Poluição do ar de caldeiras a vapor

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A poluição do ar sempre foi uma séria preocupação ambiental. A combustão de combustíveis, principalmente em caldeiras de usinas de energia, fornece a maior parte das necessidades energéticas da Terra. Apesar de liberar calor útil para gerar energia, há subprodutos indesejados que emanam do processo, que são os gases de chaminé. Normalmente, os subprodutos indesejados, também conhecidos como poluentes, estão na forma gasosa ou em partículas. Os poluentes gasosos são dióxido de enxofre, vários óxidos de nitrogênio (NOx) e monóxido de carbono. As matérias particuladas podem ser feitas de hidrocarbonetos não queimados, fuligem e partículas. A má qualidade do ar também é medida em termos de dióxido de enxofre, óxido de nitrogênio e partículas.

Do ponto de vista da operação da caldeira a vapor, o controle da poluição do ar é motivado principalmente pela exigência legal, conforme previsto em portarias e regulamentações estatutárias. Por exemplo, os limites de fumaça preta permitidos são o gráfico de Ringlemann nº 2 para combustível sólido e o gráfico de Ringlemann nº 1 para outras caldeiras de combustível, enquanto a concentração de material particulado na emissão de gases de combustão é limitada a 0,4 g/Nm3 com base na amostragem isocinética da chaminé . Para emissão de fumaça preta, de acordo com as portarias, o período permitido para exceder ambos os padrões é de 5 minutos em qualquer hora ou 15 minutos em qualquer 24 horas.

A maior parte do dióxido de enxofre é formado a partir do enxofre no combustível, portanto, o combustível sólido, especialmente o carvão, geralmente produz níveis mais altos de dióxido de enxofre do que o óleo. O gás natural fornece o nível mais baixo para condições de forno comparáveis. O dióxido de enxofre é o poluente do ar mais prejudicial produzido pela combustão da caldeira porque é a principal fonte de chuva ácida. Com base na legislação, a concentração ambiente permitida para dióxido de enxofre é de 0,03 ppm em média anual. O dióxido de enxofre reage com a umidade do ar para formar ácido sulfúrico, que é a fonte da chuva ácida. A chuva ácida pode ser extremamente prejudicial para a flora e a fauna. A chuva ácida afeta a vida aquática devido à acidificação de lagos e rios, prejudica os ecossistemas, prejudica os seres humanos aumentando a toxicidade no ar e dificulta o crescimento de culturas e vegetação aumentando a toxicidade no solo. A chuva ácida também deteriora materiais de construção e tintas. O dióxido de enxofre agrava asma, tosse, bronquite e doenças do peito.

Existem dois controles principais de mitigação para reduzir o dióxido de enxofre na emissão de gases de combustão, que são a redução ou remoção pré-combustão na fonte e a redução ou remoção pós-combustão do gás de combustão. A redução da pré-combustão inclui o uso de combustível com baixo teor de enxofre, como o gás natural, que pode reduzir o enxofre a quase zero, e a dessulfurização. Hoje em dia, muitas usinas têm usina de dessulfuração, ou De-SOx, para limpar o enxofre do carvão antes da combustão. As usinas De-SOx, também conhecidas como depuradores, usam calcário para absorver o gás sulfuroso, reduzindo o teor de enxofre do carvão pré-combustão em 80%, que é de 1,78% a 0,4% no carvão com alto teor de enxofre. A abordagem de pós-combustão inclui lavagem úmida ou seca, que contata a pasta de calcário sorvente com dióxido de enxofre no gás de combustão em um reator, produzindo gesso sintético que é um componente do drywall.

Embora o nitrogênio no ar de combustão seja essencialmente inerte, em alta temperatura por um período de tempo finito ele se combina com o oxigênio para formar NOx (vários óxidos de nitrogênio). A concentração ambiente permitida para NOx é de 0,053 ppm em média anual. O óxido de nitrogênio ajuda na formação da chuva ácida, mas é a principal fonte de smog fotoquímico. Também esgota a camada de ozônio e pode contribuir para o aquecimento global. Para a saúde humana, o óxido de nitrogênio pode causar tosse, dor de garganta e doenças cardiovasculares.

Existem muitos tipos de controles para minimizar o NOx, que incluem ajuste do excesso de ar e padrão de chama no forno, combustão escalonada para retardar a combustão e reduzir o fluxo de calor, recirculação de gases de combustão, requeima e uso de queimadores de baixo NOx. Os queimadores de baixo NOx tentam diminuir tanto as temperaturas de pico quanto o tempo que o nitrogênio passa em temperaturas mais altas, reduzindo assim as emissões de NOx em 50%. A caldeira a carvão de leito fluidizado, caracterizada pela combustão em baixa temperatura, tornou-se uma solução popular na redução da emissão de dióxido de enxofre e NOx para a atmosfera. Também possui dessulfurização em forno, pois o calcário utilizado como material do leito pode absorver mais de 90% do enxofre liberado durante o processo de combustão.

O combustível não queimado, na forma de fuligem ou pó de carbono, ou na forma de monóxido de carbono, também contribui com potenciais poluentes significativos. Os produtos combustíveis não queimados são mais prevalentes com carvão e óleos pesados ​​do que com óleo leve e gás natural. A formação de monóxido de carbono depende da temperatura e do excesso de ar. As misturas ricas em combustível aumentam o nível de monóxido de carbono devido ao oxigênio insuficiente para a combustão completa. Portanto, regular o excesso de ar é crucial para evitar má combustão e combustível não queimado. Normalmente, a concentração ambiente permitida para monóxido de carbono é de 9 ppm em média de oito horas. O monóxido de carbono é um gás altamente venenoso. O monóxido de carbono absorvido pelos pulmões prejudica as capacidades físicas e mentais ao reduzir a absorção de oxigênio pela hemoglobina que afeta o sistema nervoso. Para atingir o padrão ambiental para materiais particulados, a fuligem e o pó de carbono são removidos do gás de exaustão por meios mecânicos, como sacos de filtro, lavadores úmidos e multiciclones.

A emissão de dióxido de enxofre e dióxido de nitrogênio deve ser uma questão global contínua a ser abordada na emissão de caldeiras, uma vez que o carvão é amplamente utilizado em caldeiras de usinas de energia agora e nos próximos anos, desde que seja barato e abundante.



Source by Hisham Hashim

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