b6 artigo 02 termeletrica

7/23/2019 B6 ARTIGO 02 Termeletrica

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1Química, Mestre2Engenheiro Elétrico

TRATAMENTO DOS EFLUENTES ATMOSFÉRICOS DA UTECHARQUEADAS

Rita Clarice Machado Tissot & Rodrigo Lopes MisselTRACTEBEL ENERGIA S.A.

E-mail: [email protected] & [email protected]

RESUMO

O objetivo deste trabalho é apresentar a experiência da TRACTEBEL, no equacionamento dos efeitosambientais relativos as emissões atmosféricas da Usina Termelétrica Charqueadas, movida a carvão energéticonacional com expressivas reservas localizadas na região sul do país.

PALAVRAS-CHAVE: Termeletricidade, Emissões, Particulados, Filtros, Dessulfurização.

1. INTRODUÇÃO:

A Usina Termelétrica Charqueadas (UTCH), situa-se à margem direita do rio Jacuí, nomunicípio de Charqueadas, Rio Grande do Sul, é constituída de 04 grupos geradores de 18MW com capacidade total instalada de 72 MW.

O carvão utilizado no processo de geração termelétrica na UTCH tem alto teor decinzas (53%), poder calorífico de 3.100 kg/kcal, umidade em torno de 15% e teor de enxofrevariável entre 0,8 e 1,3%.

2. FONTES DE POLUIÇÃO EM TERMELÉTRICAS:

Os efluentes de termelétricas, de interesse para o meio ambiente podem serclassificados como aéreos, líquidos e sólidos.

2.1 Efluentes aéreos

Os efluentes aéreos são aqueles constituídos de gases e material particulado, gerados no processo de combustão de uma usina termelétrica, e com possibilidade de descarga naatmosfera.

2.1.1 Material particulado (MP)

Durante a combustão, o percentual de material particulado arrastado pelo fluxo de gás,recebe a denominação de cinza leve (fly-ash). A maior parte desta cinza é retida pelo

precipitador eletrostático ou filtro de mangas e uma pequena fração é direcionada à chaminéou ao dessulfurizador de gases (casos onde há lavadores de gases instalados). Nem todas ascinzas são volantes: parte delas fica no fundo da caldeira, sendo chamadas de cinzas residuaisou pesadas (bottom-ash), e dessa forma não integram os efluentes aéreos.



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2.1.2 Óxidos de Enxofre (SOx)

O enxofre existente no carvão transforma-se em óxidos de enxofre durante acombustão, principalmente dióxido de enxofre (SO2). Na atmosfera o SO2 volta a se oxidar

dando origem a sulfatos e ao ácido sulfúrico, este sob forma de gotículas. Dependendo daconcentração, tais compostos podem ser responsáveis pelo surgimento de chuvas ácidas ediminuição da visibilidade.

2.1.3 Óxidos de Nitrogênio (NOx)

São formados durante a combustão, dependendo da temperatura, da forma decombustão e do tipo de queimadores das caldeiras. Esses óxidos aparecem principalmente soba forma de monóxido e dióxido de nitrogênio (NO e NO2), sendo tidos como co-responsáveis

pela acidez das chuvas em locais de elevada concentração.

Sua principal origem é no ar de combustão.

2.1.4 Elementos menores

São emitidos, junto com os gases, uma série de elementos menores que podem estar presentes no combustível, geralmente em baixíssimas concentrações cujos efeitos são ainda pouco estudados.

Já foi constatada a presença de cobalto, cromo, flúor, mercúrio, chumbo, arsênio, berílio, níquel, cádmio, alumínio e zinco no carvão sul-brasileiro, o que não chega a diferir de

forma expressiva da situação vigente de outros tipos de carvão existentes e utilizadosmundialmente.

2.2 Efluentes Líquidos

Durante a operação de termelétricas a carvão são gerados uma série de efluenteslíquidos, conforme descrito a seguir:

2.2.1 Efluentes da drenagem do estoque de carvão

A ação da chuva sobre os estoques de carvão ao ar livre oxida a pirita presente

(composto de ferro e enxofre), gerando uma drenagem altamente poluidora, com elevadosteores de sólidos em suspensão e baixo pH, o que favorece a lixiviação (dissolução) doselementos menores associados ao carvão.

2.2.2 Efluentes do arraste mecânico ou hidráulico e da disposição das cinzas

Quando utilizado o arraste hidráulico para extrair as cinzas de fundo da caldeira, a águautilizada nesse processo deve ser tratada adequadamente ou pode se constituir em outroefluente poluidor.

A disposição de cinzas em aterros também apresenta potencial poluidor, pois as cinzastanto podem ser arrastadas pelas águas superficiais, quanto lixiviadas pela água da chuva



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percolada, arrastando para o lençol freático, substâncias eventualmente tóxicas que por essemeio podem atingir os mananciais de abastecimento rural ou urbano.

2.2.3 Efluente do sistema de refrigeração

O sistema de refrigeração tem por finalidade resfriar e condensar o vapor provenientedas turbinas. Trata-se de um circuito paralelo independente do sistema de vapor, e que retiracalor deste e entrega – o ao meio ambiente, gerando efeitos térmicos em grau variado. Ossistemas de refrigeração podem utilizar a água apenas uma vez e descartá-la (circuito aberto)ou recircular o fluido refrigerante que entregará calor à atmosfera numa torre de refrigeraçãoseca ou úmida (circuito fechado).

No caso de água não recirculada, a composição química é praticamente igual à águacaptada, com exceção de biocidas eventualmente utilizados, destinados a controlar ocrescimento de algas e limo nos tubos do condensador, prejudiciais a troca térmica. O biocidamais utilizado é o cloro.

2.2.4 Efluente do sistema de tratamento de água

As termelétricas necessitam de água tratada para sua operação, sendo que a águautilizada para a produção de vapor é desmineralizada. As impurezas concentradas, retiradas daágua durante o tratamento também são objeto de atenção, bem como os produtos que intervêmno processo regenerativo dos trocadores iônicos da desmineralização.

2.2.5 Demais efluentes

São constituídos pelas purgas eventuais de caldeira, limpeza de equipamentos,drenagem pluvial e esgotos sanitários.

2.3 Resíduos sólidos

Os resíduos sólidos são constituídos principalmente pelas cinzas, além de outrosresíduos mencionados a seguir.

2.3.1 Cinzas

Conforme citado anteriormente, ao tratar-se dos efluentes aéreos, o resíduo do processode combustão pode formar dois tipos de cinzas:

Cinzas leves ou volantes e cinzas pesadas. As cinzas podem ser removidas por viahidráulica (cinza pesada) e pneumática (cinza leve) para o local de disposição, o que deve ser

projetado de maneira a permitir o confinamento e evitar a lixiviação de circunstanciaiselementos tóxicos presentes nas mesmas.

2.3.2 Emissões fugitivas

A ação do vento nas pilhas de carvão e depósitos de cinzas pode gerar emissões de

poeiras.



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3. O SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA

As usinas térmicas são constituídas basicamente de três elementos principais: caldeira,turbina e alternador. A caldeira é o equipamento característico de uma usina térmica a vapor,

sendo constituída por um trocador de calor complexo que, aproveitando a energia térmicaliberada pela queima do combustível (carvão mineral) em sua câmara de combustão, eleva atemperatura da água em seu interior gerando vapor a alta temperatura e pressão.

A turbina é uma máquina térmica rotativa que transforma a energia potencial do vapor(pressão) produzido na caldeira em energia mecânica (rotação) a ser transferida ao alternador

por intermédio da energia cinética (velocidade).O alternador produz a energia elétrica pela transformação da energia mecânica recebida

da turbina por meio do eixo de acoplamento. A transformação de energia mecânica em energiaelétrica se faz por meio de ações eletromagnéticas entre o campo magnético do rotor e ocircuito elétrico induzido (estator).

3.1 Descrição do sistema de controle de emissões existente até dezembro de 2009

O carvão (proveniente de minas da região próxima a UTCH) sofre um processo deuniformização de suas características físico-químicas antes de ser transportado para a usinaPor correias transportadoras é conduzido para um alimentador mecânico ao sistema de moagemsendo insuflado com ar para a fornalha, onde ocorre a queima.

Resultante do processo de combustão, a cinza leve e pesada são produzidas em proporção de aproximadamente 70% e 30%, respectivamente. A cinza leve era direcionada aos04 precipitadores eletrostáticos (instalados em 1987) e a cinza remanescente dos precipitadores(aproximadamente 1,0 a 1,5%) constituía as emissões aéreas que eram emitidas pela chaminé.

A cinza leve captada nos precipitadores eletrostáticos é direcionada pneumaticamenteaos silos de cinza seca e comercializadas com a indústria cimenteira. A cinza pesada, proveniente do fundo da caldeira, é retirada por uma correia transportadora com talas dearraste, que por sua vez, alimenta um conjunto de correias transportadoras, operando em série,até a descarga na área de depósito de cinza pesada.

Do local de depósito, a cinza é posteriormente transportada para disposição final nascavas da mina de carvão ou comercialização com a indústria cimenteira.

4 ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS DE CONTROLE AMBIENTAL

Os principais poluentes emitidos por plantas alimentadas a carvão são o dióxido deenxofre e o material particulado. Para estas plantas e outras fontes estacionárias, existemdiversos métodos gerais ou filosofias para se atingir as metas de qualidade do ar e emissões.

Estes métodos são:- Utilização de combustíveis com baixo teor de enxofre e/ou cinzas;- Remoção do enxofre do combustível antes da queima;- Remoção dos particulados e óxidos de enxofre dos gases de combustão após a combustão;- Diluição dos gases efluentes por meio de uso de chaminés altas e dos processos atmosféricosnaturais de dispersão.



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Atualmente, a concepção dos projetos de usinas termelétricas apresenta melhoriassignificativas, com o objetivo de minimização do impacto ambiental na área de influênciadestas plantas.

Visando adotar tecnologia para redução do impacto ambiental da Usina de

Charqueadas, a TBLE optou pela substituição dos precipitadores eletrostáticos por filtros demangas para controle de material particulado e para redução das emissões de SO2 aimplantação de lavador de gás

4.1 Precipitadores Eletrostáticos

Os precipitadores eletrostáticos são equipamentos instalados para separar as partículassólidas dos gases provenientes de processos industriais, promovendo a remoção do material

particulado em suspensão. Para isso, o princípio de funcionamento envolve a ionização das partículas por meio da constituição de um campo elétrico na região entre as placas de captação.A partícula ionizada é direcionada para estas placas, que estão conectadas à terra, e,

posteriormente removida desta por batimentos e conduzida para fora do equipamento.A principal variável que influi na eficiência dos precipitadores é a resistividade das

cinzas a serem captadas. De maneira geral, pode-se afirmar que para cinzas com resistividademenor que 1012 ohm-cm, é recomendável o uso de precipitadores eletrostáticos e para cinzascom resistividade maior que 1014 ohm-cm, é recomendável o uso de filtros de mangas. Paravalores intermediários de resistividade, o assunto requer estudo comparativo entre as duassoluções.

A eficiência obtida em precipitadores eletrostáticos depende, além das particularidadesdo próprio equipamento, das características das cinzas volantes e, por conseqüência, docombustível queimado. A grande maioria destes equipamentos opera na faixa de eficiência de

90 a 99,8%, havendo unidades em aplicações específicas nos EUA com eficiência superior aesta.O tamanho do equipamento e, conseqüentemente, seu custo cresce exponencialmente

com a eficiência a ser obtida. Da mesma forma, o tamanho e custo crescem significativamentecom o aumento do teor de cinzas no combustível utilizado.

4.2 Filtros de Mangas FM ou FF (Fabric Filter)

O princípio básico de funcionamento dos filtros de mangas é bastante simples, os gasesde combustão passam em um compartimento onde há uma determinada quantidade de mangas.A eficiência de remoção das cinzas é elevada, atingindo valores acima de 99,9%.

A adequação da UTCH foi realizada mediante a adaptação da parte interna dos precipitadores eletrostáticos, transformando-os em filtros de mangas. A estrutura externaexistente foi totalmente aproveitada, incluindo tremonhas, válvulas rotativas e sistema deextração de cinzas.

As mangas filtrantes com fixação por banda de aço mola foram instaladas de modo agarantir uma perfeita vedação manga-espelho, sem a necessidade de múltiplas peças,facilitando a instalação e manutenção.

As mangas filtrantes (de dupla densidade – GL057) confeccionadas em fibra de vidrode 18 oz. pela GE Energy conta com fios texturizados resultando em aumento da eficiência defiltragem e facilitando a liberação do excesso de pó durante os ciclos de limpeza.



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Essas mangas estão montadas em gaiolas de arame rígido de 3mm proporcionando umsuporte adicional que as mangas de fibra de vidro exigem, reduzindo sua dobra sobre os aramese prolongando sua durabilidade.

Os ciclos de limpeza de cada filtro de mangas é controlado por um sistema “pulse-on-

demand”, que utiliza como parâmetro principal a perda de carga medida entre os lados sujo elimpo do filtro de mangas, com um intervalo mínimo entre as sopragens (necessário para a

pressurização dos barrilhetes), mantendo dessa forma uma alta eficiência de filtração de particulados.

Cada unidade da Usina foi equipada com filtros de 1.440 mangas, número projetado para manter o nível das emissões 50% menor do que os resultados obtidos na precipitaçãoeletrostática, tecnologia anteriormente adotada na UTCH.

Os testes iniciais demonstraram uma redução das emissões em percentuais superiores aisso, a Usina está operando desde 01-12-09 com uma emissão de material particulado abaixode 40 mg/Nm3, o que representa uma diminuição da ordem de 8 a 10 vezes em relação aos

precipitadores eletrostáticos, mudança que pode ser observada visualmente na chaminé.Atualmente todas as unidades da UTCH estão operando com filtros de mangas.

4.3 Lavador de Gases para reduzir a emissão de SO2 - oriundos da combustão do carvão

A dessulfurização por via úmida é uma tecnologia largamente empregada no mundotodo para controle da emissão de SO2 – dióxido de enxofre. A neutralização do SOx por meiode um processo químico, que se baseia na injeção de reagentes básicos pode ser realizadautilizando como reagente materiais alcalinos como: magnésio, amônia ou calcários.

Para o caso da Usina de Charqueadas, em função dos custos e disponibilidade dereagentes na região, foi escolhido o Calcário (CaCO3). Cabe ressaltar que o processo químico

utilizando materiais calcários é o mais utilizado no mundo.Com a entrada de operação do DESOX houve uma redução de 95% das emissões deSO2 da Usina de Charqueadas. Antes da instalação do FGD, a UTCH vinha operando comteores de enxofre no carvão abaixo de 1% com o objetivo de reduzir a emissão de SO2.

5. CARACTERIZAÇÃO DAS EMISSÕES ATMOSFÉRICAS DA UTCH

Com a instalação dos 04 precipitadores em 1987, foi equacionado o problema deemissões atmosféricas que existia desde a implantação da Usina (1962). No entanto a evoluçãoda legislação ambiental, tornando-se mais restritiva, vem conduzindo as empresas à adoção de

medidas corretivas de controle ambiental, por vezes mais onerosa e muitas vezes destinadas aresolver conflitos emergentes.Para a Usina Termelétrica Charqueadas os valores de emissões definidos no

Licenciamento Ambiental, pelo órgão ambiental (FEPAM), tomaram como base um teor de 6%de oxigênio nos gases amostrados:- Material particulado: 80 mg/Nm³;- Dióxido de enxofre: 400 mg/Nm³;- Óxidos de nitrogênio: 550 mg/Nm³;

Padrões de emissão referem-se a quantidades máximas de poluentes do ar que asindústrias podem lançar na atmosfera, medidas nas chaminés. A Resolução CONAMA 008 de

06/12/1990 estabeleceu padrões de emissão para dióxido de enxofre e material particulado para



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fontes fixas cuja combustão seja realizada nos seguintes equipamentos: caldeiras, geradores devapor, centrais para geração de eletricidade, fornos, fornalhas, estufas e secadores para ageração e uso de energia térmica, incineradores e gaseificadores.

6. SELEÇÃO DA ALTERNATIVA PARA ADEQUAR AS EMISSÕES DA UTCH AOSREQUISITOS AMBIENTAIS

Em busca de uma alternativa para reduzir a emissão atmosférica de poluentes, dentre asalternativas estudadas, avaliou-se que a utilização do FGD úmido e Filtros de Mangas eramadequadas pelos seguintes motivos:- Ganhos na cadeia do reagente Calcário moído;- Disponibilidade do reagente existente no Rio Grande do Sul;- Venda do Gesso resultante do processo de neutralização no FGD;- Aproveitamento da estrutura externa dos precipitadores eletrostáticos para a montagem dosFM, e utilização do sistema de extração de cinzas existente;- Sob o ponto de vista técnico e econômico, esta configuração foi a que se mostrou maisinteressante, sendo capaz de atender aos padrões estabelecidos pela FEPAM;- A instalação foi considerada compatível com a área disponível na planta.

6.1 Prazos do Projeto

- 2007-2008 seleção e contratação;- 2008, ago, inicio projeto, 16 meses, previsão término de 2009;

- 2009, nov, primeiro FM em operação, FGD em jul.2010;- O contrato para execução do projeto do novo sistema teve início em agosto de 2008. Otérmino dos serviços e montagem dos quatro Filtros de Mangas e FGD ocorreram em julho de2010;- A empresa investiu um total de 62 milhões de reais na instalação da solução e de melhorias nainfra-estrutura da planta, incluindo a aquisição de novos geradores diesel e automação dediversos sistemas.

6.2 Descrição da soluçãoApós a entrada em operação dos novos sistemas, a Usina de Charqueadas tornou-se

referência em questões ambientais, tendo em vista os novos parâmetros de emissões,comparáveis com patamares europeus.Além disso, as melhorias na infra-estrutura da planta, aumentaram a eficiência de

diversos sistemas e garantiram maior confiabilidade e disponibilidade da unidade.O sistema apresentou nível de eficiência superior aos valores requeridos pelo órgão

ambiental, justificando os investimentos realizados, e comprovando a possibilidade de produzirenergia com combustíveis fósseis de forma eficiente e limpa. Abaixo, segue um resumo dasvariáveis acompanhadas pela FEPAM, e seu valor atual:- Material particulado < 40 mg/Nm³;- Dióxido de enxofre < 200 mg/Nm³;- Óxidos de nitrogênio ~ 500 mg/Nm³;



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Atualmente, o controle do nível de óxidos de nitrogênio tem sido a principal dificuldadeenfrentada pela planta. Porém, este patamar pode ser atingido com o controle do processo decombustão, já que a usina dispõe de medições online no FGD, que disponibilizam os dadosdiretamente no sistema supervisório da sala de comando.

7. MONITORAMENTO EMISSÕES ATMOSFÉRICAS

Além dos mecanismos de controle instalados para redução da emissão de poluentesatmosféricos na UTCH, foi instalado sistema de análise e monitoramento contínuo dos gasesemitidos pela Chaminé/FGD. Este equipamento é denominado CEMS (Continuous EmissionsMonitors).

Esse sistema de monitoramento de emissões gasosas, fabricado pela GE ENERGY,mede de maneira automática e contínua as concentrações de SO2 (dióxido de enxofre), NOx(óxidos de nitrogênio) e CO2 (dióxido de carbono) em tempo real.

Os pontos de medição são transmitidos ao sistema de análise e gerenciamento de dados por meio de canal de comunicação dedicado. Toda a operação do sistema é automática,incluindo a calibração e sincronização. Para a calibração e testes dos instrumentos, utilizam-segases que estão de acordo com os protocolos da EPA.- Environmental Protection Agency (Agencia de Proteção Ambiental dos EUA).

O CEMS instalado e em operação na UTCH, faz parte do sistema de medição, queobtém a amostra diretamente da chaminé por meio de uma sonda de diluição. A amostra édiluída de acordo com uma relação predeterminada, nesse sistema é de 1:100. A amostra de gásdiluída da chaminé é transportada, passando por um medidor de vazão, até os analisadoreslocalizados no compartimento principal do analisador.

Métodos analíticos distintos podem ser utilizados para a quantificação dos componentesdo gás. Deve-se levar em conta na especificação dos equipamentos, tipo de poluente que sedeseja medir, operação e custos. Os analisadores instalados na UTCH e o princípio demedição de cada equipamento são mostrados na tabela 1.

Tabela I - Princípio de Medição dos CEMSPrincípio deMedição

ParâmetroMedido

Fluorescência SO2Quimiluminescente NOxCorrelação de

Filtro de gás(GFC)

CO2

É necessário o controle e acompanhamento das emissões, bem como oacompanhamento da qualidade do ar da região, para que dessa forma seja possível verificar acontribuição da usina na qualidade ambiental do ar da região.



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8. CONCLUSÃO

Embora não se conteste a importância desta usina como fonte de desenvolvimentoregional, os efeitos negativos sobre o meio ambiente tornaram-se uma preocupação constante

da comunidade e da TRACTEBEL.Uma política correta de proteção ambiental inicia pela racionalização da exploração dos

recursos naturais e tratamento dos efluentes resultantes do processo. As usinas termelétricastêm um papel importante a cumprir dentro desse contexto, criando um mercado para oconsumo do carvão existente no sul do país, conjugando tecnologia, economia e meioambiente.

9. REFERÊNCIAS

Tissot, R.C.M. – Tratamento e Recirculação de Efluentes da UTE – Charqueadas XVI – SNPTE -2001GE Energy – Sistema de Monitoramento Contínuo das Emissões – operação e manutenção-

2009Tissot, R.C.M – Estudo da Dispersão de Material Particulado ( PTS) emitida pela UTE – Charqueadas -2010Migliavacca, D.M.- Controle de Emissões por analisadores Contínuos de Chaminé IVCongresso Rio Automação 2007Grupo de Trabalho UTCH - Renato Schimidt Barbosa, Rita Clarice Tissot e Rodrigo LopesMissel;

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