Eficiência energética

1. A calcinação da cal
O principal produto da calcinação das rochas
carbonatadas cálcicas e cálcio-magnesianas é a cal
virgem, produto composto predominantemente por
óxido de cálcio ou por óxido de cálcio e óxido de
magnésio, resultantes da calcinação, à temperatura
de 900°C – 1200°C. O objetivo da calcinação é
remover o CO2 do calcário. A qualidade comercial
de uma cal depende das propriedades químicas do
calcário e da qualidade da queima.
Os tipos de fornos para a sua produção variam
consideravelmente, predominam os fornos
verticais e rotativos e utilizam como fonte de
energia o óleo combustível, gás natural, moinha de
carvão, lenha ou coque de petróleo para a
produção da cal. Em fornos do tipo AZBE, um dos
mais difundidos, emprega-se o gás obtido através
da gaseificação da lenha, chamado “gás pobre”,
devido ao seu baixo poder calorífico.
Muitas indústrias deste setor, não empregam
procedimentos adequados para o controle da
combustão e das perdas de calor no processo de
calcinação e a queima nos fornos é realizada de
forma empírica, baseado na experiência
operacional dos técnicos sem um sistema
adequado de controle de temperatura, da qualidade
do combustível ou dos parâmetros operacionais.
Um forno de cal é praticamente um reator de quatro
estágios onde ocorre a secagem, aquecimento,
calcinação e resfriamento.
A má realização desse processo, ocasiona um produto
não adequado ou fora de especificação, além de
aumentar o consumo de combustível e os custos de
produção. O emprego de métodos de análise de
combustão e de seus parâmetros ajudam a aprimorar o
controle da queima nos fornos e a melhorar resultados.
Aenergiadoscombustíveis
O poder calorífico de um combustível é definido como
a quantidade de calor desprendido pela combustão
completa do combustível, assim sendo, quando você
compra um combustível, você compra energia. Além
de suas características caloríficas, deve-se atentar,
também, para sua disponibilidade, facilidade, custo e
impacto ambiental.
O uso eficiente dos combustíveis, como o controle de
suas propriedades físico-químicas e de todo o sistema
de queima é muito importante, para se alcançar bons
rendimentos. Medir o desempenho da combustão, não
é só controlar o seu consumo por tonelada de cal
produzida, mas a eficiência com que isto foi
conseguida, pois parte das calorias desprendidas numa
combustão podem estar sendo desperdiçadas por
problemas de falta ou excesso de ar, má atomização ou
mistura na fornalha, umidade excessiva da biomassa ou
ainda impurezas presentes no combustível, entre
outros fatores, sem levarmos em consideração as
nuances de cada tipo de forno/processo/material.
Principais combustíveis utilizados em fornos
Combustível Poder calorífico
Inferior - PCI
Óleo BPF 9.500 kcal/kg
Óleo de Xisto 9.700 kcal/kg
Carvão vegetal 7.500 kcal/kg
Madeira (40% umid) 2.500 kcal/kh
Coque de petróleo 8.200 kcal/kg
Gás natural 8.600 kcal/Nm³
Gás pobre (lenha)* 980kcal/Nm³
Nota: (*) Gás gerado através da gaseificação da madeira .
Combustão Industrial
Obtendo melhor rendimento em fornos de calcinação de cal
Novas tecnologias para o controle de combustão.
Informativo Técnico
Infotec 027 Março/2020
Combustível
Combustível
Saída gases
Alimentação
Descarregamento
gases
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2. Condiçõesnecessárias paraqueimaeficiente
decombustíveis
Reações de combustão são reações químicas que
envolvem a oxidação completa de um combustível
compostos por carbono, hidrogênio e enxofre.
A quantidade de calor liberado vai depender das
condições em que a combustão é realizada e do tipo
de combustível.
A combustão completa é obtida quando os
elementos químicos componentes do combustível
são oxidados completamente para o seu mais baixo
potencial químico, portanto, C, H, S são oxidados
respectivamente para CO2, H2O e SO2.
Para que haja combustão completa é necessário
reunir algumas condições especiais, a saber:
. temperatura suficiente para correr a reação
dos componentes do combustível
. tempo de permanência dos reagentes nesta
temperatura
. turbulência (contato físico) entre o
combustível e o oxidante (ar)
De acordo com o tipo de combustível, temos um
certo número de parâmetros a serem controlados.
A combustão de um combustível líquido ocorre na
fase gasosa, quando este é atomizado em finíssimas
gotículas. Parâmetros de controle como a pressão
do óleo, temperaturas e tipo de queimador,
influenciam na queima.
A combustão de um combustível sólido ocorre em
várias etapas, primeiro a água deve ser liberada,
fase da secagem, depois há o desprendimento dos
voláteis - destilação, acompanhada da fase de
pirólise até a redução do carvão formando as cinzas.
Fatores como o tamanho/granulometria, umidade,
impurezas e o tipo de sistema de queima (se em
grelha, suspensão ou pulverizado) influenciam no
seu rendimento.
A produção de um quilograma de cal, o tipo de
forno e de combustível influi nas necessidades de
calor. Segundo dados da ABPC – Associação
Brasileira dos Produtores de Cal /MME (2007), a
média do consumo específico estaria em 4,296 GJ/t
de cal produzida, números estes que devem ser
atualizados para estudos e tomada de decisões.
Ar:elementochaveparamelhoraroconsumo
Qualquer combustível requer de acordo com sua
composição, uma quantidade específica e
calculável de ar para uma combustão completa.
Menos do que essa quantidade gera perdas por
combustível não queimado e, com muito excesso
de ar ocorre perdas de calor nos gases com
redução da temperatura de chama.
Para garantir o contato entre o combustível e ar é
utilizado, na prática um excesso de ar. O excesso
de ar deve ser maior quanto mais difícil for o
contato e mistura entre o combustível. Assim,
maior será o excesso de ar para combustíveis
sólidos e mais reduzido para combustíveis líquidos
e menos ainda para combustíveis gasosos.
A análise química dos produtos de combustão nos
permite determinar o excesso de ar empregado e é
um meio útil e confiável para controle do
processo de combustão.
Volumes* de ar aplicados para combustão
estequiométrica de alguns combustíveis:
Óleos combustíveis 12,5 Nm3
/kg
Gás Natural – 9,8 Nm³/Nm³
GLP – 12,3 Nm³/kg
Lenha úmida - 5,6 Nm³/kg
(*) Pode variar em função da
composição do combustível
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3. Analisar os gases da combustão permite
melhorarorendimentodaqueima
A observação da chama, da fornalha e da chaminé é
muito importante para que o operador possa ter o
comando do fogo, no entanto, para determinar o
excesso de ar aplicado, determinar se a proporção
do ar/combustível está correta ou se há formação de
combustível não queimado é necessário a análise
do O2 (oxigênio) e do CO (monóxido de carbono)
nos gases da combustão.
Em fornos de calcinação de cal, já ocorre uma
liberação natural de CO2, portanto, a determinação
dos teores de O2 e de CO são mais significativas
para se determinar o excesso de ar aplicado na
queima.
Melhoreosparâmetrosdacombustão
Os melhores parâmetros da combustão são aqueles
onde a queima possa ser completa com baixo
excesso de ar, sem formação de fumaça escura e
chama limpa (sem fagulhas).
Excessos de ar de até 60% para biomassas e até
40% para óleos pesados são satisfatórios. O CO
indica combustão incompleta, teores inferiores a
500 ppm para biomassa e de 100 ppm para óleos
pesados são valores e indicam mistura adequada do
ar com o combustível. Estes valores podem variar
dependendo do tipo de fornalha/queimador,
temperaturas, pressões e velocidade dos gases.
Eficiênciadacombustãopodesermedida
O principal objetivo da queima de um combustível é o
aproveitamento de energia, seja qual for o processo, a
energia introduzida ao sistema na forma do poder
calorífico do combustível é transformado em calor útil
e perdas de calor conforme a equação:
Qu=  E 1 -  perdas
Onde :
Qu: energia útil produzida
E1: energia total que entra
 perdas: soma de todas as perdas de calor e
energia na operação do sistema.
As perdas são aquelas devido ao excesso de ar, perdas
por calor sensível nos gases, perdas por incombustos,
radiação térmica, entre outras. Portanto, é obvio que a
redução das perdas aumenta o aproveitamento da
energia do combustível.
Determinar asperdasparareduziroconsumo
A principal perda de calor em equipamentos de
combustão está contida no calor arrastado pelos
produtos de combustão e dispersados na atmosfera.
Outras perdas são as perdas de calor através das
paredes dos equipamentos, o calor sensível de cinzas
caídas no cinzeiro de combustores de sólidos, a
radiação através de frestas e portas de fornalhas, e
diversas outras inerentes a cada tipo de equipamento.
Pela análise da combustão podemos conhecer as perdas
de calor e consequentemente de combustível em um
processo.
Analisador de gases Optima 7
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Eficiência de combustão x % excesso de ar

4. Fornos a biomassa necessitam
controlar sua umidade
A queima de biomassa (madeira em toras ou
triturada – cavaco) em fornos requer o controle de
muitas variáveis, e uma das mais importantes é a
sua umidade, que está ligada diretamente ao seu
conteúdo energético.
A energia contida por volume de combustível pode
variar de maneira significativa (kcal/kg), esta
variação é devida à umidade. Variações bruscas de
umidade e impurezas minerais na biomassa afetam
a performance de queima e aumenta o consumo
específico em um forno.
A madeira seca , apresenta poder calorífico
superior de aproximadamente 4.600 kcal/kg,
enquanto que, com 50% de umidade o poder
calorífico cai para 2.400 kcal/kg. Isto significa que,
do ponto de vista de eficiência energética, se a
queima for realizada com 50% de umidade,
teremos somente 52% de toda energia aproveitada.
Para determinar a umidade da madeira emprega-se o
método por pesagem e secagem de uma pequena
amostra em estufa. A secagem é feita lentamente em
estufa com temperatura controlada entre 103ºC a
105ºC e a demora de um resultado implica no
rendimento da queima, pois você precisa de uma
informação em tempo real para tomar ações de
ajustes no sistema e evitar o desperdício de
combustível.
Novo método para medição de umidade em toras de
madeira faz leitura instantânea.
:
Evitar a alta umidade melhora o PCU
Outros instrumentos importantes que pode
ajudá-lo no diagnóstico da combustão:
.
Nota: Nossos informativos tem o objetivo de difundir
conhecimentos e as boas práticas de engenharia para o controle da
combustão, melhoria da eficiência térmica e das emissões.
Infotec – Ed. Mar/2020
Medidor de umidade M-75 Marrari,
determina umidade de biomassas, cavaco,
serragem, cascas, bagaço de cana e
determina o PCU – poder calorífico útil.
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Medidor Umilog-65, portátil para medir umidade
em toras,utiliza sonda para medida interna na tora.
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medir altas temperaturas
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