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CO-INCINERAÇÃO
Valorização
dos resíduos incineráveis nos fornos de cimento nacionais,
dependente de estudos ainda em curso.
Co-incineração em Cimenteiras
Funcionamento
de uma Cimenteira; Breve descrição do processo
O
cimento é um material existente na forma de um pó fino, com dimensões
médias da ordem dos 50 µm, que resulta da mistura de clinquer com
outras substâncias, tais como o gesso, ou escórias siliciosas, em
quantidades que dependem do tipo de aplicação e das características
procuradas para o cimento. O cimento normal é formado por
aproximadamente 96% de clinquer e 4% de gesso. O clinquer, o
principal constituinte do cimento, é produzido por transformação
térmica a elevada temperatura em fornos apropriados, de uma mistura
de material rochoso contendo aproximadamente 80% de carbonato de cálcio
(CaCO3), 15% de dióxido de silício (SiO2), 3% de óxido de alumínio
(Al2O3) e quantidades menores de outros constituintes, como o ferro,
o enxofre, etc. Estes materiais são normalmente escavados em
pedreiras de calcário, ou margas, localizadas nas proximidades dos
fornos de produção do clinquer.
A
matéria prima é misturada e moída finamente, e submetida a um
processo de aquecimento que leva à produção final do clinquer.
Entre
temperaturas de 500-900 ºC procede-se à descarbonatação do
material calcário, que consiste na calcinação, com produção de oxido de cálcio (OCa) e libertação
de CO2 gasoso. A temperaturas entre os 850 e os 1250 ºC dá-se a sinterização,
reacção entre o óxido de cálcio e as substâncias
silico-aluminosas, com a formação do produto final o clinquer,
constituído por silicatos di-cálcicos (2CaO.SiO2), aluminatos
tri-cálcicos (3CaO.Al2O3) e ferro-aluminatos tetra cálcicos
(4CaO.Al2O3.Fe2O3).
A
temperatura na zona perto da saída do clinquer pode atingir os 2000
ºC, na chama do queimador.
Existem
dois tipos principais de instalações de produção de clinquer:
por via húmida e por via seca. Nas unidades de via húmida a matéria
prima é moída juntamente com água sendo fornecida ao forno na
forma de lama ou pasta. Os fornos de via seca não usam água para
moer a matéria prima e esta é fornecida ao forno na forma de um pó
fino, a farinha.
Tendo
em conta que em Portugal todas as cimenteiras funcionam com fornos
por via seca iremos referir-nos somente a este tipo de instalações.
Nos
sistemas por via seca a matéria prima, proveniente normalmente de
pedreiras locais, é primeiro moída grosseiramente e misturada com
outros materiais trazidos do exterior, como areia, minério de
ferro, argila, alumina, cinzas de Centrais Térmicas, etc., de modo
a obter uma composição optimizada para a produção de clinquer. A
matéria prima é em seguida moída finamente em moinhos de cru de vários
tipos. Em muitos processos os próprios gases de combustão servem
para separar e arrastar o material já moído, a farinha,
conduzindo-o para sistemas de separação e despoeiramento, sendo os
gases expelidos para o exterior, pela chaminé, e a matéria prima
conduzida ao forno para tratamento térmico.
O
clinquer arrefecido é armazenado em depósitos de grandes dimensões
e posteriormente moído em moinhos onde se juntam os aditivos, como
o gesso e outros.
A
energia necessária à
secagem, calcinação e sinterização do clinquer é obtida pela
queima de uma variedade de combustíveis, dos quais os mais comuns
no presente em Portugal são o carvão mineral e o coque de petróleo
(pet-coque). Outros combustíveis também usados na Europa são o
fuel, o gás natural e combustíveis alternativos como pneus usados,
papel velho, resíduos de madeira etc. Uma fracção importante da
energia térmica libertada na combustão é utilizada para a
descarbonatação do calcário, que é uma reacção endotérmica.
Assim uma tonelada de clinquer necessita de um mínimo de 1700-1800
MJ.
No
forno rotativo principal existem assim pelo menos duas zonas, uma
inicial de calcinação e
outra final de sinterização.
Os gases resultantes da combustão têm nestes fornos tempos de
residência de 4-6 segundos a temperaturas acima dos 1200 ºC,
saindo pela chaminé com valores da ordem dos 150-250 ºC.
Para
evitar fugas de material
e produtos de combustão ao longo do sistema, toda a linha funciona
em subpressão, sendo o
movimento dos fluidos gasosos efectuado pelo vácuo gerado por
ventiladores colocados na parte inicial da linha, imediatamente
antes da chaminé.
Co-incineração
em cimenteiras
Fig.6 - Processo de incineração
Os
fornos de cimento reúnem algumas características que os recomendam
como possíveis instalações para a eliminação de resíduos
perigosos, principalmente se esses resíduos forem combustíveis e
puderem ser destruídos por reacção com o oxigénio
atmosférico.
Dado o seu carácter perigoso a queima destes resíduos tem de ser
efectuada de modo que a sua remoção e destruição (DRE-
Destruction and Removal Efficiency) seja elevada. Usualmente as
Normas para o tratamento térmico de resíduos perigosos impõem DRE
melhores que 99,99% (ou 99,9999% para dioxinas/furanos).
Os
gases no forno de clinquer atingem temperaturas máximas de 2000
ºC no queimador principal e permanecem a temperaturas acima dos
1200 ºC por períodos de 4-6 segundos. Por sua vez o clinquer sai
do forno a temperaturas a ordem dos 1450 ºC. Estas temperaturas
são das mais elevadas encontradas em qualquer processo industrial e
o tempo de residência dos gases a alta temperatura é também
bastante superior ao conseguido noutros processos de combustão
alternativos, como a incineração dedicada. Assim um forno de
clinquer é um local com condições óptimas para uma queima ou
destruição eficaz de qualquer resíduo orgânico que se possa
oxidar/decompor com a temperatura.
Fig.7 - Resíduos Industriais produzidos por
distrito
Devido
à quantidade elevada de matéria prima existente no interior do
forno este tem uma inércia térmica superior ao de muitas outras
instalações industriais a alta temperatura. Nos fornos de cimento
as variações de temperatura são lentas e mais facilmente controláveis.
Esta característica é vantajosa quando se queimam substâncias com
composição e poder calorífico variável como são os resíduos
industriais.
É necessário tomar algumas precauções em relação ao modo como
o material é adicionado ao forno. O local de injecção mais
apropriado é o queimador principal junto à saída do clinquer,
porque nestas condições a temperatura e o tempo de residência são
maximizados. Substâncias líquidas ou sólidos triturados são
normalmente queimados neste ponto do forno.
Os resíduos têm de chegar à unidade fabril com uma composição
conhecida e com uma uniformidade em composição e granulometria
especificada. Por
conseguinte, às modificações efectuadas no interior da unidade
fabril, deve ser acrescentada a necessidade de instalações,
normalmente externas, de recepção, filtragem, análise e
acondicionamento do resíduo.
Resumindo,
a co-incineração em cimenteiras apresenta as seguintes vantagens:
- Altas temperaturas e longos tempos de residência: mais de
5" > 1800 °C
- Elevado índice de destruição: Orgânicos totalmente
destruídos; Metais incorporados e fixados no produto final.
- Processo com auto-lavagem de gases: A cal representa >
60% em massa
- Dupla valorização de produtos orgânicos e minerais
- Alta eficiência e Recuperação: total 1 MJ resíduo = 1 Mj
fuel tradicional
- Redução das emissões globais: CO2 global é reduzido
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