme equa es 5 5 e 5 6 sobrescrito 0 ser utilizado para definir os volumes te ricos ou seja quando n o existe ar em excesso t t t 1 o 218665 40 7 56 Oe 5 5 Vo 100 100 100 1429 100 S 9 ctr S 5 6 Ht 0 7 0 _1 866 C 0 375 8 5 6 H
115. 5 121 939 171 5 331 116 0 E E 10 32 3 6 15 5 6023 121 940 1713 331 109 0 gt 10 34 3 8 15 2 6202 119 941 171 6 327 108 0 E 10 36 42 14 9 4458 127 935 1715 324 143 0 z 10 38 5 7 13 5 1943 139 931 171 1 323 145 0 z 10 40 5 2 14 0 2381 131 934 1712 326 137 0 s 10 42 4 0 15 2 4025 122 939 171 1 32 7 115 0 12 E 10 44 46 14 5 3693 125 937 17221 329 115 0 35 R 10 46 5 2 13 9 2824 133 93 2 171 6 332 159 0 0 E 10 48 6 5 13 0 1000 138 932 1712 334 144 0 5 2 10 50 37 15 4 5037 123 93 8 172 0 330 107 0 24 R 10 52 3 8 15 2 4944 123 93 8 172 2 332 111 0 0 3 10 54 44 14 7 5497 128 93 6 1722 336 128 0 0 0 01 1056 62 13 1 1517 137 93 2 171 6 33 8 145 0 0 0 10 58 5 0 14 2 2410 135 931 171 6 340 150 0 0 0 01 11 00 46 14 7 3267 130 935 171 1 338 151 0 0 0 02 11 02 67 12 6 978 149 927 170 1 33 5 166 0 0 0 11 04 64 13 2 1016 135 932 1700 338 158 0 0 0 11 06 45 14 6 2112 124 93 8 1702 336 135 0 0 0 02 11 08 5 4 13 6 Zero 1 32 935 1704 340 136 1 0 0 19 11 10 62 13 1 144 928 169 7 343 162 1 0 0 06 11 12 5 6 13 7 135 936 169 6 342 147 1 0 0 12 11 14 39 15 3 121 941 169 8 34 0 105 1 0 0 42 11 16 40 15 0 123 93 9 170 6 34 1 110 1 0 0 49 11 18 4 4 14 8 E 124 933 171 0 343 110 1 0 0 54 11 20 4 1 15 0 122 940 171 5 34 5 112 1 0 0 58 11 22 3 9 15 2 E
116. 5 244 30 66 17 40 46 21 296 115 303 244 31 61 17 50 46 20 295 109 304 243 31 71 18 00 45 20 292 114 308 246 31 77 18 10 41 20 294 110 307 246 31 75 18 20 45 20 292 109 312 249 31 83 18 30 45 20 295 113 312 248 31 85 18 40 45 19 288 109 305 247 31 78 18 50 46 20 294 113 308 248 31 70 19 00 44 20 295 109 311 246 31 68 11 30 46 20 298 113 312 245 30 73 11 40 40 21 296 108 304 246 23 46 11 50 38 20 300 115 303 243 31 65 12 00 34 20 298 108 305 244 30 64 13 00 45 20 296 114 315 249 28 76 13 10 35 20 292 109 305 248 31 61 13 20 40 20 298 112 308 248 31 70 13 30 37 20 298 113 308 248 30 64 m dia 42 20 295 111 305 245 30 70 sendo mv vaz o de vapor da caldeira t h Pv e Tv press o bar e temperatura C do vapor superaquecido Tipo T gepre temperatura C da gua de alimenta o do g s na entrada do pr aquecedor na sa da respectivamente Abettyen Abertoxaust percentual de abertura do ventilador e do exaustor 118 Tabela 4 4 Dados medidos com analisador de gases Hora CO mg m NOx mg m3 T amb C Efici ncia 15 30 5 7 22817 14 9 108 32 79 15 40 5 4 0 15 2 99 34 87 15 50 4 9 0 15 7 134 35 88 16 00 5 5 18278 15 1 161 36 81 16 10 5 2 0 15 3 100 37 88 16 20 5 8 15342 14 8 110 38 82 16 30 7 5 11197 13 1 148 39 82 16 40 7 2 4983 13 4 169 39 85 17 00 7 7 4240 12 9 188 41 85 17 10 8 6 4
117. 572 12 173 42 84 17 20 8 2 12404 12 4 145 42 81 17 30 8 4 13637 12 2 140 42 81 17 40 8 6 17841 12 135 42 79 17 50 7 1 14917 13 5 116 41 81 18 00 7 3 14573 13 3 122 41 81 18 10 8 1 6685 12 5 139 41 84 18 20 7 7 23314 12 9 105 41 78 18 30 7 2 23957 13 4 103 41 78 18 40 7 4 3127 13 2 158 41 86 18 50 7 6 9572 13 96 41 83 19 00 7 5 28620 13 1 88 41 77 11 30 5 7 16139 14 9 112 34 82 11 40 7 5 3195 13 1 159 36 85 11 50 7 8 51 12 8 137 37 86 12 00 8 9 32 11 7 158 38 86 13 00 6 1 123 14 5 118 42 87 13 10 8 8 3544 11 8 153 42 84 13 20 7 8 1359 12 8 137 43 86 13 30 8 1 1248 12 5 144 43 86 m dia 712 9509 13 4 132 9 39 79 4 3 2 Usina Barra Grande de Len is S A Len is Paulista SP Data segundo semestre de 2004 Foram realizadas medi es nas caldeiras 1 fabricante CBC 2 fabricante DZ e 3 fabricante Caldema em diferentes dias e condi es de opera o das mesmas conforme j comentado As tabelas contendo todos os valores das medi es encontram se no ANEXO II e os principais resultados da varia o de emiss o de NOx em rela o varia o do excesso de ar na caldeira s o mostrados em formas de gr ficos Primeiro apresenta se os valores referentes caldeira 1 e na sequ ncia os das caldeiras 2 e 3 Os dados foram medidos em ppm partes por milh o por volume e convertidos para mg m e para todos os dados apresentados consideram a corre o da 119 concentra o de gases segundo as con
118. 7 0 0 0 12 30 5 1 14 0 3292 1 31 936 1717 348 146 0 0 0 12 32 47 14 4 2769 129 93 7 1722 353 138 0 0 0 12 34 3 5 15 5 6238 1 20 94 0 1724 36 0 109 0 0 0 Valores medidos durante a auto limpeza do equipamento e portanto devem ser desconsiderados 232 Tabela 4 Dados referentes medi o na caldeira 2 da Usina Barra Grande no dia 24 11 2004 para uma carga de 150 toneladas de vapor por hora Hora O CO A Eff T T NO NO SO CH ppm CC CC ppm ppm ppm 14 28 6 5 12 9 803 1 46 93 3 1694 41 9 169 0 0 0 03 14 30 4 6 14 5 3045 1 25 94 2 169 7 42 8 130 0 0 0 04 14 32 3 7 15 3 6560 1 21 94 3 170 1 40 7 111 0 0 0 04 14 34 5 2 14 0 3190 1 29 94 0 170 5 39 9 145 0 0 0 04 14 36 4 4 14 7 2836 1 27 94 0 169 8 39 8 141 0 0 0 04 14 38 4 0 15 0 4809 1 24 94 2 170 6 39 2 116 0 0 0 04 14 40 7 5 12 0 1368 1 57 92 2 169 8 40 4 171 0 0 0 04 14 42 4 6 14 5 2451 1 29 93 9 170 0 42 7 146 0 0 0 04 14 44 4 5 14 8 2396 1 25 94 3 170 5 44 1 137 0 0 0 04 14 46 7 1 12 3 949 1 52 94 2 170 2 46 3 174 2 0 0 04 14 48 4 0 15 0 3342 1 26 94 4 170 6 47 5 142 3 0 0 04 14 50 6 6 12 7 1138 1 55 93 1 169 8 48 6 173 3 8 0 04 14 52 6 5 12 8 553 1 44 94 0 169 8 49 7 164 4 0 0 04 14 54 3 7 15 3 3492 1 22 94 7 16
119. 9 172 215 258 301 344 387 430 473 516 559 602 645 688 731 774 817 860 NOx sem controle g GJ Figura 5 12 Estimativa aproximada da rela o estequiom trica normalizada EPA 2002 176 5 5 4 5 Estimativa do consume de reagente da dimens o do tanque Uma vez que a REN pode ser estimada o consumo ou vaz o m ssica de reagente expresso em Ib h pode ser calculado usando NO yent 1 NOx REN M reag 5 52 yox Mreag reag sendo Mreag O peso molecular do reagente 60 06 g mol de ur ia 17 07 g mol de am nia Mnox O do NO 46 01 g mol conforme a equa o de efici ncia de remo o Conforme j apresentado Ureag Vale 1 para a am nia e 2 para a ur ia Para ambos os reagentes a vaz o m ssica de solu o aquosa dada pela equa o 5 53 Mreag Msol 5 53 sol sendo a concentra o da solu o aquosa de reagente em base m ssica A vaz o volum trica de solu o Vso calcula se de acordo com a equa o 5 54 A massa espec fica da solu o psa consta na Tabela 5 5 Msol sol V sol 5 54 O volume total armazenado no tanque ou tanques baseado no volume requerido de reagente para um n mero especificado de dias Sendo assim o volume Vian mantido no local para um n mero de dias de opera o toper Vie Vso t 5 55 tan oper neste caso Vian est em gal es Yso em gal es por hora necessitando da convers o de 24
120. 9 7 49 2 124 4 0 0 04 14 56 7 1 12 3 1126 1 60 92 9 168 3 47 1 170 4 0 0 04 14 58 5 4 13 8 1127 1 31 94 3 168 6 47 1 142 5 0 0 04 15 00 5 7 13 3 1174 1 39 93 8 169 1 48 5 161 5 0 0 04 15 02 6 2 13 1 921 1 42 93 9 168 7 50 0 165 5 0 0 04 15 04 5 0 14 1 1083 1 31 94 4 168 9 50 6 146 4 0 0 04 15 06 4 0 15 1 3469 1 26 94 5 168 6 47 8 133 5 0 0 05 15 08 6 4 12 9 944 1 47 93 3 167 3 43 6 167 5 0 0 05 15 10 5 9 13 6 836 1 34 93 6 167 3 41 3 162 4 0 0 05 15 12 4 9 14 3 1781 1 27 94 1 167 7 41 0 142 2 0 0 05 15 14 4 4 14 6 3132 1 27 94 1 1684 42 2 146 3 0 0 04 15 16 5 7 13 5 1217 1 36 93 8 167 9 42 0 158 2 0 0 04 15 18 5 3 14 1 1590 1 35 93 5 1684 43 5 158 3 0 0 04 15 20 6 0 13 2 ZeroE 1 40 93 7 167 4 42 3 162 3 1 0 15 22 5 9 13 4 1 39 93 8 167 5 42 8 159 3 1 0 15 24 5 8 13 4 135 93 9 167 3 42 7 152 2 1 0 15 26 5 9 13 3 1 38 93 9 1674 42 4 157 3 1 0 233 Tabela 5 Dados referentes medi o na caldeira 2 da Usina Barra Grande no dia 24 11 2004 para uma carga de 140 toneladas de vapor por hor Hora O CO A Eff T Ta NO NO SO CH ppm CC CC ppm ppm ppm o 16 02 7 6 11 8 612 1 58 93 0 169 3 48 4 158 3 0 0 16 04 6 5 12 9 881 1 42 93 9 169 2 49 7 150 3 0 0 16 06 5 8 13 5 1602 1 31 94 4
121. ATURA Padr o tipa dede incerteza m Valor Padr o Valor Festa Ero PHO 11 PIO NEI TEk N311 Observagoes 1 A incerteza expandida relatada baseada am uma incanaza padr o combinada multiplicada por um fator de abrang ncia K 2 para um nivel da confian a de aprosimadamente 05 2 Os resultados deste certificado referem se exdusivamente ao mstrumenio submetido calibra o n o senda extensiva a quaisquer lotes P gina 2 de 2 ECIL PRODUTOS E SISTEMAS DE MEDI O E CONTROLE LTDA Rua Benjamin po i Baldy TE iw a Mangas Fone 15 1744 BO ra 115 3246 1672 ww ecil oom or I Figura 4 2 continua o C pia do certificado de calibra o fornecido pela Temperatura Industrial P gina 2 de 2 109 Figura 4 3 Fotografia do equipamento empregado na amostragem de material particulado Monario Tamparan do pm meis M Pala do A 8 thamin EN I m Exc mnn quw Parede do Vll chomin Cassa frio Controlador Tr de gi dra ra J 3 a PTE Figura 4 4 Diagrama do sistema de amostragem para material particulado 110 4 2 2 Determina o dos pontos de amostragem Neste item aborda se resumidamente os t picos do M todo 5 da EPA qual est baseada a Norma t cnica L9 221 jul 90 da CETESB Dutos e chamin s de fontes estacion rias Determina o dos pontos
122. Am nia CH4 Metano CxHy HC Hidrocarbonetos nao queimados CFC Clorofluorcarbonos HCN Cianeto de hidrog nio intermedi rio MP PM Material particulado Particulate matter N2 Nitrog nio NH3 Ur ia NOx xidos de nitrog nio N20 xido nitroso Pb Chumbo 0 5 Material particulado menor do que 10 um e 2 5 um respectivamente SOx xidos de Enxofre BIG GT Gaseifica o integrada de biomassa turbina a g s Biomass integrated gasification gas turbine CNTP Condi es normais de temperatura e Press o P T 0 C e P 1 atm FCU Fator de corre o da umidade FGR Recircula o dos gases de exaust o Flue gas recirculation FM Filtro de manga GLP G s liquefeito de petr leo LG Lavador de g s LNB Queimadores de baixa emiss o de NOx Low NOx emission burners LP Licen a Pr via LI Licen a de Instala o LO Licen a de Opera o MC Multiciclones PE Precipitador eletrost tico PT Part culas totais SCR Redu o seletiva catal tica Selective catalytic reduction SNCR Redu o seletiva n o catal tica Selective non catalytic reduction 2 Equacoes 2 1 C lculo da vaz o de gases e concentra o de NOx MP Coz Concentra o m dia de oxig nio no g s em volume Cwoma Concentra o de xidos de nitrog nio do combust vel considerando que todo ele transforma se em NO Mco
123. Cap tulo 3 A efici ncia de remo o de NOx empregando a tecnologia de SNCR pode alcan ar redu o de at 75 Committee 1997 Em aplica es t picas de campo por m garante entre 30 e 50 de redu o de NOx Nussbaumer 1993 Redu es de at 65 foram informadas para algumas aplica es em campo de SNCR em conjunto com sistemas que utilizam queimadores de baixa emiss o ICAC 2000 A Figura 5 6 apresenta a efici ncia de redu o de NOx atrav s de sistemas SNCR para caldeiras de utilidade de diferentes capacidades 60 50 40 30 20 Efici ncia de remo o 0 T T T 0 00 200 00 400 00 600 00 800 00 1000 00 1200 00 Capacidade da caldeira MW Figura 5 6 Depend ncia entre a capacidade da caldeira e a efici ncia de remo o de NOx atrav s de SNCR EPA 2002 A parte f sica associada a uma instala o de SNCR relativamente simples e prontamente dispon vel com baixo tempo de montagem e em geral apresentam custos menores se comparadas com outras tecnologias como queimadores de baixa emiss o ou sistemas catal ticos Embora simples em conceito o desafio est em projetar na pr tica um sistema de SNCR que seja confi vel econ mico simples para controlar e garanta outros crit rios t cnicos ambientais e regulat rios 166 5 5 1 Descri o do processo O sistema de SNCR est baseado na redu o qu mica da mol cula de NOx em nitrog ni
124. KD D D e altura relativa do ciclone Ky H Dc f Ky altura relativa da se o reta do corpo do ciclone Ky h Dc g di metro relativo do duto de sa da do p Kp B Dc h NH depend ncia da perda de carga e da press o de velocidade na entrada 1 K par metro de configura o geom trica 150 Figura 5 1 Dimens es principais de um ciclone Lora 2002 5 3 1 Dimensionamento Independentemente da configura o selecionada deve se seguir as seguintes recomenda es Lora 2002 a a lt s para evitar o curto circuito dos particulados da se o de entrada para o tubo de sa da b b lt D D 2 para evitar uma queda de press o excessiva c 2 3 D para manter a ponta do vortex formado pelos gases dentro da se o c nica do ciclone d O ngulo de inclina o do cone do ciclone deve ser 7 8 para garantir um deslizamento r pido do p 0 4 0 5 H D 8 10 e 5 0 1 para garantir a opera o com m xima efici ncia f AP lt 2490 Pa A metodologia geral para o projeto de ciclones esquematizada na Figura 5 2 e descrita a seguir Licht 1988 1 Selecionar uma configura o da Tabela 5 3 2 Selecionar uma velocidade de entrada ur 3 Calcular o di metro da se o cil ndrica do ciclone Dc 4 Calcule as outras dimens es do ciclone em base aos coeficientes adimensionais K para a configura o selecionada 5 Calcular a queda de press o perda d
125. NOx corrigidos para as condi es padr es percentual de oxig nio nos gases de exaust o e carga da caldeira 3 medidos no dia 29 10 2004 em rela o carga da caldeira Figura 4 17 Avalia o da dispers o considerando 10 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 208 Nm s e taxa de emiss o total igual a 16 8 g s y 0 z 0 Figura 4 18 Avalia o da dispers o considerando 20 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 221 Nm s taxa de emiss o total igual a 23 7 g s y 0 z 0 Figura 4 19 Avalia o da dispers o considerando 30 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 234 Nm s e taxa de emiss o total igual a 29 4 g s y 0 z 0 Figura 4 20 Avalia o da dispers o considerando 40 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 247 Nm s e taxa de emiss o total igual a 33 6 g s y 0 z 0 Figura 4 21 Avalia o da dispers o considerando 50 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 260 Nm s e taxa de emiss o total igual a 36 8 g s y 0 z 0 Figura 4 22 Distribui o granulom trica a e b correspondem medi o antes do lavador e c e d medi o ap s o lavador de gases da caldeira Cortesia Caldema Figura 4 23 Fotos durante a amostragem de material particulado e gases de exaust o Figura 4 24 Medi o de gases de exaust o Figura 4 25 Equipamento montado na plataforma da chamin
126. Quando grandes volumes de g s devem ser tratados e altas efici ncias de remo o s o requeridas v rios ciclones de pequenos di metros s o montados formando um multiciclone Geralmente s o classificados de acordo com o tipo de entrada de g s que podem ser tangencial ou axial com a efici ncia de remo o baixa m dia e alta efici ncias e seu arranjo conforme Tabela 3 14 Tabela 3 14 Classifica o dos ciclones e principais dados de opera o US Army 2003b Di metro do Vaz o de Perda de Velocidade de Efici ncia de ipo corpo mm gases ms carga Pa entrada m s cole o Ciclone 1 2 a3 7 28 3 a 566 3 124 5 498 2 6 1 21 3 50 a 80 convencional Ciclone de alta m 0 9 a 0 9 2 8 a 56 6 498 2 a 1494 5 152a21 3 80 a 95 efici ncia Multiciclones 0 2 a 0 3 849 5 849 5 747 3 a 1494 5 152a21 3 90 a 95 b Classificac o dos ciclones Os separadores cicl nicos podem ser classificados em b 1 Ciclone com entrada tangencial e fluxo em retorno Figure 39 a b 2 Ciclone com fluxo axial e fluxo em retorno Figure 39 b A efici ncia do ciclone tipo tangencial maior que a do tipo axial Como a rota o do gas em um ciclone mais intensa quando criada pela entrada tangencial a for a centrifuga que causa a separa o dos particulados ser maior do que quando criada por meio de p s direcionadoras como no caso dos ciclones de tipo axial A disposi o de varios c
127. Revistas Internacionais a Teixeira F N Lora E E S Experimental and Analytical Evaluation of NOx Emissions in Bagasse Boilers Journal of Biomass and Bioenergy Vol 26 6 pp 571 577 2004 b Lora E E S Paramonov A P Teixeira F N Thermal and environmental performance of a modern bagasse cogeneration boilers Sugar Industrie Verlag Dr Albert Bartens KG Germany vol 129 pp 881 886 2005 Capitulos em livros a Lora E E S Teixeira F N Energia e meio ambiente In Conserva o de energia Efici ncia Energ tica de Instala es e Equipamentos Editora da UNIFEI 2001 b Teixeira F N Lora E E S Suprimento Energ tico para Termel tricas In Gera o Termel trica planejamento projeto e opera o Coordenadores Silva E E L do Nascimento M A R Editora Interci ncia Rio de Janeiro julho de 2004 Lora E E S Teixeira F N Controle da Polui o In Gera o Termel trica planejamento projeto e opera o Coordenadores Silva E E L do Nascimento M A R Editora Interci ncia Rio de Janeiro julho de 2004 RESUMO Este trabalho apresenta uma caracteriza o da forma o da emiss o de xidos de nitrog nio NOx e de material particulado MP baseados tanto em dados relatados na literatura como tamb m em dados medidos em diferentes caldeiras para baga o brasileiras e nestes casos avalia se ainda o comportamento destas
128. SI Pollutant Standards Index cujo desenvolvimento se fundamentou na experi ncia acumulada de v rios anos nos Estados Unidos e Canad Este ndice nos Estados Unidos foi desenvolvido pela EPA a fim de padronizar a divulga o da qualidade do ar pelos meios de comunica o A estrutura do ndice de qualidade do ar contempla conforme Resolu o CONAMA n 3 de 28 06 90 os seguintes par metros di xido de enxofre part culas totais em suspens o part culas inal veis fuma a mon xido de carbono oz nio e di xido de nitrog nio O ndice obtido atrav s de uma fun o linear segmentada onde os pontos de inflex o s o os padr es de qualidade do ar Desta fun o que relaciona a concentra o do poluente com o valor ndice resulta um n mero adimensional referido a uma escala com base em padr es de qualidade do ar Para cada poluente medido calculado um ndice Para efeito de divulga o utilizado o ndice mais elevado isto a qualidade do ar de uma esta o determinada pelo pior caso Depois de calculado o valor do ndice o ar recebe uma qualifica o feita conforme a Tabela 2 13 Tabela 2 13 ndice de qualidade do ar CETESB INDICE QUALIDADE DO AR 0 50 51 100 REGULAR INADEQUADA 200 299 MA 300 399 PESSIMA CRITICA 51 Capitulo 3 Revis o bibliogr fica sobre a caracteriza o e tecnologias de controle das emiss es em caldeiras que queimam baga o
129. ULO 1 Figura 1 1 Oferta interna de energia no Brasil no periodo de 1970 a 2002 BEN 2003 Figura 1 2 Produtos e subprodutos de diferentes etapas do processo sucroalcooleiro Figura 1 3 Emiss es de em alguns paises do mundo MCT 2004 Figura 1 4 Produ o de ve culos leves no Brasil ANFAVEA 2005 Figura 1 5 Evolu o da produ o nacional de lcool anidro e hidratado ANP 2003 Figura 1 6 Distribui o percentual da produ o nacional de lcool anidro e hidratado segundo grandes regi es ANP 2003 Figura 1 7 Termel tricas com cogera o qualificada junto a ANEEL ANEEL 2004 Figura 1 8 Principais poluentes emitidos em caldeiras a baga o Figura 1 9 Forma o do efeito estufa devido ao aumento da emiss o de gases precursores e o consequente aumento de temperatura m dia na terra Lora 2002 Figura 1 10 Contribui es relativas dos diferentes gases estufa ao aquecimento global Lora 2002 Figura 1 11 Aumento da temperatura terrestre devido a emiss es naturais e antropog nicas IPCC 2001 Figura 1 12 Indicadores da influ ncia humana sobre o meio ambiente durante a Era Industrial IPCC 2001 CAP TULO 2 Figura 2 1 Filosofias do controle da polui o do ar Padr es de emiss o Lora 2002 Figura 2 2 Filosofias do controle da polui o do ar Padr es de qualidade do ar Lora 2002 Figura 2 3 Filosofias do controle da polui o do ar Impostos ou taxas por emiss o Lora 2002 Figura 2 4 Filosofias d
130. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBA INSTITUTO DE ENGENHARIA MECANICA PROGRAMA DE POS GRADUACAO EM ENGENHARIA MECANICA TESE DE DOUTORADO CARACTERIZACAO E CONTROLE DAS EMISSOES DE OXIDOS DE NITROGENIO E MATERIAL PARTICULADO EM CALDEIRAS PARA BAGACO Autor Flavio Neves Teixeira Orientador Prof Dr Electo Eduardo Silva Lora Itajub mar o de 2005 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBA INSTITUTO DE ENGENHARIA MECANICA PROGRAMA DE POS GRADUACAO EM ENGENHARIA MECANICA TESE DE DOUTORADO CARACTERIZACAO E CONTROLE DAS EMISSOES DE OXIDOS DE NITROGENIO E MATERIAL PARTICULADO EM CALDEIRAS PARA BAGACO Autor Flavio Neves Teixeira Orientador Prof Dr Electo Eduardo Silva Lora Curso Doutorado em Engenharia Mecanica Area de concentra o Convers o de Energia Tese submetida ao Programa de P s Gradua o em Engenharia Mec nica como parte dos requisitos necess rios para a obten o do T tulo de Doutor em Engenharia Mec nica Itajub mar o de 2005 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBA INSTITUTO DE ENGENHARIA MECANICA PROGRAMA DE POS GRADUACAO EM ENGENHARIA MECANICA TESE DE DOUTORADO CARACTERIZACAO E CONTROLE DAS EMISSOES DE OXIDOS DE NITROGENIO E MATERIAL PARTICULADO EM CALDEIRAS PARA BAGACO Autor Flavio Neves Teixeira Orientador Prof Dr Electo Eduardo Silva Lora Composi o da Banca Examinadora Prof Dr Jos Luz Silveira FEG UNESP Prof Dr Rolando Nonato de Oliveira Lima DCTEF UFSJ Prof Dr Valdecir
131. a o capital do investidor e qualquer custo de conting ncia de processo e de projeto Na metodologia s o aplicados valores m dios dos fatores indiretos de instala o para a estimativa de custo direto de capital obtendo se assim valores para os custos indiretos de capital Estes custos s o estimados como uma porcentagem do investimento total de capital ITC conforme as equa es apresentadas na Tabela 5 7 180 5 5 5 5 Custos anuais totais CAT Tamb m consistem de custos diretos e indiretos por m relacionados opera o da instala o Os par metros de projeto s o estimados atrav s da taxa m xima anual de calor fornecido na caldeira a fim de assegurar o tamanho adequado do sistema de SNCR Os custos anuais s o calculados usando a taxa m dia de fornecimento de calor da caldeira e do sistema de SNCR considerando o fator de capacidade total equa o 5 44 Isto garante que os custos anuais est o baseados nas condi es reais de opera o ao inv s do caso base projeto A Figura 5 14 a seguir mostra a composi o do custo anual total CAT e na seq ncia apresentado o procedimento de c lculo empregado para o mesmo Tabela 5 7 Fatores de custo de capital para uma aplica o SNCR EPA 2002 Descri o Dado ou F rmula Capacidade t rmica da caldeira Qcala Efici ncia de remog o de NOx Ano referente de custo 1998 Custo direto de capital Equa o CDC A Custos in
132. a o ANP 2004 Uma das explica es para as estat sticas pode estar no aumento das vendas de carros bi combust veis que funcionam com lcool e gasolina em quaisquer propor es que passaram de 7 do total de ve culos leves comercializados em 2003 para 24 na m dia de janeiro a setembro de 2004 Para o ano de 2005 a estimativa de que eles j representem 5 da frota total de ve culos leves milh es lcool anidro 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Figura 1 5 Evolu o da produ o nacional de lcool anidro e hidratado ANP 2003 12 Segundo Souza 2004 uma proje o feita pelo Sindicato Nacional das Empresas Distribuidoras de Combust vel e de Lubrificantes Sindicom em parceria com o Minist rio da Agricultura em dezembro de 2003 indica que 25 de todos os ve culos leves sem contar ve culos a diesel ser o bi combust veis em 2010 Esse percentual ressalta o autor poder ser maior ainda j que as vendas destes ve culos t m superado as expectativas Ainda segundo a proje o 75 de todos os ve culos leves vendidos ser o bi combust veis em 2006 A maior produ o anual de lcool no Brasil ocorreu na safra de 1997 8 quando o N NE produziu 2 163 bilh es de litros e o C Sul 13 258 bilh es Figura 1 6 A redu o da cana colhida e o aumento da demanda internacional por a car provocaram uma redu o na produ o de lcool nos anos seguintes caindo para 10 516 bilh
133. a o h ano 156 Da equa o 5 5 pode escrever que M totgas i t N D ee 5 16 i A M 1 2 Portanto pode se escrever a equa o 5 15 como KiK Kp NoD Ko ct Ny Poa Migas Di K3 N D Es ot 1 b cy 2 Pe totg 4 3 c 5 17 2 D POR NSD D Considerando que Kj K K K N D 5 18 Ks Na MEM as 25271 E Peas _ 5 19 2 2 Wert K2 K K K N D 5 20 pode se re escrever a equa o 5 17 como Ky D 5 21 gt D D Para minimizar o valor dos custos anuais totais deve se derivar a equa o 5 21 com relac o a Dc e leva la igual a zero ou seja OC an Kj Kj 320 5 22 OD ij 2 Re arranjando se a equa o 5 22 tem se 157 Ki y _3 K3 _ c 2 K 2 K c 0 5 23 onde o di metro timo do corpo do ciclone a raiz real da equa o 5 23 e que considera tanto as caracteristicas operacionais e de projeto como o custo de instala o e opera o Esta metodologia foi implementada em uma planilha do Excel e resolvida atrav s do Solver cuja estrutura a Fun o objetivo zerar c lula de destino Dc b C lulas vari veis Ki K Restri es a lt s b lt D D 2 H gt 3 D 0 4 lt D D lt 0 5 AP lt 2490 Pa lt 1 25 ngulo de inclina o cone do ciclone entre 7 8 Par metros do Solver Definir c lula de destino mga Resolv
134. a a implanta o do canteiro de obras movimentos de terra abertura de vias constru o de galp es edifica es e montagens de equipamentos A LI concedida especifica as obriga es do empreendedor no que se refere s medidas mitigadoras dos impactos ambientais sendo exigido o emprego da melhor tecnologia dispon vel para prevenir a polui o Acompanhamento da implementa o das medidas mitigadoras e dos planos e programas ambientais Entrega dos Programas e IB O projetos de controle Deferimento Publica o do ambiental e do Projeto T da ecebimento LI Projeto apresentado Executivo do empreendimento solicita o 2 E E IB Realiza o de vistorias Incompleto Publica o do Indeferimento do pedido E Publica o do indeferimento do pedido E Caso haja interesse do empreendedor o projeto dever ser adequado s exig ncias de viabilidade ambiental estabelecidas e encaminhado novamente ao IBAMA E LEGENDA IB IBAMA E EMPREENDEDOR INTITUI ES O OEMA Figura 2 6 Fluxograma do Licenciamento Ambiental Concess o de Licen a de Instala o IBAMA 2002 45 Quando o empreendimento j iniciou as obras de implanta o sem haver se submetido avalia o ambiental pr via cab vel a Licen a de Instala o de car ter corretivo estando o interessado obrigado a apresentar os documentos referentes et
135. a 2 2 com as principais fontes de polui o do ar Pode se notar que os valores correspondentes ao ar contaminado s o bem maiores do que aqueles correspondentes ao ar limpo Dessa forma torna se necess rio restringir os valores m ximos da concentra o de diferentes contaminantes a n veis em que as pessoas podem ficar expostas sem risco de problemas de sa de denominados padr es de qualidade do ar Tabela 2 1 Concentra o m dia de poluentes no ar limpo e contaminado Lora 2002 Poluente Concentra o ppb Ar limpo Ar contaminado SO 1 10 20 200 CO 120 1 000 10 000 NO 0 01 0 05 50 750 NO 0 1 0 5 50 250 O5 20 80 100 500 ppb partes por bilh o Segundo Derisio 1992 um padr o de qualidade do ar define legalmente um limite m ximo para a concentra o de um componente atmosf rico que garanta a prote o da sa de e do bem estar das pessoas Os padr es j estabelecidos baseiam se em estudos sobre o efeito dos diferentes poluentes e prev em uma margem de seguran a baseados em dados medidos de concentra o de poluentes no ar e suas conseq ncias Os principais objetivos do monitoramento da qualidade do ar s o CETESB ou SMA SP a fornecer dados para ativar a es de emerg ncia durante per odos de estagna o atmosf rica quando os n veis de poluentes na atmosfera podem representar risco sa de p blica 33 b avaliar a qualidade do ar a luz de limites est
136. a 5 11 apresenta um fluxograma esquem tico para o processo empregando ur ia enquanto que na Tabela 5 6 feita uma breve descri o dos principais equipamentos de um sistema SNCR 5 5 4 Projeto de um sistema de remo o seletiva n o catal tica Neste t pico apresentada a metodologia de c lculo empregada para a an lise t cnico econ mica de sistemas de remo o seletiva n o catal tica 5 5 4 1 Pot ncia t rmica da caldeira O primeiro par metro a ser calculado na metodologia apresentada o m ximo calor liberado pela caldeira calculado a partir do consumo de combust vel e de seu PCI Qd Icon PCI 5 43 172 Ar de resfriamento Ar de atomiza o Om K A Compressor RE PROPER 1 eid DS M dulos de distribuicao 8 3 So Caldeira us EL ES EU XX XXI Misturador Bombas de 57 est tico medi o L Bombo de guo _ Bomba de gua M dulos de medi o M dulo de controle da na zono de inje o press o da gua de dilui o Solu o 50 ur ia LN Aquecedor Tanque de ormozeno Bombo de el trico mento de ur ia circula o Diii TS eidud 2 Bomba descarregamento de ur ia Figura 5 11 Diagrama de fluxo do processo SNCR com ur ia adaptado de EPA 2002 5 5 4 2 Fator de capacidade do sistema O fator de capacidade total do sistema FC uma medida da m dia anual de ope
137. a Tabela 1 9 cujo valor de 0 3 gnoxkg amp vapor gramas de NOx por quilo de vapor Nesta figura apresenta se a concentra o em gnox tbasa o gramas de NOx por tonelada de baga o a fim de considerar os par metros operacionais da caldeira ou seja produ o de vapor e consumo de baga o A linha cheia preta corresponde aos valores medidos a linha pontilhada verde corresponde aos valores calculados segundo Sigal e a linha tracejada vermelho corresponde aos valores calculados de acordo com o fator de emiss o da EPA Pode se constatar que todos os valores medidos 197 est o acima dos valores dos padr es de emiss o da EPA 1995 Isto conseqii ncia de que nas usinas onde foram realizadas as medi es empregam se caldeiras com queima em suspens o com um n vel de temperatura na fornalha superior de caldeiras com queima em grelha 3 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 calculado medido lil med O NOx calc git 4 Excesso de ar 96 NOx git Air excess 2 3 4 5 6 Figura 6 7 Compara o entre o excesso de ar os valores de NOx medidos e calculados segundo Sigal 1988 com os valores de fator de emiss o sugeridos pela EPA 1995 em gnox tbaga o 6 1 2 Resultados do estudo da Usina Barra Grande setembro outubro dezembro de 2004 Com a finalidade de comparar os valores medidos com valores regulamentados e como o estado de S o Paulo n o disp e ainda de Padr
138. a m Excesso de ar 4 Carga Figura 4 9 Influ ncia de par metros de opera o da caldeira na efici ncia da mesma para faixas t picas de excesso de ar e de carga 120 Convertendo a concentra o de NOx de ppm em base volum trica para mg m O fator de convers o depende da temperatura e press o na qual voc deseja converter usualmente entre 20 e 25 C 1 atm respectivamente mg _ ppm 12 187 MM a 273 mg m miligramas de poluente gasoso por metro c bico de ar ambiente ppm partes por milh o em volume volume de gases poluentes por 10 volumes de ar ambiente MM massa molecular do poluente gasoso Figura 4 10 Convers o da concentra o de poluentes gasosos medidos em ppm para mg m 273 Q09 0 ToS 222 ret 100 U 41 Cole 74273 009 0 E A Figura 4 11 apresenta os valores da concentra o de xidos de nitrog nio na caldeira 1 medidos no dia 27 10 2004 a qual operou com cargas estabilizadas em 130 155 e 160 t h al m dos valores de excesso de ar e teor de oxig nio nos gases de exaust o da chamin O comportamento dos valores medidos ppm e os calculados mg Nm em rela o ao conte do de oxig nio nos gases permitem identificar claramente a depend ncia da forma o de NOx em rela o ao teor de oxig nio nos gases Isto significa que o mecanismo principal de forma o dos xidos de nitrog nio em c
139. a men o por enquanto feita com rela o s emiss es de NOx Nos EUA atrav s da EPA Environmental Protection Agency somente o di xido de nitrog nio NO2 regulado como se fosse um substituto de toda a fam lia dos compostos nitrogenados devido o mesmo ser a mais predominante forma de NOx antropog nica na atmosfera O NO n o somente um importante poluente por si pr prio mas tamb m porque reage na atmosfera formando o oz nio e a chuva cida O absorve a luz solar fundamentalmente na zona do espectro vis vel e associado queima de combust veis f sseis Pode produzir uma n voa de cor amarela ou laranja O N20 um g s incolor emitido quase totalmente por fontes naturais a o bacteriana no solo e rea es na atmosfera superior Tabela 3 4 Fam lia dos compostos nitrogenados EPA 2002 F rmula Nome Propriedades N20 Oxido nitroso G s transparente sol vel em gua NO Oxido n trico G s transparente levemente sol vel em gua NO Di xido de dinitrog nio G s transparente levemente sol vel em gua N20 Tri xido de dinitrog nio S lido preto sol vel em gua decomp e se em gua a G s marrom avermelhado altamente sol vel em agua Di xido de nitrog nio Re 8 decomp e se em gua mu e A G s marrom avermelhado altamente sol vel em gua N2O4 Tetr xido de dinitrog nio 5 decomp e se em gua E S lido branco altam
140. a pura que existe como l quido ou s lido na atmosfera e tem dimens es microsc picas ou submicrosc picas por m maiores que as dimens es moleculares A combust o de qualquer combust vel que cont m materiais n o combust veis resulta na forma o de cinza A cinza como tamb m qualquer part cula de carbono n o queimado s o referidos coletivamente como material particulado MP ou cinza vol til MP fino inclui p fuma a e fuligem que podem ser emitidos durante a combust o de certos combust veis como carv o leo madeira e baga o O tamanho da part cula medido em micr metros ou m crons um milion simo de um metro Dependendo da concentra o estas part culas finas podem adversamente afetar a respira o e contribuir para uma perda na visibilidade Atualmente nos EUA as limita es quanto emiss o de MP foram separadas para part culas com um di metro menor que ou igual a 10 um PM19 e para part culas com um di metro menor que ou igual a 2 5 um PM 5 Os particulados presentes na atmosfera classificam se em a Finos com um di metro d lt 2 5 um b Grossos com um di metro dp gt 2 5 um Dependendo de sua origem os particulados atmosf ricos podem ser prim rios ou secund rios Neste ltimo caso os particulados originam se na atmosfera a partir de rea es qu micas na fase gasosa que geram compostos condens veis O tempo de resid ncia dos particulados na atmosfera inferior de alguns di
141. a semana do dia 25 de outubro de 2004 in cio do processo de ratifica o pela R ssia www chicagoclimateexchange com Quantidade de cr ditos Pre o SETEMBRO transacionada AE Periodo de gera o de cr ditos Semana ultimo tCO e US 1 800 USS 0 08 2003 tate 1 000 USS 0 05 2004 a 500 USS 0 08 2005 20 500 USS 0 08 2008 USS 0 08 2003 13217 USS 0 06 2004 50 100 USS 0 02 2005 50 000 USS 0 07 2006 2 700 USS 0 05 2003 0224 5 700 USS 0 07 2004 vr 25200 USS 0 08 2005 21 500 USS 0 08 2006 7 000 US 1 06 2003 16 300 US81 13 2004 27 a01 10 15 100 US 1 00 2005 34 000 US 1 08 2006 OUTUBRO semana 28700 USS 1 20 2003 4a2 28 200 USS 1 20 2004 50 500 055 1 21 2005 53 600 USS 1 21 2006 E USS 1 20 2003 1a 15 10 000 USS 1 28 2004 10 100 USS 1 28 2005 20 000 USS 1 28 2006 6 300 USS 1 43 2003 18222 3 800 USS 1 43 2004 25 800 USS 1 43 2005 8 800 USS 1 43 2006 63 800 USS 1 53 2003 25320 16 300 USS 1 45 2004 13 000 USS 1 45 2005 12000 USS 145 2008 NOVEMBRO semana USS 1 49 2003 Daos 24 000 USS 1 58 2004 13 000 USS 1 48 2005 32 500 USS 1 47 2006 No Brasil a produ o e utiliza o da cana de a car caracterizam se por serem atividades de grande porte e por levarem no seu conjunto a grandes excedentes energ ticos Como consequ ncia na situa o atual o setor proporciona uma redu o l quida de 206 kg CO t cana processada sendo os efeitos principais advindo do uso do etanol substituindo gasolina
142. a uma classe de poluentes constitu da de poeiras fuma as e todo tipo de material s lido e l quido que devido ao seu pequeno tamanho se mant m suspenso na atmosfera As fontes emissoras desse poluente s o as mais variadas indo de inc modas fuligens emitidas pelos ve culos at as fuma as expelidas pela chamin s industriais passando pela pr pria poeira depositada nas ruas levantada pelo vento e pelo movimento dos ve culos At 1989 a legisla o brasileira preocupava se apenas com as Part culas Totais em Suspens o ou seja com todos os tipos e tamanhos de part culas que se mant m suspensas no ar de uma maneira geral part culas menores que 100 m crons um m cron a mil sima parte do mil metro No entanto pesquisas recentes mostram que aquelas mais finas em geral as menores que 10 m crons penetram mais profundamente no aparelho respirat rio e s o as que apresentam 50 efetivamente mais riscos a sa de Dessa forma a legisla o brasileira passou tamb m a se preocupar com as Part culas Inal veis a partir de 1990 2 6 ndice de Qualidade do Ar Os dados de qualidade do ar obtidos pela CETESB s o divulgados diariamente para a imprensa juntamente com a previs o meteorol gica das condi es de dispers o dos poluentes para as 24 horas seguintes Para simplificar o processo de divulga o dos dados utilizado um ndice de qualidade do ar desde maio de 1981 Foi concebido com base no P
143. a vez determinado o n mero de pontos da se o transversal eles devem ser dispostos sobre dois di metros perpendiculares metade em cada di metro A Tabela 4 1 d a porcentagem do di metro para a disposi o de cada ponto Nos dutos com di metro superior a 0 60 m nenhum ponto deve ser disposto a uma dist ncia inferior a 2 5 cm da parede A Figura 4 6 mostra a disposi o dos 12 pontos numa se o circular 111 N mero de di metros equivolentes entre o local de medi o e o dist rbio distancia A 2 1 0 24 ou 25 N mero m nimo de pontos transversos 7 di metros Squivolentes entre o distirkio eo local de 1 5 2 0 2 2 0 n mero maior chamin s ou dutos retanqulares A partir do ponto de qualquer dist rbio curvos expans o contra o etc Ci metro da chomin 0 30 a 0 61 m 10 medi o dist ncio B Figura 4 5 N mero m nimo de pontos de amostragem CETESB 1999 Tabela 4 1 Distribui o dos pontos de amostragem Porcentagem do di metro a partir da parede aos pontos CETESB 1999 N de ordem do N de pontos no di metro ponto no di metro 8 12 1 3 2 2 1 2 10 5 6 7 3 19 4 11 8 4 32 3 17 7 5 67 7 25 0 6 80 6 35 6 7 89 5 64 4 8 96 8 75 0 9 82 3 10 88 2 11 93 3 12 97 9 Fonte CETESB Norma L9 221 jul 90 112 Figura 4 6 Se o circular dividida em 12 reas iguais 4 2 3 Determina o da conce
144. abelecidos internacionalmente para proteger a satide bem estar das pessoas acompanhar as tend ncias e mudan as na qualidade do ar devidas a altera es nas emiss es dos poluentes Tabela 2 2 Principais fontes de polui o do ar Der sio 1992 Fonte Processo Poluentes Fontes estacion rias Combust o material particulado SO e 80 CO hidrocarbonetos Ox Processos industriais material particulado fumos poeiras e n voa SO e SO HCl e HF Hidrocarbonetos Mercaptanas NO Incinera o de res duos s lidos material particulado SO e SO HCl Fontes moveis Veiculos a gasolina diesel lcool avi es motocicletas barcos locomotivas etc Material particulado CO SO e SO3 NO Hidrocarbonetos Aldeidos cidos org nicos Fontes naturais material particulado SO e HS CO NOe hidrocarbonetos Fontes de poluentes secundarios Aldeidos cidos org nicos Nitratos aerossol fotoqu mico No Brasil o Conselho Nacional de Meio Ambiente CONAMA pela Resolu o N 3 de 28 06 90 estabeleceu os Padr es Nacionais de Qualidade do Ar PNQA com base na Portaria Normativa N 348 de 14 03 90 do IBAMA e apresentados na Tabela 2 3 Segundo esta portaria entende se por padr es de qualidade do ar as concentra es de poluentes atmosf ricos que 34 ultrapassadas poder o afetar a sa de a seg
145. abscissa ou 8760 h O custo de capital anualizado foi dividido em custos diretos insumos opera o e manuten o e indiretos equipamentos instala o engenharia e os o custo de remo o calculado como o custo anualizado dividido pelas toneladas de NOx removidas A efici ncia de remo o requerida ou seja o valor regulamentado pela ag ncia ambiental que no caso foi considerada como padr es de qualidade do ar 320 ug Nm e padr es de emiss o 400 mg Nm e baseado no comportamento da velocidade e dire o do vento pode se definir qual ou quais os per odos do dia e do ano apresenta varia es ao longo do dia e ao longo do ano necessitam de realizar o controle Neste trabalho avaliou se o comportamento de seis variantes uma vez que o custo considera 10 20 30 40 50 e 53 de redu o sendo este ltimo relacionado pior condi o da Usina Barra Grande que em outras palavras significa uma remo o de 53 de NOx nos gases de exaust o para uma concentra o de entrada de 141 mg N m com 50 de excesso de ar estabilidade tipo A e a uma dist ncia x de 300m interessante notar que para cada faixa de efici ncia de remo o o custo de capital anualizado CA n o se altera muito quanto ao tempo de utiliza o Observa se uma varia o de 30 entre R 680 000 e R 1 000 000 se operado 10 do tempo anual chegando a cerca de 50 se operado em 100 do tempo anual enquanto que o custo de remo o torna se cada ve
146. adequa o s necessidades do meio ambiente A cana de a car mat ria prima de grande flexibilidade Com ela poss vel produzir a car e lcool de v rios tipos fabricar bebidas como cacha a rum e vodka e gerar eletricidade a partir do baga o via alcoolqu mica Da cana se aproveita absolutamente tudo baga o m is torta e res duos de colheita Com 3 kg de a car e 17 1 kg de baga o pode se obter por exemplo 1 kg de pl stico biodegrad vel derivado da cana utilizando se como solventes outros subprodutos da usina Do baga o obt m se baga o hidrolisado para alimenta o animal diversos tipos de pap is f rmacos e produtos como o furfurol de alta reatividade para a s ntese de compostos org nicos com grande n mero de aplica es na ind stria qu mica e farmac utica Unica 2004 Do mela o al m do lcool usado como combust vel bebida e na ind stria qu mica farmac utica e de cosm ticos extraem se levedura mel cido c trico cido l tico glutamato monoss dico e desenvolve se a chamada alcoolqu mica as v rias alternativas de transforma o oferecidas pelo lcool et lico ou etanol Do etanol podem ser fabricados polietileno estireno cetona acetalde do poliestireno cido ac tico ter acetona e toda a gama de produtos que se extraem do petr leo Seu variado uso inclui a fabrica o de fibras sint ticas pinturas vernizes vasilhames tubos solventes plastificantes etc Dos
147. ais dados de opera o US Army 2003b CAP TULO 4 Tabela 4 1 Distribui o dos pontos de amostragem Porcentagem do di metro a partir da parede aos pontos CETESB 1999 Tabela 4 2 Par metros de opera o das caldeiras avaliadas Tabela 4 3 Dados de opera o da caldeira Tabela 4 4 Dados medidos com o analisador de gases Tabela 4 5 Tabela resumo dos dados utilizados na simula o da dispers o e referentes caldeira 3 da Usina Barra Grande Tabela 4 6 Caracter sticas espec ficas do lavador de gases Fonte Caldema Tabela 4 7 Dados da concentra o de MP antes e depois do lavador de gases da Usina Bioenergia Cogeradora cortesia Caldema Medi o em 30 07 02 Tabela 4 8 Dados da concentra o de MP antes e depois do lavador de gases da Usina Bioenergia Cogeradora cortesia Caldema Medi o em 27 09 02 Tabela 4 9 Dados da concentra o de MP coletados na Bioenergia Cogeradora Ltda durante as medi es e an lise de laborat rio Medi es realizadas em 28 e 29 09 2002 Tabela 4 10 Dados da concentra o de MP coletados na Usina Colombo durante as medi es e an lise de laborat rio Medi es realizadas em 23 07 2003 Tabela 4 11 Dados da distribui o granulom trica coletada na Bioenergia Cogeradora Ltda durante as medi es e an lise de laborat rio Medi es realizadas em 30 07 2002 Cortesia Caldema CAP TULO 5 Tabela 5 1 Composi o elementar do combust vel Cortes e Lora 1997 Tabela 5 2 Rela o
148. ais os procedimentos aplic veis c Reconhecimento pr vio da rea e da fonte emissora d Calibra o e certifica o do equipamento por uma entidade reconhecida Os procedimentos apresentados a seguir para a amostragem de material particulado seguem as normas t cnicas da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental do Estado de S o Paulo CETESB L9 221 de julho de 1990 que tratam da determina o dos pontos de amostragem e da L9 225 de mar o de 1995 que permite a determina o da concentra o de material particulado 4 2 1 Instrumenta o O equipamento utilizado durante a amostragem de particulados o AST Automatic Sampling Train da Thermo Andersen Figura 4 3 baseado no M todo 5 da Ag ncia Norte Americana de Meio Ambiente EPA Environmental Protection Agency em conjunto com os M todos 1 2 3 e 4 EPA e que permite ao usu rio determinar as emiss es de particulados de fontes estacion rias A amostragem conduzida isocineticamente isto realizada em condi es tais que o fluxo de g s na entrada do equipamento de amostragem tenha a mesma velocidade que o fluxo de g s que se pretende analisar CETESB 1999 Cabe salientar que esta foi a primeira medi o em campo utilizando o referido equipamento Desta forma os fatores de corre o empregados do medidor e do Pitot s o aqueles fornecidos pelo fabricante Espera se afer los junto CETESB ou outro rg o equivalente a fim de certific l
149. al e acima desta uma camada de invers o Esta estrutura observa se de manh quando a invers o noturna come a a se dispersar pela a o dos raios solares A dispers o da pluma sobre a superf cie da terra indesej vel 188 Regime de Gradiente Eleva o da estabilidade a Neutral b Inst vel super adiab tico c Ligeiramente est vel d Est vel invers o e Neutral invers o f Inversdo inst vel Figura 5 16 Depend ncia entre as caracter sticas de dispers o da pluma o regime de estabilidade atmosf rica adaptado de Lora 2002 5 6 2 Teoria estat stica de Gauss para a dispers o de plumas A equa o da teoria estat stica de Gauss uma solu o anal tica simplificada da equa o b sica da difus o Neste modelo o eixo x coincide com a dire o do percurso da pluma dire o principal do vento A Figura 5 17 mostra num sistema de coordenadas a dispers o de uma pluma segundo a teoria estat stica de Gauss Neste gr fico Ah a eleva o da pluma como conseq ncia de fatores din micos e t rmicos 189 Figura 5 17 Dispers o de uma pluma atendendo teoria estat stica de Gauss Lora 2002 Nos planos horizontal e vertical se observa que a concentra o dos contaminantes cumpre a distribui o estat stica de Gauss conhecida tamb m como sino de Gauss daqui o nome da teoria que apresenta tamb m as seguintes restri es a a pluma viaja c
150. al de NOx removido mg Nm Ncusto Custo eficaz representa o valor monet rio anual para cada de NOx removido 2 4 C lculo da dispers o de poluentes Teoria de Gauss x Dist ncia do receptor fonte medida na dire o do vento m y Dist ncia do receptor ao eixo da pluma m z Altura do receptor acima da superf cie do solo m Concentra o m dia do contaminante em qualquer ponto de coordenadas x z g m Q Taxa de emiss o g s oy Desvio padr o da distribui o horizontal da concentra o gaussiana da pluma calculado em fun o da dist ncia x fonte e do tipo de classe de estabilidade atmosf rica de Pasquill Gifford m oz Desvio padr o da distribui o vertical da concentra o gaussiana da pluma calculado em fun o da dist ncia x fonte e do tipo de classe de estabilidade atmosf rica de Pasquill Gifford m Velocidade m dia do vento na dire o do eixo x m s h Altura real da fonte m Ah Eleva o da pluma m H Altura efetiva de emiss o ou seja a soma da altura real da fonte h mais a eleva o da pluma Ah m SIGLAS ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica ANFAVEA Associa o Nacional dos Fabricantes de Ve culos Automotores ANP Ag ncia Nacional de Petr leo BNDES Banco Nacional de Desenvolvimento Econ mico e Social S A CENBIO Centro Nacional de Refer ncia em Biomassa CETESB Companh
151. aldeira 3 Caldema e dados apresentados no Cap tulo 4 valores de excesso de ar abaixo de 30 ou 4 de nos gases indicam n meros baixos de concentra o por volta de 120 mg Nm Por outro lado valores acima de 50 de excesso de ar ou 6 de O2 apresentam valores superiores podendo alcan ar 160 mg Nm Isto uma redu o no excesso de ar fornecido em 40 chega a representar uma diminui o de cerca de 25 na emiss o O comportamento em ambos os dias de medi o nesta caldeira foram similares No entanto precisa se a partir dos dados dispon veis de opera o analisar a varia o da efici ncia de combust o e da efici ncia da caldeira na faixa de excesso de ar discutida pois de acordo com os dados medidos a redu o do excesso de ar leva a uma redu o na concentra o de NOx por m associada a um aumento de mon xido de carbono CO conforme pode ser observado na Figura 6 9 Ou seja valores baixos de excesso de ar conduzem a uma menor forma o de NOx por m acompanhados de valores de CO maiores devido as perdas por combust o qu mica incompleta q3 calculada a partir do teor de CO CH e H nos gases conforme a equa o 6 1 Desta forma comprova se aqui que existe um compromisso entre o excesso de ar e a forma o de poluentes gasosos qs 126 4CO 358 2 108H 1 6 1 Sendo qs Perdas por combust o qu mica incompleta Vg Volume de gases secos m kg de combust vel 200
152. aldeiras que queimam baga o o teor de nitrog nio do combust vel ou NOx combust vel fuel bond nitrogen A Figura 4 12 apresenta os valores da concentra o de NOx na caldeira 1 medidos no dia 28 10 2004 onde tamb m se nota a depend ncia da forma o de NOx e o teor de oxig nio nos gases cujo comportamento bem similar ao das medi es anteriores Estes valores referem se caldeira operando com 150 t h de vapor As linhas entre os pontos foram feitas com o nico intuito de mostrar a semelhan a de comportamento entre os diferentes par metros medidos e portanto n o indicam rela o de tend ncia 121 183 8 163 L7 143 4 6 E 123 8 15 m x lt 9 103 e 87 E o t3 E 63 2 2e tag oi ioa ee ik rescindi 23 4 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 NOx ppm e NOx mg Nm3 Exc Ar g O2 Figura 4 11 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 1 medidos no dia 27 10 2004 com a caldeira operando com 130 155 e 160 t h de vapor 203 4 183 4 163 4 E 1435 o E 103 T 103 5 A ES a x 634 2 43 23 123 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 ppm e NOx mg Nm3 Ar
153. alores coletados na primeira amostragem Medi o considerando 25 de umidade nos gases Usina Santo Ant nio 207 Medi o 2 Calculo da velocidade m dia do gas na chamin K 34 97 mmhg g gmol mmH20O FCP 0 84 FCM 1 DeltaP 2 916 mmH2O Tch 353 K 80 C Pch 658 19 mmHg 87758 7 Pa MM 30 54 g g mol v ch 11 4 m s C lculo da vaz o volum trica m dia corrigida base seca do g s Diam 3 5 m A 9 6211 m2 PO 101325 0 CNTP TO 273 k CNTP U 0 25 Q 393158 9 m3 h corr 263347 8 m3 h Q corr bs 197510 8 Nm3 h Calculo do volume de gas amostrado base seca volume total amostrado de gas p T 227 19 C 3 128 m3 volume total amostrado de gas p T 80 C 2 208 m3 v tot 77 96 cf tot bs 58 47 dcf tot bs 1 66 Nm3 P bar local 712 88 mmhg P orif 263 05 mm H20 Tm gasometro 305 K V tot corr bs 50 42 dscf V tot corr bs 1 4278 Nm3 C lculo da concentra o de particulados m part 0 0969 g O2 gases 5 5 C part 67 87 mg Nm3 C part 11 O2 43 79 mg Nm3 Taxa emiss o 13 40 kg h Figura 6 14 Dados calculados a partir dos valores coletados na segunda amostragem Medi o considerando 25 de umidade nos gases Usina Santo Ant nio 6 2 2 Resultados do estudo na Usina Colombo julho de 2003 De acordo com os dados mostrados no Cap tulo 4 apresenta se nas Figuras 6 15 e 6 16 os resultados da planilha de c lculo da concentra o de particulado a partir dos dados levantados em campo atrav
154. amente A utiliza o de reagente Ureag a raz o entre os moles de reagente reagido e os moles injetados Isto indica o quanto de reagente est sendo reagido em compara o ao quanto de reagente est atravessando como arraste de am nia Pode ser calculada a partir da efici ncia de redu o de NO e da rela o estequiom trica normalizada REN conforme equa o 5 50 175 Tl Nox Wise 5 50 M todos a estimativa de REN s o considerados de propriedade exclusiva Um procedimento simplificado de estimativa de REN foi desenvolvido por The Cadmus Group Bechtel Power Inc em relat rio da EPA Selective Noncatalytic Reduction for NOx Control on Coal fired Boilers EPA 1998a Este procedimento foi desenvolvido usando regress o linear e dados de REN baseados em EPA 1996 1997 A equa o 5 51 permite estimar o valor de REN e v lida para a faixa de 0 50 de redu o onde o valor da concentra o de NOx dado em Ib MMBtu EPA 1998a 2 NO yent 0 7 N Nox NO REN 5 51 A Figura 5 12 fornece uma representa o gr fica do m todo Geralmente o valor da REN varia entre 0 5 e 2 0 para caldeiras industriais e de utilidades com utiliza o que varia entre 25 e 50 de redu o de NOx EPA 1998a gt o Redu o de NOx zx Or qo Vx c O N gt Rela o estequeom trica normalizada estimada So oO e co e N 0 4 86 12
155. ando se a uma redu o do consumo espec fico de energia A produ o de a car neste mesmo per odo apresentou um acr scimo de cerca de 22 enquanto que a de lcool total reduziu se na ordem de 25 Mesmo com a redu o da produ o de carros a lcool no Pa s para praticamente zero nos ltimos anos a produ o n o acompanhou o total decl nio pois gasolina s o adicionados 25 de lcool anidro que apresentou um crescimento de 11 frente redu o de 48 na de lcool hidratado e G S NATURAL s CARV O MINERAL Evolu o do Consumo Eneg tico por Fonte 1970 2002 Ee LENA 60 4 BAGA O DE CANA e ELETRICIDADE e CARV O VEGETAL LCOOL ET LICO 50 4 DERIVADOS DE PETR LEO OUTROS 40 4 30 4 20 4 10 4 _ 3 8 549 ee 4 1 3 a a 0 ATT ET TT TT 1 O A AV AD AW 4o AO W 1D DA dV do oh HA GD DA dv d ob do do A YM OR GW S S S S S S S EX RA 99 PP PP PP GPP SP PPS A A FH Figura 1 1 Oferta interna de energia no Brasil no per odo de 1970 a 2002 BEN 2003 O aumento das vendas de ve culos movidos a lcool e o inicio de produ o de carros bi combust veis est o incrementando a produ o de lcool hidratado no pa s de acordo com a Unica 15 11 2004 Com uma participa o de 40 da produ o total de lcool na safra 2003 04 o percentual de hid
156. apa de obten o da Licen a Pr via juntamente com os relativos fase de LI O prazo de validade da Licen a de Instala o corresponde no m nimo ao estabelecido pelo cronograma de implanta o do empreendimento n o podendo ser superior a 6 anos A LI pode ter seu prazo de validade prorrogado por 2 anos desde que n o seja ultrapassado o limite m ximo de 6 anos 2 4 3 Licen a de Opera o LO A Licen a de Opera o autoriza a opera o do empreendimento ap s a verifica o do efetivo cumprimento do que consta das licen as anteriores com as medidas de controle ambiental e as condicionantes determinadas para a opera o Assim a concess o da LO vai depender do cumprimento daquilo que foi examinado e deferido nas fases de LP e LI conforme Figura 2 7 Deve ser requerida quando o novo empreendimento ou sua amplia o est instalado e prestes a entrar em opera o licenciamento preventivo ou j est operando licenciamento corretivo Vistoria de Acompanhamento da implanta o do projeto aprovado e das medidas mitigadoras e dos planos e programas ambientais IB O Emiss o de Parecer T cnico conclusivo IB Deferimento da Sim solicita o TER Acompanhametno Publica o do s Emiss o da LO 2 das condicionantes Recebimento LO IB E parametros de opera o O empreendedor dever proceder as adequa es t cnicas para atendimento s exig ncias da fase de
157. ara biomassa polidispersa baga o palha outros Aperfei oamento dos sistemas de limpeza do g s produzido c Pir lise Caracteriza o dos carv es vegetais obtidos a partir de biomassa Projeto de pirolizadores cont nuos 60 Obten o de produtos qu micos a partir dos res duos da pir lise Estudo das Propriedades dos Bio leos d Biodigest o biog s Modelagem de processos de digest o anaer bica Desenvolvimento de reatores de fluxo ascendente de pequenas capacidades para o tratamento descentralizado de res duos Desenvolvimento de reatores com baixo tempo de resid ncia para res duos com m dio e alto teor de s lidos Redu o dos custos de constru o de reatores e acess rios Algumas institui es nas quais se pesquisam estes temas no Brasil CENBIO Microturbinas a g s com biog s e biodiesel CIENTEC Gaseifica o de baga o de cana de a car e casca de arroz em leito fluidizado COPERSUCAR Efici ncia em caldeiras a baga o pir lise e cogera o IPT Gaseifica o em leito fluidizado avalia o de processos de combust o UNESP Campus Jaboticabal Biodigest o UNESP Campus Guaratinguet Biog s em motores alternativos UNICAMP Pir lise Gaseifica o e Combust o em Leito Fluidizado Biodigest o e Cogera o de energia el trica nas usinas de a car UNIFEI NEST Estudos de combust o e gaseifica o de lenha e cogera o nas usinas
158. articulados etc Assim aparece como um problema vital conciliar o desenvolvimento e as vantagens de um n vel de vida aceit vel com a conserva o do meio ambiente O consumo de energia traz como uma consequ ncia inevit vel danos ambientais seja na sua explora o transforma o ou no seu consumo Uma das solu es para atenuar e manter em limites aceit veis este problema a realiza o de estudos que permitam decidir qual a melhor pol tica energ tica incluindo a avalia o de todas as poss veis fontes de energia usando cinco crit rios capacidade custo seguran a 32 confiabilidade e afeta es ao meio ambiente Isto deve ser feito separadamente para cada pais respeitando suas necessidades e recursos naturais Hudgson 1997 Ap s esta breve apresenta o pretende se neste t pico apresentar os Padr es de Qualidade do Ar sugeridos pela Organiza o Mundial de Sa de bem como os adotados no Brasil seguindo dos Padr es de Emiss o para o setor sucroalcooleiro Na sequ ncia feita uma breve explana o sobre as etapas de um Licenciamento Ambiental procedimentos estes necess rios para se implantar e ou expandir e operar qualquer empreendimento energ tico 2 1 Padr es de Qualidade do Ar Antes de falar sobre padr es de qualidade do ar e fatores de emiss o apresentada a Tabela 2 1 onde se mostram dados sobre a concentra o m dia de poluentes em uma atmosfera limpa e em uma contaminada e a Tabel
159. artir do nitrog nio do combust vel 3 2 1 1 Forma o dos xidos de nitrog nio t rmicos Formados a altas temperaturas quando o e se dissociam e recombinam na forma de NOx A rea o do nitrog nio atmosf rico com o oxig nio livre durante a combust o na realidade uma rea o em cadeia Por m a equa o 3 1 descreve bem a cin tica formal deste processo an lise dos cientistas russos Zeldovich Ya B e Frank Kamenetsky D A 1947 N 0 lt gt 2NO AH 180kJ kg 3 1 A velocidade desta rea o revers vel calculada como dC Cy Co 32 sendo Cy Co concentra es dos compostos reagentes e NO As constantes das rea es direta e inversa K e s o calculadas pelas equa es 3 3 e 3 4 respectivamente sendo a energia de ativa o E assume os seguintes valores E 542 kJ mol e E 360 kJ mol Lora 2002 65 E K 6 10 exp 3 3 1 3 3 E K 3 10 exp 3 4 2 a 3 4 Como resultado obt m se uma equa o para o c lculo da concentra o de equil brio dos xidos de nitrog nio formados pelo mecanismo t rmico trabalho cl ssico de Zeldovich et al 1947 3 5 Cno 4 6 Co ex xo 0 UN RT Na Tabela 6 se apresentam os resultados dos c lculos da concentra o de equil brio de NO para diferentes temperaturas Sigal 1988 Tabela 3 5 Depend ncia
160. as Considera es Em situa es onde o g s cont m tanto particulados como tamb m gases que devem ser controlados os lavadores venturi s o algumas vezes utilizados como um dispositivo de pr tratamento removendo MP para prevenir entupimento de sistema a jusante tal como um packed bed scrubber projetado para coletar poluentes gasosos prim rios h Exig ncias de pr tratamento Geralmente nenhum pr tratamento requerido Entretanto em alguns casos o g s resfriado para reduzir a temperatura para lavadores constru dos com materiais afetados por altas temperaturas i Teoria de opera o Um lavador de g s tipo venturi utiliza a corrente do g s em movimento para atomizar e acelerar as gotas l quidas e com isso aumentar o contato gas liquido Este procedimento alcan ado pois uma se o de estrangulamento constru da no duto que for a o fluxo de g s a acelerar quando o tubo se estreita e ent o se expande Figura 3 25 Quando o g s entra na garganta do venturi tanto a turbul ncia como a velocidade de g s aumentam podendo se alcan ar velocidades entre 60 e 180 m s US Army 2003a Dependendo de seu projeto o l quido 101 de lavagem pode ser atomizado no fluxo de g s antes do g s encontrar a garganta do venturi ou na garganta ou ainda para acima contra o fluxo de g s na garganta O l quido ent o atomizado em pequenas gotas pela turbul ncia na garganta e a intera o da gota part c
161. as a uma semana Os mecanismos de remo o dos mesmos s o a Sedimenta o e impacto em superf cies b Deposi o mida Devido varia o de tamanho das part culas no fluxo de g s algumas defini es devem ser apresentadas 82 a Material Particulado refere se a qualquer part cula s lida aerotransportada ou material l quido com um di metro aerodin mico menor que 100 microns b Emiss es de Material Particulado referem se a todo material particulado emitido ao ar ambiente quando medido por m todos de refer ncia aplic veis e especificados pelo rg o ambiental vigente No Brasil por exemplo a CETESB SP e a FEAM MG baseia se nos m todos da EPA aplic veis nos EUA c refere se a part culas com um di metro aerodin mico menor que ou igual a 10 microns quando medido por m todos de refer ncia aplic veis e especificados pelo rg o ambiental vigente d Emiss es de PM referem se a todo material particulado com um di metro aerodin mico menor que ou igual a 10 microns quando medido por m todos de refer ncia aplic veis e especificados pelo rg o ambiental vigente e PM refere se a part culas com um di metro aerodin mico menor que ou igual a 2 5 microns quando medido por m todos de refer ncia aplic veis e especificados pelo rg o ambiental vigente f Emiss es de PM referem se a todo material particulado com um di metro aerodin mico menor que ou igual a 2 5 m crons quan
162. as e 55 0 de umidade e corrigidos para as condi es normalizadas Posteriormente calcula se o valor m dio da concentra o de NOx da caldeira a ser avaliada para cada faixa de excesso de ar de 10 20 30 40 e 50 Conhecidos estes valores pode se ent o determinar a taxa de emiss o e portanto avaliar a dispers o Calculou se para cada uma das estabilidades A B C D E e F vide T pico 5 6 e entre 100 e 800 metros qual a concentra o correspondente ao n vel do solo Como o porte das tr s caldeiras da Usina Barra Grande capacidade press o e temperatura e os valores de concentra o medidos est o numa faixa de varia o aceit vel do ponto de vista t cnico a avalia o considerou apenas os dados referentes caldeira 3 e multiplicados por tr s para considerar a emiss o total da Usina Para o c lculo de cada variante do estudo de dispers o foi considerada a velocidade m dia do vento de 2 65 m s e uma altura efetiva da chamin de 55 m Os resultados deste estudo foram sintetizados na Tabela 4 5 e mostrados nas Figuras 4 17 4 18 4 19 4 20 e 4 21 Pode se observar na Figura 4 21 que a pior condi o apresentada para 50 de excesso de ar e a 300 m de dist ncia quando o valor alcan a 670 Lg Nm sendo o valor do Padr o de Qualidade do ar igual a 320 ug Nm conforme apresentado no Cap tulo 2 e que portanto necessitaria de uma redu o em torno de 52 Tabela 4 5 Tabela resumo dos dados utilizados na si
163. as gotas d gua no final da se o convergente do venturi e sua acelera o atrav s da for a de arraste da alta velocidade do g s o que garante uma velocidade relativa necess ria para os mecanismos de cole o inercial Posteriormente se o reta o g s flui para uma se o divergente na qual o g s retorna sua velocidade inicial Quando uma part cula ou gota tem um movimento relativo ao fluxo de um fluido age sobre as mesmas uma for a oposta dire o do movimento Devido forma das part culas ou gotas o fluido g s em movimento deslocado ao longo destes corpos causando uma press o maior na borda de frente do que na de tr s resultando em uma for a na part cula e gota Por outro lado quando um fluido se move no entorno da part cula uma for a de atrito age sobre o mesmo Como a for a de atrito depende da forma da part cula um coeficiente deve ser introduzido para prever esta intera o aqui denominado de coeficiente de arraste Cp A vaz o de gua atomizada nos gases e a velocidade m dia da mistura na garganta do venturi s o calculadas conforme as equa es 5 24 e 5 25 Conhecidos estes par metros pode se ent o determinar o di metro da gota Dgota capaz de produzir o efeito da impacta o atrav s da equa o 5 26 Magua Mgas L G 5 24 sendo r 3 Magua Vaz o de gua no venturi do lavador m s 160 L G rela o do volume de gua e do volume de g s no venturi do la
164. as os valores m dios m ximo e m nimo Altas concentra es podem requerer sistemas compostos em s rie para satisfazer os padr es de emiss o e de qualidade de ar Por exemplo um ciclone seguido de um lavador de g s um precipitator eletrost tico ou um filtro de mangas b Tamanho de part cula muito importante conhecer a distribui o granulom trica das part culas pois o seu tamanho afeta a efici ncia de cole o dos equipamentos de controle A remo o de part culas finas requer equipamentos de alta efici ncia como lavador de g s ventury precipitator eletrostatico ou filtro de mangas enquanto que part culas maiores acima de 20 um podem ser coletadas eficientemente com ciclones c Resistividade el trica o seu valor um fator determinante no projeto de precipitadores eletrost tico d Composi o qu mica caracter stica importante e que afeta os materiais de constru o e o projeto do coletor como tamb m o equipamento de disposi o das cinzas 3 4 4 Avalia o t cnica dos equipamentos de controle Quando se deseja fazer uma avalia o t cnica entre diferentes tipos de sistemas de controle de poluentes tr s fatores devem ser levados em conta o primeiro diz respeito s restri es ambientais locais traduzidas pelos Padr es de Emiss o de Qualidade do Ar e que podem variar de regi o para regi o o segundo o valor das taxas de emiss o sem controle para cada poluente da fonte emissora e que deve s
165. as pode ser fatal tamb m afeta plantas e esp cies mais sens veis ind strias e ve culos Diesel e p MC OO EROR enxofre contribui para a destrui o do patrim nio hist rico acidifica o do solo e corpos d gua formado na baixa atmosfera pela a o da luz solar sobre causa envelhecimento precoce diminui a resist ncias s infec es Os oz nio 2 Emi 3 hidrocarbonetos xidos de provoca irrita o nos olhos nariz e garganta e desconforto respirat rio nitrog nio ve culos movidos a Diesel Agrava quadros al rgicos de asma e bronquite pode ser carcinog nico ME ind strias desgastes dos as poeiras mais grossas ficam retidas no nariz na garganta causando articulado pneus e freios de ve culos emlirrita o e facilitando a propaga o de infec es gripais as poeiras P geral ressuspens o de mais finas part culas inal veis chegam aos alv olos agravando casos poeiras assentadas de doen as respirat rias ou do cora o ueima incompleta As por x CxHy d eae 4 respons veis pelo aumento da incid ncia de c ncer no pulm o evapora o dos combust veis a Ad DEN Hidrocarbonetos provoca irrita o nos olhos nariz pele e aparelho respirat rio lcool gasolina e Diesel 7 rovoca irrita o dos olhos nariz garganta os alde dos emitidos por Alde dos ve culos gt Barbana ve culos a Diesel e gasolina pod
166. assa incluindo o consumo direto e indireto de combust veis f sseis verifica se a emiss o de Por m mesmo neste caso conforme demonstrado na Tabela 1 7 quando se compara a outras fontes de combust veis f sseis nota se um valor de emiss o muito menor FIESP CIESP 2001 De uma maneira geral as principais atividades modificadoras do meio ambiente envolvidas no ciclo da cana correspondem ao seu cultivo ao processo de fabrica o de a car lcool usina de gera o termel trica e linha de transmiss o at a subesta o da distribuidora A seguir feita uma breve descri o dos principais impactos ambientais do setor de a car e lcool subdivididos nas fases agr cola e industrial Tabela 1 7 Compara o das emiss es de durante a gera o de eletricidade com diferentes combust veis FIESP CIESP 2001 Combust vel Emiss es kg CO kWh Condi es Cinadeasteat 0 057 0 11 Ciclo completo incluindo energia indireta dos equipamentos e insumos Madeira 0 0465 Ciclo completo incluindo energia indireta dos equipamentos e insumos Oleo combust vel 0 87 Somente queima do combustivel Gas natural 0 38 Somente queima do combustivel 1 4 1 Fase agricola a Queima do canavial Na fase agr cola o impacto mais significativo devido s emiss es de poluentes durante a queima do canavial Por m esta pr tica n o permite o aproveitamento do potencial energ tico das palhas e pontas da cana
167. ativos a possibilidade de emiss o de am nia para o meio ambiente que tamb m um poluente controlado e a dificuldade da disposi o final do catalisador uma vez que ele cont m metais pesados tais como van dio e ou tit nio Redu o seletiva n o catal tica M dulo de medi o e mistura NOxOUT A Chamin Vaporizador de am nia VA Precipitador Aquecedores de ar com setores catal ticos Bancos de Tanque de solu o catalisadores de am nia Redu o seletiva catal tica Figura 3 12 Esquema de um processo h brido de controle de NOx empregando SNCR e SCR Carli et al 1998 TI Neste trabalho controle de NOx sera baseado em sistemas SNCR devido aos estudos recentes onde se mostram adequados t cnico e economicamente para a aplica o de caldeiras para biomassa Segundo Nussbaumer 1991 um estudo foi realizado em uma caldeira com sistema de queima em grelha queimando madeira e temperatura na faixa de 850 a 1050 C onde o emprego de SNCR alcan ou uma redu o de 50 nas emiss es de NOx empregando se como reagentes sal amoniaco salt ammoniac e am nia Os sistemas com catalisador SCR ainda apresentam pouca experi ncia em aplica es de caldeiras a biomassa e o custo do catalisador pode ser invi vel em sistemas de m dio e pequeno porte 3 2 3 Emiss es de NOx em caldeiras a baga o De acordo com AP 42 EPA 1993 o n vel de emiss o t pico d
168. ato pulsante inverso 99 98 99 95 99 80 Precipitador eletrost tico 99 50 98 50 94 80 Os diferentes sistemas de controle de particulados empregam princ pios diversos entre si para retirar a part cula dos gases de combust o As for as de intera o entre os sistemas e as part culas est o discriminadas na Tabela 3 11 86 Tabela 3 11 Principios fisicos dos sistemas de controle de particulados USArmy 2003c Separador For as principais de Superf cies de separa o separa o C mara de sedimenta o Gravitacional Plana Separador ciclonico Centrifuga Cilindrica Precipitador eletrostatico Eletrostatica Plana ou cilindrica Filtro de mangas Intercep o direta Cil ndrica composta de um material t xtil e cake de part culas Lavador de g s scrubber Inercial Difusional Intercep o direta Esf rica ou irregular Existem vantagens e desvantagens na escolha do sistema de controle de part culas desde vari veis econ micas de efici ncia ocupa o de espa o etc A Tabela 3 12 traz esta compara o para os diversos sistemas enquanto que na Figura 3 18 se apresentam resultados de medi es de particulado em caldeiras queimando madeira empregando os diferentes tipos de controle acima mencionados precipitadores eletrost tico PE filtros de manga FM multiciclones MC e lavadores de g s LG segundo EPA 1993 Tabela 3 12 Compara
169. baixa concentra o de MP s o mais caras por unidade de vaz o volum trica pela quantidade de poluente controlada que uma unidade grande que controla um fluxo com uma concentra o de MP alta Custo de capital US 4200 a US 5100 por 5 O amp M US 2400 US 27800 por Nm s por ano Custo anualizado US 2800 a US 28300 per Nm s por ano Custo benef cio US 0 45 a US 460 por tonelada custo anualizado por tonelada por ano de poluente controlado 98 3 y 3 Fluxos maiores do que cerca de 10 Nm s e at aproximadamente 50 Nm s normalmente empregam m ltiplos ciclones que operando em paralelo Assumindo as mesmas caracter sticas do fluxo considerado para ciclones nicos e uma efici ncia de 90 as faixas de custo expressa em 1995US e referenciada vaz o volum trica da corrente de gases tratada s o Custo de capital US 4100 a US 5000 por Nm s O amp M US 1600 a US 2600 por Nm s por ano Custo anualizado US 2000 a US 3100 per Nm s por ano Custo benef cio US 0 32 a US 50 por tonelada custo anualizado por tonelada por ano de poluente controlado L Outras considera es O emprego de multiciclones para tratar um grande volume de g s resulta em efici ncias mais elevadas por m s custas de um aumento significante na queda de press o que se traduzem a um consumo de energia e custos operacionais maiores Deve ser considerado que v rios projetos alcan am a combina o tima de efici ncia
170. baseado em am nia NH3 ou ur ia CO NH5 sendo vaporizado antes da inje o por um vaporizador ou ap s a inje o pelo calor da caldeira Dentro da faixa de temperatura apropriada a ur ia ou am nia em fase gasosa decomp e se ent o em radicais livres incluindo NH NH2 Ap s de uma s rie de rea es os radicais de am nia entram em contato com o NOx e o reduzem a e H20 A representa o global das rea es que ocorrem quando se emprega am nia ou ur ia s o mostradas respectivamente nas equa es 5 41 e 5 42 Note que o NOx representado pelo NO uma vez que esta a forma predominante de NOx dentro da caldeira As equa es de rea o s o determinadas por a Rea o baseada em am nia 2NO 2NH 50 gt 2N 3H 0 5 41 b Rea o baseada em ur ia 2NO CO NH 50 2N CO 2H 0 5 42 Tanto a am nia como a ur ia tem sido empregada com sucesso como reagente cujo custo do reagente uma parcela consider vel dos custos anuais de opera o do sistema A am nia geralmente mais barata do que ur ia Por m a escolha do reagente n o somente baseada em custo mas em propriedades f sicas e considera es operacionais As propriedades da am nia e da ur ia em solu es aquosas s o mostradas em Tabela 5 5 5 5 2 Par metros de desempenho dos sistemas SNCR A taxa da rea o de redu o determina a quantidade de NOx removida do g s Os principais fatores de projeto e opera o nest
171. baseados em 1995US Foram baseados nas planilhas de c lculo da EPA EPA 1996 e referenciada vaz o volum trica da corrente de gases tratada Os valores n o incluem custos para p s tratamento ou disposi o Custos reais podem ser substancialmente mais altos para as aplica es que requerem materiais caros solventes ou m todos de tratamento Como uma regra unidades menores que controlam um fluxo 103 de baixa concentra o s o mais caras por unidade de vaz o volum trica que uma unidade grande que opera com alta concentra o Custo de capital US 6700 a US 59000 por Nm s O amp M US 8700 a US 250000 por Nm s por ano Custo anualizado US 9700 a US 260000 per Nm s por ano Custo beneficio US 84 a US 2300 por tonelada custo anualizado por tonelada por ano de poluente controlado m Outras considera es Os lavadores midos geram res duos na forma de lodo ou borra criando a necessidade de tratamento e disposi o tanto do efluente l quido quanto do s lido Inicialmente o lodo tratado para separar a parte s lida da gua que tamb m deve ser tratada para ou ser reusada ou ser descartada Uma vez que a gua removida o res duo remanescente est na forma de um s lido ou lodo Se o s lido inerte e at xico geralmente pode ser aterrado Res duos perigosos ter o procedimentos espec ficos tanto para o tratamento quanto a disposi o Em alguns casos pode ter valor comercial ou pode ser re
172. br acessado em 26 03 2004 Para se ter uma id ia do potencial deste mercado basta citar que mais de 50 mil empresas brasileiras s o beneficiadas pelo alto volume destinado a investimentos compras de equipamentos insumos e contrata o de servi os por parte das usinas de a car e lcool volume este que ultrapassou R 3 5 bilh es em 2003 Outro indicador da import ncia social do agro neg cio sucroalcooleiro o recolhimento de impostos que a cada ano recolhe mais de R 4 5 bilh es aos cofres p blicos 1 1 1 Produtos e subprodutos Cada tonelada de cana de a car produz em m dia 140 kg de baga o mat ria seca dos quais cerca de 90 s o usados para produzir energia t rmica e el trica na usina Adicionalmente cont m 150 kg de sacarose usado para a car etanol e em menor escala outros produtos e 140 kg de palha mat ria seca que hoje na maioria das planta es perdida atrav s da queima no campo O baga o produzido considerando a quantidade de cana de a car que processada no Brasil equivale a 11 milh es de toneladas equivalentes de leo combust vel Se apenas 25 da palha da cana fosse utilizada seriam equivalentes a um adicional de 3 2 milh es toneladas equivalentes de leo combust vel BNDES 2004 Dados semelhantes s o apresentados por Macedo 2004 De cada tonelada extrai se 0 14 tonelada de a car 0 28 tonelada de baga o 50 umidade e 0 28 tonelada de palha 50 umidade corr
173. bust vel 77 350 15 2 9 161 n a Caldeiras para g s natural 56 100 17 1 4 67 n a Caldeira para lenha 26 260 1 504 15 115 n a Caldeiras para Bagaco residuos agricola n a 1 706 n a 88 n a Caldeira para res duos s lidos urbanos n a 96 n a 140 n a A Secretaria de Padr es e Qualidade do Ar dos Estados Unidos OAQPS EPA apresenta valores de fatores de emiss o para a queima de baga o Segundo os dados fornecidos para material particulado os valores situam se entre 1 5 e 7 7 g part culas kg de vapor gramas de part culas por quilograma de vapor quando n o se empregam sistemas de controle entre 0 5 e 4 1 g part culas kg de vapor quando se empregam coletores mec nicos multiciclones e entre 0 15 e 0 49 g part culas kg de vapor quando se empregam lavadores de g s midos Estas varia es s o em fun o dos diferentes tipos de projeto de fornalhas e da varia o do teor de fibra da cana Para os xidos de nitrog nio os fatores de emiss o situam se entre 0 12 e 0 57 g 39 NOx kg de vapor gramas de 6xidos de nitrog nio por quilograma de vapor A Tabela 2 10 a seguir apresenta os valores apresentados pela OAQPS 1993 Tabela 2 10 Valores de fatores de emiss o para a queima de baga o em caldeiras OAQPS 1993 Sistema de controle MP MP CO NOx g kg vapor kg tbag g kg vapor g kg vapor sem controle 1 5 sem controle 1 8 sem controle 2 2 sem control
174. c nica e el trica assim como para fins de aquecimento em processos industriais Na sua forma mais simples a caldeira de vapor tem dois componentes principais vide Figura 3 1 a fornalha onde ocorre a queima do combust vel e as superf cies de aquecimento na qual se realiza a troca de calor dos gases quentes gerados durante a combust o com o flu do de trabalho gua em circula o Vapor gua Combust vel Cas Ar gt 1 gt Gases i quentes Fornalha Superf cies de aquecimento Figura 3 1 Componentes principais de uma caldeira de vapor 54 O tipo de caldeira a vapor mais empregado no Brasil para a queima do baga o a denominada spreader stoker Um mecanismo distribuidor introduz o baga o para dentro da fornalha e a combust o se realiza parcialmente em suspens o e parcialmente na grelha Esta caldeira possui uma fornalha totalmente coberta por paredes de gua composta por tubos com membranas soldadas Em geral a grelha de tipo basculante Na sa da da fornalha no sentido de escoamento dos gases tem se uma fileira de tubos evaporadores denominada screen e o superaquecedor Mais adiante est o feixe convectivo que une o bal o superior e o inferior Nos dutos verticais tem se o pr aquecedor de ar e o economizador A caldeira possui um separador de particulados que al m de reduzir as emiss es de particulados reduz tamb m a intensidade da eros o no exaustor de gases l
175. calculada a partir de c Isocinetismo 90 00 x eq5 7 EPA Figura 6 16 Dados calculados a partir dos valores coletados na segunda amostragem Medi o considerando 7 de umidade nos gases Usina Colombo 6 3 Estudos de caso da aplica o de sistemas combinados multiciclone lavador de g s e sistemas simples com lavadores de g s para o controle de material particulado em caldeiras a baga o 210 Conforme j mencionado para se alcan ar uma concentra o regulamenta pela CETESB de 120 mg Nm de particulados nos gases de exaust o de uma caldeira a baga o torna se necess rio instalar equipamentos de controle Baseado nas metodologias descritas anteriormente a seguir feita uma an lise de uma caldeira a baga o cuja distribui o granulom trica dos particulados conhecida Os resultados permitem orientar entre a escolha dos diferentes sistemas avaliados a saber a multiciclone tipo Swift b lavador de g s tipo venturi c multiciclone tipo Petterson amp Witby associado a um lavador de g s tipo venturi Os dados da composi o qu mica elementar do baga o e de opera o da caldeira considerados s o apresentados respectivamente nas Tabelas 6 3 e 6 4 A Tabela 6 5 mostra os dados da granulometria do particulado considerado ou seja o tamanho das part culas e a fra o em massa de cada di metro dp da part cula neste caso i 1 12 A figura representa o percentual em massa acumulado para cada di metro dpi
176. capacidade de garantir o valor requerido de remo o durante todo o per odo de opera o A Tabela 3 13 apresenta uma compara o da efici ncia de remo o de diferentes tecnologias e para diferentes sistemas de queima Tabela 3 13 Faixa de efici ncia de remo o para os principais sistemas de controle de material particulado em fun o do combust vel e sistema de combust o empregado US Army 2003c Filtro de Precipitador Lavador de Multiciclones Combust vel Tipo de caldeira manga eletrost tico g s venturi cicl nica 95 0 99 7 65 0 99 5 65 0 99 0 30 0 40 0 pulverizadas 99 7 80 0 99 5 80 0 99 0 65 0 75 0 Carv o leito fixo 99 7 99 7 99 0 80 0 85 0 leito fluidizado 99 7 99 5 99 0 80 0 85 0 leito fluidizado 99 7 99 5 99 0 80 0 85 0 leito fixo 99 7 99 5 99 0 70 0 85 0 Lenha queima em suspens o 99 7 99 5 99 0 60 0 80 0 RSU incinerador 97 0 99 7 93 0 99 0 80 0 99 0 30 0 80 0 a borbulhante b circulante c res duos s lidos urbanos As caracter sticas espec ficas de opera o que devem ser analisadas incluem a Temperatura e natureza do g s e das part culas o equipamento de cole o deve ser compat vel com a temperatura de opera o e com a composi o do g s e das part culas b Perda de carga do sistema a demanda el trica do ventilador ou exaustor respons vel por exaurir os gas
177. cedo 2002 M dias Melhores Valores Produ o de Cana total 189 87 175 53 Opera es Agr colas 30 10 30 10 Transporte de Cana 34 92 31 87 Fertilizantes 66 96 56 09 Herbicidas cal etc 19 06 19 06 Sementes 5 16 5 34 Equipamentos 33 07 33 07 Produ o de Etanol total 46 08 36 39 Eletricidade comprada 0 00 0 00 Qu micos Lubrificantes 7 34 7 34 Pr dios 10 78 8 07 Equipamentos 21 96 20 98 Fluxos Externos de Energia agricultura ind stria Consumo Produ o Consumo Produ o Agricultura 189 87 175 53 Ind stria 46 08 36 39 Etanol Produzido 1996 37 2045 27 Excedente de Baga o 175 14 328 54 Totais fluxos externos 235 95 2171 51 211 92 2373 81 Produ o consumo 9 2 11 2 Tr s n veis uso de energia s o considerados combust vel direto e energia el trica energia usada na produ o de qu micos lubrificantes herbicidas etc energia usada na produ o e manuten o de equipamentos e pr dios Somente fluxos externos n o incluem a energia de biomassa usada na usina como vapor ou eletricidade Fluxos externos s o principalmente de combust veis f sseis leo diesel a energia el trica embora renov vel no Brasil hidroel trica tamb m computada aqui como componente de pr dios equipamentos qu micos etc 28 Esta elevada rela o produ o renov vel consumo f ssil a base
178. cesso de ar fornecido Por exemplo para uma redu o de 20 no excesso de ar uma redu o de 30 de NOx alcan ada No caso extremo uma redu o de 40 no excesso de ar leva a uma redu o de cerca de 38 na forma o de NOx Al m disso neste gr fico fica evidente que uma redu o de excesso de ar na caldeira leva a uma redu o na forma o de NOx Estes resultados permitem dar um subs dio da opera o da caldeira quanto ao controle da emiss o de NOx Redu o da emiss o de NOx 45 4 y 0 787x 0 0803 E R 0 8255 a 35 30 25 20 15 10 5 0 o T T T T 1 0 10 20 30 40 50 Varia o do coef exc ar Figura 6 3 Rela o entre a varia o de excesso de ar a varia o na forma o de NOx Outra avalia o importante e coerente sobre a rela o entre a forma o de NOx e a concentra o de nos gases Observando a Figura 6 4 contata se uma rela o quase linear entre as duas variantes De acordo com a literatura a concentra o dos xidos de nitrog nio diretamente proporcional concentra o de oxig nio nos gases independente do mecanismo de forma o Tamb m se avalia a rela o entre a forma o de mon xido de carbono em rela o ao excesso de ar Esta avalia o apresentada na Figura 6 5 mostra a influ ncia do excesso de ar na fornalha sobre a efici ncia de combust o Nota se que a concentra o de CO maior pa
179. ciclado EPA 1998b 104 Capitulo 4 Resultados da caracteriza o das emiss es de poluentes gasosos e material particulado em caldeiras que queimam bagaco Neste capitulo s o apresentados os valores das concentra es de gases e material particulado medidos em diferentes caldeiras para baga o Por m em primeiro lugar feita uma descri o dos equipamentos empregados nas medi es 4 1 Equipamentos de medi o de gases O equipamento utilizado durante a amostragem de gases incluindo se CO NOx o excesso de ar o Ecoline 6000 da Eurotron representada no Brasil pela ECIL TEMPERATURA INDUSTRIAL www ecil com br Este equipamento Figura 4 1 consiste de duas partes funcionais a unidade de an lise de g s e a unidade de controle remoto A comunica o entre os dois dispositivos d se via uma transfer ncia de dados RS 422 padr o Todos os dados coletados pela unidade de an lise podem ser visualizados armazenados ou impressos O analisador EcoLine 6000 usa sensores eletroquimicos de longa dura o Os sensores EC n o necessitam de manuten o especial mas devem ser substitu dos ao t rmino da sua vida til prevista 2 a 3 anos dependendo da concentra o medida e usada Para facilitar a substitui o estas c lulas podem ser fornecidas pr calibradas mediante solicita o e portanto n o necessitar de recalibra o imediata usando se gases padr o certificados Entretanto recomenda se a c
180. cional e com gaseificac o BNDES 2004 Tecnologia empregada Consumo no processo Energia Pot ncia efetiva kg vapor t cana excedente 80 Brasil GW 500 340 Brasil TWh Energia kWh t cana Safra Anual Cogera o vapor 100 baga o 57 69 13 6 16 6 3 1 3 8 Cogera o vapor baga o 25 palha 88 100 21 1 24 0 2 4 2 7 Cogera o vapor baga o 40 palha 115 126 27 6 30 2 3 1 3 4 BIG GT parcial baga o 40 palha 167 40 0 4 6 a Cogera o convencional ciclos a vapor condensa o extra o 80 bar usando todo o baga o e em alguns casos complementando com palha Gaseifica o ciclos envolvendo gaseifica o do baga o e uso de turbinas a g s tecnologia n o dispon vel hoje comercialmente b Palha n o dispon vel hoje valores crescentes nos pr ximos anos c BIG GT parcial parte do baga o ainda queimada em caldeiras n o gaseificada Sistemas com gaseifica o total poderiam ter maior efici ncia d Opera o somente na safra 4400 h ano ou anual 8760 h ano e 80 considera se que 20 do potencial n o ser utilizado por v rios motivos f Energia t rmica hoje 500 kg vapor ton de cana 330 kWh tc Na Tabela 1 5 os valores destacados em negrito representam situa es ating veis com tecnologias conhecidas e com hip teses conservadoras em m dio prazo no total at dez anos Os custos dessa energia estariam na
181. com resposta para os controles da instala o em fun o da carga da caldeira concentra o de NO etc 174 5 5 4 3 Efici ncia de remo o de NOx A efici ncia de remo o representada como nnox determinada a partir da concentra o de NOx da caldeira operando em carga maxima valor requerido na saida geralmente limite de emiss o local regulamentado conforme a equa o 5 47 a seguir NO Xsai 5 47 2 NO Xent 5 5 4 4 Rela o estequiom trica normalizada A rela o estequiom trica normalizada REN indica a quantidade real de reagente necess ria para garantir a redu o de NOx preterida A quantidade de reagente real maior do que a te rica devido cin tica das rea es sendo portanto o valor da REN dado por 1 NH ivalent REN moles de NH equivalente 5 48 moles de NO sem controle Para prop sitos gerais podem se considerar os moles de NOx equivalentes ao de NO Na equa o anterior os moles de NH equivalente s o os moles de NH que ser o cedidos a partir do reagente A rela o estequiom trica real definida conforme a equa o 5 49 RER moles do reagente injetado moles de sem controle E REeq 5 49 sendo REeq a raz o de equival ncia entre os moles de NH para os moles de reagente injetado A partir da f rmula qu mica da am nia NH3 da ur ia CO NH5 o valor de REeq 1 e 2 respectiv
182. conditions and for different boiler loads in order to evaluate which the most unfavorable conditions of dispersion Measured date of particles concentration in exhaust gas measured in the evaluated boilers present values in the range of 400 to 600 mg Nm when are employed multiciclones and 80 to 200 mg Nm when are employed venturi scrubbers Multiciclone associate to venturi scrubber is going to be better economic feasibility presenting a smaller cost of control and guaranteeing the regulate concentration in the exit of 120 mg Nm For the nitrogen oxides analysis it concluded that the values of emission are in the range of 100 to 200 mg Nm it concluded that are inside the national standards established for the emission limit and whose formation depending mainly of the air excess coefficient However when it is evaluated the dispersion of this pollutant determined kinds of atmospheric stability do not guarantee the air quality standards In that case must be adopted measures for the reduction as by example a reduction of 20 in the air excess guarantee a reduction of 30 of NOx formation OBJETIVOS a Fazer um levantamento bibliogr fico sobre a caracteriza o e controle das emiss es de xidos de nitrog nio e material particulado em caldeiras que queimam baga o biomassa b Medi o e avalia o dos dados de emiss o de particulados e poluentes gasosos em caldeiras a baga o visando determinar os fatores que apres
183. conta que em terrenos onde a declividade do solo for superior a 15 a efici ncia de corte se reduz gradativamente b Aplica o da vinha a em fertirriga o A vinha a e a torta de filtro subprodutos do processo industrial s o utilizadas na lavoura como fertilizantes atrav s da irriga o fertirriga o Este reaproveitamento apresenta vantagens econ micas no que se refere produtividade e pelo fato de evitar a compra de produtos qu micos Por outro lado deve se ter cuidado na aplica o da vinha a a fim de n o exceder as concentra es limites estabelecidas de modo a n o contaminar o len ol fre tico Al m disso h a possibilidade de emiss es de metano em conseq ncia da irriga o Deve se ainda acrescentar que o uso constante da fertirriga o leva o solo a ficar saturado da a procura por outras op es do uso da vinha a como por exemplo a biodigest o e a concentra o e queima direta 20 c Emiss es de N20 do solo As emiss es de N2O do solo s o conseq ncia da quantidade de fertilizante nitrogenado usado da forma de aplica o das condi es do solo Adotando que as emiss es em peso correspondem a 0 5 at 1 5 da quantidade de fertilizante os resultados obtidos indicam 1 7 kg de N20 por hectare ano Coelho 1999 d Emiss es dos combust veis f sseis usados na parte agr cola O consumo total de leo diesel em tratores caminh es e demais equipamentos da parte agr
184. corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 2 medidos no dia 24 11 2004 com a caldeira operando com 140 e 160 t h de vapor 123 200 180 160 E o 2 m x a 6 140 m 9 E o 120 x 2 100 80 60 t t t t t t t t t t t t t t t t t t t 0 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 NOx ppm NOx mg Nm3 Exc Ar m O2 Figura 4 14 Valores de concentra o de NOx medidos e corrigidos para as condi es padr es excesso de ar e percentual de oxig nio nos gases de exaust o da caldeira 2 medidos no dia 24 11 2004 com a caldeira operando com gera o de vapor vari vel Finalmente a Figura 4 15 apresenta os valores da concentra o de NOx na caldeira 3 medidos no dia 29 10 2004 em mg Nm e ppm al m dos valores de excesso de teor de oxig nio nos gases de exaust o da chamin Aqui tamb m se nota a depend ncia da forma o de NOx e o teor de oxig nio nos gases cujo comportamento bem similar ao das medi es anteriores Estes valores referem se caldeira operando com 195 180 170 160 e 150 t h de vapor Na Figura 4 16 mostra se a rela o entre a concentra o de NOx do percentual de e a carga da caldeira 124 200 7 79 8 180 Ty L7 160 4 2 M DN 2
185. de a car 3 2 xidos de nitrog nio NOx Os xidos de nitrog nio NOx s o uma familia muito importante de compostos qu micos poluentes do ar Dessa forma torna se muito conveniente o conhecimento de sua forma o e sua rea o na atmosfera bem como dos princ pios tecnol gicos dispon veis de controle e preven o para as v rias fontes de combust o Al m disso tamb m deve ser considerado o desempenho e os custos das diferentes tecnologias de controle Atualmente devido s altas concentra es de oz nio provenientes de rea es fotoquimicas de NOx e compostos org nicos vol teis bem como o papel do NOx na forma o da chuva cida nos corpos d gua e na agricultura sivicultura levaram a um controle mais rigoroso nas emiss es deste poluente 61 O nitrog nio molecular diat mico N2 pode ser considerado um g s inerte constitui cerca de 80 do ar que n s respiramos 79 de e 21 de Entretanto o elemento qu mico com apenas um tomo N pode ser reativo e apresentar n veis de ioniza o de mais de um at mais de cinco Ent o o nitrog nio pode formar diferentes xidos sendo portanto uma fam lia de 7 compostos Tabela 3 4 No Brasil conforme apresentado no Cap tulo 2 CONAMA atrav s da Resolu o N 008 de 06 de dezembro de 1990 estabelece os padr es de emiss o para processos de combust o externa em fontes novas fixas de polui o por m conforme j apresentado nenhum
186. de amostragem Procedimento O equipamento empregado determina automaticamente a quantidade e a distribui o dos pontos de acordo com os crit rios contidos no M todo 5 da EPA Figura 4 5 bastando fornecer o di metro e o comprimento da chamin A norma estabelece o procedimento de amostragem para dutos e chamin s de se o circular e retangular Neste trabalho somente ser o descritos os procedimentos para chamin s e dutos de se o circular a Sele o da se o transversal Para chamin s ou dutos de se o circular deve se escolher uma se o transversal que fique a pelo menos 8 di metros internos a jusante e a pelo menos 2 di metros internos a montante de qualquer varia o de fluxo tal como causados por curvas juntas de expans o chama vis vel entrada ou desvios O duto estudado possui 4 aberturas j dispostas de acordo com esses crit rios b Determina o do n mero de pontos Para uma se o transversal circular que satisfizer os crit rios de 8 e 2 di metros o n mero m nimo de pontos ser de 8 pontos para di metro interno entre 0 30 m e 0 60 m e 12 pontos para di metro interno maior que 0 60 m A quantidade de pontos dever ser sempre um n mero m ltiplo de 4 A Figura 4 5 a seguir apresenta recomenda es para a determina o do n mero m nimo de pontos de amostragem em fun o do numero de di metros equivalentes a montante e a jusante c Disposi o dos pontos na se o transversal Um
187. de cole o e queda de press o Cooper and Alley 1994 3 4 4 2 Lavadores de g s tipo venturi Esta tecnologia faz parte do grupo de controle da polui o atmosf rica coletivamente denominada de lavadores midos ou wet scrubbers S o tamb m conhecidos como venturi jet scrubbers gas atomizing spray scrubbers and ejector venturi scrubbers a Tipo de Tecnologia Remo o de poluentes atmosf ricos por intercepta o inercial e difusional Os lavadores tipo venturi utilizam um l quido geralmente gua para separa part culas ou contaminantes gasosos da corrente de g s que em caldeiras podem ser a cinza vol til fly ash e xidos de enxofre b Classifica o dos lavadores de g s Segundo Theodore e Buonicore 1988 os lavadores de g s podem se classificar em tr s grandes grupos b 1 Torres de nebuliza o b 2 Instala es de leito empacotado b 3 Lavadores Venturi 99 Os par metros principais dos tipos de lavadores de g s mais difundidos s o apresentados na Figura 3 24 Antes de analisar os dados inclusos nesta figura se faz necess rio definir o par metro rela o l quido g s gua ar a rela o entre o fluxo da gua utilizado para a limpeza do g s e o fluxo de ar que est sendo limpo geralmente se expressa em I m o par metro mais importante do lavador de g s conjuntamente queda de press o no equipamento Outros par metros utilizados na Figura 3 22 s o dc
188. devem ser levadas em conta As concentra es m ximas para esta variante s o de 500 ug Nm As demais estabilidades n o apresentam ultrapassagem d Excesso de ar de 40 Tamb m bastante similar aos anteriores por m com faixas ainda maiores Para as estabilidades A B Ce D as distancias s o 150 a 450 m 250 a 700 m 350 a 1200 m 800 e 1500 m respectivamente Tamb m valem as considera es anteriores As concentra es m ximas para esta variante s o de 600 ug Nm As demais estabilidades n o apresentam ultrapassagem 202 e Excesso de ar de 50 A regi o abrangido por valores de concentra o acima de 320 uig Nm torna muito maior devendo ser evitada esta condi o de opera o para as estabilidades A B Ce D O m ximo valor atingido pode chegar a 700 ug N m SP 300 Guedes repens E Lo n BP 300 Figura 6 11 Rosa dos Ventos M dia Anual para o Per odo 2 000 e 2 001 Esta o Meteorol gica do Aeroporto pr ximo da Usina Barra Grande O estudo de dispers o permitiu identificar algumas condi es de opera o em que a estabilidade atmosf rica mostrou ser desfavor vel quanto dispers o de NOx no entorno da usina importante ressaltar que na modelagem da dispers o as dist ncias da fonte emissora ao receptor valores de x consideram apenas na linha central da pluma y 0 e portanto s alcan adas quando o vento estiver na dire o deste receptor e com uma velocidade
189. di es padr es CNTP ou seja 1 atm 0 C 11 de O e umidade dos gases de 25 mg Nm e obtidos conforme Figura 4 10 em mg m e equa o 4 1 corrigido para mg Nm 200 0 80 A 180 0 70 A A 160 0 A A A A 60 i 4 140 0 A A A a 50 e 120 0 2 2 100 0 4 406 8 amp A n A A 9 9 sol 30 lt 60 0 H 20 40 0 H 10 20 0 0 0 t t t t t t 0 12 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 NOx med mg Nm3 m NOx calc mg Nm3 A Excesso de ar Figura 4 8 Rela o entre a emiss o de NOx medido e calculado Sigal 1988 e o excesso de ar 90 00 r 43 00 42 50 80 00 o Ez 42 00 5 70 00 70 PA 5 41 50 a gt 60 00 41 00 E X S o S 40 50 amp 2 50 00 o 40 00 40 00 33 24 39 50 30 00 39 00 faixa m nima faixa m dia faixa m xima teste Efici nci
190. diferentes tamanhos de part culas e diferentes di metros de do corpo do ciclone US Army 2003b Figura 3 23 Varia o da efici ncia de remo o de multiciclones para diferentes tamanhos de part culas US Army 2003b Figura 3 24 Esquemas dos tipos de lavadores de g s mais difundidos Lora 2002 Figura 3 25 Se o de redu o e aumento da se o e ponto de inje o de gua EPA 1998b Figura 3 26 Lavador de g s com separador cicl nico eliminador de n voa EPA 1998b CAP TULO 4 Figura 4 1 Analisador de gases Ecoline 6000 da Eurotron Figura 4 2 C pia do certificado de calibra o fornecido pela ECIL Temperatura Industrial P gina 1 de 2 Figura 4 2 continua o C pia do certificado de calibra o fornecido pela Temperatura Industrial P gina 2 de 2 Figura 4 3 Fotografia do equipamento empregado na amostragem de material particulado Figura 4 4 Trem de amostragem para material particulado Figura 4 5 N mero m nimo de pontos de amostragem CETESB 1999 Figura 4 6 Se o circular dividida em 12 reas iguais Figura 4 7 Boquilha de suc o da sonda isocin tica Figura 4 8 Rela o entre a emiss o de NOx medido e calculado Sigal 1988 e o excesso de ar Figura 4 9 Influ ncia de par metros de opera o da caldeira na efici ncia da mesma para faixas t picas de excesso de ar e de carga Figura 4 10 Convers o da concentra o de poluentes gasosos medidos em ppm para mg m Figura 4 11
191. diretos de capital Gastos gerais 0 05 x A Taxas de engenharia e escrit rio 0 10x A Conting ncia de projeto 0 05 x A Custos indiretos de capital total B A 0 05 0 10 0 05 Custos de conting ncia do projeto C 0 15 A B Custo total da instala o D A B C Custo de pr produ o E 0 02 D Custo de capital invent rio F Vus Investimento total de capital ITC D E F Custo para a primeira estocagem de ur ia 5 5 5 6 Custos anuais diretos CAD Os custos anuais diretos incluem custos vari veis e semivari veis Os custos anuais diretos vari veis consideram a compra de reagente utilidades pot ncia el trica e gua o consumo 181 adicional de combust vel e a disposi o da cinza resultante da opera o de SNCR Os custos anuais diretos semivari veis incluem s trabalhos de opera o supervis o e manuten o m o de obra e materiais A equa o para o c lculo dos custos anuais diretos CAD EPA 2002 CAD CA manut CA elet agua dcomb CA cinza 5 57 sendo cada termo da express o explicado a seguir Custo total anual Custos diretos Custos indiretos Cr ditos recuper veis Vari vel Semi varidvel Mat ria prima e M o de obra e Despesas gerais e Materiais e Utilidades Operadores e Taxas de propriedade Energia Eletricidade Supervisores e Seguro Combust vel Manuten o e Cust
192. dist ncia m Figura 4 19 Avalia o da dispers o considerando 30 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 234 Nm s e taxa de emiss o total igual a 29 4 g s y 0 z 0 Dispers o NOx ug Nm3 700 100 200 300 400 500 600 700 800 9 A B 4 C x D x E e F dist ncia m Figura 4 20 Avalia o da dispers o considerando 40 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 247 Nm s e taxa de emiss o total igual a 33 6 g s y 0 z 0 128 Dispers o NOx ug Nm3 800 4 700 4 100 200 300 400 500 600 700 800 e A 8 B amp C 0 x E e F dist ncia m Figura 4 21 Avalia o da dispers o considerando 50 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 260 Nm s e taxa de emiss o total igual a 36 8 g s y 0 z 0 4 4 Concentrac o de material particulado Neste t pico s o apresentados os valores medidos da concentra o de material particulado nas diferentes usinas e caldeiras avaliadas Cabe ressaltar que estas medi es constam de tr s etapas laboratorial medi o em campo e laboratorial A primeira foi realizada no Laborat rio do NEST UNIFEI sendo os filtros de reten o de part culas pesados com precis o de d cimo de mil simos de grama ap s serem secados a peso constante em uma estufa Posteriormente estes filtro
193. distribui o horizontal da concentra o gaussiana da pluma calculado em fun o da dist ncia x fonte e do tipo de classe de estabilidade atmosf rica de Pasquill Gifford m O o desvio padr o da distribui o vertical da concentra o gaussiana da pluma calculado em fun o da dist ncia x fonte e do tipo de classe de estabilidade atmosf rica de Pasquill Gifford m u velocidade m dia do vento na dire o do eixo x m s a altura efetiva de emiss o ou seja a soma da altura real da fonte h mais a eleva o da pluma Ah m Os valores de oy e o podem ser determinados a partir das seguintes equa es expll J Inx K 5 76 o expll J Inx4K y 5 77 sendo Iy Jy Iz Jz e Kz apresentados na Tabela 5 8 Portanto a equa o apresentada como o produto de tr s termos representando respectivamente a concentra o no eixo da pluma como fun o da dist ncia fonte emissora e s varia es vertical e horizontal do valor da concentra o relativamente ao valor no eixo da pluma 5 6 2 1 Casos simplificados da equa o de Gauss a Quando as concentra es se calculam somente ao n vel do solo z 0 ify i HY 0 2U S exp 5 78 o b Quando s interessa a concentra o na linha central da pluma ao nivel do solo y 0 z 0 191 c x 0 0 H 5 79 2 Q exp E TO O U 2 o
194. do g s afeta tanto o seu volume e conseq entemente o volume do coletor como tamb m os materiais de constru o mec nica Desta forma a temperatura pode tamb m limitar a utiliza o de certas tecnologias para uma dada aplica o c Press o Deve ser conhecida ou calculada para se determinar os requerimentos estruturais e de pot ncia el trica caso necess rio d Viscosidade Como a viscosidade do g s depende tamb m da temperatura seu valor deve ser conhecido pois quanto maior maior a resist ncia de migra o das part culas atrav s do fluxo de gases sendo um fator importante no desempenho dos equipamentos principalmente se operados a seco 89 e Umidade Tamb m afeta o desempenho dos sistemas a escolha do material de constru o mec nica E importante se conhecer o ponto de orvalho do g s de exaust o como tamb m as temperaturas abaixo do qual que n o permitem que vapores cidos condensem e ataquem as superf cies das estruturas 3 4 3 Propriedades das part culas As principais propriedades que devem ser conhecidas para a sele o e projeto dos sistemas de remo o de particulados s o descritas na sequ ncia a Concentra o o valor da concentra o de part culas em dutos ou chamin expresso em mg Nm ou equivalente e usado como crit rio para projetar e selecionar o equipamento de controle aplic vel Quanto as flutua es na carga descarga de fuligem nas caldeiras devem ser registrad
195. do medido por m todos de refer ncia aplic veis e especificados pelo rg o ambiental vigente g Part culas suspensas totais referem se s pequenas part culas presentes no ar atmosf rico quando medido por m todos de refer ncia aplic veis e especificados pelo rg o ambiental vigente 3 3 1 Fatores de emiss o e distribui o granulom trica em caldeiras para baga o Os fatores de emiss o expressam a quantidade emitida de um determinado poluente geralmente indicados por unidade de produto g kg vapor por unidade de vaz o de gases mg Nm em partes por milh o ppm ou por unidade consumida de combust vel ou energia g GJ ou g kWh A EPA tem publicado os fatores de emiss o em caldeiras para baga o Tabela 3 8 expressos em g de poluente kg de vapor gerado e em g de poluente kg bagaco consumido EPA 1995 A Figura 3 16 apresenta uma curva da distribui o granulom trica da cinza vol til da queima do baga o de acordo com dados de medi es realizadas em usinas de a car de diferentes paises poss vel notar duas curvas de distribui o distintas que correspondem cinzas grossas e cinzas finas As Figuras 3 17 e 3 18 mostram a composi o granulom trica destes tipos de cinza A variedade e a forma de como a cana de a car preparada as caracter sticas da usina e o tipo de sistema de combust o Tabela 3 9 s o os fatores principais que determinam a granulometria da cinza vol til do baga o
196. dobe PDF SHAR SRY BB Slora amp x 5 4l Da 96 oo 500 30 anti Digite uma pergunta la x 2 Pluma estabilidade tipo 3 ly 3 1430 4 yy 10148 5 Ky 0 0070 B Iz 4 4900 Jz 1 4024 8 Kz 0 0540 9 10 h 45m 41 deltah 10 m 12 H altura efi 55m 43 a 12 26 0 14 x 800 m 15 y 0m 16 z 10 m 17 2 55 mis 19 Sigma y 28 m 20 Sigma z 12m 21 22 conc 1 63087E 06 gim3 23 vel vento Jz Kz 17172 02770 0 8752 0 0136 0 9477 0 0020 11737 0 0316 1 3010 0 0450 1 4024 0 0540 81 mgiNm3 107 mgMm3 125 mgiim3 136 ma im3 141 mgiim3 ly Jy Ky Iz A 41040 0 9878 0 0076 4 5790 B 1 6340 1 0350 0 0096 1 9990 C 2 0540 1 0231 0 0076 2 3410 D 2 5550 1 0423 0 0087 3 1860 E 27540 1 0106 0 0064 3 7830 F 31430 10148 0 0070 4 4900 Caldema 1 n mero de chamin s Exc ar 10 87 Nm3 s vaz o de gases gerada Exc ar 20 141 mgMm3 Exc ar 30 44 kgh Exc ar 40 Exc ar 50 valores de vaz o para 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 de excesso de ar Vtg corr 1 69 m3 s Exc ar 10 Vtgcorrp aT 74 m3 s Exc ar 2096 Vtg corr p aT 78 m3 s Exc ar 3096 tg corr p aT 82 m3 s Exc ar 4096 Vtgcorrp aT 87 m3 s Exc ar 50 0 00 mgin3 1 6 ugim3 10 excesso ar dispers o A F Macro 20 excesso ar dispers o A F Macro 30 excesso ar dispers o A F Macro 40 excesso ar dispers o A F Macro 50 excesso ar dispers o A 246
197. dos na Figura 4 22 Tabela 4 11 Pode se observar que mais de 80 das part culas s o maiores que 3 um no caso da avalia o do duto antes do lavador de gases e que cerca de 40 s o maiores que 3 uum quando avaliado a exaust o da chamin 35 5 60 4 30 4 50 25 2 5 404 3 3 204 E E 304 o 154 5 R E 104 5 201 5 4 104 S __ _HBBBEBEE w 3 BHN menor 0 28 e 0 43e 0 67 e 1 44 e 2 23e 3 24 e 4 83e 5 80e maior menor 0 15 0 23e 0 37e 0 79e 1 24e 1 80e 2 68e 3 24e maior que 0 43 0 67 1 44 2 23 324 4 83 5 80 9 39 que que 0 23 0 37 0 79 1 24 1 80 2 68 3 24 5 23 que 0 28 9 29 0 15 5 23 a b 354 25 30 20 4 25 3 20 154 E E o 15 8 104 Hd 104 5 4 0 M U L m 0 A r i menor 0 21e 0 33e 0 52e 1 12e 1 75e 2 53e 3 78e 4 55e maior menor 0 21e 0 33 0 51e 1 11e 1 73e 2 51e 3 75e 4 51e maior que 0 33 0 52 1 12 1 75 253 3 78 455 7 37 que que 0 33 0 51 1 11 1 73 251 375 4 51 7 31 que 0 21 7 37 0 21 7 31 c d Figura 4 22 Distribui o granulom trica a e b correspondem medi o antes do lavador e d medi o ap s o lavador de gases da caldeira Cortesia Caldema 134 Tabela 4 11 Dados da distribui o granulom trica coletada na Bioenergia Cogeradora Ltda durante as medi es e an lise de laborat rio Medi es realizadas em 30 07 2002 Cortesia Caldema de gases
198. dos os valores medidos da concentra o de NOx nas diferentes usinas e caldeiras avaliadas cujos dados s o apresentados na Tabela 4 2 116 Tabela 4 2 Par metros de opera o das caldeiras avaliadas Vaz o de Press o do Temperatura PARE Sistema remo o vapor t h vapor bar C particulados Usina Monte Alegre MG 4 121 300 DZ Semcontrole Usina Santo Ant nio SP 150 62 500 Caldema Lavador de gases 150 60 480 CBC Lavador de gases Usina Barra grande SP 150 60 480 DZ Multiciclones 180 66 520 Caldema Lavador de gases Usina Colombo SP 180 62 520 Equipalcool Multiciclones dados para a condi o de projeto vapor superaquecido estes informa es se referem ao estado em que se encontrava a instala o durante as medi es 4 3 1 Usina Monte Alegre Monte Belo MG Data novembro de 1999 Conforme podem ser observados nas Tabelas 4 3 e 4 4 os dados levantados da opera o da caldeira apresentam se muito vari veis uma vez que n o foi poss vel durante os testes na Usina operar a caldeira dentro de faixas pr determinadas Em outras palavras a opera o da mesma estava em acompanhamento da necessidade de processo Com uma varia o constante e dessa forma sem alcan ar o regime est vel e como o equipamento mede o valor instant neo o comportamento entre a efici ncia da caldeira e o excesso de ar apresenta alguns valores discrepantes pois os dados se referem a uma condi
199. dr es f 4 M todos de teste e medi o requeridos ou realizados por empresas especializados f 5 Imagem p blica da instala o ou companhia 5 1 2 Resolvendo o problema a Mudan as no processo b Sele o dos m todos de controle das emiss es b 1 Remo o de gases b 1 Remo o de particulados b 1 Sistemas secos ou midos b 1 Efici ncia desejada c Sistemas de controle existentes e poss veis adapta es ou retrofits d Considera o de outros poluentes 1 res duo l quido e ou s lido e Emprego de unidades pilotos 5 1 3 Projeto do sistema a Capacidade e dimens es do equipamento retrofit para equipamentos existentes b Espa o necess rio e equipamentos auxiliares capacidade de ventiladores exaustores bombas c Materiais de constru o toler ncia corros o d Requerimentos de energia el trica e perda de carga e Necessidade de controle de temperatura umidade fluxo outros f Flexibilidade do sistema futuras necessidades g Para equipamentos midos disponibilidade de gua h Manuten o facilidade frequ ncia e tempo requerido 1 Aspectos de seguran a perigo e controle j Estimativa de custo k Otimiza o avalia o de alternativas 1 Permiss o de instala o 5 1 4 Desempenho a Testes no equipamento instalado concord ncia por parte do fabricante nos valores de projeto 141 b Licen a de opera o c
200. e executando a fun o de absorver a radia o ultravioleta por m na troposfera considerado um poluente provocando irrita o nos olhos deteriora o das fun es pulmonares danos s rvores e culturas agr colas e a chuva cida As rea es qu micas entre os compostos org nicos vol teis os radicais de hidrocarbonetos e NOx criam o oz nio de n vel de solo que n o deve confundido com oz nio presente na atmosfera superior estratosfera Quando estes materiais reagem na presen a de luz solar eles formam oz nio troposf rico um dos principais constituintes do smog fotoquimico Quando NOx reage com o vapor de gua e o ar forma o cido n trico dilu do O controle de chuva cida tem focalizado principalmente na redu o das emiss es de SO pois estudos recentes t m mostrado que o NOx contribui com menos que um ter o da chuva cida gerada Lora 2002 3 2 1 Mecanismos de forma o de xidos de nitrog nio No s culo XIX foi identificada a presen a de NOx nos produtos de queima de combust veis org nicos Ao final dos anos 50 come aram investiga es sistem ticas dos processos f sico qu micos de gera o de NOx em fornalhas de caldeiras motores de combust o interna e fornalhas industriais Atualmente a contribui o das emiss es de NOx pelos sistemas de combust o para a forma o da chuva cida smog fotoqu mico e part culas finas na atmosfera s o amplamente reconhecidas Muitos
201. e 6 4 sem controle 7 7 multiciclones 0 5 372 multiciclones 1 82 421 0 12 multiciclones 4 09 476 0 43 lavador de gas 0 15 0 27 392 lavador de gas 0 25 0 45 400 lavador de gas 0 36 0 65 303 0 57 lavador de gas 0 41 0 74 397 lavador de gas 0 46 0 83 375 lavador de gas 0 47 0 85 367 lavador de gas 0 49 0 89 373 2 3 Filosofias de controle Os enfoques para a redu o das emiss es por parte dos rg os ambientais se concentram basicamente em quatro filosofias que s o descritas sucintamente na sequ ncia Lora 2002 a Padr es de emiss o b Padr es de qualidade do ar c Impostos ou taxas por emiss o de poluentes d An lise custo benef cio O controle da polui o atendendo a Padr es de Emiss o simples e de excelente execu o pois relativamente f cil realizar a amostragem e a an lise da composi o dos gases em cada ponto de emiss o Por m a efici ncia econ mica baixa j que exige investimentos para o controle da polui o de fontes pequenas ou localizadas longe dos centros urbanos nos quais a situa o ambiental mais cr tica 40 S0 lt n 9 10 kJ Combust vel abel X kJ s Termel trica Figura 2 1 Filosofias do controle da polui o do ar Padr es de emiss o Lora 2002 A utiliza o dos Padr es de Qualidade do Ar para o controle da polui o tem uma boa efetividade econ mica pois concentra o investimento dos recursos nas regi es em que a polui o do ar
202. e NOx em caldeiras para baga o de 0 6 g kghas gramas de NOx por quilogramas de baga o queimado equivalente a 115 ppm partes por milh o assumindo as condi es de 50 de umidade do baga o 6 de cinzas e coeficiente de excesso de ar igual a 1 4 40 de excesso de ar Bilger and Flood 1974 em 1973 mediram as emiss es de NOx na fornalha da caldeiras e encontraram valores na faixa de 96 a 155 ppm sendo o NO representando de 83 a 98 Kroes and Dixon 1998 apresentam dados de medi o cujo valor m ximo no feixe de convec o da fornalha de 170 ppm sendo constatado apenas NO No duto de sa da da caldeira pr ximo ao ventilador de tiragem induzida exaustor o valor m ximo encontrado foi de 90 ppm sendo constatado raras vezes entre 1 e 2 ppm de outros gases NOx Considerando que n o exista vazamento de gases no duto a menor temperatura nesta regi o a causa da redu o do valor se comparado com aquele medido na regi o acima do tubul o da caldeira Estes mesmos autores realizaram uma posterior s rie de medi es em 8 caldeiras diferentes e relatam que em nenhuma delas o n vel de NOx ultrapassou 200 ppm Flood et al 1974 apresentam alguns resultados de medi es da concentra o de xido de nitrog nio nos gases de exaust o de caldeira para biomassa Os resultados s o 260 mg Nm 3 para caldeiras com queima em suspens o e 200 mg Nm 3 para caldeiras que queimam em grelha Em geral a emiss o de poluente em calde
203. e carga Ap 151 6 Analisar se Dc e Ap s o excessivamente grandes O valor de u deve ser comparado ao valor da velocidade de salto usa Analise a possibilidade de utilizar v rios ciclones em paralelo Para n mero de ciclones nc em paralelo nos pontos 2 e 3 deve se utilizar o valor da vaz o de gases dividida pelo n mero de ciclones ou seja Miotgas Nc em lugar de Miotgas 7 Calcular a efici ncia por fra es e a total 8 Compare a efici ncia calculada com a desejada Se n o se alcan a o valor necess rio utilize um valor maior de 9 Estime o custo do ciclone Neste trabalho o valor do di metro do corpo do ciclone e o n mero de ciclones s o determinados conjuntamente atrav s da otimiza o do projeto proposta por Benitez 1993 e descrita na sequ ncia em conjunto com as equa es que regem o modelo Portanto com o valor de Dc pode se ent o determinar as dimens es do ciclone ou multiciclones calculadas a partir das rela es apresentadas na Tabela 5 3 bem como a velocidade dos gases na entrada Posteriormente pode se determinar a efici ncia de remo o global e por fra es perda de carga e pot ncia el trica demandada al m dos custos envolvidos necess rios na an lise econ mica e financeira Um fluxograma geral dos passos de c lculo representado na Figura 5 2 Entradas Sa das Entradas Perda de carga Fluxo de 005 Velocidade N mero de celulas do gas Press o do q s
204. e congregar mais de 70 mil agricultores www jornalcana com br acessado em 26 03 2004 Tabela 1 2 Dados econ micos e de produ o do setor na safra de 2002 2003 www jornalcana com br acessado em 26 03 2004 3 5 do PIB Produziu 24 milh es de toneladas de A car 13 5 milh es de toneladas de a car R 3 5 bilh es por ano Compondo se de 302 Usinas e Destilarias Este setor faz do Brasil o maior produtor mundial de cana e a car e o principal pa s do mundo a implantar em larga escala um combust vel renov vel alternativo ao petr leo Hoje o lcool reconhecido mundialmente pelas suas vantagens ambientais sociais e econ micas e os pa ses do primeiro mundo est o interessados na tecnologia nacional Somente na safra 2002 2003 o Brasil obteve cerca de US 2 5 bilh es em divisas com as exporta es de 13 5 milh es de toneladas de a car e 690 milh es de litros de lcool Para 2003 2004 a moagem foi de 340 milh es de toneladas de cana produzindo 24 milh es de toneladas de a car e 14 bilh es de litros de lcool equivalendo respectivamente em rela o safra de 1997 1998 a um aumento de 18 na moagem de cana de 60 na produ o de a car e redu o de 10 para o lcool Atualmente o parque sucroalcooleiro nacional possui 302 ind strias em atividade sendo 218 na regi o Centro Sul e 84 na regi o Norte Nordeste as quais sustentam mais de 1 000 munic pios brasileiros www jornalcana com
205. e controle 5 2 Balan o de massa e energia nos processos de combust o 5 3 Metodologia para o c lculo de ciclones e multiciclones 5 4 Metodologia para o c lculo de lavadores de g s tipo venturi 5 5 Redu o seletiva n o catal tica 5 6 Metodologia para o c lculo da dispers o de poluentes empregando o m todo Gaussiano Cap tulo 6 Resultados conclus es e recomenda es 6 1 Resultados do estudo da emiss o de xidos de nitrog nio 6 1 1 Resultados do estudo da Usina Monte Alegre novembro de 1999 6 1 2 Resultados do estudo da Usina Barra Grande setembro outubro dezembro de 2004 6 1 3 Conclus es quanto ao estudo de dispers o 6 2 Resultados do estudo da emiss o de material particulado 6 2 1 Resultados do estudo na Usina Santo Ant nio outubro de 2002 6 2 2 Resultados do estudo na Usina Colombo julho de 2003 6 3 Estudos de caso da aplica o de sistemas combinados multiciclone lavador de g s e sistemas simples com lavadores de g s para o controle de material particulado em caldeiras a baga o 6 4 Conclus es 6 5 Sugest es para trabalhos futuros Refer ncias Bibliogr ficas ANEXO I Metodologia para o c lculo da concentra o de MP ANEXO II Tabelas com os valores medidos ANEXO Telas dos programas elaborados e empregados no estudo 134 134 135 138 139 142 149 159 165 186 193 193 193 198 201 206 206 208 210 217 218 219 226 228 236 LISTA DE TABELAS CAPITULO 1 Tabela 1
206. e press o que em troca aumenta o consumo de energia Corbitt 1990 EPA 1998b 100 e Aplica es industriais t picas T m sido aplicados para controlar emiss es de MP de caldeiras industriais comerciais e institucionais queimando carv o leo madeira e outros tipos de combust veis s lidos n o f sseis e combust veis l quidos residuais Como exemplos de utiliza o pode se destacar a ind stria qu mica de produtos minerais de madeira e baga o de cana de papel celulose de produtos de pedra e na produ o de asfalto Tamb m em ind strias de chumbo alum nio ferro e a o al m de incineradores de res duos s lidos urbanos e industriais Dessa forma s o empregados tipicamente onde se necessita obter altas efici ncias de cole o para MP finos ou em outras palavras no controle de fontes de emiss o com altas concentra es de MP submicron EPA 1995 f Caracter sticas do fluxo Fluxo Taxas de fluxo de g s t picas para um lavador venturi com garganta nica s o de 0 2 a 28 Nm s Para fluxos maiores do que esta faixa deve se empregar ou m ltiplos lavadores em paralelo ou um sistema de m ltiplas gargantas Cooper and Alley 1994 EPA 1998b AWMA 1992 2 Temperatura A temperatura do g s na entrada do lavador normalmente situa se na faixa de 4 a 370 C Avallone 1996 3 Carga de poluente A concentra o de poluente no g s pode variar de 1000 a 115000 mg Nm f 4 Outr
207. e ve culos leves no Brasil ANFAVEA 2005 11 Por m a queda da demanda de lcool hidratado foi parcialmente compensada pelo maior uso do lcool anidro que acompanha o crescimento da frota brasileira de ve culos leves Em mais de 25 anos de hist ria de utiliza o do lcool em larga escala o Brasil desenvolveu tecnologia de motores e log stica de transporte e distribui o do produto nicas no mundo Hoje h determina o legal no sentido de que toda gasolina brasileira contenha entre 22 a 28 de lcool anidro que na atualidade est em 25 com varia o de 1 A defini o pontual cabe ao CIMA Conselho Interministerial de A car e lcool e feita de modo a equilibrar a rela o entre oferta e consumo O Brasil desenvolveu toda a infra estrutura de distribui o do combust vel e det m uma rede de mais de 25 mil postos com bombas de lcool hidratado para abastecer cerca de 3 milh es de ve culos 20 da frota nacional Com a prolifera o dos ve culos bi combust veis a tend ncia o uso do lcool carburante seja aumentado NICA 2004 Na Figura 1 5 pode se observar um crescimento das vendas de lcool combust vel hidratado em 2004 superando em cinco vezes o aumento da comercializa o de gasolina Segundo um relat rio da Ag ncia Nacional do Petr leo ANP o consumo de lcool cresceu 39 7 entre janeiro e agosto de 2004 frente o mesmo per odo de 2003 J o de gasolina subiu 7 796 na mesma compar
208. ebimento LP Caso haja interesse do empreendedor LEGENDA Realiza o de vistoria Publica o do projeto dever ser adequado s exig ncias IB IBAMA indeferimento do ce viabilidade ambiental estabelecida 5 E EMPREENDEDOR pedido encaminhada novamente ao IBAMA Ner INTITUICOES E E O OEMA Figura 2 5 Fluxograma do Licenciamento Ambiental Concess o de Licen a Pr via IBAMA 2002 44 Durante a an lise da Licen a Pr via pode ocorrer a audi ncia p blica cuja finalidade expor o projeto e seus estudos ambientais s comunidades interessadas dirimindo d vidas e recolhendo do p blico as cr ticas e sugest es A Licen a Pr via n o concede qualquer direito de interven o no meio ambiente correspondendo etapa de estudo e planejamento do futuro empreendimento O seu prazo de validade definido pelo cronograma apresentado pelo empreendedor para a elabora o dos planos programas e projetos n o podendo ser superior a 4 anos 2 4 2 Licen a de Instala o LI A Licen a de Instala o a segunda fase do licenciamento ambiental quando s o analisados e aprovados os projetos executivos de controle de polui o e as medidas compensat rias que comp em o documento denominado Plano de Controle Ambiental As etapas necess rias nesta fase s o apresentadas na Figura 2 6 Portanto gera o direito instala o do empreendimento ou sua amplia o ou sej
209. ecentemente de vender os excedentes de energia no mercado Nas condi es de hoje o autoconsumo de energia el trica da usina 12 kWh por tonelada de cana e o uso de energia mec nica 16 kWh por tonelada de cana correspondem a uma pot ncia instalada de cerca de 2 4 GW Al m disto as usinas utilizam cerca de 330 kWh por tonelada de cana de energia t rmica NICA 2004 Deve se mencionar que a produ o e consumo de energia geram diferentes tipos de impactos sociais e ambientais dependendo da fonte prim ria escolhida e das respectivas tecnologias de convers o adotadas Quando se fala da polui o do ar na ind stria sucroalcooleira pensa se principalmente na emiss o de particulados e de xidos de nitrog nio e em cujo trabalho faz se um levantamento da concentra o emitida destes poluentes em diferentes caldeiras para baga o cujos dados ser o apresentados posteriormente Por m n o podemos esquecer dos problemas ambientais de car ter global de maiores gravidades como o caso do efeito estufa Figura 1 3 em cuja solu o a ind stria sucroalcooleira pode dar uma contribui o importante como produtora de combust vel l quido e 9 eletricidade de origem renov vel em substitui o a combust veis e eletricidade de origem f ssil o que contribui para a redu o l quida da emiss o de CO principal causador do efeito estufa e de outros poluentes e quest o melhor explorada no Item 1 4 Aspectos ambientais da ind
210. edominante desfavor vel Portanto este t pico foi inclu do objetivando se estimar o impacto de uma fonte emissora em seu raio de abrang ncia e com isso determinar os per odos mais cr ticos claro que n o a inten o deste trabalho ir a fundo neste assunto muito menos nos m todos complexos atuais empregados para esta avalia o pois inclusive a metodologia de Gauss adequada apenas para orientar quanto a ordem de grandeza Softwares profissionais como o ISCST3 Th Th and Johnson 1996 e recomendado pelos rg os ambientais devem ser empregados para uma avalia o mais criteriosa O conhecimento da rosa de ventos fornecida em geral por uma esta o de meteorologia local permite avaliar como a dire o intensidade e velocidade do vento exercem uma influ ncia na dispers o e a partir destes dados predizer as condi es que podem ultrapassar o Padr o de Qualidade do Ar Em outras palavras avaliar em base concentra o do poluente na sa da da chamin qual o valor representativo a uma determinada dist ncia desta fonte importante frisar que mesmo mantidas as emiss es a qualidade do ar pode mudar em fun o das condi es 187 meteorol gicas que determinam uma maior ou menor dilui o dos poluentes por isso que a qualidade do ar piora com rela o s emiss es de CO MP NOx e SOx durante os meses de inverno quando as condi es meteorol gicas s o mais desfavor veis dispers o dos poluente
211. efici ncia Perry 1994 A Figura 3 22 apresenta uma curva t pica de efici ncia fracional de multiciclones e Aplica es industriais t picas S o projetados para muitas aplica es mas geralmente n o s o adequados para alcan ar rigorosos padr es de emiss o Por m servem para um prop sito importante como pr limpeza para sistemas que apresentam gastos maiores como filtros de manga ou precipitadores eletrost tico Al m do emprego no controle de polui o atmosf rica ciclones s o usados em muitas aplica es de processo por exemplo recuperar e reciclar produtos e processos nas ind strias Cooper and Alley 1994 95 de cole o i ncia Efic Tamanho das particulas um Curva de efici ncia em fun o do tamanho das part culas para multicicliones de alta efici ncia Figura 3 23 Varia o da efici ncia de remo o de multiciclones para diferentes tamanhos de part culas US Army 2003b f Caracter sticas do fluxo f 1 Fluxo Valores t picos de vaz o de g s para um ciclone s o 0 5 a 12 Nm s Para vaz es pr ximas ao limite superior desta faixa e maiores at aproximadamente 50 Nm s empregam se multiciclones em paralelo Cooper and Alley 1994 Existem unidades projetadas com ciclone nico para casos espec ficos operando com vaz es de aproximadamente 30 Nm s t o baixo quanto 0 0005 Nm s Wark and Warner 1981 2 Temperatura A temperatura de entrada do gas s
212. efici ncia de remo o total foi de 86 8 As Figuras 6 18 6 19 6 20 6 21 apresentam o comportamento da efici ncia por fra es em rela o s concentra es de entrada e sa da para cada uma das variantes descritas anteriormente Tabela 6 6 Valores de efici ncia de remo o para multiciclone lavadores de g s tipo venturi e sistemas multiciclone lavador de g s venturi Teixeira e Lora 2002 Efici ncia total 90 9 Multiciclone Swift Concentra o na entrada mg Nm 10 000 0 Concentra o na sa da mg Nm 911 3 Efici ncia total 96 98 8 Lavador de g s venturi Concentra o na entrada mg Nm 10 000 0 Concentra o na sa da mg Nm 120 0 Efici ncia total 96 87 4 Multiciclone Petterson amp Witby Concentra o na entrada mg Nm 10 000 01 Concentra o na sa da mg Nm 1264 0 Lavador de g s venturi multiciclone 3 eB Petterson amp Witby Concentra o na entrada mg Nm 1 264 0 Concentra o na sa da mg Nm 120 0 213 Multiciclones tipo Swift mg Nm3 1800 4 1500 1200 900 600 di 0 r s e gt ma 20 0 40 60 80 100 e Concentra o in m Concentra o out dp microns Figura 6 18 Concentra o de part culas na entrada in e na sa da out para o multiciclone tipo Swift em fun o do tamanho das mesmas mg Nmi3 Multiciclones tipo Peterson 1800
213. el trica com biomassa da cana inicio de um ciclo virtuoso Semin rio de Gera o Distribu da INEE Rio de Janeiro Setembro 2004 Marutzky R 1993 Concept for an ideal wood waste and wood residue combustion system Proceedings of the Conference Advances in Thermochemical Biomass Conversion vol 1 Blackie Academic amp Professional 643 55 McGowan T NOx Control for Stationary Sources and Utility Applications 2003 International Joint Power Generation Conference Georgia World Congress Center Atlanta Georgia USA June 16 19 2003 MCT 2004 Protocolo de Quioto Introdu o Minist rio da Ci ncia e Tecnologia www mct org br 2004 Mitor V V Dubovskii LE Kuznetson N V Karasina E S C lculo T rmico de Caldeiras M todo Normativo vol 1 Editora Tskti Leningrado em russo 1973 222 Nussbaumer T Wood Combustion Proceedings of the Conference Advances in Thermochemical Biomass Conversion Vol 1 Blackie Academic amp Professional p 575 589 1993 Nussbaumer Th NOx Reduction in Biomass Combustion Primary and Secondary Measures Biomass for Energy and Industry 10th European Conference and Technology Exhibition Wiirzburg Germany 1318 1321 1998 Nussbaumer T Low emission wood combustion Fundamentals and Technologies Woodworking International 04 91 p 53 56 1991 OAQPS 1993 Emission Factor Documentation for Ap 42 Section 1 8 Ba
214. elos semi emp ricos foram desenvolvidos a fim de predizer seu desempenho com um n vel satisfat rio de concord ncia entre o projeto e o opera o em campo Por exemplo Leith and Licht Licht 1988 desenvolveram uma teoria til para o projeto pr tico de ciclones e que se emprega neste trabalho Utilizou se tamb m as contribui es posteriores propostas por Benitez 1993 para a otimiza o do projeto Para o c lculo da redu o da concentra o de particulados empregando ciclones e multiciclones v rias op es de configura es adimensionais padr es est o dispon veis na literatura Quatro delas s o apresentadas na Tabela 5 3 e Figura 5 1 Tabela 5 3 Configura es padr o de um ciclone Licht 1988 Dimens es relacionadas ao di metro do corpo do ciclone Dc Vide Figura 66 Op es K alD K b D K S D KD D D K H D K h D Kp B D NH Stairmand 0 500 0 200 0 500 0 50 400 1 50 0375 640 5513 Lapple 0 500 0 250 0 625 0 50 400 2 00 0 250 8 00 4029 Swift 0440 0 210 0 500 0 40 390 1 40 0 400 9 24 6992 Petterson amp Witby 0 583 0208 0 583 0 50 317 133 0 500 7 76 3423 Sendo os valores constantes relacionados com as dimens es padr es do ciclone e ao di metro do corpo do ciclone Dc ou seja a Ka altura relativa do duto de entrada K a D b Kb largura relativa do duto de entrada Ky b D c Ks comprimento relativo do duto de sa da Ks S D d di metro relativo do duto de sa da
215. em provocar o c ncer INO di xido de iprocessos de combust o em podem provocar desconforto respirat rio diminui o da resist ncia nitrog nio geral ve culos infec es e altera es celulares d xidos de enxofre A inala o do di xido de enxofre SO2 mesmo em concentra es muito baixas provoca espasmos passageiros dos m sculos lisos dos bronqu olos pulmonares Em concentra es progressivamente maiores causa o aumento da secre o mucosa nas vias respirat rias superiores inflama es graves da mucosa e redu o do movimento ciliar do trato respirat rio respons vel pela remo o do muco e part culas estranhas Pode aumentar a incid ncia de rinite faringite e bronquite Em certas condi es o SO pode transformar se em tri xido de enxofre SO3 e com a umidade atmosf rica transformar se em cido sulf rico sendo assim um dos componentes da chuva cida e Oxidantes fotoqu micos Os hidrocarbonetos e xidos de nitrog nio reagem na atmosfera principalmente quando ativados pela luz solar formando um conjunto de gases agressivos chamados de oxidantes 49 fotoquimicos Dentre eles o oz nio o mais importante pois utilizado como indicador da presen a de oxidantes fotoqu micos na atmosfera O oz nio tamb m tem origem nas camadas superiores da atmosfera onde exerce importante fun o ecol gica absorvendo as radia es ultravioletas do sol e reduzindo ass
216. emiss es em rela o aos principais par metros de opera o como por exemplo carga da caldeira perdas por combust o incompleta e excesso de ar Tamb m baseado na literatura t cnica descreve se as metodologias emp ricas que foram implementadas em planilhas de c lculo e que permitem avaliar diferentes op es de sistemas de controle para material particulado multiciclones lavadores de g s tipo venturi e a associa o dos mesmos e de xidos de nitrog nio redu o seletiva n o catal tica sob o ponto de vista t cnico econ mico al m de modelos que predizem a forma o de xidos de nitrog nio Tamb m se apresenta um estudo da dispers o de NOx para at 800 m no entorno de uma Usina considerando diferentes condi es de estabilidade atmosf rica e para diferentes regimes de opera o da caldeira a fim de avaliar quais as condi es mais desfavor veis de dispers o Os dados de concentra o de part culas nos gases de exaust o medidos das caldeiras avaliadas apresentam valores na faixa de 400 a 600 mg Nm quando se empregam multiciclones e 80 e 200 mg Nm quando se empregam lavadores de g s tipo venturi A combina o de multiciclone e lavador de g s resulta ser a variante de melhor viabilidade econ mica apresentando um custo de tratamento do g s menor e garantindo a concentra o regulamentar na sa da de 120 mg Nm Para a an lise de xidos de nitrog nio conclui se que os valores de emiss o est o
217. emperatura de chama reduzindo a concentra o de oxig nio A combust o com baixos n veis de excesso de ar um modo efetivo para controlar a forma o de NOx c Uso da combust o estagiada onde uma parte do combust vel total adicionada com uma quantidade excessiva de ar de combust o O combust vel restante ent o adicionado em uma fase posterior no processo de combust o A combust o com altos n veis de excesso de ar tamb m um modo efetivo para controlar forma o de NOx d Uso da t cnica conhecida como recircula o dos gases de exaust o FGR flue gas recirculation na qual uma parte do g s de exaust o misturada com o ar de combust o no queimador Isto aumenta a massa de g s que deve ser aquecida pela energia qu mica no combust vel reduzindo assim a temperatura de chama e Uso de queimadores multichama e combust o pobre da pr mistura que quebram o calor adicionado total em chamas menores com uma efetiva mistura Este procedimento reduz a temperatura de chama de pico e permite remover o calor rapidamente colocando a chama pr ximo da superf cie de aquecimento f Uso da combina o ar e combust vel gasoso pr misturado com a op o de se adicionar g s de exaust o esta mistura causando uma combust o a uma relativamente baixa temperatura reduzindo assim a forma o de NOx t rmico g Uso da combina o destas t cnicas Estas abordagens t m sido empregadas efetivamen
218. enhuma lisa queima normal modifica o pecus Requeima Levemente rica Rea es com ms em combust vel EA Combust o Baixo excesso 16 z principal de ar CxHy Carga e excesso Ar A combust o Carv o 80 85 de ar reduzidos Figura 3 9 Instala o t pica de requeima de g s em uma caldeira com queimadores localizados nas paredes Latham et al 1997 UB Ree caldeira Fornecimento de am nia Injetores Carga da caldeira Caldeira Combust vel Fo rnalha Ar de combust o NOxOUT Process Thermal De NOx Process Figura 3 10 Diagrama simplificado dos fluxos no NOxOUT e Thermal De NOx Process SNCR Lora 2002 Catalisador NH NO G s do O exaust o NO SKK OC 0000 DOI ESSO Figura 3 11 Esquema do processo SRC Lora 2002 A Figura 3 12 mostra uma planta que emprega simultaneamente dois m todos p s combust o a redu o seletiva n o catal tica SNCR e a redu o seletiva catal tica SCR Estes processos t m em comum que ambos reduzem NOx at e gua atrav s de reagentes baseados em am nia ou ur ia A principal diferen a destes dois sistemas que o sistema sem catalisador SNCR utilizado para uma faixa de temperatura de 900 a 1 050 C enquanto que a SCR com catalisador entre 160 e 400 C Carli et al 1998 Os sistemas SCR possuem dois aspectos neg
219. entam maior influ ncia sobre a forma o dos mesmos c Modelagem e defini o de crit rios de sele o de tecnologias para o controle de xidos de nitrog nio e material particulado em caldeiras para baga o baseado em equa es e metodologias da literatura t cnica d Desenvolvimento de um software para a sele o e avalia o t cnico econ mica de sistemas de controle da emiss o de xidos de nitrog nio e material particulado em caldeiras para baga o e Estudos de casos e 1 Estudo do comportamento da forma o de xidos de nitrog nio em rela o varia o dos par metros operacionais da caldeira e 1 Estudo t cnico econ mico do controle de xidos de nitrog nio em caldeiras a baga o atrav s do controle do excesso de ar e da remo o seletiva n o catal tica bem como de estudos de dispers o deste poluente no raio de 800 m da usina e 1 Estudo t cnico econ mico do controle de material particulado em caldeiras a baga o atrav s de multiciclones e lavadores de g s tipo venturi SUMARIO Motiva o Resumo Abstract Sum rio Lista de Tabelas Lista de Figuras Simbologia Cap tulo 1 A ind stria sucroalcooleira aspectos gerais 1 1 A ind stria sucroalcooleira no Brasil 1 1 1 Produtos e subprodutos 1 1 2 Avan os tecnol gicos 1 2 Passado presente e futuro do lcool 1 3 A cogera o na industria sucroalcooleira estado atual e perspectivas 1 4 Aspectos ambientais da ind stria
220. ente sol vel em gua decomp e N gt 05 Pent xido de dinitrog nio 8 se em Os xidos de nitrog nio NOx s o produzidos por fontes naturais como os rel mpagos a atividade microbiana no solo a oxida o da am nia e processos fotol ticos ou biol gicos nos oceanos A isto se acrescentam fontes antropog nicas como a queima de combust veis f sseis e de biomassa Ao mesmo tempo a fim de manter um balan o global existem sumidouros de NOx como as precipita es e a deposi o seca 62 Durante o processo de combust o NOx um dos poluentes prim rios emitidos na atmosfera Neste contexto NOx refere se s emiss es acumulativas de xido n trico NO di xido de nitrog nio NO e tra os de outras esp cies como mostrado na Tabela 3 4 Embora as fontes m veis s o os maiores contribuintes para a forma o de NOx a combust o de qualquer combust vel f ssil ou n o f ssil gera algum n vel de NOx devido s altas temperaturas de queima e a disponibilidade de oxig nio e nitrog nio no ar e no combust vel As emiss es de NOx nos processos de combust o s o tipicamente de 90 a 95 de NO sendo o restante predominantemente NO Uma vez que o g s deixa a chamin a maior parte de NO eventualmente oxidada na atmosfera para NO Disperso na atmosfera o NO reage para formar poluentes secund rios incluindo o oz nio troposf rico aquele no n vel do solo Na estratosfera ele muito important
221. er Igual a Oma Omn 0 C lulas vari veis m 10 M 11 M 12 Fechar Submeter s restri es sns M 11 M 5 M 12 0 05 Alterar Excluir Redefinir tudo Figura 5 3 Tela da ferramenta de otimiza o do Excel Solver Finalmente os custos de capital de ciclones e multiciclones est o em fun o da efici ncia de cole o de particulados que por sua vez depende da velocidade do g s e das dimens es do duto de entrada Teoricamente quanto maior a velocidade ou menor a se o de entrada de g s maior a efici ncia como tamb m a perda de carga o que eleva o custo operacional Tamb m os materiais de constru o afetam o custo Para operar com cinzas abrasivas o sistema deve ser constru do com 158 materiais resistentes abras o ou se necess rio empregar material cer mico Para gases corrosivos a o inox ou pl stico refor ado com fibra pode ser necess rio OSHA 2004 5 4 Metodologia para o c lculo de lavadores de g s tipo venturi As primeiras tentativas para a predi o do desempenho de lavadores de g s tipo venturi foram realizadas por volta de 1940 Estes primeiros modelos visavam encontrar correla es entre dados experimentais e as vari veis prim rias de projeto Os primeiros modelos anal ticos simples surgiram nos anos 70 e hoje em dia an lises detalhadas requerendo solu es num ricas como por exemplo CFD Computational Fluid Dynamics est o sendo desenv
222. er ncia do combust vel mis bar kgim s kgim3 kgtmol T kgim3 kgim s Nim 1600 0 kgtm3 OBS Os dados de entrada s o representados por c lulas em vermelho 10000 0 3 32413 ftis2 177E 05 Ibift s 0 0453 Ibtkt3 99 9 Ibift3 3 00E 06 4 00E 06 7 50E 06 150E 05 2 50E 05 3 50E 05 4 50E 05 5 50E 05 6 50E 05 7 50E 05 8 50E 05 9 50E 05 100E 04 236 Microsoft Exce un arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda Adobe PDF Digite uma pergunta x D cE G8 amp Be ag Bee lt A Z am Arial 10 N Z 5 NO M Scrub Tese Jan04 38 Coeficiente de excesso de ar 145 Temperatura dos gases de exaust o vaz o de vapor na caldeira 120 0 tonth baseado no livro do Electo Sugarcane Temperatura da gua de alimenta o da caldeirz 150 Entalpia da gua de alimenrta o 634 6 kuikg Press o do vapor na sa da da caldeira 42 0 MPa Temperatura do vapor na sa da da caldeira 350 Entalpia do vapor 3087 1 kJikg Efici ncia da caldeira 85 48 Calor necess rio 69487 3 kw 7948 0 Mutton 53 m comb 8 7 kgis 315 tonth 55 C lculo do Volume de gases produzido pela queima de 1Kg de bagaco Fator de corre o da umidade 0 504 Carbono 23 6 30 02 217 01 18 49 6 100 0 218 m3tkg 71 vRO2 0 44 172 m3tkg 73 v H20 0 99 m3tkg 75 Y g s te rico 315
223. er fornecido pelo fabricante e o terceiro o conhecimento dos dados de desempenho dos diferentes sistemas de controle aplic veis situa o inclusive considerando problemas espec ficos como o porte do equipamento restri es de espa o e as condi es de opera o 90 Outra fator a ser considerado com rela o dispers o dos poluentes necess rio conhecer os dados meteorol gicos da regi o definindo o perfil do vento na regi o velocidade dire o e dura o rosa dos ventos e o comportamento da estabilidade atmosf rica na regi o Este aspecto muito principalmente nos casos em que o Padr o de Emiss o alcan ado por m devido s caracter sticas meteorol gicas em determinados hor rios n o permite garantir o Padr o de Qualidade do Ar no entorno da instala o Sendo assim uma op o empregar mais de uma condi o de controle da fonte Por exemplo se o poluente em quest o for o NOx poder se ia controlar o excesso de ar associado ao mecanismo de recircula o dos gases e a um sistema de remo o n o catal tica SNCR nos per odos cr ticos condi es de dispers o desfavor veis e operar sem o sistema SNCR quando as condi es de dispers o forem favor veis Isto permite a otimiza o do custo final de remo o Outros fatores que tamb m devem ser avaliados incluem a disposi o do poluente coletado custos de instala o opera o e manuten o intervalo entre manuten es e a
224. er isoladas protegidas de intemp ries c Quando mais do que uma tecnologia pode garantir o n vel de controle requerido devem ser realizados estudos sobre as variantes baseados na an lise do custo do ciclo de vida das mesmas life cycle cost analysis Algumas informa es preliminares necess rias a Limita es de emiss es locais quanto fonte espec fica baseadas nas regulamenta es federal estadual e municipal b Obter descri es detalhadas da caldeira incluindo o sistema de controle de combust o a concentra o de sa da sem controle garantida de projeto e os suportes necess rios provenientes do fabricante c Obter as licen as regulat rias necess rias por exemplo licen a pr via de instala o e de opera o d Obter os requerimentos e restri es para a disposi o dos poluentes coletados Nos estudos preliminares tornam se necess rios os dados de processo e atrav s de dados emp ricos estimar as concentra es 3 4 2 Propriedades do g s As principais propriedades do g s que afetam a sele o e projeto dos sistemas de remo o de particulados s o a Vaz o a vaz o de gases gerada pelo processo de combust o deve ser medida ou calculada a fim de se determinar os tamanhos volum tricos requerido das tubula es e dispositivos As mudan as na vaz o resultam em varia es na velocidade influenciando a efici ncia de cole o e a perda de carga b Temperatura A temperatura
225. es an introduction to dispersion modeling CRC Press 1994 Uhlig A Modelo Cascata um Instrumento de Planejamento Energ tico Aplicado ao Setor Sucro alcooleiro no Estado de S o Paulo Disserta o de Mestrado Programa Interunidades de P s Gradua o em Energia USP S o Paulo 1995 NICA 2004 Uni o da Agroind stria Canavieira do Estado de S o Paulo www unica com br acessado em 15 11 2004 USArmy 20034 Chapter 7 High and Low Energy Scrubbers Systems www hnd usace army mil techinfo acessado em novembro de 2003 USArmy 2003b Chapter 6 Cyclones and Multicyclones www hnd usace army mil techinfo acessado em novembro de 2003 US Army 2003c Chapter 12 Emission Control Equipment Selection for Incinerators and Boilers www hnd usace army mil techinfo acessado em novembro de 2003 Viswanathan S St Pierre C C Gnyp A W Jet penetration measurements in a venturi scrubber Canadian J Chem Eng 61 pp 504 508 1983 224 Viswanathan S Modelling of venturi scrubber performance Ind Eng Chem Res 36 pp 4308 4317 1997 Wark K Warner C 1981 Air Pollution Its Origin and Control Harper Collins New York NY 1981 World Bank Greenhouse Gas Abatement Investment Project Monitoring and Evaluation Guidelines World Bank Global Environment Coordination Division June 1994 Yung S Calvert S Barbarika H F Sparks L E Environ Se
226. es Sistemas Autoprodu o anos PIE Convencional Eficiente 1998 2003 2008 2003 Sucro alcooleiro 5 584 24 349 4 020 995 1 175 1 175 25 Qu mico 2 718 9 876 1 581 389 1 141 1 141 440 Refino de petr leo 4 283 171 428 428 3 855 Sidertirgico 6 938 25 207 875 341 695 695 Papel e celulose 2 514 7 830 1 740 718 1 189 1 654 TOTAL 17 754 67 262 12 499 2 614 4 628 5 093 4 320 PIE Potencial de excedente comercializ vel Os valores referentes ao potencial termodin mico do setor qu mico incluem as refinarias de petr leo Em um levantamento recente a partir de dados baseados em informa es provenientes da ANEEL as unidades cogeradoras do setor sucroalcooleiro instaladas no Brasil totalizam uma capacidade de aproximadamente 1 800 MW Brasil Energia 05 2000 Vale observar que este levantamento certamente parcial referindo se apenas s centrais registradas junto ag ncia reguladora no per odo da pesquisa Segundo dados do CENBIO Goldemberg e Coelho 2001 o potencial te rico de gera o de eletricidade a partir da biomassa no Brasil pode chegar a 13 584 MW de capacidade e para o setor sucroalcooleiro atinge 3 852 MW Tabela 1 4 podendo ser gerados o ano todo energia 15 firme e ser efetivamente obtido com a introdu o de tecnologias mais eficientes que j s o comercializadas no pa s caldeiras com 62 e 80 bar de press o do vapor e turbinas de condensa o extra o Este potencial correspondendo ge
227. es pode representar o principal custo operacional do coletor Por exemplo precipitadores 91 eletrostaticos filtros de mangas e lavadores de gas apresentam requerimentos adicionais de pot ncia el trica Espa o Alguns sistemas requerem mais espa o do que outros sobretudo se for empregar dois equipamentos diferentes em cascata d Disposi o do res duo Os m todos de remo o e disposi o do material removido variam com a composi o do material com o pr prio processo a quantidade envolvida e o projeto do coletor Quanto ao ltimo caso existem sistemas que fazem a descarga continuamente como tamb m em bateladas Os sistemas midos podem requerer esta es adicionais de tratamento de gua Resumidamente os principais inputs para se conhecer o desempenho de um dado sistema de controle podem ser sumarizados em a tipo de coletor e as suas dimens es espec ficas b as condi es operacionais vaz o de gases temperatura carga de particulado etc e c a distribui o granulom trica em base m ssica do aerossol a ser coletado A intera o de a b e c produz a efici ncia por fra es permitindo se determinar a emiss o de sa da do sistema concentra o coletada e emitida atmosfera quantidade e tamanho por fra es Finalmente a e b tamb m determinam os requerimentos de energia incluindo a perda de carga e os auxiliares A Figura 3 20 apresenta o fluxograma geral de mencionado ac
228. es sistemas incluem a Faixa da temperatura de rea o b Tempo de resid ncia dispon vel na faixa de temperatura tima c Concentra o de NOx a ser controlada 168 Al m destes fatores tamb m deve ser analisado o grau de mistura entre o reagente injetado e os gases de exaust o a raz o molar entre o reagente injetado ao NOx sem controle e o arraste de am nia Estes valores ser o calculados ao longo da metodologia Tabela 5 5 Propriedades da am nia e da ur ia em solu es aquosas EPA 2002 Propriedade Solu o de ur ia Solu o de am nia F rmulaqu mica o CONHMj NH Peso molecular do reagente 60 06 17 03 Fase temperatura ambiente L quida L quida Concentra o normalmente fornecida 50 em peso 29 4 em peso Massa espec fica da solu o 15 C 1 137 2 kg m 896 9 kg m Press o do vapor 27 C lt 0 0689 bar 9 5837 Limites de flamabilidade N o inflam vel E MR SA L S E 25 NH em volume Valor limite efeitos na sa de Nao especificado 25 ppm Material aceit vel para estocagem Pl stico a o e a o inoxid vel Tanque de a o capaz de suportar ao menos 1 7 bar 1 L LE Limite Inferior de Explos o 2 L S E Limite Superior de Explos o 3 n o s o permitidas ligas de cobre a Temperatura A rea o de redu o de NOx ocorre dentro de uma faixa espec fica de temperatura onde o calor necess rio est dispon vel para proceder a rea
229. ese Jan04 1 x Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda Adobe PDF Digite uma pergunta 8 x D e T gt 2 2 10 Z s B ooo 188 28 Off z 42 T gases 443 K Tg Temperatura dos Gases C 0 53 par metro que define a velocidade tangencial do g s atrav s do ciclone em rela o com a posi o radial define a for a centrifuga e a efic ncia de separa o 0 65 W 24 em massa dpi m TI Ef dp CZoncin g Nm3 Conc out g INm3 100 1 100E 05 3 38E 04 89 85 10 0 10 30 Para estimar efici ncia de uma distribui o aerosa baseado no livro do Electo Sugarcane w 2 em massa acumulado dpi m Ti EF dp Conc g Nm3 onc out gNm y 70 7 0 7 00 3 00E 06 3 04E 05 64 7 0 70 0 25 75 14 50 4 00E 06 5 41E 05 715 0 75 0 21 2 60 13 0 27 50 7 50E 06 130E 04 85 0 1 30 0 20 5 16 02 43 50 150E 05 7 61E 04 349 160 0 08 bas 12 0 55 50 2 50 05 2ME 03 98 574 120 0 02 40 63 50 3 50E 05 4146 03 39 474 0 80 0 00 70 50 4 50E 05 85 03 39 87 0 70 0 00 S sox 73 50 5 50E 05 1 02E 02 39 97 0 30 0 00 75 50 6 50E 05 1 43E 02 100 0 0 20 0 00 20 80 50 7 50E 05 1 30E 02 100 0 0 50 0 00 82 50 8 50 05 2 44 02 100 022 0 20 0 00 10 84 50 9 50E 05 3 05E 02 100 0 0 20 0 00 100 00 100E 04 3 38E 02 100 02 155 0 00 10 20 40 50 50 so 30 100 dpi microns Efici ncia total 9
230. esma varia o da vaz o de ar prim rio foi de no m ximo 30 Em n meros absolutos para os primeiros a emiss o absoluta situa se na faixa de 40 a 80 mg Nm enquanto que para o segundo a emiss o absoluta situa se na faixa de 150 a 500 mg Nm Padinger 2000 A grande maioria das refer ncias t cnicas quanto ao mecanismo de forma o de NOx em caldeiras para biomassa considera o mecanismo combust vel como o principal Por exemplo Sigal 1988 avaliou que na faixa de temperatura entre 900 1300 C pode se eliminar o mecanismo t rmico embora possa ocorrer a forma o pelo mecanismo r pido Nussbaumer 1998 estudou as emiss es de NOx durante a queima de madeira e considerou que a influ ncia da temperatura n o consider vel mas a forma o a partir do nitrog nio do combust vel predominante uma vez que as temperaturas de combust o em caldeiras para biomassa geralmente situam se abaixo de 1300 C 81 conforme pode ser visto na Figura 3 4 Ele concluiu que mecanismo t rmico pode ser desconsiderado mas o combust vel fundamental Grass and Jenkins 1994 baseado em uma revis o de refer ncias bibliogr ficas da combust o de biomassa em caldeiras de leito fluidizado sugere que o mecanismo t rmico superestimado e que o mecanismo r pido pode contribuir para uma fra o nas emiss es de NOx 3 3 Material particulado MP Considera se como material particulado qualquer subst ncia exce o da gu
231. espondendo energeticamente a 2 300 2 600 e 2 600 MJ de energia respectivamente A energia total 7 500 MJ equivale a 0 165 tonelada equivalente de petr leo TEP ou cerca de 1 barril de petr leo Considerando a capacidade de moagem no pa s de cerca de 340 milh es de toneladas de cana por ano a energia equivalente de 56 milh es TEP ano e com uma oferta interna de energia no Brasil por volta de 198 milh es TEP ano 2002 significa que o setor poderia chegar a contribuir com cerca de 40 da oferta interna caso invista no aumento da efici ncia no uso do baga o para a gera o de eletricidade atrav s do desenvolvimento da colheita e utiliza o da palha Portanto a cana em si mesma uma usina de enorme efici ncia cada tonelada tem um potencial energ tico equivalente ao de 1 2 barril de petr leo O Brasil o maior produtor do mundo seguido por ndia e Austr lia Planta se cana no Brasil no Centro Sul e no Norte Nordeste o que permite dois per odos de safra Plantada a cana demora de um a dois anos para ser colhida e processada pela primeira vez podendo ser colhida at cinco vezes desde que cada ciclo sejam feitos investimentos significativos para manter a produtividade Deve se salientar que hoje em dia a cana possui uma grande resist ncia quanto a pragas bem como teores de sacarose mais elevados fruto do desenvolvimento nacional em parte realizado pelo Centro de Tecnologia Copersucar Diversidade flexibilidade e
232. forme definido nos padr es de emiss o permissiveis e Rela o estequiom trica normalizada REN proposta para alcan ar a redu o de NOx requerida f Consumo de reagente esperado e garantido g Consumo de ar de dilui o vapor ou gua esperado e garantido h Pot ncia el trica esperada e garantida As equa es de custo operacional e de capital aqui apresentadas foram desenvolvidas para caldeiras industriais e de utilidades que queima carv o nas paredes frontal e traseira com capacidade t rmica de 73 1760 MW O projeto proposto est baseado em ur ia para a estimativa de custos pois um sistema baseado em am nia deve apresentar custos diferentes para os equipamentos de estocagem distribui o e inje o Cabe ressaltar que estas equa es s o suficientes para efici ncias de remo o de at 50 O arraste de am nia para SNCR situa se entre 2 178 e 10 ppm As equa es de custo s o aplic veis ao retrofit de SNCR em caldeiras existentes Por m o procedimento de c lculo dos custos satisfat rio tanto para retrofit como para 7 aplica es em caldeira novas para carv o aumento de custo devido ao retrofit aproximadamente 10 a 30 do custo de SNCR aplicado a caldeiras novas EPA 2002 5 5 5 2 Investimento total de capital ITC O investimento total de capital inclui os custos diretos e indiretos associados com a compra e instala o do sistema de SNCR Em outras palav
233. gasse Combustion in Sugar Mills Office of Air Quality Planning and Standards U S Environmental Protection Agency Research Triangle Park NC 27711 Contract No 68 DO 0120 April 1993 Oland C B Guide to Low Emission Boiler and Combustion Equipment Selection U S Department of Energy Office of Industrial Technologies www osti gov bridge April 2002 OMS 2000 Guidelines for Air Quality World Health Organization Geneva 2000 OSHA Chapter 6 Estimating Costs of Dust Control Systems U S Department of Labor Occupational Safety amp Health Administration www osha gov 16 11 2004 Padinger R NOx reduction of biomass combustion by optimizated combustion chamber design and combustion control Proceedings of the conference Developments in Thermochemical Biomass Conversion Seefeld Austria agosto de 2000 Perry 1984 Perry s Chemical Engineers Handbook edited by Robert Perry and Don Green 6th Edition McGraw Hill New York NY 1984 Pulley R A Modelling the performance of venturi scrubbers Chem Eng Journal 67 pp 9 18 1997 Resolu o CONAMA N 005 de 15 de Junho de 1989 Resolu o CONAMA N 003 de 28 de Junho de 1990 Resolu o CONAMA N 008 de 06 de Dezembro de 1990 Resolu o CONAMA N 217 de 19 de Dezembro de 1997 Resolu o SEMA N 041 02 de 09 de Dezembro de 2002 do Estado do Paran REVISTA BRASIL ENERGIA www brasilenergia com br n 234 Maio de 2000 Sigal
234. gi o A car lcool hidratado lcool anidro Total de lcool 10 ton 10 ton 10 litros 10 litros 10 litros 1997 1998 N NE 53 883 3 532 1 243 920 2 163 C SUL 248 315 11 314 8 479 4 779 13 258 BRASIL 302 198 14 846 9 722 5 699 15 421 1998 1999 IN NE 46 729 2 863 796 862 1 658 C SUL 268 910 15 097 7 439 4 828 12 267 BRASIL 315 639 17 960 8 235 5 690 13 925 1999 2000 N NE 43 118 2 487 741 637 1 378 C SUL 267 003 16 892 6 299 5 399 11 698 BRASIL 310 121 19 379 7 040 6 036 13 076 2000 2001 N NE 49 718 3 554 818 709 1 527 C SUL 205 203 12 465 4 223 4 766 8 989 BRASIL 254 921 16 019 5 041 5 475 10 516 2001 2002 N NE 48 823 3 245 719 640 1 359 C SUL 243 505 15 748 4 347 5 759 10 106 BRASIL 292 328 18 993 5 066 6 399 11 465 2002 2003 C SUL 265 878 18 592 4 750 6 263 11 013 A explora o deste potencial al m disto traz benef cios para o meio ambiente e contribui para consolidar o modelo competitivo do setor el trico al m de agregar ao sistema uma energia de baixo custo imune s varia es internacionais do pre o do petr leo e cambiais tecnologia nacional e que pode ser disponibilizada em prazos relativamente curtos contribuindo desta forma para a redu o do risco de d ficit de eletricidade Al m disso a safra de cana de a car da regi o Sul Sudeste coincide com o per odo de seca contribuindo para o planejamento do setor Tamb m h que se
235. i es de temperatura e press o normais e deve ser corrigido para a temperatura dos gases na se o da caldeira que est sendo calculada Finalmente a equa o 5 20 permite determinar a vaz o total de gases considerando o consumo de combust vel equa o 5 1 e o volume real de gases Aqui foi feita a corre o da temperatura dos gases na chamin para as condi es padr es 0 C 5 20 Toas 273 273 Miotgas Ve 0 comb 5 3 Metodologia o c lculo de ciclones e multiciclones Os separadores cicl nicos j t m sido empregados como sistemas de controle de part culas h cerca de 100 anos e ainda continuam como uma das tecnologias mais usadas para este prop sito Como j comentado em geral n o s o equipamentos para alcan arem baixos n veis de emiss o contudo seu baixo custo de capital e operacional faz da tecnologia ideal para o uso como sistemas de pr limpeza dos gases recolhendo as part culas maiores para di metro da part cula acima de 20 um a efici ncia alcan ada chega a 100 149 Por outro lado ou seja quando utilizados para a obten o de baixos valores de concentra o na sa da modelos complexos empregando programas espec ficos e profissionais como o CFD Computational Fluid Dynamics s o prefer veis Por m quando esta n o a finalidade como no caso da maioria dos processos de combust o de combust veis s lidos onde s o empregados como sistemas de pr coleta mod
236. i Technol 1978 12 456 459 1978 Zeldovich B YA Sadovnikov P YA Frank Kamenetsky D A Oxida o do nitrog nio durante a combust o Nauka 1947 em russo 225 ANEXO I Metodologia para o c lculo da concentra o de MP Na obten o dos valores de concentra o de material particulado apresentados no Cap tulo 4 empregou se a seguinte metodologia a C lculo da velocidade m dia do g s na chamin v K FCP VAP I m s 1 P MM sendo K constante 34 97 mmHg g g mol mmH O K FCP Fator de corre o do Pitot 0 84 AP M dia das ra zes das press es de velocidade mmH 20 T Temperatura m dia dos gases na chamin K P Press o m dia absoluta do g s mmHg MM Massa molecular do g s g g mol 30 54 g g mol b C lculo da vaz o volum trica m dia do g s 23600 v A m h sendo A rea da chamin 9 611 m Diam 3 5 m c C lculo da vaz o volum trica m dia corrigida do g s Para a CNTP Po Qoorr T T sendo Po Press o nas condi es normais 101 325 Pa 760 mm Hg To Temperatura nas condig es normais 273 K d C lculo da vaz o volum trica m dia corrigida do g s em base seca 226 nds Q com i 1 E U sendo U percentual de umidade e C lculo do volume amostrado corrigido de g s em base seca FCE T AH Vi FCE T ds corr bs Ta Po sendo Vcorbs Volu
237. ia da granulometria de cinza vol til para diferentes sistemas de combust o de baga o Flood et al 1974 Dimens o da part cula Fra o de part culas com dimens es menores do que o indicado 46 suspensao Ec CS 3 3 2 Equipamentos de controle da polui o para material particulado Problemas advindos da polui o atmosf rica variam em diferentes partes do mundo reduzir tal polui o requer ado o de estrat gias pr prias para fontes e tipos espec ficos de poluentes Estrat gias razo veis para o controle da polui o atmosf rica s o aquelas que visam reduzir coletar capturar ou reter os poluentes antes que eles atinjam a atmosfera O controle da polui o atmosf rica envolve medidas indiretas e diretas As medidas indiretas s o a es que visam a elimina o a redu o a dilui o a segrega o ou o afastamento dos poluentes Dentro desse conceito de medida indireta merecem destaque tanto a aplica o de tecnologias e combust veis limpos a adequada localiza o de p los industriais o planejamento urbano e as medidas correlatas quanto quelas outras medidas que visem impedir e ou reduzir a gera o de poluentes 85 As medidas diretas correspondem a a es que visam reduzir a quantidade de poluentes descarregada na atmosfera atrav s da instala o de equipamentos de controle As medidas diretas s deveriam ser implementadas quando todos os esfor os para a ado o de medidas indireta
238. ia de Tecnologia de Saneamento Ambiental CIENTEC Funda o de Ci ncia e Tecnologia do Estado de Rio Grande do Sul EPA United States Environmental Protection Agency FEAM Funda o Estadual do Meio Ambiente do Estado de Minas Gerais IBAMA CONAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renov veis Conselho Nacional de Meio Ambiente COPERSUCAR Cooperativa de Produtores de Cana de A car A car e lcool do Estado de S o Paulo IPT Instituto de Pesquisas Tecnol gicas do Estado de S o Paulo MCT Minist rio da Ci ncia e Tecnologia MMA Minist rio do Meio Ambiente MME Minist rio de Minas e Energia OMS WHO Organiza o Mundial de Sa de World Health Organization PRONAR Programa Nacional de Controle de Qualidade do Ar SEMA Secretaria do Meio Ambiente e dos Recursos H dricos do Estado do Paran SINDICOM Sindicato Nacional das Empresas Distribuidoras de Combust vel e de Lubrificantes SMA Secretaria de Estado do Meio Ambiente do Estado de S o Paulo UNESP Universidade Estadual Paulista NICA Uni o da Agroind stria Canavieira do Estado de S o Paulo UNICAMP Universidade Estadual de Campinas UNIFEI NEST Universidade Federal de Itajub N cleo de Excel ncia em Gera o Termel trica e Distribuida Capitulo 1 A Ind stria Sucroalcooleira Aspectos Gerais O Pro lcool Programa Nacional do lcool criado em 1975 pelo governo brasileiro para redu
239. iclones em paralelo chamados de multiciclones permite utilizar c lulas de alta efici ncia com menores di metros e maiores velocidades de entrada do g s 93 Gas limpo Gas Limpo Entrada de gas Pas diretrizes Entrada de g s V rtex interno V rtex externo V rtex externo V rtex interno Cinzas a ciclone tangencial b ciclone axial Figura 3 21 Tipos de separadores cicl nicos axial e tangencial USArmy 2003b c Poluentes aplic veis Os ciclones s o empregados para controlar MP e principalmente MP maior do que 10 um em di metro aerodin mico Por m h ciclones de elevada efici ncia projetados para serem efetivos para MP menor ou igual a 10 um e menos que 2 5 um em di metro aerodin mico PM Wark and Warner 1981 Perry 1984 d Limites de emiss o e redu es alcan adas A efici ncia de cole o dos ciclones varia em fun o do tamanho da part cula e do projeto do ciclone Geralmente aumentam com o tamanho e ou massa espec fica da part cula velocidade do g s no duto de entrada comprimento do corpo do ciclone n mero de revolu es do g s no corpo do mesmo rela o entre o di metro do corpo do ciclone com o di metro do canal de sa da do g s taxa de particulados e grau de polimento da parede interna do ciclone Por outro lado sua efici ncia diminui com o aumento da viscosidade de g s di metro do corpo di metro do canal de sa da do g s a rea do
240. iferentes combustiveis na Tabela 3 6 Em geral a combust o de carv o produz as mais elevadas emiss es de NOx sendo a combust o de leo menos intensa Para leo uma redu o do nitrog nio do combust vel resulta em uma diminui o na forma o de NOx por m para o carv o esta redu o pode n o garantir uma redu o correspondente Diversos estudos t m mostrado que o principal mecanismo de forma o de NOx quando se emprega um sistema queimando biomassa o NOx combust vel o principal causador das emiss es de NOx Oland 2002 Tabela 3 6 Conte do de nitrog nio em diferentes combust veis Lora 2002 Combust vel Ncomb em massa leo combust vel 0 30 0 50 Xisto betuminoso 0 14 0 50 Diesel 0 007 0 01 Carv o mineral at 2 7 Baga o de cana 0 245 Valor m dio de diferentes fontes 3 2 1 4 Modelos de predic o de NOx Existem alguns modelos na literatura t cnica que permitem quantificar as emiss es de NOx baseado nas condi es operacionais e empregando combust veis s lidos Neste t pico apresenta os modelos sugeridos por Sigal 1988 e Kroes e Dixon 1998 que permitem avaliar a concentra o total de NOx a Modelo Sigal 1988 Este modelo que prediz a forma o de NOx na se o de sa da da fornalha foi obtido atrav s de experimentos em laborat rios e corrigidos empregando dados de testes de 104 caldeiras industriais e representado na equa o 3 14 Dessa forma ao se empregar
241. im a sua quantidade na superf cie da Terra pode por outro lado nas camadas inferiores da atmosfera exercer a o nociva sobre vegetais animais materiais e sobre o homem mesmo em concentra es relativamente baixas N o sendo emitidos por qualquer fonte mas formados na atmosfera os oxidantes fotoqu micos s o chamados de poluentes secund rios Ainda que sejam produto de rea es qu micas de subst ncias emitidas em centros urbanos tamb m se formam longe desses centros ou seja nas periferias das cidades e locais onde em geral est o localizados os centros de produ o agr cola Como s o agressivos s plantas agindo como inibidores da fotoss ntese e produzindo les es caracter sticas nas folhas o controle dos oxidantes fotoqu micos adquire assim fortes conota es s cio econ micas Estes poluentes formam o chamado smog fotoqu mico ou n voa fotoqu mica que possui esse nome porque promove na atmosfera redu o da visibilidade Ademais provocam danos na estrutura pulmonar reduzem sua capacidade e diminuem a resist ncia s infec es deste rg o causam ainda o agravamento das doen as respirat rias aumentando a incid ncia de tosse asma irrita es no trato respirat rio superior e nos olhos Seus efeitos mais danosos parecem estar mais relacionados com a exposi o cumulativa do que com os picos di rios f Material particulado Sob a denomina o geral de material particulado MP se encontr
242. ima Tecnologia de controle Dimens es Condi es operacionais Tamanho da part cula Distribui o gronulom trica Efici ncia por fra es Energia requerida Figura 3 20 Fluxograma b sico para a predi o do desempenho de sistemas de remo o de particulados Licht 1988 3 4 4 1 Ciclones e multiciclones Esta tecnologia faz parte do grupo de controle da polui o atmosf rica coletivamente denominado de pr tratamento precleaners pois muitas vezes empregada para reduzir a carga de MP na entrada de outros dispositivos de cole o a jusante removendo part culas maiores e abrasivas Os ciclones tamb m s o chamados de coletores cicl nicos separadores cicl nicos 92 separadores centrifugos e separadores inerciais Em aplica es onde v rios pequenos ciclones est o operando em paralelo o sistema passa a ser denominado multiciclone a Tipo de Tecnologia Remo o de MP atrav s de for as centr fuga e inercial induzidas por for ar a corrente de g s e particulado a mudar de dire o Em geral o g s contaminado entra tangencialmente em uma c mara c nica ou cil ndrica e sai atrav s de uma tubula o central O movimento de v rtex ou espiral resultante cria um campo de for a centr fuga no qual as part culas em virtude de sua in rcia separam se da corrente de g s fluindo atrav s da parede do ciclone e devido densidade migram para o silo receptor de part culas
243. imento de ar e combustivel Padinger 2000 As observa es tamb m mostraram uma depend ncia quase linear entre o tempo de resid ncia da fase s lida com o volume de ar fornecido Ou seja para se alcan ar valores de 50 de redu o na forma o de NOx aproximadamente se necessitaria dobrar o volume do leito de queima do combust vel levando a um enlargamento da fornalha e que n o deve ser visto apenas pelo car ter econ mico e sim pelo benef cio da redu o das emiss es e seus impactos no meio ambiente 80 NOx como NO2 mg Nm3 a 13 O2 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 Vaz o de ar prim rio 10 3 m3 s Figura 3 15 Resultados da forma o de NOx em rela o ao fornecimento de ar prim rio para uma fornalha de 250 kW queimando cascas de madeira Padinger 2000 Outra comprova o importante deste trabalho com rela o ao teor de nitrog nio no combust vel Para a biomassa apresentando menores quantidades de na sua composi o o decr scimo da forma o de NOx com a diminui o do fornecimento de ar prim rio foi maior do que aquelas que apresentam fra es mais elevadas de na composi o Em termos gerais a redu o m xima alcan ada de 50 foi para os res duos de madeira com menores quantidades de na composi o enquanto que aqueles onde estes teores era maiores as redu es alcan adas para a m
244. io Parede de sa da dos gases x a AG Parede de Distribuidor X gt lt 58 deflex o Ventilador de ar Ventilador de ar prim rio secund rio Grelha Figura 3 13 Vista em corte da fornalha e o sistema de fornecimento de ar prim rio e secund rio Padinger 2000 Para esta fornalha de 250 kW queimando res duos de madeira as redu es nas emiss es de NOx alcan aram cerca de 50 As investiga es da influ ncia da quantidade de ar prim rio com rela o forma o de xidos de nitrog nio para diferentes condi es de combust o mostram em geral que a redu o na vaz o volum trica de ar prim rio conduz a uma significante redu o na forma o de NOx conforme se apresenta na Figura 3 13 79 Neste teste a opera o nas condi es nominais requer uma quantidade de ar prim rio fornecido entre 15 e 18 10 m s que conduzem a forma es de NOx na faixa de 250 e 400 mg Nm sendo o valor m dio de 300 mg Nm os dados de emiss o deste trabalho est o relacionados a uma concentra o de 13 de nos gases Quando se reduziu o valor da vaz o de ar para aproximadamente 10 10 m s os valores de NOx tamb m apresentaram uma diminui o para cerca de 150 mg Nm Gas de exaust o Concentra o de CO C mara de combust o Ar secund rio Combustivel Barreira infravermelha Ventilador de ar prim rio Ar prim rio Figura 3 14 Sistema de controle de fornec
245. io e que deve ser considerado como um ganho O valor estimado de cinza adicional para o caso do carv o e baseado em EPA 1998a comb Cinza ser Oia PCI Z 5 68 sendo Cinzager a fra o de cinza adicional produzida pela queima adicional de combust vel e PCI o seu poder calor fico inferior O custo de disposi o anual da cinza adicional CAcinza em fun o do custo de disposi o Ceinza obtido a partir da equa o 5 69 CA 6 cinza cinza C dun t oper 5 69 5 5 5 7 Custos anuais indiretos CAT Em geral os custos anuais indiretos custos fixos incluem fator de recupera o de capital FRC seguro taxas administrativas e custos adicionais devido quando aplic vel diferen a entre os dados de projeto objetivo e os dados reais O FRC baseado na taxa de juros anual e na vida til do equipamento assumida ser de 20 anos para os sistemas de SNCR EPA 2002 Um sistema de SNCR n o visto como um dispositivo de aumento de risco da instala o como por exemplo o caso de uma caldeira e o custo com seguro geralmente desconsiderado As taxas administrativas de pesquisa e desenvolvimento contabilidade e outras despesas de escrit rio necess rias para a opera o de um sistema de SNCR n o s o consideradas significantes dentro do procedimento de estimativa de custo apresentado aqui pois em geral j s o contabilizadas no custo total do empreendimento Tamb m foi assumido que
246. ios em que se localizar o empreendimento Aos rg os ambientais municipais compete o licenciamento de empreendimentos e atividades de impacto local e dos que lhes forem delegados pelos Estados atrav s de instrumento legal ou conv nio Compete aos rg os ambientais estaduais ou do Distrito Federal o licenciamento ambiental dos empreendimentos e atividades cujos impactos diretos ultrapassem os limites territoriais de um ou mais Munic pios ou que estejam localizados em mais de um Munic pio em unidades de conserva o de dom nio estadual ou em florestas e demais formas de vegeta o natural de 43 preserva o permanente Al m disso pode haver delega o do IBAMA para os Estados por instrumento legal ou conv nio O Licenciamento Ambiental est previsto na Lei n 6 938 81 que estabelece as diretrizes da Pol tica Nacional de Meio Ambiente e caracterizado por tr s fases distintas Licen a Pr via LP Licen a de Instala o LI e Licen a de Opera o LO A Resolu o CONAMA n 237 97 regulamenta os procedimentos e crit rios utilizados no licenciamento ambiental de forma a efetivar a utiliza o do sistema de licenciamento como instrumento de gest o ambiental institu do pela Pol tica Nacional do Meio Ambiente 2 4 1 Licen a Pr via LP A Licen a Pr via requerida na fase preliminar de planejamento do empreendimento ou atividade Nessa primeira fase do licenciamento o rg o ambiental respons vel a
247. iras de baga o compar vel emiss o de outros tipos de biomassa Marutzky 1993 tamb m mostra resultados de medi es de concentra es de NOx por m para caldeiras que queimam res duos de madeira com 60 70 umidade e o valor encontrado de 231 mg Nm Nussbaumer 1993 determinou a concentra o de NOx durante a combust o de amostra de madeira em forno laboratorial e obteve valores que variam de 130 200 mg Nm Teixeira e Lora 2004 realizaram medi es em caldeiras a baga o e os resultados da concentra o 78 de NOx resultantes estavam entre 99 a 188 mg Nm para caldeiras com queima em suspens o cujas caracter sticas da caldeira s o capacidade 45 t h press o de 21 bar e temperatura de 300 C Padinger 2000 do Joannen Reserch da Universidade T cnica de Graz ustria apresenta um trabalho onde foi desenvolvido o projeto otimizado de uma fornalha contanto com um sistema de controle de fornecimento de ar prim rio e secund rio Figura 3 13 A partir dos dados de concentra o de e medidos na sa da da mesma o sistema se ajusta entre a vaz o de combust vel e as quantidades de ar conforme pode ser observado no esquema da Figura 3 14 cuja finalidade foi a de observar a depend ncia da forma o de NOx em rela o quantidade de ar prim rio fornecida Trocador de calor Painel de controle assitido por computador Rosca de medi o Sonda de medi o de oxig n
248. is forem vendidos a US 40 MWh o aumento de receita seria de 16 produ o somente com baga o a 23 baga o mais 25 da palha segundo BNDES 2004 1 4 Aspectos ambientais da ind stria sucroalcooleira A quest o ambiental associada produ o de energia a partir do baga o da cana de a car possui v rios aspectos de ordem t cnica legal e social A produ o de energia por lei e pela sua ess ncia considerada atividade modificadora do meio ambiente No entanto a partir do baga o biomassa quando obtida com efici ncia e responsabilidade ambiental tende a ser mais bem aceita por ser renov vel de car ter sustent vel com res duos reaproveit veis e com uma contribui o reconhecida na quest o da redu o de emiss es de gases do efeito estufa 18 Os impactos ambientais das diferentes etapas do sistema de gera o de energia do baga o desde o cultivo da cana at sua transforma o e transfer ncia da energia na subesta o da distribuidora embora diversificadas s o na sua grande maioria significativas e portanto necessitam ser previstos e mitigados A queima de res duos da cana de a car produz substancial libera o de carbono na forma de Entretanto na an lise do ciclo de vida da biomassa o resultado praticamente nulo pois atrav s da fotoss ntese a biomassa queimada quase completamente reposta no ciclo seguinte da cultura Quando se considera o ciclo de vida completo da biom
249. j 7 W Nh 5 39 i l Um dos principais par metros de medida do desempenho de lavadores de g s o valor de sua perda de carga pois ela representa o consumo de energia no lavador O seu c lculo realizado segundo a equa o 5 40 e a pot ncia necess ria para vencer esta perda de carga calculada conforme apresentada na equa o 5 11 baseado no n mero de horas de opera o L AP P vota Mus E 5 40 sendo AP perda de carga no lavador Pa A sequ ncia de c lculo proposta por Licht 1988 para a metodologia geral do projeto de lavadores tipo Venturi consta das seguintes etapas e representado na Figura 5 5 a Selecione na faixa de valores comumente utilizados um par de valores para l g e b Calcule a velocidade na garganta Vgarg e o di metro das gotas de gua c Calcule Kn Fc Re Cp e B d Selecione uma dimens o de part cula dp e calcule o valor de e Selecione um valor de Lgarg comprimento adimensional da garganta Recomenda se assumir Learg 2 3 Calcule o comprimento da garganta x e u f Calcule a penetra o P g Repita os passos d e e f para diferentes dimens es das part culas h Calcule a efici ncia total de separa o i Repita todos os c lculos para diferentes valores de L G e ou Vgas Considere tamb m outros valores para La e para u j Determine o comprimento da garganta e a queda de press o total Os custos de capital de
250. l Baixa emiss o de poluentes Menor dono ambiental Combust vel gt Termel trico gt LE Figura 2 4 Filosofias do controle da polui o do ar An lise de custo benef cio Lora 2002 Na realidade e atualmente no Brasil os crit rios empregados para o acompanhamento e plano de a o quanto as emiss es de poluentes na atmosfera utiliza o apenas os dois primeiros Portanto para que o empreendimento possa ser considerado ambientalmente adequado os valores das emiss es t m que garantir ao mesmo tempo tanto os Padr es de Emiss o medidos na saida da fonte emissora como tamb m os Padr es de Qualidade do Ar avaliados ou medidos no entorno do empreendimento considerado Ent o podem acontecer casos em que os Padr es de Emiss o s o alcan ados e quando realizados os estudos de dispers o da emiss o da fonte para uma determinada estabilidade atmosf rica velocidade do g s velocidade dire o e 42 intensidade dos ventos entre outras valor correspondente a uma dada distancia pode ultrapassar o valor limite do Padr o de Qualidade do Ar estando desta forma o empreendimento irregular quanto as ag ncias ambientais sendo necess rio neste caso a adequa o atrav s da instala o de sistemas de remo o que evitem ultrapassar os valores que constam na Legisla o Ambiental local ou federal 2 4 Licenciamento Ambiental O Licenciamento Ambiental um instrumento de planejamento o qual tem co
251. l trica e t rmica a partir da queima de um combust vel e uso t rmico em cascata No Brasil de um modo geral pouco explorada apresenta cerca de 600 MW de pot ncia el trica qualificada junto Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL 2004 e distribu das entre as refinarias e ind strias petroqu micas sider rgicas f bricas de papel e celulose e usinas de a car e lcool Este valor representa a pot ncia excedente ou seja j desconsiderando o consumo pr prio O setor sucroalcooleiro representa cerca de um ter o da capacidade instalada conforme pode ser observado com a Figura 1 7 o Ej Gases de 23 processos 33 E leo combust vel A G s natural A 2 S 7a N Licor negro NY 2 RAK 5 SS SSNS AN RS S SS p P Baga o de cana 24 de acucar Figura 1 7 Termel tricas com cogera o qualificada junto a ANEEL ANEEL 2004 Para as usinas de cana de a car e considerando a exist ncia de excedentes de baga o nas plantas de a car e lcool que s o vendidos para outras ind strias e a n o utiliza o das folhas e pontas que ou s o queimadas ou ficam no campo somado s baixas press es de opera o das caldeiras que em boa parte operam com baixas press es em geral 21 e 42 bar alta umidade do baga o e sazonalidade da oferta de cana de a car pode se concluir que o potencial de gera o de eletricidade do setor sucroalcoo
252. leiro est sub aproveitado Da mesma forma que para outros tipos de biomassa s o amplamente conhecidas as vantagens da gera o de eletricidade no setor sucroalcooleiro 14 a Vantagens estrat gicas gera o descentralizada pr xima aos pontos de carga No caso particular da gera o na regi o Sudeste e Centro Oeste ela ocorre durante o per odo seco podendo complementar de forma eficiente a gera o hidrel trica b Vantagens econ micas combust vel e equipamentos nacionais dinamiza o no setor de m quinas e equipamentos com o conseqiiente aumento na arrecada o de impostos c Vantagens sociais utiliza o de m o de obra na zona rural d Vantagens ambientais combust vel limpo e renov vel com balan o nulo de carbono CO2 um dos gases de efeito estufa No Brasil o Grupo Coordenador do Planejamento dos Sistemas El tricos GCPS elaborou um estudo identificando os potenciais de cogera o dando nfase nos projetos pass veis de inclus o nos Planos Decenais de Expans o do Minist rio de Minas e Energia MME mediante consultas s concession rias entidades de classe empresas e literatura especializada Os setores analisados foram al m do sucroalcooleiro qu mico refino de petr leo sider rgico e papel e celulose conforme mostrado na Tabela 1 3 Eletrobr s 1999 Tabela 1 3 Potencial de cogera o no Brasil em MW Eletrobr s 1999 Termodin mico Econ mico de Mercado Setor
253. length m 67 Total pressure drop Ap Pa 68 water consumption l s Concentration inlet g Nm3 Concentration outlet g Nm3 98 13 8150 122 2 31 0148 125 0 750 116E 07 30 7 0 0 0774 10973 2 0E 01 1 706 0 0135 0 0120 98 80 1 956 381 0 148 5532 0 1201 10 00 gim3 0 120 gim3 40 75 15 0 25 0 75 13 0 16 0 12 0 0 0581 0 0310 0 0155 0 0093 1 0730 10389 10195 10117 3 6E 01 1 2E 02 48E 02 1 3E 03 ATUS 1 877 1 939 1 964 0 0167 0 0132 0 0114 0 0108 Pot vent 500 7 kw Efic vent 65 10000 120 n o apagar solver 350 80 0 0066 1 0083 2 6E 03 1 974 0 0105 450 70 0 0052 10065 4 2E 03 1380 0 0104 55 0 30 0 0042 10053 6 3E 03 1 984 0 0103 65 0 2 0 0 0036 1 0045 8 8E 03 1 986 0 0102 750 5 0 0 0031 10038 1 2E 04 1 988 0 0102 85 0 20 0 0027 10034 15E 04 1 990 0 0101 Digite uma pergunta 95 0 100 0 20 15 5 100 0 0024 0 0023 1 0031 1 0023 13E 04 21 04 1381 1 991 0 0101 0 0101 242 Microsoft Excel CalcEq Arquivo Dp S E Pol Mult amp Scrub Tese Jan04 Editar Exibir Inserir Formatar D c EP 5 GRY 5 10 5 N Z Ferramentas Dados HGB wo 88 00 50 Janela Ajuda Adobe PDF mc BER EA 21 mm JR EjE 0 A M p Off EB iEn DSSSSSRESREEssesss 350000 70 24 8 1542240 5 91 8000 20 15 0 16 340371
254. los a gasolina n o tinham desempenho adequado Com o intenso desenvolvimento da engenharia nacional ap s o segundo choque do petr leo surgiram com sucesso motores especialmente desenvolvidos para o lcool hidratado Em 1984 os carros a lcool respondiam por mais de 70 da produ o das montadoras patamar que foi mantido at 1986 Figura 1 4 Por m a partir deste ano e mesmo afastada a crise do petr leo nota se o in cio de uma curva descendente de produ o de carros a lcool chegando a praticamente zero em meados dos anos 90 Recentemente com o surgimento dos ve culos bi combust veis este segmento contabilizou cerca de 20 da produ o total de ve culos leves no Brasil em 2004 ANFAVEA 2005 10 1 800 1500 2 o 1200 a N 900 gt 669 600 400 307 3004 O Z 243 230 24 L1 1 152 15 0 L 1 p 0 a LL LL oOo H N H E E E lt o o o o o o o o o 5 9 o 5 R 5E 8 SS Ass o 13 o x o 5 c o wD o P ea gt ob 9 S 052 9 3 5 wm 9 cT 20 o t e ex lt Figura 1 3 Emiss es de em alguns pa ses do mundo MCT 2004 Produ o ve culos leves no Brasil 100 90 4 80 4 70 4 60 50 4 40 30 4 20 10 4 0d 4 J 5 5 S amp S S amp d rd amp amp S amp E amp S S S S S 4 re S Gasolina s lcool 4 Flex fuel e Diesel Figura 1 4 Produ o d
255. m mais baratos do que o lavador por m n o atendem ao valor de concentra o final desejado de 120 mg Nm Tendo em vista que a perda de carga nos lavadores bem maior do que nos multiciclones o custo operacional dos mesmos superior Por m com rela o ao custo de tratamento de 1 m de g s constata se que a variante que apresenta o menor valor a que emprega multiciclones tipo Petterson amp Witby associado ao lavador de g s tipo venturi Sensibilidade 100 4 a 90 80 70 60 4 50 40 4 30 20 10 0 r r r r r r r r r 0 5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000 35 000 40 000 45 000 50 000 e Velocidade do gas 40 m s Velocidade do g s 60 m s a velocidade do g s 80 m s Pa Figura 6 23 Varia o da perda de carga e efici ncia do lavador tipo ciclone com rela o a velocidade do g s e a rela o l quido g s Tabela 6 7 C lculo do custo espec fico de tratamento de 1 de g s Teixeira e Lora 2002 Vaz o de Custo Custo operacional Custo do equipamento Custo espec fico do gases equipamento total anual para 1 gt de g s tratamento de 1 gt de g s m s R R ano R m s R m Swift 41 75 180 383 60 447 4 321 5 03E 05 Petterson amp Witby 41 75 154 796 48 729 3 708 4 05E 05 Lavador 41 75 1 542 240 565 020 36 940 4 70E 04 Lavador Peterson 41 75 1 697 036 550 978 40 648 4 58E 04 216 Deve ser mencionado
256. m pa ses pobres e setores menos desenvolvidos 11 trata se de uma fonte energ tica dispersa cujo uso tradicional muito ineficiente iii o uso tradicional da biomassa para fins energ ticos indevidamente associado a problemas de desflorestamento e desertifica o Contudo essa imagem relativamente pobre da biomassa est mudando gra as aos seguintes fatores 1 esfor os recentes de mensura o mais acurada do seu uso e potencial atrav s de novos estudos demonstra es e plantas piloto 11 uso crescente da biomassa como um vetor energ tico moderno gra as ao desenvolvimento de tecnologias eficientes de convers o principalmente em pa ses industrializados 111 reconhecimento das vantagens ambientais do uso racional da biomassa principalmente no controle das emiss es de e enxofre Aneel 2002 No Brasil al m da produ o de lcool queima em fornos caldeiras outros usos n o comerciais a biomassa apresenta grande potencial no setor de gera o de energia el trica Como indicado anteriormente o setor sucroalcooleiro gera uma grande quantidade de res duos baga o e palha que pode ser aproveitada na gera o de eletricidade principalmente em sistemas de cogera o A produ o de madeira em forma de lenha carv o vegetal ou toras tamb m gera uma grande quantidade de res duos que pode igualmente ser aproveitada na gera o de energia el trica Atualmente um dos recursos de maior potencial para gera
257. mb Consumo de combust vel baga o kg s t h PCI Poder Calorifico Inferior kJ kg my Vaz o de vapor da caldeira t h P Press o do vapor bar Ty Temperatura do vapor C Tmo Temperatura da gua de alimenta o C Toepre Temperatura do g s na entrada do pr aquecedor C hsai Entalpia do vapor kJ kg hay Entalpia da gua na entrada kJ kg Tsepre Temperatura do gas na sa da do pr aquecedor C Abertyent Percentual de abertura do ventilador Yo Abertexaust Percentual de abertura do exaustor 96 Va Volume de ar te rico m kg comb va Volume de gases te rico m kg comb Vs Volume real de g s m kg comb Miotgas Vaz o total de gas 222 5 a Coeficiente de excesso de Vbs Volume amostrado de g s em base seca def dry cubic foot Voorrbs Volume amostrado corrigido de gas em base seca acf actual cubic foot FCE Fator de corre o do medidor Pyar Press o barom trica local in Hg AH Press o diferencial m dia no orif cio mm H20 Tm Temperatura m dia no gas metro K m Massa retida total de particulado g C Concentra o corrigida CNTP base seca Veorrbs dividido por m mg Nm K constante 34 97 mmHg g g mol mmH 0 K FCP Fator de corre o do Pitot 0 84 M dia das ra zes das press es de velocidade mmH3 O T Temperatura m dia dos gases na chamin K P
258. mbust o Ocorre pela forma o de esp cies de cianeto de hidrog nio intermedi rio HCN e a rea o entre nitrog nio molecular e compostos hidrocarbonetos Esta rea o ent o seguida pela oxida o de HCN para NO Embora forma o dos NOx r pidos normalmente tem uma fraca depend ncia com a temperatura esta depend ncia pode ser forte sob condi es de mistura rica em combust vel Uma grande parte dos queimadores projetada para reduzir as temperaturas pico da chama controlando a taxa de mistura ar e combust vel A combust o iniciada sob condi es de misturas ricas em combust vel e esta zona onde os NOx r pidos s o formados podendo contribuir entre pr ximo de zero a mais de 100 ppm de NO Oland 2002 3 2 1 3 Forma o dos xidos de nitrog nio do combust vel A influ ncia dos NOx do combust vel sobre a emiss o total de xidos de nitrog nio mais forte durante a combust o a temperaturas relativamente baixas Tmax lt 1 500 C A emiss o dos NOx do combust vel aumenta rapidamente com o incremento do excesso de ar e depende pouco da temperatura do processo Para 68 o c lculo da concentra o dos xidos de nitrog nio formados pelo mecanismo combust vel se prop e a seguinte equa o Titov et al 1980 Cho 77 10 Cro cs 1025 vol 3 8 sendo Cs Concentra o m dia de oxig nio no gas em volume Concentra o de xidos de nitrog nio do combust
259. me amostrado corrigido de g s em base seca acf actual cubic foot Vbs Volume amostrado de g s em base seca dcf dry cubic foot FCE Fator de corre o do medidor Poar Press o barom trica local in Hg AH Press o diferencial m dia no orif cio mm Tm Temperatura m dia no gas metro K f C lculo da concentra o corrigida base seca sendo m massa retida total de particulado g 227 ANEXO II Tabelas com os valores medidos Bioenergia Cogeradora Usina Santo Ant nio Sert ozinho SP Datas 30 07 2002 e 27 09 2002 Medi o em 27 9 2002 Duto antes do lavador de gases Medi o 1 2 3 4 5 6 7 amp 9 10 T amb C 40 37 38 38 38 40 40 38 40 38 T exaus C 158 159 158 157 161 157 158 158 159 158 96 32 Al 53 39 38 56 49 CSM 54 5 CO ppm 204 119 112 161 196 156 220 192 202 257 CO 15 5 14 8 13 7 14 9 15 13 4 14 15 1 13 6 13 9 Xair 18 24 34 23 22 37 31 22 35 32 NO ppm 149 217 216 191 190 200 217 224 177 228 NOx ppm 156 228 227 201 200 210 228 235 186 239 Chamin ap s o lavador de gases Medi o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 T amb C 34 34 35 31 35 37 36 36 37 36 T exaus C 111 103 109 164 96 69 69 69 92 69 O2 5 52 55 6 9 5 6 34 39 3 5 4 2 CO ppm 109 147 131 180 244 112 104 139 209 145 13 9 13 8 13 5 12 3 13 9 13 1 15 4 14
260. mencionar que na regi o Norte Nordeste a safra vai de novembro a maio do ano seguinte enquanto que no Sul Sudeste entre maio e novembro o que proporciona uma outra vantagem em termos de abastecimento dos v rios subprodutos da cana ao longo do ano Do ponto de vista energ tico as usinas sempre produziram grandes quantidades de baga o que inclusive j foi considerado um grande transtorno no que se refere sua disposi o que em muitos casos eram incinerados Diante deste fato algumas usinas instalaram ao longo dos anos sistemas energ ticos que consomem parte ou totalidade do baga o produzido No caso da gera o de excedente de baga o as usinas vendem este insumo agregando valor econ mico ao res duo ga o greg Por ouro lado o baga o queimado nas caldeiras de uma grande parte das usinas brasileiras n o tem o seu aproveitamento otimizado fazendo se necess rio uma moderniza o do parque industrial de diversas usinas obtendo se maior rendimento e efici ncia no processo Dessa forma diversos estudos est o em andamento no Brasil cujas finalidades s o o de otimizar e diversificar o potencial energ tico da cana de a car associado minimiza o na emiss o de poluentes autoproduzindo a demanda el trica e t rmica do processo e com a gera o de energia el trica excedente tanto no per odo de safra como no de entressafra S o usinas e destilarias que processam a biomassa proveniente da cana de a car e que
261. mo objetivo a preserva o a melhoria e a recupera o da qualidade ambiental prop cia a vida visando assegurar no pa s condi es ao desenvolvimento s cio econ mico e a prote o da dignidade da vida humana Dessa forma um procedimento administrativo pelo qual o rg o ambiental competente licencia a localiza o instala o amplia o modifica o e opera o de atividades e empreendimentos utilizadores de recursos ambientais considerados efetiva ou potencialmente poluidores ou daqueles que sob qualquer forma possam causar degrada o ambiental desde que verificado em cada caso concreto que foram preenchidos pelo empreendedor os requisitos legais exigidos O Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA atrav s da Resolu o n 237 de 19 de dezembro de 1997 definiu os empreendimentos e atividades que est o sujeitos ao licenciamento ambiental Esse licenciamento ser efetuado em um nico n vel de compet ncia repartindo se harmonicamente as atribui es entre o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renov veis IBAMA em n vel federal os rg os ambientais estaduais e os rg os ambientais municipais Em linhas gerais ao IBAMA compete o licenciamento de empreendimentos e atividades com impacto ambiental de mbito nacional ou que afete diretamente o territ rio de dois ou mais Estados federados considerados os exames t cnicos procedidos pelos rg os ambientais dos Estados e Munic p
262. mula o da dispers o e referentes caldeira 3 da Usina Barra Grande Excesso Vaz o de Emiss o Taxa de Vaz o total Taxa de emiss o de ar gases volum trica emissao 3 caldeiras total 3 caldeiras Nm s mg Nm g s Nm s g s 10 69 81 5 6 208 16 8 20 74 107 7 9 221 23 7 30 78 125 9 8 234 29 4 40 82 136 11 2 247 33 6 50 87 141 12 3 260 36 8 Calculada em fun o do balan o de massa energia da combust o do baga o Calculada como o produto da vaz o de gases e a emiss o atmosf rica 126 Dispers o NOx ug Nm3 350 4 100 200 300 400 500 600 700 800 eo A B amp C D x E e F dist ncia m Figura 4 17 Avalia o da dispers o considerando 10 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 208 Nm s e taxa de emiss o total igual a 16 8 g s y 0 z 0 Dispers o NOx n g Nm3 150 100 50 0 9 100 200 300 400 500 600 700 800 A B 4 C D x E F dist ncia m Figura 4 18 Avalia o da dispers o considerando 20 de excesso de ar vaz o de gases total das 3 chamin s igual a 221 Nm s e taxa de emiss o total igual a 23 7 g s y 0 z 0 127 Dispers o NOx ug Nm3 600 4 100 200 300 400 500 600 700 800 9 A 4 C D x E e F
263. n lise dos dados deve se colocar as placas de Petri abertas com os filtros utilizados em uma estufa a 120 10 C por duas horas dessec las a 20 5 C pelo menos durante duas horas Os filtros devem ser pesados com precis o de 0 1 mg a cada intervalo de duas horas at que a diferen a entre duas pesagens consecutivas seja igual ou inferior a 0 5 mg Durante cada pesagem os filtros n o devem ficar expostos a ao ambiente do laborat rio por mais de 1 minuto a uma umidade relativa n o superior a 50 O material particulado coletado dos equipamentos deve ser transferido para um b quer previamente tarado Aquecer at a evapora o total tomando o cuidado para que n o ocorra a calcina o Dessecar por duas horas e pesar com aproxima o de 0 1 mg considerando a massa somente quando a diferen a entre as duas pesagens consecutivas for menor ou igual a 0 5 mg Pesar cada um dos borbulhadores com precis o de 0 5 g Efetuar a prova em branco utilizando o mesmo volume coletado dos equipamentos e realizar o mesmo procedimento de evapora o desseca o e pesagem Por fim necess rio que a amostragem seja representativa das condi es de opera o da fonte de emiss o Deve se ent o efetuar pelo menos duas determina es de MP A amostragem deve ser considerada representativa se os resultados obtidos em cada amostra n o forem discrepantes entre si 4 3 Concentra o de xidos de nitrog nio Neste t pico s o apresenta
264. namento 132 O equipamento utilizado durante a amostragem o AST Automatic Sampling Train da Thermo Andersen baseado no M todo 5 da EPA Environmental Protection Agency of United States em conjunto com os M todos 1 2 3 e 4 EPA e que permite ao usu rio determinar as emiss es de particulados de fontes estacion rias A amostragem conduzida isocineticamente Deve ser salientado que a caldeira estava operando em carga parcial Dessa forma na condi o nominal estes dados podem apresentar varia es A concentra o medida nas condi es de opera o da caldeira contando com um multiciclone durante o levantamento de dados em duas medi es foi de 473 39 mg Nm e 469 50 mg Nm para 11 de O apresentando isocinetismos de 102 50 e 96 78 respectivamente A seguir na Tabela 4 10 apresenta se um resumo dos principais dados coletados durante a amostragem bem como o resultado da medi o Tabela 4 10 Dados da concentra o de MP coletados na Usina Colombo durante as medi es e an lise de laborat rio Medi es realizadas em 23 07 2003 Par metro Unidade Medi o 1 Medi o 2 Di metro do duto m 4 00 4 00 Fator de corre o do medidor 1 00 1 00 Fator de corre o do Pitot 0 84 0 84 Temperatura m dia do g s na chamin 131 129 Velocidade m dia do gas chamin m s 7 2 7 1 Massa molecular
265. ncial a Tipo de efeito nocivo presente ou futuro a 1 Doen as ou efeitos na sa de humana a 2 Toxicidade para plantas e animais a 3 Danos aos bens materiais corros o deteriora o a 4 Redu o da visibilidade a 5 Odor b Propriedade do g s b 1 Poluentes presentes 139 b 2 Composi o an lise b 3 Temperatura b 4 Press o b 5 Umidade e ponto de orvalho b 6 Equil brio qu mico entre os componentes c Vaz o c 1 Quantidade de g s a ser tratado c 2 Estado do fluxo poss veis flutua es start up e shot down d Part culas d 1 Liquidas ou s lidas d 2 Distribui o granulom trica da part cula d 3 Carga de particulado massa volume de g s d 4 Propriedades f sico qu micas d 1 1 Composi o d 1 2 Massa espec fica d 1 3 Formato d 1 4 Corrosividade d 1 5 Abrasividade d 1 6 Propriedades el tricas d 1 7 Higroscopicidade d 1 8 Combustividade e Localiza o da instala o e 1 Condi es meteorol gicas e 2 Topologia da regi o e adjac ncias e 3 Chamin altura e localiza o e 4 Outras instala es existentes versus sele o do local para novas instala es n vel de polui o do ar ambiente j existente f Grau de controle de polui o local requerido f 1 Padr es e regulamenta es locais f 2 N veis toler veis material t xico 140 f 3 Requerimentos futuros revis o de pa
266. ncipalmente nas cidades devido ao grande consumo de combust veis tanto pela ind stria como pelos ve culos No entanto estes ltimos s o os maiores causadores deste tipo de polui o pois al m de emitirem mais do que as ind strias lan am esse g s altura do sistema respirat rio Por isso a polui o por mon xido de carbono CO encontrada sempre em altos n veis nas reas de intensa circula o de ve culos dos grandes centros urbanos Constitui se em um dos mais perigosos t xicos para o homem e animais dado o fato de n o possuir cheiro n o ter cor e n o causar irrita o e n o ser percebido pelos sentidos Em face da sua grande afinidade qu mica com a hemoglobina do sangue tende a combinar se rapidamente com esta ocupando o lugar destinado ao transporte do oxig nio pode por isso causar a morte por asfixia A exposi o cont nua at mesmo em baixas concentra es tamb m est relacionada s causas de afec es de car ter cr nico al m de ser particularmente nociva para pessoas an micas e com defici ncias respirat rias ou circulat rias pois produz efeitos nocivos nos sistemas nervoso central cardiovascular pulmonar e outros A exposi o ao CO tamb m pode afetar fetos diretamente pelo d ficit de oxig nio em fun o da eleva o da carboxihemoglobina no sangue fetal causando inclusive peso reduzido no nascimento e desenvolvimento p s natal retardado 47 Tabela 2 11 Principais poluentes
267. nd Standards Fifth Edition EPA 453 B 96 001 Research Triangle Park NC February 1996 EPA 1997 Cost Estimates for Selected Applications of NOx Control Technologies on Stationary Combustion Boilers Draft Report and Responses to Comments on the Draft Report prepared for the U S Environmental Protection Agency by The Cadmus Group Inc and Bechtel Power Corporation June 1997 220 EPA 1998a Selective Noncatalytic Reduction for NOx Control on Coal fired Boilers Draft Report prepared for the U S Environmental Protection Agency by The Cadmus Group Inc Bechtel Power Corporation and Science Applications International Corporation May 1998 EPA 1998b Stationary Source Control Techniques Document for Fine Particulate Matter U S EPA Office of Air Quality Planning and Standards EPA 452 R 97 001 Research Triangle Park NC October 1998 EPA 2002 EPA Air Pollution Control Cost Manual United States Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and Standards Sixth Edition EPA 452 B 02 001 January 2002 EPA 2004 www epa gov Fathikalajahi J Taheri M Talaie M R Theoretical study of nonuniform droplets concentration distribution on venturi scrubber performance Particulate Sci Technol 14 pp 153 164 1996 Fenimore C P Formation of nitric oxide in premixed hydrocarbon flames 13th Symposium International on Combustion The Combustion Institute Pittsburgh
268. nenhum aumento no n mero de empregados para a opera o e manuten o do SNCR necess rio Empregando estas suposi es o CAI pode ser expresso como CAI FRC ITC 5 70 onde o valor do fator de recupera o de capital para uma dada taxa de juros 1 e vida til n dado por 185 _ 1 1 1 FRC 1 1 1 5 71 5 5 5 8 Custo anual total CAT Conhecidos os custos anuais diretos CAD e indiretos CAI pode se ent o determinar o custo anual total CAT referente opera o da instala o de acordo com a equa o 5 72 CAD CAI 5 72 Finalmente pode se avaliar o custo eficaz que em outras palavras representa o valor 3 monet rio anual cada m de NOx removido O volume anual de NOx removido NOxXremov considerando a concentra o a ser controlada em base energ tica g GJ a efici ncia de remo o o calor fornecido caldeira e o tempo de opera o anual pode ser calculado como NO Xremov NO NOx Q cua t oper 5 73 Portanto o custo com o sistema SNCR US ano por tonelada de NOx removida ao longo do ano t ano e denominado custo eficaz Ncusto pode ser conforme a equa o 5 74 servindo como base a avalia o de um estudo de viabilidade t cnico econ mico da substitui o ou implanta o de uma sistema de controle de xidos de nitrog nio CAT Sea 5 74 n custo N 5 6 Metodologia para o c lculo da di
269. nizadas pela CETESB com o objetivo de se determinar a efici ncia de reten o de MP no lavador de gases da Usina Realizaram se 03 coletas isocin ticas no duto antes do lavador e na chamin ap s o lavador Cortesia Caldema Os valores est o corrigidos para as Condi es Normais de Temperatura e Press o CNTP 760 mmHg 273 K Os dados s o apresentados nas Tabelas 4 7 e 4 8 a seguir Tabela 4 7 Dados da concentra o de MP antes e depois do lavador de gases da Usina Bioenergia Cogeradora cortesia Caldema Medi o em 30 07 02 Data 30 07 02 Duto Duto Chamin Chamin T g s na chamin K 437 6 435 3 372 8 373 5 Umidade 20 6 25 2 24 8 26 2 Vazao CNTP Nm h 277 572 3 260 677 4 178 184 5 175 675 6 CO 13 6 13 8 13 3 13 9 CO 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 2 5 8 5 1 N2 81 0 81 0 80 9 81 0 conc mg Nm 3 803 7 2 689 1 421 1 357 8 emiss o kg h 677 8 472 4 75 0 62 8 conc ch 11 mg Nm 277 1 255 1 emis ch 11 kg h 49 4 44 8 Isocinetismo 101 104 100 101 Efici ncia de reten o 89 97 Taxa de emiss o calculada com base na vaz o dos gases medidas na chamin devido a turbul ncia dos gases no duto antes do lavador n o se consegue uma dist ncia suficiente para se obter um escoamento desenvolvido prejudicando a precis o 130 Tabela 4 8 Dados da concentra o de MP antes e depois do lavador de gases da Usina
270. no 107 C lculo do di metro do ciclone otimizado 4927 8 R tano m2 100 5 50 7 R tano calculo de para um dpi de 10 microns 141 m3 tal efici ncia 64201 Fi m ano 7 43E 03 99 81 14 03 497408 6 R tano m2 714 7 R m3tano 18 solver 0 39 m Ne otimo solver 242 120 121 Sensi 123 124 10 5 o 5 10 15 20 125 225 233 242 250 258 266 274 126 0 40 0 33 0 39 0 38 0 38 0 38 0 37 Ur 12 74 12 81 12 43 12 30 12 18 12 05 1 93 128 efic tot a 129 Conc final 0 31 0 31 0 31 0 31 0 31 0 31 0 31 130 deta P 543 98 533 07 517 88 507 35 436 99 486 81 476 86 131_ C eqip tot 172474 34 17604121 180383 59 123991 02 17614 73 191252 38 194900 45 Copantot 57552 62 59035 96 60447 21 61851 22 63221 80 64558 86 65865 07 240 III 3 Planilha para o projeto de lavadores de gas tipo venturi Fd Microsoft Excel CalcEquipPol Mult amp Scrub Tese Jan04 18 x 8 Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar Ferramentas Dados Janela Ajuda Adobe PDF Digite uma pergunta za 8 Dae SRY tae 7 oo r gi CHI Bot ah 10 N 5 S 84 i A42 z f Drag coefficient CDI EEE gt a Sensibilidade 5 Flow ratio QQ him 2 04 delpaP 5532 0 6 Throat gas speed v mis 40 00 mH20 120 1 7 Water flow Qi mis 1201 Cout 120 8 Throat gastwater speed v mis 30 08 Efic tot 98 80 10 Non dimensional
271. no NOxOUT e Thermal De NOx Process SNCR Lora 2002 Figura 3 11 Esquema do processo SRC Lora 2002 Figura 3 12 Esquema de um processo hibrido de controle de NOx empregando SNCR e SCR Carli et al 1998 Figura 3 13 Vista em corte da fornalha o sistema de fornecimento de ar prim rio secundario Padinger 2000 Figura 3 14 Sistema de controle de fornecimento de ar e combustivel Padinger 2000 Figura 3 15 Resultados da forma o de NOx em rela o ao fornecimento de ar prim rio para uma fornalha de 250 kW queimando cascas de madeira Padinger 2000 Figura 3 16 Curvas de distribui o granulom trica da cinza vol til em caldeiras que queimam baga o Lora 2001 Figura 3 17 Composi o granulom trica m dia em massa da cinza vol til grossa em caldeiras que queimam baga o Lora 2001 Figura 3 18 Composi o granulom trica m dia em massa da cinza vol til fina em caldeiras que queimam baga o Lora 2001 Figura 3 19 Efici ncia de remo o de part culas para diferentes sistemas de controle SC sem sistema de controle PE precipitadores eletrostatico FM filtros de manga CM multiciclones LG lavadores de gas EPA 1993 Figura 3 20 Fluxograma b sico para a predi o do desempenho de sistemas de remo o de particulados Licht 1988 Figura 3 21 Tipos de separadores cicl nicos axial e tangencial US Army 2003b Figura 3 22 Varia o da efici ncia de remo o de ciclones para
272. nte di xido de nitrog nio NO2 que inst vel em altas temperaturas Uma vez o g s emitido atmosfera atrav s da chamin a maior parte do NOx convertida a NO Conforme j comentado as tecnologias mais difundidas para o controle p s combust o dos NOx s o a Redu o Seletiva N o Catal tica SNCR Selective Noncatalytic Reduction e a Redu o Seletiva Catal tica SCR Selective Catalytic Reduction ambas baseadas na redu o qu mica de xidos de nitrog nio em nitrog nio molecular N2 e vapor de gua H20 A diferen a prim ria entre as duas tecnologias que a SCR utiliza um catalisador para aumentar a efici ncia de remo o de NOx que permite que o processo aconte a a temperaturas mais baixas Os sistemas podem ser projetados para garantir redu es de NOx durante todo o ano ou s durante determinados per odos como por exemplo os meses de ver o quando as preocupa es com o oz nio s o maiores 165 Neste t pico apresenta se uma metodologia de projeto e estimativa de custo para aplica es de SNCR em caldeiras que queimam baga o Esta metodologia est baseada em EPA 2002 EPA Air Pollution Control Cost Manual United States Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and Standards Sixth Edition EPA 452 B 02 001 January 2002 A escolha deste m todo de controle est condicionada a uma maior aplica o em caldeiras que empregam biomassa conforme apresentado no
273. ntra o de Material Particulado A medi o foi realizada seguindo o procedimento da norma t cnica L9 225 mar 95 CETESB Dutos e chamin s de fontes estacion rias Determina o de Material Particulado M todo de ensaio descrito resumidamente a seguir 4 2 3 1 Aparelhagem para amostragem a Conjunto de boquilhas ponto de tomada da amostra que proporciona a iguala o entre a velocidade do fluxo do g s na chamin e a velocidade da amostra de a o inoxid vel com bordas finas e c nicas devendo ser aferias e calibradas Figura 4 7 b Sonda de material compat vel com a corrosividade e temperatura do meio provida de Pitot medidor do fluxo de vaz o do g s termopar e de sistema de aquecimento que evite a condensa o de vapor durante a coleta c Porta filtro de material compat vel com a corrosividade e temperatura do meio d Sistema de aquecimento capaz de manter a temperatura de 120 C no porta filtro durante todo o per odo de coleta e Condensador composto de quatro borbulhadores do tipo Greenburg Smith ligados em s rie com conex es de vidro ou de outro material n o contaminante provido de term metro na sa da do quarto borbulhador com menor divis o de 1 C Os dois primeiros borbulhadores devem conter volumes conhecidos de gua O terceiro deve estar vazio e o quarto deve conter s lica gel f Banho de gelo picado ou outro sistema de resfriamento equivalente g Sistema de medi o e controle
274. o 0 05 USMY 485222000 kg 8534 hiano 99 percentual do ano 9000 kJkg 15 6 kgis 56 2 th 485222 t 87 0 giGJ Notar que deve se coincidir os 42 0 giGJ valores da coluna D e F com os da coluna J mandando se atingir meta pelo valor da unidade inglesa Os dados referentes a Usina Barra Grande consideram excesso de ar de 50 e que na pior das condi es do 1137 kgim3 valor medido M1mgiNm3 e o 2093 kJkg estudo da dispers o a dist ncia de 300 m com estabilidade A neutra o valor da concentra o ao n vel do solo de 666 microgramatMm3 Para que este valor seja de 320 concentra o na chamin deve ser de 68 mg Nm3 o que neste caso quer 5 6 R GJ dizer 52 de efici ncia de remo o 0 RSA 0 50 RBA 0 0003 0 15 R3 KVV 5 em rela o ao custo de capital 10 em rela o ao custo de capital 5 em rela o ao custo de capital 15 em rela o ao custo de capital 2 em rela o ao custo de capital 1 5 em rela o ao investimento de caoital total BBB la x Digite uma pergunta 0X 1055 J 0 454 kg 3 785 7 4805 gal o 9 4913 lh 10000 kg 0 3048 m C lculos auxiliares Usina Barra Grande m comb max 15 6 kg s m comb max 562 th m comb med 485222 t m gases 50 Exc ar 87 Mm3 s NOx in 141 mg Mm3 NOx in 123 gis NOx in 87 g GJ NOx out 58 mg Nm3 NOx out 59 gis NOx out 42 giGJ cinzas bag 3 55 base seca Pre o do baga o 50 RSA Pre o do baga
275. o junto s ag ncias brasileiras de meio ambiente N o obstante como os resultados encontram se pr ximos dos valores apresentados por diferentes literaturas t cnicas acredita se que o amostrador isocin tico encontra se em perfeitas condi es de utiliza o O equipamento utilizado durante a amostragem disp e tamb m de uma extens o conectada a sonda que permite maior mobilidade Nessa extens o tem se um controle de temperatura a fim de manter as mesmas condi es da sonda Na Figura 4 4 podem se observar mais detalhadamente os componentes do equipamento que ser o listados posteriormente 107 temperatura industrial CERTIFICADO DE CALIBRA O N 19250 04 DE GASES COMBUST Cliaribs FUNDA O DE PESQUISAS E ASSESSORIA A INDUSTRIA Enderega R XAVIER LISBOA 27 TAJLIEA MG Ref Chemie DIPD aBoE Ref ECHL 25158 Objeto da Calibra o Analisador Porialil de Gases da Combust o Modelo EC LINE sooo Fabricante italiana AL Sirie 76124 PROCEDIMENTO A calibra o foi realizada conforme procedimento IT rev RASTREABILIDADE SAS PADR O Tigne C15 vel Gerlidicais While SEIS wildo 22 0706 Tigis wel Caiado White Marins NEC IEA v lido m 180705 Kenia de Carbone 216 ppm Cortficado Whio Marina I 30052253 wilde eid 22 0 7 06 Monidi de Carbono Op 10000 ppm Gerificads Vihite Martine N SEDDSR T8 1
276. o molecular N2 e vapor de gua H20 Um agente redutor de nitrog nio reagente como a am nia ou a ur ia injetado no g s de p s combust o O reagente pode reagir com v rios componentes do g s por m a rea o de redu o de NOx favorecida atrav s de outros processos de rea es qu micas para uma faixa de temperatura espec fica e na presen a de oxig nio sendo portanto considerado um processo qu mico seletivo O processo de SNCR ocorre dentro da fornalha da caldeira que age como uma c mara de rea o A Figura 5 7 mostra um esquema do interior de uma caldeira com SNCR Observe que o reagente injetado no g s atrav s de bicos de inje o montados na parede da fornalha Estes bicos de inje o ficam geralmente situados na rea de p s combust o a rea superior da fornalha e no passo convectivo A inje o causa a mistura entre o reagente e o g s enquanto que o calor da caldeira garante a energia para a rea o de redu o As mol culas de NOx s o reduzidas e o g s de exaust o lan ado pela chamin Injetores de ur ia Superaquecedor de placas Injetores de ur ia Superaque dor misto Reoquecedor Superaquecedor Fornalha E Figura 5 7 Configura o do canal de g s e dos pontos de inje o do reagente na fornalha e na se o de convec o adaptado de EPA 2002 167 5 5 1 1 Quimica da redu o O processo come a com um reagente
277. o 5 6 R GJ 244 Microsoft Excel EPA SNCR amp SCR A a 10 2 Arquivo Editar Exibir Inserir Formatar D cE EP 21575 So 2 zb 4 75 IDE wo 18 ese dez 04 Ferramentas iil iil Dados Janela Ajuda Adobe PDF 00 50 qe Ed A Digite uma pergunta E Em 38 C LCULOS Calor adcionado 4 caldeira 40 Fator de capacidade da caldeira 41 Fator de capacidade do SNCR 42 Fator de capacidade total do sistema 44 Rela o estequiom trica normalizada 45 Utiliza o de reagente 46 Consumo estimado de reagente Consumo da solu o aquosa reagente 48 Vaz o volum trica de solu o 49 Volume do tanque 14 dias 50 Pot ncia el trica requerida 51 Vaz o volum trica de gua 52 Consumo adicional de baga o 53 Quantidade adicional de cinzas AVALIA O ECON MICA 56 Custo direto de capital 57 Custos indiretos 58 Custos gerais 59 Custos engenharia amp administra o Custos conting ncia do processo 61 Custos indiretos totais Custos conting ncia do projeto Custo total da instala o 64 Custo de pre produ o Custo de capital invent rio 66 Investimento de capital total 86 Toneladas de NOs removida anualmente 87 Custo de remo o efici ncia 564 39 39 97 131 27 74 16 5212 1 62 119
278. o controle da polui o do ar An lise de custo benef cio Lora 2002 Figura 2 5 Fluxograma do Licenciamento Ambiental Concess o de Licen a Pr via IBAMA 2002 Figura 2 6 Fluxograma do Licenciamento Ambiental Concess o de Licen a de Instala o IBAMA 2002 Figura 2 7 Fluxograma do Licenciamento Ambiental Concess o de Licen a de Opera o IBAMA 2002 CAP TULO 3 Figura 3 1 Componentes principais de uma caldeira de vapor Figura 3 2 Vista em corte de uma caldeira t pica para baga o Cortesia CALDEMA Figura 3 3 Processos de convers o energ tica da biomassa Cortez e Lora 1997 Figura 3 4 Classifica o dos xidos de nitrog nio de acordo com o mecanismo de forma o o tipo de biomassa e a temperatura de queima Nussbaumer 1998 Figura 3 5 Rela o entre a concentra o de NOx nos produtos da combust o o percentual de nitrog nio no combust vel e a taxa de convers o de N2 para NO Mc Gowan 2003 Figura 3 6 Esquema da recircula o dos gases Lora 2002 Figura 3 7 Esquema da combust o por etapas Lora 2002 Figura 3 8 Diagrama conceitual do projeto de um queimador de baixa emiss o de NOx Lora 2002 Figura 3 9 Instala o t pica de requeima de g s em uma caldeira com queimadores localizados nas paredes Latham et al 1997 0 11 11 12 13 14 22 92 23 24 24 41 41 42 42 44 45 46 54 55 59 64 73 74 75 75 76 Figura 3 10 Diagrama simplificado dos fluxos
279. o das emiss es iniciadas nesses pa ses h cerca de 150 anos O Protocolo de Quioto foi aberto para assinatura em 16 de mar o de 1998 Entrar em vigor 90 dias ap s a sua ratifica o por pelo menos 55 Partes da Conven o incluindo os pa ses desenvolvidos que contabilizaram pelo menos 55 das emiss es totais de di xido de carbono em 1990 desse grupo de pa ses industrializados MCT 2004 Ap s um longo per odo de indefini es o presidente russo Vladimir Putin finalmente formalizou a ratifica o da R ssia ao Protocolo de Quioto no dia 04 de novembro de 2004 Inicialmente o documento foi aprovado pela C mara Baixa Duma no dia 22 de outubro de 2004 sendo em seguida encaminhado para a C mara Alta do parlamento a qual aprovou o Protocolo por unanimidade no dia 27 de outubro A documenta o oficial de ratifica o ao Protocolo assinada por Putin foir enviada Conven o Quadro das Na es Unidas em Mudan a Global do Clima CQNUMC A ratifica o russa permitiu que o Protocolo entrasse em vigor em 16 de fevereiro de 2005 Oficialmente o protocolo passa a vigorar no prazo de 90 dias ap s o recebimento dos documentos pelo Secret rio Geral das Na es Unidas em Nova York Com a entrada da R ssia mesmo sem a ades o dos EUA maiores emissores mundiais com 36 das emiss es globais de gases de efeito estufa o Protocolo de Quioto atende aos requisitos 25 necess rios e passa a vigorar com a ratifica o de 1
280. o de CO CO e para o c lculo do peso molecular dos gases 34 Figura 4 24 Medi o de gases de exaust o 136 E finalmente na Figura 4 25 apresenta se amostrador isocin tico automatico empregado durante as medi es montado na plataforma da chamin cuja vis o panor mica pode ser observada na Figura 4 26 Figura 4 26 Vista parcial da caldeiras e as tr s chamin s 1 2 e 3 da esquerda para a direita da Usina Barra Grande 137 Cap tulo 5 Modelagem de sistemas de controle de xidos de nitrog nio e de material particulado Neste cap tulo s o apresentadas as metodologias de c lculo empregadas na avalia o dos sistemas de controle de poluentes Como a maioria das caldeiras n o possui medidores de vaz o de gases de exaust o determinou se seu valor do balan o de massa e energia no processo de combust o do baga o O dimensionamento dos equipamentos de controle de particulado isto ciclones multiciclones e lavadores de g s tipo venturi e de controle de NOx neste caso sistema de remo o n o catal tica apresentado na sequ ncia Finalmente para o estudo da dispers o de xidos de nitrog nio no entorno da usina apresenta se a modelagem da dispers o Gaussiana A estrutura a seguinte 5 2 Balan o de massa e energia nos processos de combust o M todo emp rico para o c lculo da vaz o real de gases Bibliografia de refer ncia Cortez e Lora 1997 5 3 Metodologia pa
281. o de gasolina por etanol 9 13 Substitui o de baga o por leo combust vel ind qu mica alimentos 5 20 Contribui o l quida redu o na emiss o de C 12 74 29 Tabela 1 14 Emiss o de gases estufa no processo de produ o de cana a car e lcool situa o 1998 Macedo 2002 Atividades 1 Produ o colheita e transporte da cana Estas atividades t m como consequ ncias para a taxa de emiss o de CO ke COC 1 a A fixa o fotoss ntese de carbono da atmosfera 694 7 1 b A libera o de CO pelo uso de combust veis diesel na lavoura 47 tratos culturais irriga o colheita transporte de cana i 1 c A libera o de CO queima do canavial 80 das pontas e folhas 198 0 1 d A libera o de outros gases de efeito estufa na queima do canavial 10250 principalmente metano 1 e A libera o de 0 do solo pelo uso de aduba o nitrogenada 3 2 1 f A libera o de CO combust vel f ssil na produ o dos insumos da lavoura ae 6 7 mudas herbicidas pesticidas etc 1 g A libera o de CO2 diesel leo combust vel na fabrica o dos equipamentos agr colas que 24 ser o usados na lavoura 1 h A oxida o dos res duos n o totalmente queimados no campo 49 5 Atividades 2 Industrializa o de cana produ o de a car e lcool 45 a car 55 lcool As consequ ncias na taxa de emiss o de CO s o kg CO TC
282. o ocorre na fornalha este aspecto faz com que estes equipamentos possam operar com uma multiplicidade de combust veis Podem ser s lidos carv o madeira baga o l quidos leo diesel leo combust vel licor negro ou gasosos g s natural GLP gases manufaturados g s de gaseifica o que quando queimados s o convertidos em e H20 referidos como produtos da combust o completa A parte n o combust vel permanece como res duo s lido ou cinza Os mais grossos ou seja as por es mais pesadas permanecem na fornalha e s o removidos no cinzeiro enquanto que os mais finos denominados cinza vol til fly ash saem da fornalha com os gases de exaust o sendo estes os sujeitos a controle 57 Os produtos da combust o podem incluir tamb m hidrocarbonetos parcialmente oxidados CO SOx NOx entre outros conforme j comentado A forma o destes indesejados produtos da combust o fortemente influenciada pelo tipo de combust vel tipo de fornalha configura o da queima e condi es de opera o da caldeira por exemplo coeficiente de excesso de ar Embora uma detalhada discuss o da opera o de caldeiras n o seja o objetivo deste trabalho algumas considera es gerais foram inclu das a fim de permitir um melhor entendimento geral da influ ncia do tipo de combustivel caldeira na emiss o atmosf rica Combust veis gerados a partir da biomassa podem ser classificados como qualquer outro combust vel
283. o para as bombas e instrumenta o e painel de controle para fluxo press o e temperatura M dulos de distribui o de ar comprimido 1 a 5 m dulos Consiste de conex es para a ur ia e ar atomizado e para o fornecimento de ur ia e ar em cada injetor v lvulas de isolamento e controle de press o indicadores de press o e de vaz o de ur ia Injetores 4 a 12 Consiste de ejetores de parede tipo duplo fluido com m dulos na parede da fornalha e mangueiras para o fornecimento de ur ia e ar Tubula es Consistem de tubula es aquecidas e isoladas de a o inox entre a se o de descarregamento de ur ia e o tanque de armazenamento da instala o entre este tanque e o m dulo de fornecimento circula o entre este os m dulos de medi o nas zonas de inje o e entre este ltimo e os m dulos de distribui o e inje o Tubula es da gua de dilui o Tubula es auxiliares Consistem de tubula es aquecidas e isoladas de a o carbono com v lvulas de isolamento e redu o de press o Tubula es e v lvulas para a gua nebulizada o ar atomizado e o ar do controle Monitores de emiss o de gases de sa da Medidores de NOx e na chamin a fim de garantir o sinal de resposta para o sistema de controle de inje o de ur ia Instrumenta o e controle Instrumenta o e controles baseados em microprocessadores isolados para o sistema de SNCR
284. o setor sucroalcooleiro Macedo 2002 Tabela 1 14 Emiss o de gases estufa no processo de produ o de cana a car e lcool situa o 1998 Macedo 2002 CAP TULO 2 Tabela 2 1 Concentra o m dia de poluentes no ar limpo e contaminado Lora 2002 Tabela 2 2 Principais fontes de polui o do ar Der sio 1992 Tabela 2 3 Padr es nacionais de qualidade do ar Resolu o CONAMA 003 90 Tabela 2 4 Padr es de qualidade do ar para o Estado de S o Paulo Derisio 1992 Tabela 2 5 Padr es de qualidade do ar adotados pela Ag ncia de Prote o Ambiental dos Estados Unidos EPA 2004 Tabela 2 6 Limites m ximos da concentra o de poluentes no ar recomendados pela Organiza o Mundial da Sa de OMS 2000 Tabela 2 7 Padr es de emiss o para processos de combust o externa Resolu o CONAMA 008 90 Tabela 2 8 Padr es de emiss o para processos de gera o de calor ou energia SEMA 2002 Tabela 2 9 Fatores de emiss o para diferentes sistemas de combust o Baseado na energia dispon vel do combust vel n o levando conta de efici ncia de combust o World Bank 1994 Tabela 2 10 Valores de fatores de emiss o para a queima de baga o em caldeiras OAQPS 1993 Tabela 2 11 Principais poluentes fontes e processos de forma o OMS 2000 Lora 2002 15 16 18 19 20 21 23 29 30 33 34 35 36 36 36 37 38 39 40 48 Tabela 2 12 Efeitos da emiss o de poluentes atmosf ricos na sa de
285. o t cnica dos equipamentos de controle 3 4 4 1 Ciclones e multiciclones 3 4 4 2 Lavadores de g s tipo venturi Cap tulo 4 Resultados da caracteriza o das emiss es de poluentes gasosos e material particulado em caldeiras que queimam baga o medi es realizadas em campo 4 1 Equipamentos de medi o de gases 4 2 Equipamentos de medi o da concentra o de material particulado 4 2 1 Instrumenta o 4 2 2 Determina o dos pontos de amostragem 4 2 3 Determina o da concentra o de material particulado 4 2 3 1 Aparelhagem para amostragem 4 2 3 2 Aparelhagem para prepara o e an lise da amostra 4 2 3 3 Execu o do ensaio 4 3 Concentra o de xidos de nitrog nio 4 3 1 Usina Monte Alegre Monte Belo MG 1999 4 3 2 Usina Barra Grande de Len is S A Len is Paulista SP 2004 4 3 2 1 An lise de dispers o 4 4 Concentra o de material particulado 4 4 1 Bioenergia Cogeradora Sert ozinho SP 2002 4 4 2 Bioenergia Cogeradora Sert ozinho SP 2002 4 4 3 Usina Colombo Ariranha SP 2003 65 68 68 70 72 78 82 83 85 88 88 89 90 90 92 99 105 105 106 107 111 113 113 114 115 116 117 119 126 129 129 131 132 4 5 Granulometria dos particulados 4 5 1 Bioenergia Cogeradora Sert ozinho SP 2002 4 6 Fotos de medi es Cap tulo 5 Modelagem de sistemas de controle de xidos de nitrog nio e de material particulado 5 1 Check list para o projeto de sistemas d
286. ocalizado a jusante do separador de particulados e antes da chamin O ar prim rio fornecido por baixo da fornalha pr aquecido at 334 C O ar secund rio fornecido pelas paredes frontal e traseira da fornalha visando a combust o dos vol teis al m de ajudar na secagem e igni o do combust vel Lora et al 2004 Uma vista em corte de uma caldeira spreader stoker fabricada pela Caldema modelo AUP 40 apresentada na Figura 3 2 enquanto que seus dados de opera o apresentados na Tabela 3 2 na sequ ncia RPE a ni O Rr EET EET T I E E lt Figura 3 2 Vista em corte de uma caldeira t pica para baga o Cortesia de CALDEMA AS principais fontes de emissdes atmosf ricas associadas a caldeiras podem ocorrer nos seguintes processos a Manuseio de material emiss es fugitivas 55 O manuseio de materiais inclui o recebimento a movimenta o o processamento do combust vel e dos demais materiais a serem utilizados na instala o de caldeiras Carv o madeira e seus subprodutos como folhas galhos pontas calc rio baga o e outros res duos s lidos est o inclu dos e seu manuseio pode res
287. ogia da regi o Modelagem dos processos de forma o de poluentes nas fornalhas de caldeiras a baga o Modelagem com os pacotes CFD e Chem Kin dos processos que acontecem durante a inje o de ur ia na fornalha da caldeira SNCR Aprimoramento dos modelos aplicados formulando novas hip teses de trabalho e extrapolando as restri es adotadas no estudo 218 Refer ncias Bibliograficas ANEEL 2002 Atlas de energia el trica do Brasil Ag ncia Nacional de Energia El trica Bras lia 2002 ANEEL 2004 www aneel gov br acessado em 13 06 2002 ANFAVEA 2005 Anu rio Estat stico da Ind stria Automobil stica Brasileira 2005 ANP 2003 Anu rio Estat stico Brasileiro do Petr leo e do G s Natural 2003 Avallone E Marks Standard Handbook for Mechanical Engineers edited by Eugene Avallone and Theodore Baumeister 10th Edition McGraw Hill New York NY 1996 AWMA Air Pollution Engineering Manual Air amp Waste Management Association Bilger R W and Flood B W 1974 Oxides of nitrogen emissions from bagasse fired boilers Proc Clean Air Conf p 189 211 Azzopardi B J Gas liquid flows in cylindrical vent uri scrubbers boundary layer separation in the diffuser section Chem Eng Journal 49 pp 55 64 1992 BEN 2003 Balan o Energ tico Nacional Minist rio de Minas e Energia MME 2003 Bezerra M O Pinto T M Casarim F M Bartholomeu D B Cenamo
288. ojeto simples e de f cil instala o requerendo um relativo pequeno espa o J 4 Efici ncia de cole o para part culas finas elevada embora ao custo da perda de carga J 5 Prov em resfriamento para gases quentes J 6 Baixa perda de carga em fluxos onde a press o da corrente de gases elevada J 7 Podem controlar gases inflam veis e explosivos com pequeno risco J 8 Gases corrosivos e cinza podem ser neutralizados 102 Sa da de gas limpo Eliminador de n voa Entrada de liquido Liquido decantado e para recircula o Figura 3 26 Lavador de g s com separador cicl nico eliminador de n voa EPA 1998b K Desvantagens As desvantagens dos lavadores tipo venturi incluem Cooper and Alley 1994 K 1 Problemas potenciais quanto disposi o e tratamento do efluente K 1 otencial para grande perda de carga aproximadamente 4 kPa necessitando de pot ncia K 1 Res duo coletado mido K 1 Problemas de corros o principalmente os de via mida K 1 O g s de exaust o pode requerer reaquecimento para evitar pluma vis vel K 1 MP coletado pode estar contaminado podendo n o ser recicl vel K 1 A manuten o pode se relativamente cara K 1 A disposi o do s lido residual pode ser cara L Informa es de custo Os valores de custo apresentados a seguir s o v lidos para lavadores de g s do tipo venturi de projeto convencional e para condi es operacionais t picas
289. ol isso significa um rendimento entre 80 85 litros por tonelada UNICA 2004 No Brasil a melhoria tecnol gica para os pr ximos cinco anos dever concentrar se nos seguintes aspectos NICA 2004 a desenvolvimento de novas variedades cada vez mais adaptadas ao clima tipo de solo e sistema de corte manual ou mecanizado e cada vez mais resistentes a pragas e com maior concentra o de sacarose b uso de insumos modernos melhoria do sistema de transporte e mecaniza o da lavoura c melhores processos de planejamento e controle d melhoria na extra o do caldo e diminui o de perdas no processo e menor uso de produtos qu micos no processo industrial de fabrica o de a car e lcool f inova es no processo de produ o de a car e lcool redu o do consumo do vapor de processo g gerenciamento da produ o h cogera o de energia As usinas brasileiras evolu ram desde a d cada de 80 de uma posi o em que eram auto suficientes em energia t rmica e geravam apenas 60 de sua energia el trica para a posi o em que s o quase auto suficientes tamb m em energia el trica Praticamente toda a energia t rmica e cerca de 95 da el trica s o produzidos na pr pria usina com sistemas de cogera o a baga o Embora o baga o dispon vel tenha potencial para ir muito al m esses sistemas foram implementados para gerar apenas o necess rio para uso interno pela impossibilidade at r
290. olvidas V rios e importantes modelos matem ticos para a predi o da efici ncia de cole o e perda de carga associada foram apresentados na d cada de 70 e empregados amplamente at hoje Destes os mais referenciados em publica es de lavadores venturi s o Calvert 1970 Boll 1973 e Yung 1978 Calvert 1970 obteve uma equa o para a predi o do desempenho considerando o balan o de material das part culas atrav s de um volume do lavador diferencial Ele assumiu constante a reten o do l quido o tamanho da gota e uma distribui o perfeita das mesmas imediatamente ap s a inje o de gua Boll 1973 introduziu um novo modelo assumindo a cole o das part culas n o apenas na se o de estrangulamento mas tamb m na se o divergente O modelo determina uma efici ncia de remo o al m da esperada j que n o considerava a n o uniformidade do tamanho das gotas a distribui o dispersa das mesmas Yung 1978 empregou uma express o similar ao modelo de Boll por m considerando a cole o das part culas somente na se o de estrangulamento Conseguiu uma melhor predi o apresentando uma solu o anal tica conveniente para as equa es diferenciais de seu modelo principalmente para prop sitos de projeto Viswanathan et al 1983 introduziu um modelo considerando a distribui o das gotas l quidas tanto na dire o axial como tamb m na redial Azzopardi 1992 empregou uma abordagem de fluxo
291. om uma velocidade constante igual do vento e na mesma dire o b as dimens es da pluma descrevem se atrav s dos coeficientes de dispers o o c a emiss o de contaminantes ocorre a partir de uma fonte pontual com uma taxa constante Q d acontece a reflex o total da pluma na superf cie da terra ou seja n o h deposi o nem rea o na superf cie e o contaminante analisado n o se perde por desintegra o rea o qu mica ou deposi o Considerando as emiss es de um poluente a partir de uma fonte pontual de acordo com o modelo Gaussiano a concentra o c do poluente analisado num ponto gen rico de coordenadas x y z dada pela equa o 5 75 referida a um sistema de coordenadas tridimensionais cuja origem se situa ao n vel da base da fonte emissora em geral uma chamin sendo o eixo x definido pela dire o do vento o eixo y perpendicular dire o do vento e o eixo z perpendicular a estes dois ltimos com rela o altura 2 2 2 2 LA exp ly exp es exp Elgar 5 75 o 2 2 210 0 U 2 sendo x a distancia do receptor fonte medida na dire o do vento 190 y a dist ncia do receptor ao eixo da pluma m z a altura do receptor acima da superficie do solo m c concentra o m dia do contaminante em qualquer ponto de coordenadas x y z g m taxa de emiss o g s Oy desvio padr o da
292. ompleta manuten o e calibra o do instrumento anualmente Uma c pia do certificado de calibra o do equipamento mostrada na Figura 4 2 Figura 4 1 Analisador de gases Ecoline 6000 da Eurotron 4 2 Equipamentos de medi o da concentra o de material particulado A amostragem em chamin s ou dutos um procedimento experimental que se utiliza para avaliar as caracter sticas dos fluxos gasosos industriais e determinar qualitativamente e quantitativamente os poluentes gerados O princ pio b sico da amostragem consiste em extrair uma amostra de volume conhecido do efluente gasoso e ap s an lises laboratoriais tornar poss vel o c lculo da quantidade total do poluente analisado normalmente apresentado em termos de concentra o mg Nm ppm etc Os principais objetivos da amostragem s o a Fiscaliza o b Determina o de par metros de projeto c Determina o da efic cia de medidas de controle adotadas d Determina o de fatores de emiss o e Avalia o de aspectos econ micos O pr vio planejamento da medi o fundamental para se alcan ar os objetivos da amostragem e consequentemente evitar desperd cio de tempo e de recursos materiais e humanos Para isso devem ser considerados os seguintes aspectos a Informa o das fontes neste caso o baga o de cana com composi o qu mica conhecida 106 b Estudo das emiss es quais poluentes devem ser amostrados e qu
293. omunidade e considerando a necessidade de ampliar o n mero de poluentes atmosf ricos pass veis de monitoramento e controle no Pa s indiscut vel que a aplica o da ci ncia e da tecnologia t m conduzido melhoria no n vel de vida da popula o pelo menos para uma parte da popula o do planeta o que se caracteriza por a Acr scimo da quantidade e qualidade da produ o de alimentos b Desenvolvimento dos meios de transporte e comunica o c Desenvolvimento da constru o de moradias d Mecaniza o e automa o dos processos produtivos aumento da produtividade e redu o do tempo de trabalho e Desenvolvimento de sistemas para o fornecimento de gua pot vel e para o tratamento de efluentes l quidos f Elimina o de muitas doen as contagiosas e desenvolvimento de tratamentos efetivos para outras g Aumento na qualidade de vida das pessoas com a difus o de equipamentos el tricos e eletr nicos dom sticos Ao mesmo tempo o desenvolvimento da ci ncia e da tecnologia tem provocado efeitos nocivos sobre o meio ambiente a Mudan as clim ticas b Perda de terras cultiv veis desertifica o c Perda da biodiversidade d Desmatamento e Polui o de rios lagos e mares f Polui o do solo e das guas subterr neas g O smog foto qu mico e a polui o do ar nas cidades h Emiss o de poluentes produtos da combust o de combust veis f sseis CO2 NOx SOx CxHy p
294. os administrativos Vapor e Material de e Recupera o de capital gua manuten o Ar comprimido e Pe as de reposi o e Tratamento e disposi o de res duos Figura 5 14 Fluxograma de c lculo do custo anual total Adaptado de EPA 2002 a Opera o e supervis o Em geral nenhum pessoal adicional exigido para operar ou manter o equipamento de SNCR Portanto o custo de operador ou servi o de supervis o assumido que seja desprez vel b Manuten o O custo anual do trabalho de manuten o e materiais incluindo substitui o quanto ao desgaste de injetores de reagente devido a eros o assumido ser 1 5 do investimento total de capital ITC A equa o em ano dada por EPA 2002 CA 0 015 ITC 5 58 manut 182 c Consumo de reagente O custo anual de compra com reagente estimado atrav s da vaz o volum trica de solu o Vsol do custo do reagente reag e do tempo de opera o anual toper usando o fator total de capacidade do combust vel conforme as equa es 5 59 e 5 60 EPA 2002 Viol C reag toper 5 59 h toper FC 8760 5 60 ano d Utilidades A pot ncia el trica demandada W em kW calculada baseada em uma regress o linear de dados de eletricidade consumida pelo sistema relacionado com a concentra o de NOx a ser controlada NOxent com a rela o estequiom trica normalizada REN e com o calor fornecido pela caldeira
295. otencial de cogera o e de gera o de energia el trica excedente em usinas uso na safra 4 400 h ano base 320 milh es de t cana ano Macedo 2004 Tecnologia Combust vel Processos Excedentes Brasil 80 kg vapor t cana kWhf cana 103 GWh GW C P 22 bar Baga o 500 0 10 2 6 lt 0 6 C P 80 bar Baga o 500 40 60 10 15 2 3 3 5 C E 80 bar Baga o 500 340 57 69 14 6 17 7 3 3 4 0 C E 80 bar Baga o 25 palha 500 340 88 100 22 5 25 6 5 1 5 8 C E 80 bar Baga o 50 palha 500 340 120 130 30 7 33 3 7 0 7 6 BIG GT anual Complementa o lt 340 200 300 C P contra press o C E condensa o extra o BIG GT Gaseifica o Integrada de Biomassa Turbinas a G s Como mencionado h tecnologia em desenvolvimento em fase piloto comercial gaseifica o do baga o palha e uso de turbinas a g s em ciclo combinado que poderia dobrar este potencial N o se deve por m esperar um in cio de produ o comercial significativa antes de cinco anos Nesses casos no per odo inicial essas unidades dever o operar no mundo inteiro com custos acima dos comerciais contando com subs dios para cobrir a fase de aprendizagem e ajustes A gera o de excedentes de energia el trica com baga o e parte da palha pode ter efeitos consider veis na economia dos processos de produ o Por exemplo se os excedentes gerados em ciclos de cogera o convenciona
296. otoqu micos na atmosfera juntamente com os xidos de nitrog nio NOx c xidos de nitrog nio N o est ainda perfeitamente demonstrado que o mon xido de nitrog nio NO constitua perigo sa de nas concentra es em que se encontra no ar das cidades Entretanto em dias de intensa radia o o NO oxidado a di xido de nitrog nio NO2 que altamente t xico ao homem aumentando a susceptibilidade s infec es respirat rias e aos demais problemas respirat rios em geral Al m de irritante das mucosas provocando uma esp cie de enfisema pulmonar podem ser transformados nos pulm es em nitrosaminas algumas das quais s o conhecidas como potencialmente carcinog nicas S o precursores do oz nio O3 e do peroxiacetil nitrato PAN 48 Tabela 2 12 Efeitos da emiss o de poluentes atmosf ricos na sa de OMS 2000 Lora 2002 Poluentes Principais Fontes Efeitos Na Sa de liga se hemoglobina subst ncia do sangue que leva o oxig nio s c lulas formando a carboxihemoglobina e diminui a oxigena o do CO mon xido de sangue causa tonturas e vertigens causa altera es no sistema nervoso ve culos carbono central pode ser fatal em doses altas em ambiente fechado doentes card acos portadores de angina cr nica s o considerados o grupo mais suscept vel aos efeitos da exposic o ao CO provoca coriza catarro e danos irrevers veis aos pulm es em doses SO di xido de ee alt
297. oules de energia do combust vel g GJ totalmente dependente da fra o de nitrog nio e do poder calor fico do combust vel Analisando se assim tem se que para um percentual de no combust vel igual a 0 3 taxas de convers o de 35 PCI do baga o igual a 8 000 kJ kg massa molecular do NO e iguais a 30 e 14 g moles respectivamente o valor da concentra o seria de 0 281 g GJ segundo a equa o 3 17 Na Figura 3 5 a seguir mostra se a rela o entre a forma o de NOx em rela o a diferentes taxas de convers o de para NO 10 15 20 25 30 35 e para diferentes teores de nitrog nio no combust vel N TC M Nox 3 17 PCI M sendo TC taxa de convers o do nitrog nio em xido n trico variando entre 15 e 3596 Myo massa molecular do xido n trico e igual 30 g mole 3 2 2 M todos de controle de xidos de nitrog nio Existem dois m todos de controle de xidos de nitrog nio m todos pr combust o preventivos ou m todos p s combust o corretivos conforme podem ser observados na Tabela 3 7 Analisando se estes m todos pode se concluir que as principais precau es a serem 72 tomadas referem se ao controle da temperatura na fornalha da rela o ar combust vel excesso de ar 0 300 Concentra o g GJ 0 250 0 200 0 150 0 100 0 050 0 000 s i SU E de ope 5 d er E d dU 4 g a ge 10 15
298. p 9 50 00 o 40 00 40 00 39 50 30 00 39 00 faixa m nima faixa m dia faixa m xima teste Efici ncia m Excesso de 4 Carga Figura 6 1 Influ ncia de par metros de opera o da caldeira na efici ncia da mesma para algumas faixas t picas de excesso de ar e de carga Teixeira e Lora 2001 Outro aspecto analisado a rela o existente entre a forma o de NOx e do excesso de ar com a varia o da carga na caldeira apresentado na Figura 6 2 Pode se concluir que se na medida em que aumenta o excesso de ar tamb m aumenta a emiss o de NOx mesmo com uma redu o na carga da caldeira Portanto h uma predomin ncia da forma o dos xidos de nitrog nio pelo mecanismo do combust vel com uma clara depend ncia do excesso de ar e n o da temperatura 170 00 43 00 150 00 42 50 L3 S 42 00 amp 130 00 o 9 41 50 5 110 00 E 41 00 E ul 90 00 E 40 50 8 70 00 40 00 o 2 50 00 39 50 33 55 30 00 39 00 faixa minima faixa m dia faixa maxima teste TI NOx m Excesso de ar 4 Carga Figura 6 2 Influ ncia de par metros de opera o da caldeira na forma o de NOx da mesma para algumas faixas t picas de excesso de ar e de carga Teixeira e Lora 2001 194 A Figura 6 3 permite avaliar qual a redu o na forma o de NOx quando se reduz o ex
299. penho de cada alternativa avaliada ou seja efici ncia total concentra o na entrada e concentra o na sa da Efici ncia por fra es 100 80 60 40 20 0 90 100 dp microns 0 10 20 30 40 50 60 70 80 e Multiciclone Swift s Multiciclone Peterson 4 Lavador venturi e Lavador venturi associado Figura 6 17 Efici ncia por fra es Para o caso de multiciclones tipo Swift a efici ncia total de remo o de 90 9 o que equivale a uma redu o de concentra o de 10 000 mg Nm para 911 3 mg Nm e que sozinho n o atenderia o padr o de emiss o requerido de 120 mg Nm Para os multiciclones tipo Petterson amp Witby 212 a efici ncia total foi de 87 4 o que equivale a uma concentra o de sa da de 1264 mg Nm Como este equipamento utilizado como um sistema de pr tratamento para o lavador de g s este valor de concentra o considerado na entrada do lavador Pode se constatar que apenas os lavadores de g s conseguem atingir um valor de concentra o final de 120 mg m Para a an lise com lavadores de g s ambas as avalia es consideradas garantem o padr o de emiss o No primeiro caso onde se avaliou o lavador venturi operando sozinho a efici ncia total de remo o foi de 98 8 para uma concentra o na sa da igual a 120 mg Nm Na segunda variante multiciclones tipo Petterson amp Witby associado ao lavador venturi a
300. peratura dentro da fornalha o que pode provocar forma o de esc rias ruptura dos tubos problemas com a circula o natural e outros b Modelo Kroes e Dixon 1998 Este modelo derivado da equa o de equil brio para a combust o do baga o e fornece a concentra o de NOx com 100 de convers o do do combust vel e apresentado na equa o 3 16 Por exemplo a concentra o m xima de NOx potencialmente produzido pelo nitrog nio do combust vel com 50 de umidade e excesso de ar de 40 577 ppm Cro 104 3 16 N My MDG n ory sendo Cwox concentra o de NOx ppm 71 N percentual de nitrog nio no combust vel 96 Mbag massa molecular do baga o e igual a 387 2 g mole massa molecular do nitrog nio e igual a 14 g mole MDG n mero de moles do g s seco e igual a 79 25 11 35 A coeficiente de excesso de ar n n mero de moles de gua no combust vel por mol de baga o calculado como 21 5m 100 m me percentual de umidade no combust vel 96 Finalmente conforme j dito os xidos de nitrog nio do tipo combust vel s o formados pelo conte do de no combust vel cuja taxa de convers o varia com as condi es de processo do tipo de queimador Segundo Mc Gowan 2003 tipicamente na faixa de 15 a 35 do percentual de nitrog nio do combust vel transformado em NOx Sendo assim a concentra o em gramas de xidos de nitrog nio por gigaj
301. pm 200 180 160 140 120 100 4 y 39 096L n x 189 09 dil R 0 5546 60 40 20 0 T T T T T T T T 1 Excesso de 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Figura 6 8 Comportamento da forma o de NOx com rela o ao excesso de ar todas as medi es Portanto as principais resultados s o sumarizados a seguir a Para a caldeira 1 CBC e dados apresentados no Cap tulo 4 valores de excesso de ar abaixo de 30 ou 4 de nos gases indicam n meros bem pequenos de concentra o inferiores a 100 mg Nm Por outro lado valores acima de 50 de excesso de ar ou 6 de apresentam valores maiores podendo 199 alcan ar 150 mg Nm Isto uma redu o no excesso de ar fornecido em 40 de 50 para 30 chega a representar uma diminui o de 50 na emiss o O comportamento em ambos os dias de medi o nesta caldeira foram similares b Para a caldeira 2 DZ e dados apresentados no Cap tulo 4 valores de excesso de ar abaixo de 30 ou 4 de nos gases indicam n meros baixos de concentra o inferiores a 130 mg Nm Por outro lado valores acima de 50 de excesso de ar ou 6 de apresentam valores superiores podendo alcan ar 180 mg Nm Isto uma redu o no excesso de ar fornecido em 40 chega a representar uma diminui o de cerca de 30 na emiss o O comportamento em ambos os dias de medi o nesta caldeira foram similares c Para a c
302. postos e frete Isto inclui custos associados com medidas em campo modelagem num rica e projeto do sistema Tamb m incluem custos diretos de instala o tais como equipamentos auxiliares por exemplo rede de dutos adicionais compressores funda es e constru o sistemas el tricos e isolamento A equa o do CDC uma fun o tanto da capacidade t rmica da caldeira como da efici ncia de remo o de NOx O valor de Qaa indica o tamanho da caldeira e a vaz o de gases gerada pela mesma que diretamente influenciam no tamanho do sistema de SNCR enquanto que o valor de afeta o fluxo de ur ia exigido Aumentos na efici ncia de remo o de NOx ir o requerer taxas de fluxo mais elevadas de ur ia e aumento no tamanho e ou numero de equipamentos relacionados ao ciclo da ur ia como por exemplo tanques de armazenamento A equa o para o custo direto de capital baseado no emprego de ur ia em d lares de 1998 uS 0 577 M tu 2375 950 MMBtu CDC 2 0 66 0 85 z 5 56 MMBtu h MMBtu NNO caia h sendo 950 MMBtu o custo direto de capital para uma caldeira de 700 MW 2 375 MMBtu h para 40 de efici ncia de remo o queimando carv o EPA 2002 5 5 5 4 Custo indireto de capital CIC Custos indiretos de instala o incluem constru o e taxas da construtora startup e teste de performance no qual vai se avaliar o desempenho da instal
303. press o 0 5 a 1 5 kPa se comparado a quantidade de MP removido 1 4 Limita es da temperatura e da press o s dependem dos materiais de constru o 1 5 Cole o e disposi o secas 1 6 Requerimentos de tamanho f sico relativamente pequenos j Desvantagens As desvantagens dos ciclones incluem AWMA 1992 Cooper and Alley 1994 EPA 1998b j 1 Efici ncias de cole o relativamente baixas principalmente para MP menor de 10 um 7 2 Unidades de altas efici ncias podem apresentar grandes perdas de carga 7 3 Problemas de eros o das paredes causada pelo contato das part culas em movimento 7 4 Problemas de corros o quando operados com gases contendo cidos corrosivos k Informa es de custo Os valores de custo apresentados a seguir s o v lidos para ciclones nicos de projeto convencional e para condi es operacionais t picas considerando 1995US Os valores foram s o baseados nas planilhas de c lculo da EPA EPA 1996 e referente vaz o volum trica de g s tratado Para fins de exemplifica o a vaz o pode estar entre 0 5 e 12 Nm s a concentra o entre 2300 a 230000 mg Nm e a efici ncia de controle de 90 Os custos n o incluem custos para disposi o ou do transporte de material coletado Os custos de capital podem ser maiores do que as faixas mostradas por exemplo em aplica es que requerem materiais caros Como uma regra unidades menores que controlam um fluxo com uma
304. ra o da caldeira em conjunto com o sistema SNCR FC FCgncr 5 44 sendo FCsncr os fatores de capacidade da caldeira e do sistema de remo o de NOx respectivamente O primeiro a rela o entre a quantidade anual de combust vel consumido real Mcombreal e a quantidade m xima de combust vel que se poderia queimar Mcombmax enquanto que o segundo a rela o entre o n mero real de dias de opera o ao longo do ano tsncr pelo n mero de dias no ano ou seja 365 dias ano 173 M compreal FC com 5 45 M comb max t FCsncr X 5 46 Tabela 5 6 Equipamentos principais de um sistema SNCR EPA 2002 Item Sec o de descarregamento da ur ia Descric o Bombas centrifugas com mangueiras para conectar ao sistema de fornecimento Tanques de armazenagem de ur ia Tanque vertical fibra de vidro isolado com refor o pl stico 1 ou mais tanques e projetado para a press o atmosf rica M dulo de circula o Consiste de bombas de circula o aquecedores el tricos tubula es v lvulas de isolamento para as bombas e aquecedores e instrumenta o e painel de controle para fluxo press o e temperatura M dulos de medi o na zona de inje o 1 a 5 m dulos Consiste de bombas de medi o tipo diafragma equipada com motor de velocidade vari vel turbo bombas de gua tubula o aquecidas isoladas v lvulas de controle e isolament
305. ra o tamb m na entressafra depende da introdu o da colheita de cana crua de forma a garantir a oferta de biomassa 40 de palha com 15 de umidade Tabela 1 4 Potencial de gera o de eletricidade a partir de biomassa no Brasil Goldemberg e Coelho 2001 Regi es Tipo de Biomassa Potencial MW Cana de a car 329 Centro Oeste Res duos de madeira 70 Residuos agricolas 1 561 Cana de a car 2 505 Sudeste Res duos de madeira 135 Res duos agr colas 1 449 Cana de a car 283 Sul Res duos de madeira 67 Res duos agr colas 4 664 Cana de a car 725 Nordeste Res duos de madeira 593 Res duos agr colas 56 Cana de a car 10 Norte Residuos de madeira 1 035 Residuos agricolas 103 Cana de a car 3 852 Brasil Residuos de madeira 430 Residuos agricolas 9 302 Total 13 584 Potencial Te rico MW Um outro estudo relacionado ao potencial de gera o de eletricidade no setor sucroalcooleiro realizado pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econ mico e Social BNDES 2004 tamb m se baseia no aumento da efici ncia do uso do baga o atrav s do emprego de ciclos 16 de alta press o com extra o condensa o e redu o no consumo dos processos e cujos valores s o apresentados na Tabela 1 5 mostrando uma concord ncia com os apresentados anteriormente Tabela 1 5 Cogera o em usinas de a car e lcool sistemas conven
306. ra diferentes sistemas de combust o e apresentados na Tabela 2 9 para os mais diversos processos de combust o e tidos como refer ncia para os projetos avaliados pelo Banco Mundial World Bank 1994 Os dados est o baseados nos valores do poderes calor ficos inferior dos combust veis empregados Tabela 2 9 Fatores de emiss o para diferentes sistemas de combust o Baseado na energia dispon vel do combust vel n o levando conta de efici ncia de combust o World Bank 1994 n a n o aplic vel Fatores de emiss o g GJ PORE co CH NO Aplicac es em sistemas de utilidades Caldeiras para g s natural 56 100 19 0 1 267 n a Turbinas a gas ciclo combinado 56 100 32 6 1 187 n a Turbinas a gas ciclo aberto 56 100 32 5 9 188 n a Caldeiras para leo combust vel 77 350 15 0 7 201 n a Caldeiras para leo Diesel 74 050 15 0 03 68 n a Caldeira para res duos s lidos urbanos n a 98 n a 140 n a Caldeira para carv o spreader stoker 94 600 121 0 7 326 0 8 Caldeira para carv o leito fluidizado 94 600 n a 0 6 255 n a Caldeira para carv o pulverizado 94 600 14 0 6 857 0 8 Caldeira para carv o queima tangencial 94 600 14 0 6 330 0 8 Caldeira para carv o queima na parede 94 600 14 0 6 461 0 8 Caldeira para lenha 26 260 1 473 18 112 n a Aplica es industriais Caldeira para carv o 94 600 93 2 4 329 n a Caldeiras para leo com
307. ra o c lculo de ciclones e multiciclones Bibliografia de refer ncia Licht 1998 Ben tez 1993 Cooper and Alley 1994 5 4 Metodologia para o c lculo de lavadores de g s tipo venturi Bibliografia de refer ncia Licht 1998 5 5 Projeto de um sistema de remo o seletiva n o catal tica selective non catalytic reduction SNCR Bibliografia de refer ncia EPA 2002 5 6 Metodologia para o c lculo da dispers o de poluentes empregando o m todo Gaussiano Bibliografia de refer ncia Lora 2002 A ferramenta mais importante de projeto o adequado modelo matem tico do sistema de remo o Este modelo deve ser capaz de i predizer o quanto bem sucedida ser a remo o de poluentes de um dado projeto em conjunto com as condi es operacionais incluindo neste ponto se a tecnologia selecionada ser capaz de atingir o valor da concentra o regulamentada tanto para os valores m dios di rio mensal e anual 11 predizer a energia requerida pelo equipamento e nos casos de separadores midos o volume de agua necess rio durante a opera o n o se pode deixar de considerar a necessidade de tratamento desta gua Licht 1998 O modelo pode ent o ser empregado para explorar alternativas de projeto ou sistemas otimizar o projeto e fornecer as bases para a estimativa do custo do mesmo Existem diferentes tecnologias dispon veis no mercado para a remo o de particulados A diferen a entre elas confo
308. ra valores de excesso de ar fora da faixa de combust o estequiom trica ou seja para condi es de rela o ar combust vel abaixo ou muito acima dos valores praticados em caldeiras para baga o que na pr tica oscila entre 30 e 50 195 NOx 14 17202 26 045 R 0 9385 NOx mg m3 NOx mg m3n Linear NOx mg m3n O2 Figura 6 4 Rela o entre a concentra o de e a concentra o de NOx Teixeira and Lora 2004 Rela ao entre CO mg Nm3 e o excesso de ar 25000 4 20000 4 15000 10000 Linh nd nci Eu a de tend ncia 0 1 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Figura 6 5 Rela o entre a concentra o de CO e o excesso de ar importante salientar que a forma o de CO em caldeiras para baga o bastante inst vel e depende entre outros da rela o ar combust vel fornecida e da umidade do baga o Em outras palavras o controle de CO em caldeiras para baga o dificultado devido s pulsa es que ocorrem na fornalha a instabilidade de alimenta o de baga o os mecanismos de mistura ar combust vel e da pr pria combust o 196 Os resultados mostrados na Figura 6 6 permitem avaliar os modelos matem ticos para a predi o da forma o de NOx apresentados no Capitulo 3 onde NOx calculado 1 corresponde ao modelo de Sigal 1988 enquanto que NOx calculado 2 ao modelo de K
309. ras englobam o pr prio custo do equipamento Ceguip custo de equipamentos auxiliares custos diretos e indiretos de instala o custos adicionais devido instala o como por exemplo custos do terreno da prepara o do local e obras civis Em geral os sistemas de SNCR n o requerem edif cios prepara o de local custos do terreno e capital de funcionamento De uma forma geral a Figura 5 13 apresenta a composi o do ITC e na segii ncia apresentada a metodologia de estimativa do mesmo Investimento total de capital ITC Investimento total depreci vel Investimento total n o depreci vel Custo total direto Custo total indireto Prepara o do terreno Pr dios Custo direto de instala o Custo de compra de equipamentos Custo indireto da instala o e Engenharia e Constru o e despesas de campo e Taxas do contrator e Partida start up e Teste de desempenho e Dispositivo de controle eFundac o e suportes prim rio e Constru o e Infraestrutura el trica e Tubula o e isolamento e Frete e Conting ncias e Equipamentos auxiliares e Instrumenta o e Taxas Figura 5 13 Fluxograma de c lculo do investimento de capital total Adaptado de EPA 2002 179 5 5 5 3 Custo direto de capital CDC A estimativa de custo direto de capital inclui custo de compra dos equipamentos de uma instala o empregando SNCR instrumenta o e controle im
310. ratado dever crescer para 50 na safra 2004 05 segundo Antonio de P dua Rodrigues diretor t cnico da Unica A expectativa de que metade da produ o nacional ou 15 3 bilh es de litros seja lcool hidratado Na safra passada o mix de produ o foi de 60 para o tipo anidro e 40 para o hidratado As proje es indicam que entre 2006 e 2007 as vendas de carros bi combust veis representar o 67 do total comercializado no pa s Dados da Anfavea 15 11 2004 indicam que foram vendidos no pa s 150 8 mil ve culos bi combust veis e 25 mil carros movidos a lcool de janeiro a julho de 2004 Em todo o ano passado as vendas desses modelos somaram 84 6 mil unidades Em 2003 as vendas do bi combust veis e dos ve culos a lcool representaram quase 7 do total de ve culos negociados no pa s O ndice subiu para 21 at julho de 2004 Considerando ainda a atual necessidade de ampliar o parque nacional de gera o de energia el trica devido a tend ncia de aumento do consumo de energia el trica nos anos futuros associado variabilidade dos n veis dos reservat rios das hidrel tricas riscos hidrol gicos fazem com que as usinas de a car destilarias de lcool tenham um enorme potencial do ponto de vista de gera o de eletricidade excedente Tabela 1 1 Produ o brasileira de cana a car e lcool nas safras de 1997 1998 a 2002 2003 BNDES 2004 Safra Re
311. rg nicos tais como formalde dos e org nicos polic clicos podem ser formados durante a combust o e emitidos pelas chamin s No Cap tulo anterior foram apresentados os poluentes t picos associados s emiss es em caldeiras por tipo de subst ncia importante ressaltar que nem todos os poluentes listados ser o emitidos em uma dada aplica o sendo necess rio para cada caso atrav s da an lise do combust vel e par metros de processo avaliar as rea es envolvidas ou ent o realizar medi es espec ficas para cada poluente No caso do baga o conforme j mencionado os principais poluentes emitidos s o o material particulado e os xidos de nitrog nio O baixo teor de enxofre na composi o do baga o faz com que os SO sejam considerados nulos Uma descri o mais detalhada quanto s emiss es das caldeiras para baga o ser feita posteriormente 3 1 1 Fatores e considera es de projeto que influenciam as emiss es O processo de combust o sucintamente pode ser definido como a oxida o r pida do combust vel com a libera o de calor As caldeiras utilizam ent o este calor gerado para a produ o de vapor atrav s de processos da transfer ncia de calor por convec o superf cies evaporativas e radia o superaquecedor e reaquecedor Portanto como o flu do de trabalho na maioria das caldeiras industriais e energ ticas a gua alternando se do estado l quido para o vapor e o processo de combust
312. rme j apresentado no Cap tulo 3 baseia se principalmente na natureza da s for a s que s o aplicadas s part culas e tanto no caso de se aplicar apenas um tipo de for a como no caso de for as combinadas constitui o mecanismo b sico pelo qual a coleta alcan ada Por m n o apresentam o mesmo grau de efici ncia em part culas de todos os tamanhos aerossol O processo de sele o deve estar baseado no conhecimento pr vio do desempenho do coletor que deve ser previsto ou diagnosticado pelo fabricante segundo as varia es nas condi es de opera o Existem vantagens e desvantagens associadas a qualquer tipo particular de coletor Dessa forma uma an lise de custos versus remo o requerida deve ser realizada considerando requerimentos de energia investimento inicial custos operacionais e de manuten o facilidade e custo de instala o inclusive em instala es existentes deve se avaliar se existe espa o dispon vel e quais adapta es necess rias custo de tratamento e disposi o dos efluentes entre outros Antes de entrar na modelagem dos equipamentos aqui considerados faz se uma breve an lise dos principais par metros a serem considerados durante o projeto de sistemas de controle de polui o 5 1 Check list para o projeto de sistemas de controle considera es gerais de projeto de sistemas de controle de polui o atmosf rica Licht 1998 5 1 1 Pesquisa do problema existente pote
313. roes and Dixon 1998 A primeira verifica o que o modelo de Sigal n o se comporta bem para baixos valores de excesso de ar Entretanto para os dados pr ximos aos maiores valores de excesso de ar este modelo apresenta uma boa concord ncia onde o erro entre o dado medido e o estimado foi de apenas 4 para 72 de excesso de ar Notou se tamb m que o modelo de Kroes and Dixon est longe dos valores experimentais o que permite concluir que o mecanismo de forma o de NOx a partir do do combust vel n o o nico mecanismo participante em caldeiras para baga o o mecanismo t rmico tamb m contribui para a forma o O modelo de Kroes and Dixon assume 100 de convers o de do combust vel em NOx o qual estabelece o limite superior para NOx a partir do nitrog nio do combust vel 180 75 E 160 i 70 e 140 65 lt 1204 60 q e 6 100 15 S8 z S 80 50 9 o a col A A 45 9 2 A A A wi 5 405 m 40 20 35 0 30 1 2 3 4 5 NOx medido E NOx calculado 1 Excesso de ar NOx calculado 2 Figura 6 6 Avalia o dos modelos matem ticos para a predi o da forma o de NOx Teixeira and Lora 2004 Finalmente para os dados da Usina Monte Alegre na Figura 6 7 compara se os valores de NOx medidos e calculados segundo Sigal 1988 com os valores de fator de emiss o sugeridos pela EPA 1995 e j apresentados n
314. s Os principais objetivos do monitoramento da qualidade do ar s o a fornecer dados para ativar a es de emerg ncia durante per odos de estagna o atmosf rica quando os n veis de poluentes na atmosfera possam representar risco sa de p blica b avaliar a qualidade do ar luz de limites estabelecidos para proteger a sa de e o bem estar das pessoas c acompanhar as tend ncias e mudan as na qualidade do ar devidas a altera es na emiss o dos poluentes 5 6 1 Dispers o de plumas Chama se de pluma trajet ria espacial de um g s que sai de uma chamin e que possui um teor de contaminantes maior que o valor m dio atmosf rico As caracter sticas de dispers o da pluma dependem dos regimes de estabilidade atmosf rica e definidas resumidamente na Figura 5 16 sendo a b e f Correspondem a um gradiente vertical superadiab tico e a uma atmosfera inst vel A dispers o da pluma tem um car ter ondulado com um ngulo grande de abertura e um grau de turbul ncia alto O contato da pluma com o solo e o ponto de m xima concentra o ficam perto da chamin c O gradiente de temperatura toma valores entre o isot rmico e o adiab tico A pluma toma forma de cone com eixo horizontal d Observa se durante a invers o ou para gradientes de temperatura perto do isot rmico A pluma apresenta pouca dispers o em dire o vertical e Na parte inferior localiza se uma camada de ar com gradiente negativo norm
315. s o N o h restri o E A pior condi o ocorre para a estabilidade A e a 300 m de Para as estabilidades A B C D o limite ultrapassado para as 40 dist ncia 610 ug Nm Para este caso precisaria de um sistema de Padr o de qualidade do ar dist ncias de x entre 150 e 450 m 250 e 700 m 350 e 1200 m controle com aproximadamente 48 de efici ncia 800 e 1500 m respectivamente Padr o de emiss o h restri o A pior condi o ocorre para a estabilidade A e a 300 m de A regi o abrangido por valores de concentra o acima de 320 50 dist ncia 670 ug Nm Para este caso precisaria de um sistema de Padr o de qualidade do ug Nm torna muito maior devendo ser evitada esta condi o de controle com aproximadamente 52 de efici ncia opera o para as estabilidades A B Ce D 204 Portanto para estes casos deve se considerar um sistema de controle adicional que neste trabalho considera o emprego da redu o seletiva n o catal tica baseada na inje o de ur ia cuja metodologia foi apresentada no Cap tulo 5 e baseada em EPA 2002 A Figura 6 12 a seguir apresenta o resultado da rela o entre o custo de capital anualizado CA em R ano e o custo espec fico de controle CR em R ton de NOx removido a fim de se avaliar o custo com a instala o do sistema SNCR operando entre 10 valor 1 da abscissa 100 do tempo anual valor 10 da
316. s resultados da planilha de c lculo da concentra o de particulado a partir dos dados levantados em campo atrav s de duas amostragens e das an lises laboratoriais A concentra o medida na chamin nas condi es de opera o da caldeira e do lavador de g s durante o levantamento de dados foi de 66 09 e 43 79 mg Nm para 11 de apresentando isocinetismos de 77 60 e 87 37 respectivamente Na obten o dos valores de concentra o de material particulado empregou se a metodologia apresentada no ANEXO 1 206 Medi o 1 C lculo da velocidade m dia do g s na chamin K 34 97 mmhg g gmol mmH20O K FCP 0 84 FCM 1 DeltaP 1 314 mmH20 Tch 347 K 74 Pch 657 16 mmHg 87621 3 Pa MM 30 54 g g mol vch 5 1 m s C lculo da vaz o volum trica m dia corrigida base seca do gas Diam 3 5 m A 9 6211 m2 PO CNTP 101325 0 Pa 760 mmhg TO CNTP 273 k U 0 25 Q 175789 7 m3 h corr 119596 8 m3 h Q corr bs 89697 6 Nm3 h Calculo do volume de gas amosirado base seca volume total amostrado de gas p T 80 C 0 594 m3 v tot 20 98 cf v tot bs 15 73 def tot bs 0 45 Nm3 P bar local 712 88 mmhg P orif 122 98 mm H20 Tm gasometro 305 K V tot corr bs 13 38 dscf V tot corr bs 0 3788 Nm3 C lculo da concentra o de particulados m part 0 0388 g 96 O2 gases 5 5 96 C part 102 43 mg Nm3 C part 11 O2 66 09 mg Nm3 Taxa emiss o 9 19 kg h Figura 6 13 Dados calculados a partir dos v
317. s de duas amostragens e das an lises laboratoriais A concentra o medida na chamin nas condi es de opera o da caldeira e do lavador de g s durante o levantamento de dados foi de 473 39 e 208 496 50 mg Nm para 11 de apresentando isocinetismos de 102 50 96 78 respectivamente Na obten o dos valores de concentra o de material particulado empregou se a metodologia apresentada no ANEXO 1 Medi o 1 C lculo da velocidade m dia do gas na chamin K 34 97 mmhg g amol mmH20 K FCP 0 84 FCM 1 Raiz DeltaP 1 696 mmH20 Tch 1136 07 863 07 C Pch 563 5 mmHg 884534 Pa 23 34 glg mol v ch 72 mis C lculo da vaz o volum trica m dia corrigida base seca do gas Diam 4m A 12 6 m2 PO CNTP 101325 0 Pa 760 mmhg TO CNTP 293 k 7T Q 324678 3 m3th Q standard 205573 4 m3th Q standard bs 191183 3 Nm3th C lculo do volume de gas amostrado base seca volume total amostrado corre o T 131 00 s 2 281 m3 bs volume total amostrado corre o T 404 00 0 811 m3 bs volume DGM 28 65 def volume DGM 0 811 m3 bs P bar local 710 00 mmhg P orif 52 92 mm H20 Tm gasometro 316 40 K Y standard bs 24 92 dscf Y standard bs 0 706 Nm3 bs C lculo da concentra o de particulados m part 0 3741 g O2 gases 98 C part 530 20 C part 11 O2 473 33 mgiNm3 Tasa emiss o 10136 kgth C lculo do isocinetismo Diam boq 0 009 m amp boq amp 362bE 05 m2
318. s forem esgotados sem que tenha sido alcan ada a redu o necess ria na emiss o ou concentra o do poluente O material particulado por ser um dos principais materiais a ser controlado pela legisla o ambiental possui uma variada gama de tecnologias de controle da polui o a rea algumas delas bastante antigas e tradicionais Dentre as tecnologias mais utilizadas para o controle de particulados tem se a ciclones b lavadores de g s scrubbers c precipitadores eletrostaticos d filtros de manga Na ind stria e em outras atividades humanas ocorrem emiss es de particulados de diferentes caracter sticas tais como dimens o densidade e concentra o As dimens es constituem o par metro mais importante para definir o tipo de separador que poss vel utilizar com alta efici ncia A Tabela 3 10 apresenta a efici ncia dos sistemas de controle de MP em fun o do tamanho das part culas Tabela 3 10 Efici ncia dos sistemas de controle de MP em fun o do tamanho das part culas Lora 2002 Tipo de separador Efici ncia total P grosso P fino P superfino Ciclone convencional 84 60 65 30 22 40 Ciclones de alta eficiencia 93 90 84 20 52 30 Lavador tipo Venturi de m dia energia 99 94 99 80 99 30 Lavador tipo Venturi de alta energia 99 70 99 90 99 60 Filtro de mangas com limpeza por sacudimento mec nico 99 70 99 92 99 60 Filtro de mangas com limpeza com j
319. s reagentes sa rem da caldeira todos os passos no processo de SNCR devem estar completos os quais incluem b 1 Mistura da ur ia injetada com o fluxo de gases b 2 Evapora o da agua b 3 Decomposi o da ur ia para NH3 b 4 Decomposi o de em NH e radicais livres b 5 Rea o qu mica da redu o de NOx O aumento no tempo de resid ncia dispon vel para as rea es qu micas e de transfer ncia de massa geralmente leva a um aumento na remo o de NOx Al m disso se a faixa de temperatura para a rea o reduzida maior tempo de resid ncia exigido para alcan ar o mesmo n vel de remo o Este valor pode variar de 0 001 a 10 segundos EPA 1998a A Figura 5 9 mostra o efeito do tempo de resid ncia em milisegundos e a temperatura na redu o de NOx c Concentra o de NOx a ser controlada A concentra o dos reagentes tamb m afeta a taxa de rea o do processo de redu o de NOx pois se constata que a rea o diminui caso a concentra o do reagente reduza Isto devido a 170 considera es termodin micas que limitam o processo de redu o a baixas concentra es de NOx EPA 1998a Para as concentra es de entrada mais baixas a temperatura tima para a rea o menor consequentemente a porcentagem de redu o de NOx tamb m menor A Figura 5 10 mostra a efici ncia de remo o de NOx como uma fun o da temperatura para v rios n veis de concentra o de NO
320. s s o utilizados nas medi es segunda etapa do processo e retornam ao laborat rio para novamente serem secados e pesados A diferen a entre os pesos a massa de MP retida que combinada com o volume amostrado resulta na concentra o de material particulado Para cada teste devem ser realizadas tr s medi es sendo a pior delas descartadas 4 4 1 Bioenergia Cogeradora Usina Santo Ant nio Sert ozinho SP Datas 30 07 2002 e 27 09 2002 As medi es de material particulado na Bioenergia Cogeradora Ltda foram realizadas nos dias 28 10 e 29 10 2002 na chamin da caldeira Caldema n 1 ap s o captador de fuligem retangular tipo revers vel CFC 50R lavador tipo bandejas cujas caracter sticas de projeto est o descritas na Tabela 4 6 129 Tabela 4 6 Caracteristicas especificas do lavador de gases Cortesia Caldema Volume especifico normal 0 8205 Nm kg Vaz o de gases 272682 Nm h Temperatura dos gases na entrada 157 C Temperatura dos gases na saida 110 C Vaz o volum trica 420678 m h Vazao m ssica 332336 kg h Taxa de emiss o de part culas 3500 mg Nm de part culas menores que 10 microns 18 Efici ncia prevista do lavador 96 Taxa de emiss o sa da da chamin 140 mg Nm Vaz o de gua de lavagem 150 m h Vaz o de agua perdida no circuito 7 5 m h Perda de press o dos gases 50 mmca As coletas realizadas seguem as normas preco
321. se II s o reas onde o n vel de deteriora o da qualidade do ar seja limitado pelo padr o secund rio de qualidade Classe III s o reas de desenvolvimento onde o n vel de deteriora o da qualidade do ar seja limitado pelo padr o prim rio de qualidade Cabe salientar que os rg os ambientais estaduais podem fixar padr es de emiss o mais restritivos que a legisla o federal O Decreto N 8 468 76 do Estado de S o Paulo aborda no T tulo a Polui o do Ar e na Se o III os Padr es de Condicionamento e Projeto para Fontes Estacion rias Emiss o Estabelece no Artigo 34 que o lan amento de efluentes provenientes da queima de combust veis s lidos l quidos ou gasosos dever ser realizado atrav s de chamin mas n o fixa padr es de emiss o No entanto determina no Artigo 41 que as fontes de polui o para as quais n o foram estabelecidos padr es de emiss o devem adotar sistemas de controle de polui o do ar baseados na melhor tecnologia pr tica dispon vel para cada caso Determina tamb m que as fontes novas de polui o do ar que pretendam instalar se ou funcionar ser o obrigadas a comprovar que as emiss es provenientes da instala o ou funcionamento n o acarretar o para a regi o ou sub regi o tida como saturada aumento nos n veis dos poluentes que as caracterizam como tal No estado do Paran a Secretaria de Meio Ambiente e Recursos H dricos SEMA atrav s da Resolu o N 041 2002
322. sen baseado no M todo 5 da EPA Environmental Protection Agency of United States em conjunto com os M todos 1 2 3 e 4 EPA e que permite ao usu rio determinar as emiss es de particulados de fontes estacion rias A amostragem conduzida isocineticamente Na Tabela 4 9 se apresenta um resumo dos principais dados coletados durante a amostragem isocin tica e os valores das an lises laboratoriais Para as condi es da primeira e segunda medi o realizadas em 28 e 29 09 2002 o tempo de amostragem foi de 24 minutos 2 minutos por ponto e 60 minutos 5 minutos por ponto respectivamente A concentra o medida nas condi es de opera o da caldeira e do lavador de g s durante o levantamento de dados foi de 66 09 mg Nm e 43 79 mg Nm 11 de apresentando isocinetismos de 77 60 e 87 37 96 131 respectivamente O baixo valor principalmente do primeiro par metro esta relacionado com curto tempo de amostragem Na obten o dos valores de concentra o de material particulado empregou se a metodologia apresentada no ANEXO 1 Finalmente deve ser relatado que a terceira medi o realizada na quarta feira 30 10 2002 n o pode ser inclu da devido chuva ter interrompido a medi o Tabela 4 9 Dados da concentra o de MP coletados na Bioenergia Cogeradora Ltda durante as medi es e an lise de laborat rio Medi es realizadas em 28 e 29 09 2002
323. sequentes emiss es de est o desigualmente distribu das Aos pa ses desenvolvidos correspondem as maiores parcelas das mesmas conforme foi apresentado na Figura 1 3 A quantidade de emitido atmosfera no Brasil apresenta um valor baixo quando comparado com os demais pa ses do mundo devido principalmente o Brasil ter sua matriz energ tica baseada em hidroeletricidade Na Figura 1 11 pode se observar como a temperatura m dia da terra vem se aumentando ao longo dos ltimos 140 anos produto do desenvolvimento industrial e por conseqii ncia do aumento das emiss es antropog nicas Figura 1 12 Tabela 1 10 Fontes antropog nicas dos gases estufa Lora 2002 Gases estufa Fontes antropog nicas Combust o de combust veis f sseis Desmatamento mudan as no uso da terra CFC Espuma pl stica para embalagem Refrigerantes freon etc Solventes Aerossol spray propelentes CH N20 Cultivo de arroz Ruminantes Combust o de combust veis f sseis Queima de biomassa Vazamento de g s natural Fertilizantes Queima de biomassa Convers o da terra para fins de agricultura Combust o de combust veis f sseis 23 C Temperature anomalies a Natural 1 0 model observations 0 5 1900 Year 1950 2000 Temperature anomalies C b Anthropogenic 1 0 model observations 0 5 0 0
324. spers o de poluentes empregando o m todo Gaussiano Os poluentes lan ados na atmosfera s o fortemente afetados pelas condi es atmosf ricas espec ficas A movimenta o do ar em dire o vertical afeta o clima e processos de mistura importantes para a polui o do ar Quando a atmosfera tem pouca movimenta o pela vertical chamada de est vel no caso contr rio chamada de inst vel A velocidade do vento outro fator que afeta a dispers o dos poluentes Os epis dios de polui o atmosf rica coincidem geralmente com condi es atmosf ricas desfavor veis para a dispers o de poluentes atmosfera est vel E por 186 isto que n o poss vel estudar a polui o do ar sem o estudo preliminar dos aspectos meteorol gicos que influem sobre a mesma Figura 5 15 Vento O Transporte e Dispers o ms Eleva o do Pluma Rea es fotoquimicas wW N Monitoramento Why v NN i DO Precipit a o d jS Impacto _ NA M Y N Figura 5 15 Fatores relacionados com a dispers o de poluentes na atmosfera Lora 2002 De acordo com o Cap tulo 2 os mecanismos legais de monitoramento das fontes poluidoras e seus impactos ambientais e de sa de p blica s o os Padr es de Emiss o e os Padr es de Qualidade do Ar Por m nem sempre que o primeiro alcan ado vai garantir que o segundo esteja em acordo influenciado por exemplo por uma condi o atmosf rica pr
325. st ncias combust veis realizada nos seguintes equipamentos caldeiras geradores de vapor centrais para a gera o de energia el trica fornos fornalhas estufas e secadores para a gera o e uso de energia t rmica incineradores e gaseificadores Os limites m ximos de emiss o para part culas totais PT e di xido de enxofre SO s o apresentados na Tabela 2 7 expressos em gramas de poluente por cada gigajoule de energia t rmica liberada durante a queima do combust vel g GJ Conforme pode ser observado nesta tabela nenhuma men o por enquanto feita com rela o s emiss es de NOx Tabela 2 7 Padr es de emiss o para processos de combust o externa Resolu o CONAMA 008 90 At 70 MW Acima de 70 MW PT g GJ SO g GJ PT g GJ SO g GJ Classe I 28 7 477 7 e 0 83 6 O 1 194 2 28 7 477 7 Casses Ee TH 358 3 1 1942 191 1 4717 1 N o ser o permitidas instala es de novas fontes fixas deste porte nesta rea 2 refere se a leo combust vel 3 refere se a carv o mineral PT Part culas Totais De acordo com a resolu o 005 89 Classe I s o reas de preserva o lazer e turismo tais como parques nacionais e estaduais reservas e esta es ecol gicas est ncias hidrominerais e 37 hidrotermais Nestas reas dever ser mantida a qualidade do ar em nivel o mais pr ximo poss vel do verificado sem a interven o antropog nica Clas
326. sucroalcooleira 1 4 1 Fase agr cola 1 4 2 Fase industrial 1 5 Contribui o mitiga o do efeito estufa e cr ditos de carbono Cap tulo 2 Gest o ambiental 2 1 Padr es de qualidade do ar 2 2 Padr es de emiss o 2 3 Filosofias de controle 2 4 Licenciamento ambiental 2 5 Os poluentes atmosf ricos e seus efeitos na sa de 2 6 ndice de qualidade do ar Cap tulo 3 Revis o bibliogr fica sobre a caracteriza o e tecnologias de controle das emiss es em caldeiras que queimam baga o 3 1 Descri o geral 3 1 1 Fatores e considera es de projeto que influenciam as emiss es 3 2 xidos de nitrog nio NOx 3 2 1 Mecanismos de forma o de xidos de nitrog nio aon tA 14 18 19 21 22 32 33 37 40 43 47 51 52 54 57 61 63 3 2 1 1 Forma o dos xidos de nitrog nio t rmicos 3 2 1 2 Forma o dos xidos de nitrog nio r pidos 3 2 1 3 Forma o dos xidos de nitrog nio do combust vel 3 2 1 4 Modelos de predi o de NOx 3 2 2 M todos de controle de xidos de nitrog nio 3 2 3 Emiss es de NOx em caldeiras a baga o 3 3 Material particulado MP 3 3 1 Fatores de emiss o e distribui o granulom trica em caldeiras para baga o 3 3 2 Equipamentos de controle da polui o para material particulado 3 4 Estado da arte de controle de poluentes em caldeiras 3 4 1 Princ pios 3 4 2 Propriedades do g s 3 4 3 Propriedades das part culas 3 4 4 Avalia
327. t vel A opera o com baixos valores de excesso de ar pode constituir um efetivo m todo de controle observando as limita es relacionadas com a efici ncia de combust o Por exemplo para uma redu o de 20 no excesso de ar uma redu o de 30 de NOx alcan ada Por outro lado valores abaixo de 30 de excesso de ar tendem a valores de perdas por combust o incompleta maiores que os recomendados pela literatura t cnica A concentra o de part culas nos gases de exaust o das caldeiras que queimam baga o apresentam valores de concentra o na faixa de 400 a 600 mg Nm quando se empregam multiciclones e 80 e 200 mg Nm quando se empregam lavadores de g s 217 A combina o de multiciclones e lavadores de g s resultou ser a variante de melhor viabilidade econ mica apresentando um custo de tratamento do g s menor e garantindo a concentra o na sa da de 120 mg Nm 6 5 Sugest es para trabalhos futuros Realizar um estudo mais aprofundado da granulometria de particulados e dos fatores que influenciam sobre a mesma teor de fibra da cana umidade do baga o n mero de ternos na moenda entre outros Realizar a modelagem com um pacote CFD dos processos nos lavadores de g s tipo venturi buscando a otimiza o do projeto e opera o do mesmo Utilizar o software ISC AERMOD View da Lakes Environmental para o estudo da dispers o de NOx na rea de influ ncia da Usina a fim de considerar melhor a topol
328. te em sistemas queimando g s leo ou carv o para reduzir a forma o de NOx Para combust veis que n o cont m quantidades significantes de nitrog nio na sua composi o qu mica como o g s natural o NOx t rmico o mecanismo prim rio principal da forma o de NOx 67 3 2 1 2 Forma o dos xidos de nitrog nio r pidos Foram descobertos pelo cientista norte americano Fennimore 1971 e chamados de xidos de nitrog nio r pidos devido a sua velocidade de forma o na zona da frente da chama ser muito intensa e r pida O mecanismo de forma o o seguinte N HC o 3 6 N 0H NO 3 7 As caracter sticas fundamentais da oxida o r pida s o a Dura o breve do processo a zona de forma o de NO est localizada numa se o pequena da frente da chama b Depend ncia fraca entre a emiss o de NO e a temperatura c Forte depend ncia da emiss o de NO com a rela o ar combust vel O controle da emiss o de xidos de nitrog nio pode ser realizado atuando sobre os fatores que determinam a sua forma o em particular sobre a temperatura m xima na fornalha Tmax sobre a concentra o de oxig nio nesta regi o Uma parcela do NOx que formado por oxida o do nitrog nio contido no combust vel sob condi es de combust o rica em combust vel chamada de NOx r pidos O nome derivado de sua forma o nos primeiros momentos durante o processo de co
329. tequiom trica normalizada EPA 2002 Figura 5 13 Fluxograma de calculo do investimento de capital total Adaptado de EPA 2002 Figura 5 14 Fluxograma de calculo do custo anual total Adaptado de EPA 2002 Figura 5 15 Fatores relacionados com a dispers o de poluentes na atmosfera Lora 2002 Figura 5 16 Depend ncia entre as caracter sticas de dispers o da pluma e o regime de estabilidade atmosf rica adaptado de Lora 2002 Figura 5 17 Dispers o de uma pluma atendendo teoria estat stica de Gauss Lora 2002 CAP TULO 6 Figura 6 1 Influ ncia de par metros de opera o da caldeira na efici ncia da mesma para algumas faixas t picas de excesso de ar e de carga Teixeira e Lora 2001 Figura 6 2 Influ ncia de par metros de opera o da caldeira na forma o de NOx da mesma para algumas faixas t picas de excesso de ar e de carga Teixeira e Lora 2001 Figura 6 3 Rela o entre a varia o de excesso de ar a varia o na forma o de NOx Figura 6 4 Rela o entre a concentra o de e a concentra o de NOx Teixeira and Lora 2004 Figura 6 5 Rela o entre a concentra o de CO e o excesso de ar Figura 6 6 Avalia o dos modelos matem ticos para a predi o da forma o de NOx Teixeira and Lora 2004 Figura 6 7 Compara o entre o excesso de ar os valores de NOx medidos e calculados segundo Sigal 1988 com os valores de fator de emiss o sugeridos pela EPA 1995 em Nox tbaga o Figura 6
330. throat length L 2 Low pressure drop 12 Drop temperature T K 293 Para estimar a efici ncia de uma distribui o aerosol acumulado dpi microns Concin g Nm3 Conc out g Mm3 w 4m QUT 100 705 70 3 00E 00 98 05 700 0 13 6 75 14 5 4 00E 00 98 33 750 0 125 10 30 13 0 275 750E 00 38 68 1300 0 A 14 80 16 0 435 150E 01 38 865 1600 0 18 2 15 10 12 0 555 2 50E 01 98 92 1200 0 123 8 0 63 5 3 50E 01 38 35 800 0 84 TA 60 7 0 70 5 4 50E 01 38 36 700 0 73 6 50 3 0 735 5 50E 01 98 97 300 0 31 3x H do 2 0 755 6 50E 01 98 98 200 0 2 0 2 5 0 805 7 50E 01 98 98 500 0 51 4 30 2 0 825 8 50E 01 98 99 200 0 20 2 20 2 07 845 9 50E 01 98 99 200 0 20 2 15 5 100 0 1 00E 02 98 99 1550 0 15 7 13 0 10 20 30 40 50 60 TO 80 30 100 10 dpi microns 241 Microsoft Excel CalcEquipPol Mult amp Scrub Tese Jan04 oru o cp C lculos do lavador venturi 40 Sauter diameter Boll D um Reynolds number Drag coefficient Co B Throat length m Throat speed ratio Mean free path m Di metro m dio microns Fra o em massa Knudsen factor Kn Cunningham factor C Inertial parameter factor Ka Overall penetration P Overall mass efficiency hm Cross sectional throat area A m 5 Throat
331. tidades significativas de CO e CH nos gases resultantes da combust o um indicador de que a mesma procedeu em regime inadequado O c lculo dos volumes de ar e gases nos processos de combust o permite e Selecionar os ventiladores de tiragem induzida VTI ou exaustores e for ada VTF ou sopradores e Projetar os condutos de ar e Determinar a velocidade relativa entre os gases e as superf cies de aquecimento define a transfer ncia de calor por convec o volume de ar te rico a quantidade de ar teoricamente necess ria para a combust o total de 1 kg de combust vel e se calcula a partir das rea es de combust o dos elementos que o 143 comp e rea es estequiom tricas As rea es estequiom tricas de combust o s o as rea es de combust o dos componentes elementares do combust vel com o oxig nio para 1 kmol de cada elemento onde o calor liberado nas mesmas representado por AQi e pode ser obtido em tabelas na literatura C O CO AQ S O gt SO AQ 2H O gt 2H20 AQ 1 2 O2 gt CO AQ Por exemplo os calores de forma o JANNAF 1971 para AQ 298 15 K 353 146 0 046 kJ mol AQ3 298 15 241 595 kJ mol CO AQ4 208 15 x 110 436 0 167 kJ mol Substituindo os valores aproximados das massas moleculares dos diferentes compostos obt m se as seguintes f rmulas que permitem realizar o balan o de massa 12kg 32kg
332. tra o de part culas na entrada in e na sa da out para o multiciclone tipo Petterson amp Witby em fun o do tamanho das mesmas Figura 6 20 Concentra o de part culas na entrada in e na sa da out para o lavador tipo venturi em fun o do tamanho das mesmas 173 176 179 182 187 189 190 194 194 195 196 196 197 198 199 201 202 203 206 207 208 209 210 212 214 214 214 Figura 6 21 Concentra o de part culas na entrada in e na sa da out para o lavador tipo 215 venturi associado ao multiciclone tipo Petterson amp Witby em fun o do tamanho das mesmas Figura 6 22 Varia o do n mero de ciclones Nc e da perda de carga deltaP em fun o do 215 custo da eletricidade Figura 6 23 Varia o da perda de carga e efici ncia do lavador tipo ciclone com rela o a 216 velocidade do g s e a rela o l quido g s SIMBOLOGIA 1 Par metros gerais A Percentual de cinzas no combust vel C Percentual de carbono no combust vel H Percentual de hidrog nio no combust vel N Percentual de nitrog nio no combust vel O Percentual de oxig nio no combust vel S Percentual de enxofre no combust vel W U Percentual de umidade no combust vel O2 Oxig nio Oz nio COV VOC Compostos org nicos vol teis Volatile Organics Compounds CO Mon xido de carbono Di xido de carbono G s carb nico CO NH5
333. turas de combust o menores que preventivos Combust o em leito fluidizado sistemas convencionais para combust veis s lidos pulverizados A requeima uma modifica o no processo de combust o que remove o NOx dos produtos da combust o atrav s do uso de um combust vel como agente de redu o Redu o do NOx at por inje o de am nia sem a utiliza o de catalisadores alta temperatura dos gases Redu o do NOx at por inje o de am nia com a utiliza o de catalisadores baixa temperatura dos gases Inje o de oz nio no fluxo de gases para formar N20 e NOs que s o altamente sol veis em gua e dessa forma podem ser removidos em um lavador de gases Requeima Redu o seletiva n o catal tica SNCR M todos p s IRedu o seletiva catal tica combust o SCR corretivos Inje o de oz nio Ar Combust vel gt Recircula o dos produtos da combust o Tg 300 Figura 3 6 Esquema da recircula o dos gases Lora 2002 74 Figura 3 7 Esquema da combust o por etapas Lora 2002 Regi o 3 Complementa o do combust o Regi o 2 rico Figura 3 8 Diagrama conceitual do projeto de um queimador de baixa emiss o de NOx Lora 2002 75 Ar injetado sobre a chama Combust vel de Zono Condi es Redu o NOx requeima E 20 Complementa o Excesso de ar N
334. ula aumentada Alguns projetos empregam suplementares sprays atomizados hidraulicamente ou pneumaticamente para aumentar a cria o de gotas Figura 3 26 A desvantagem destes projetos a necessidade de l quidos de alimenta o limpos para evitar entupimento EPA 1998b AWMA 1992 Corbitt 1990 ee ge EA Entroda de g s 5000 g s D em a 2 PN AGE ES ee l quido ug wna cs t Entrada de l quido Figura 3 25 Se o de redu o e aumento da se o e ponto de inje o de gua EPA 1998b Ap s a se o do estrangulamento a mistura desacelera e mediante impactos adicionais ocorre a aglomera o das gotas Uma vez que as part culas foram capturadas pelo l quido o MP mido wetted PM e o excesso de l quido excess liquid droplets s o separados do fluxo de g s por uma se o de reentrada entrainment que normalmente consiste em um separador cicl nico e ou um eliminador de n voa mist eliminater EPA 1998b Corbitt 1990 A efici ncia de remo o de um lavador tipo venturi aumenta com a queda de press o cujos valores podem alcan ar 6 5 kPa ou maiores para part culas submicron US Army 2003a J Vantagens As vantagens dos lavadores tipo venturi incluem Cooper and Alley 1994 J 1 Capacidade de coletar particulados bem como gases J 2 Capacidade de controlar corrente de gases com alta temperatura e alta umidade J 3 Pr
335. ula e associa la efici ncia de coleta correspondente 1 gt w 1 5 9 1 1 Aqui se avalia a concentra o de sa da para cada di metro do aerossol par metro este que serve de refer ncia na compara o com o padr o de emiss o vigente Dessa forma permite se constatar se o sistema capaz de garantir a concentra o padr o ou se ser necess rio implantar um outro sistema de controle conjugado j j C saida total Contrada W f 1 5 10 1 1 i l sendo Coaida total concentra o final das part culas na sa da do multiciclone mg m concentra o na sa da do multiciclone para cada part cula de di metro 1 mg m Centrada concentra o do g s na entrada do multiciclone mg m A perda de carga nos multiciclones par metro que define o consumo de energia el trica do sistema de cole o dada pela equa o 5 11 A pot ncia necess ria para vencer esta restri o apresentada na equa o 5 12 e que define o custo operacional com energia el trica do sistema baseado no n mero de horas de opera o 2 Ny P gas M totgas AP 2 K K 2 N D 5 11 sendo AP perda de carga Pa Peas Massa especifica do gas kg m 155 M totgas AP n vent Watt 5 12 sendo Nvent efici ncia do equipamento de tiragem dos gases Conforme j comentado esta metodologia foi implementada em um software cujo
336. ultar em emiss o de part culas Emiss es de compostos org nicos podem tamb m resultar de transfer ncia de combust veis l quidos e gasosos Estas fontes incluem portanto as reas de armazenamento e pilhas de estocagem abertas bem como os m todos utilizados para a transfer ncia isto carregamento descarregamento e Transporte Tabela 3 2 Par metros de projeto da caldeira AUP 40 Cortesia de CALDEMA Par metro de opera o Valor Capacidade da caldeira t h 120 0 Press o do vapor superaquecido MPa 4 2 Temperatura do vapor superaquecido C 400 0 Temperatura da gua de alimenta o C 95 0 Temperatura dos gases de exaust o C 157 0 ndice de gera o de vapor kgvapor KSbaga o 2 31 Excesso 30 0 b Tanques de armazenagem Embora o baga o n o se aplica a esta quest o estes tanques s o geralmente utilizados para armazenar combust veis l quidos e devem ser inventariados como uma fonte de emiss o de compostos org nicos vol teis Os tanques da instala o de caldeiras normalmente s o de dois tipos teto fixo e teto flutuante As emiss es dos primeiros podem ser categorizadas em dois tipos perdas durante a opera o relativas ao enchimento e esvaziamento do mesmo e perdas por respira o relativas expuls o de vapores do tanque devido a expans o dos mesmos causadas por mudan as na temperatura e press o As emiss es em tanques de teto flutuante s o
337. uran a o bem estar da popula o bem como ocasionar danos flora e fauna aos materiais e ao meio ambiente em geral Os par metros regulamentados s o os seguintes part culas totais em suspens o fuma a part culas inal veis di xido de enxofre mon xido de carbono oz nio e di xido de nitrog nio Tabela 2 3 Padr es nacionais de qualidade do ar Resolu o CONAMA 003 90 Poluentes Tempo de Padr o primario Padr o Secundo M todo de medi o amostragem png m ug m Part culas totais em 24 horas 240 150 Amostrador de grandes suspens o MGA 80 60 volumes we 24 horas 365 100 9 Di xido de enxofre 80 40 Pararosanilina tarbono 1 hora O 40 000 40 000 Infravermelho n o 8 horas 10 000 10 000 dispersivo Oz nio 1 hora 160 160 Quimioluminesc ncia 24 horas 150 100 ae Fuma a O 60 40 Refletancia 24 horas 150 150 Separa o Part culas inal veis 9 50 50 inercialflha o e 1 hora O 320 190 en Di xido de nitrog nio 100 100 Quimioluminesc ncia 1 deve ser excedido mais que urna vez ao ano 2 M dia geom trica anual 3 M dia aritm tica anual 4 Os M todos de Refer ncia de amostragem e an lise de poluentes descritos s o aqueles aprovados pelo INMETRO Pode se adotar M todos Equivalentes a estes desde que aprovados pelo IBAMA Esta resolu o
338. utilizado como combust vel em fornos e Fermenta o Convers o anaer bia de compostos org nicos pela a o de microorganismos em grande parte dos casos da levedura Saccharomyces cerevisiae No caso da fermenta o alco lica o substrato org nico a sacarose e os produtos s o fundamentalmente o etanol e o g s carb nico f Biodigest o biog s Convers o anaer bia de compostos org nicos pela a o de microorganismos Para a produ o de biog s metano e g s carb nico utiliza se de microorganismos acidog nicos e metanog nicos Os trabalhos que precisam ser pesquisados e desenvolvidos para o melhor entendimento maior efici ncia do aproveitamento energ tico da biomassa s o indicados abaixo adaptado de Cortez e Lora 1997 a Queima Direta Aperfei oamento dos sistemas para combust o de baga o em suspens o Desenvolvimento de softwares para o c lculo termo aero din mico e hidr ulico Desenvolvimento de sistemas para a remo o de particulados e NOx Modelagem dos processos em fornalhas utilizando pacotes computacionais por exemplo CFX b Gaseifica o Avalia o de sistemas gaseificador motor de combust o interna para motores estacion rios Avalia o de sistemas gaseificador microturbina a g s Avalia o de sistemas gaseificador motor Stirling Avalia o de sistemas gaseificador c lula de combust vel Desenvolvimento de gaseificadores de leito fluidizado p
339. vador m m Vue 5 25 _ 42 19 3 6 10 L G D gota pe V garg 5 26 sendo Vearg Velocidade m dia da mistura g s gua na garganta do venturi m s Vgas Velocidade do g s na garganta do venturi m s di metro da gota de gua ap s a atomiza o mm 9736 9736 Figura 5 4 Formato e par metros de projeto de um lavador de g s venturi As caracter sticas necess rias para descrever as intera es anteriormente descritas s o apresentadas na Tabela 5 4 que permitem determinar o n mero de Knudsen Kn equa o 5 27 o fator de Cunningham Fc equa o 5 28 o n mero de Reynolds Re equa o 5 29 o coeficiente de arraste Cp equa o 5 30 o fator adimenssional B equa o 5 31 e o fator par metro inercial Fi equa o 5 32 161 Tabela 5 4 Valores das propriedades do g s de exaust o da gota d gua e da part cula considerados Dados relativos ao g s de exaust o Press o do g s de exaust o Peas 1 013 Viscosidade din mica do gas Megas 2 63 10 kg m s Massa especifica do gas Peas 0 726 kg m Peso molecular do gas PM as 28 97 kg mol Dados relativos gota d gua atomiza o Viscosidade din mica da gota Hgota 110 kg m s Massa especifica da gota Peota 9982 kg m Dados relativos s part culas Massa espec fica da part cula Ppart 1 600 0 kg m 2 041145 cius PM T Fes a Kn
340. valia a localiza o e a concep o do empreendimento atestando a sua viabilidade ambiental e estabelecendo os requisitos b sicos a serem atendidos nas pr ximas fases Para a formaliza o do processo de Licen a Pr via s o necess rios os procedimentos apresentados na Figura 2 5 Elabora o dos estudos ambientais definidos levantamento de dados e informa es ambientais prazo de realiza o depende da tipologia do empreendimento z 5 4 Entrega dos Estudos 6 An lise dos estudos 2 3 Defini o dos Elabora o de Entraga do TR ao Ambientais definidos e do Checagem estudos ambientais TR ambiental empreendedor Requerimento da Licen a Estudos completos die IB O IB O l IB ambiental apresentados 18 01 E encaminhados para an lise Vistoria de reconhecimento Publica o do requerimento da Licenga E Complementa o dos Estudos Abientais encaminha complementa o Ser o realizadas uma ou v rias at estar de acordo com o TR Audi ncia P blica iB Na sequ ncia ser o detalhados os programas e projetos de controle ambiental bem como o Projeto Executive do empreendimento para subsidiar a emiss o da LI Emiss o de Parecer T cnico conclusivo IB Ser o incorparados ao Parecer T cnico as sugest es e observa es feitas pelos rg os envoiidos Sim Emiss o da LP CUN Rec
341. valor do n mero de ciclones e de seus respectivos di metros otimizado baseando se na metodologia proposta por Ben tez 1993 que utiliza os valores de custo de instala o equa o 5 13 e custo anual total Cantot equa es 5 14 e 5 15 sendo este subdividido em custo de recupera o de capital e custo com energia el trica associado a par metros de projeto Desta forma possivel estimar a configura o mais econ mica de uma instala o de multiciclones minimizando se o custo anual total que em outras palavras o valor do di metro do ciclone que zera a equa o 5 22 Deve se salientar que a equa o 5 13 valida para a faixa 1 lt Nc a b m lt 6 7000 N a b 72 N 5 13 inst Com Noca b K Weest K4 N 5 14 an tot Ky ct Ny P pas K N K K D2 K N 5 15 an tot 2 Weter K2 K N2 D sendo a b K e Ky dimens es par metros adimensionais do ciclone Cinst custo do equipamento mais instala o R Can tot custo operacional anual total da instala o R ano K fator de recupera o de capital vezes parte do custo instalado que proporcional a rea de entrada e ao n mero de ciclones R ano m K custo com energia el trica R kWh Ks fator de recupera o de capital vezes a parte do custo instalado que proporcional ao numero de ciclones R ano t n mero de horas anual de opera o da instal
342. x a serem controlados Efici ncia de redu o de NOx 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Temperatura F Figura 5 9 Efeito do tempo de resid ncia na redu o de NOx em sistemas de redu o seletiva n o catalitica EPA 2002 Efici ncia de redu o de NOx 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 Temperatura F Figura 5 10 Efeito Concentra o de NOx a ser controlada na redu o de NOx em sistemas de redu o seletiva n o catal tica EPA 2002 171 5 5 3 Sistemas de redu o seletiva n o catalitica Existem dois projetos b sicos para a aplica o de SNCR O primeiro baseado em am nia e conhecido como Thermal DeNOx e desenvolvido e patenteado pela Exxon Research and Engineering Company em 1975 O segundo um processo baseado em ur ia e conhecido pelo nome comercial de NOx OUT e desenvolvido e patenteado pelo The Electric Power Research Institute EPRI em 1980 EPA 2002 Um sistema de SNCR tem quatro passos basicos para realizar a Recebimento e armazenamento do reagente b Medi o dilui o e mistura do reagente c Inje o do reagente dilu do no local apropriado da caldeira d Mistura do reagente injetado com o g s Estes passos s o comuns para ambos os processos Por m o projeto e a especifica o dos equipamentos para os sistemas s o diferentes pois a am nia injetada como um vapor enquanto que a ur ia injetada como uma solu o aquosa A Figur
343. z menor devido maior utiliza o e portanto dilui o dos custos Por m para aplica es com pouco per odo de utiliza o estes custos podem ser bastante representativos Considerando uma safra de 7 meses e se for operar o SNCR apenas um m s cerca de 10 do tempo anual o custo de remo o pode se tornar muito alto por m a partir de 30 do tempo anual de opera o o custo tende a valores extremamente baixos Estas an lises devem ser levadas em considera o quando da aplica o desta tecnologia 205 CA R ano CR R t NOx rem 1300000 A 1600000 a a ne l 1200000 we 1400000 F P Ed 1200000 1100000 1 29 1000000 e 1000000 oe ae E 800000 900000 pee E 600000 800000 400000 E Ott m 700000 L 200000 600000 0 9 10 0 10 CA X 20 CA 0 30 CA 40 CA A 50 CA E UBG o 10 CR 20 CR 30 CR e 40 CR a 50 CR m UBG CR Figura 6 12 Rela o entre o custo de capital anualizado CA e o custo espec fico de controle CR para diferentes coeficientes de excesso de ar e varia o do tempo de utiliza o anual 6 2 Resultados do estudo da emiss o de material particulado 6 2 1 Resultados do estudo na Usina Santo Ant nio outubro de 2002 De acordo com os dados mostrados no Cap tulo 4 apresenta se nas Figuras 6 13 e 6 14 o
344. zir a importa o de petr leo considerado um dos mais importantes programas de bioenergia no mundo Trata se de uma importante iniciativa para substituir total ou em parte combust veis f sseis por um combust vel alternativo e renov vel o lcool carburante Recentemente os motores bi combust veis gasolina e lcool em qualquer propor o chegaram no mercado como o meio de resgatar o uso em larga escala do lcool hidratado na frota veicular brasileira Analisando se a Figura 1 1 nota se que a cana de a car uma das principais fontes energ ticas do pa s contribuindo com cerca de 10 da oferta interna de energia BEN 2003 Esta relevante utiliza o de biomassa sucroalcooleira no Brasil associada utiliza o de seu potencial hidr ulico na gera o de energia el trica distingue o pa s como o detentor de um dos mais importantes programas de energia renov vel do mundo Os n meros da produ o brasileira de cana a car e lcool et lico nas safras de 1997 1998 a 2002 2003 s o apresentados na Tabela 1 1 Os dados permitem avaliar que entre o per odo avaliado 6 safras a capacidade de moagem praticamente se manteve no mesmo patamar com um decr scimo de 3 5 entre as safras de 1997 1998 e 2001 2002 note que os valores apresentados para a safra de 2002 2003 valem apenas para a regi o centro sul Deve se tamb m salientar que muitas usinas otimizaram tanto o processo industrial como tamb m o setor de utilidades lev

CARACTERIZAÇÃO E CONTROLE DAS EMISSÕES DE

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