boletim técnico 36 pronto
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36Boletim Técnico
Geol. Dr. Geraldo Mario RohdeClaudomiro de Souza Machado
Julho 2016
QUANTIFICAÇÃO DAS CINZAS DE CARVÃO FÓSSIL
PRODUZIDAS NO BRASIL
GOVERNO DO ESTADO DORIO GRANDE DO SUL
José Ivo SartoriGovernador
Secretaria da Ciência, Inovação e Desenvolvimento Tecnológico
Fábio Oliveira Branco Secretário
Presidente Interino
Rodrigo Martins Saraiva Superintendente de Produção
Anderson Fraga dos SantosSuperintendente de Administração
Marc Richter
Geol. Dr. Geraldo Mario RohdeGeólogo, Doutor em Ciências Ambientais
Pesquisador do Departamento de Geotecnia
Claudomiro de Souza MachadoAuxiliar de Pesquisa do
Departamento de Geotecnia
36BoletimTécnico Julho/2016
Quantificação das Cinzas de Carvão Fóssil Produzidas no Brasil
Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)Bibliotecária Valéria Lucas Frantz
CRB10/1710
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R737q Rohde, Geraldo Mario.
Quantificação das Cinzas de Carvão Fóssil Produzidas no Brasil / Geraldo Mario Rohde, Claudiomiro de Souza Machado. -- Porto Alegre: Cientec, 2016.
40 p. – (Boletim Técnico; 36)
1. Cinzas de Carvão. 2. Uso do Carvão Fóssil. 3. Produção de Cinzas de Carvão. I. Fundação de Ciência e Tecnologia. II. Machado, Claudiomiro de
CDU662.613.11:662.66(81)
Souza. III. Título. IV. Série.
© 2016 – FUNDAÇÃO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIAQualquer parte desta obra poderá ser reproduzida, desde que citada a fonte. Departamento de Informação Tecnológica – DINFORRua Washington Luiz, 675 – CEP. 90010-460Porto Alegre – Rio Grande do Sul – BRASILTel. 0XX(51)3287.2058 – FAX 0XX(51)3287.2059e-mail: [email protected]: www.cientec.rs.gov.br
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RESUMO
Os processos de utilização termelétrica do carvão originam vários resíduos. A matéria mineral associada ao carvão, e que não foi separada daquele no processo de beneficiamento, constitui-se em um material inerte nos processos de gaseificação ou combustão direta do carvão. São as chamadas cinzas e conforme o processo de gaseificação ou combustão do carvão, apresentam-se em diversas formas tais como: escoria, cinzas de fundo e cinzas volantes. Tendo em vista a produção atual de cinzas de carvão do sul do Brasil e a perspectiva, em médio prazo, de uma ampliação significativa desta geração – com carvão brasileiro e com carvões importados, tornou-se necessário realizar a quantificação deste fenômeno.
O Projeto ¨Estudo para a Quantificação das Cinzas de Carvão Mineral Produzidas no Brasil – Projeto CINZABRASIL¨ teve como premissa esta situação e este trabalho apresenta os seus principais resultados.
A partir da quantificação buscam-se os seguintes objetivos:
1 – promover a possibilidade de utilização de um material que tem ampla aplicação em artefatos e estruturas de construção, tais como bases de pavimentos, aterros, blocos, painéis, tijolos, pavers e outros;
2 – reduzir a necessidade da mineração de materiais não metálicos, como brita, areia e argila para uso na construção civil e pavimentação;
3 – equacionamento da logística de armazenamento, reaproveitamento, reciclagem e descarte dos resíduos da conversão termelétrica;
4 – promover o esclarecimento da opinião pública pelo desenvolvimento de informações repassadas à Frente Parlamentar em Defesa do Carvão Mineral Gaúcho;
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5 – fomentar a sustentabilidade da cadeia produtiva do carvão termelétrico.
PALAVRAS-CHAVE: cinzas de carvão no Brasil; conversão termelétrica de carvão; uso industrial do carvão; resíduos sólidos; quantificação da produção de cinzas; mercado de cinzas, ciência orientada por questões.
KEYWORDS: coal ashes in Brazil; coal-fired power plants conversion; industrial use of coal; solid wastes; coal ashes production quantification; coal ashes market, issue driven science.
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1. OBJETIVOS
3. levantamento do cenário atual nos demais estados produtores;
4. quantificação das cinzas de carvão mineral produzidas no Brasil.
Os objetivos básicos do Projeto Estudo para a Quantificação das Cinzas de Carvão Mineral Produzidas no Brasil foram os seguintes:
1. levantamento do cenário atual no Rio Grande do Sul;
2. levantamento do cenário atual em Santa Catarina e Paraná;
Estes objetivos foram divididos em etapas correspondentes e ficaram assim definidas:
ETAPA I – LEVANTAMENTO DE DADOS DA GERAÇÃO DE CINZA NAS TERMELÉTRICAS NO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL – NA REGIÃO DE CANDIOTA
Complexo Termelétrico de Candiota - Fases A, B e C - Candiota
ETAPA II – LEVANTAMENTO DE DADOS DA GERAÇÃO DE CINZA NAS TERMELÉTRICAS NO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL – ÁREA METROPOLITANA
UTE São Jerônimo – CGTEE – São JerônimoUTE Charqueadas- TRACTEBEL – CharqueadasBRASKEM- TriunfoCelulose Rio-grandense – Guaíba
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ETAPA III LEVANTAMENTO DE DADOS DA GERAÇÃO DE CINZA NAS TERMELÉTRICAS NO ESTADO DE SANTA CATARINA E PARANÁ
Complexo Termelétrico Jorge Lacerda A, B e C TRACTEBEL ENERGIA S.A . – Capivari de Baixo
UTE Figueira – Carbonífera do Cambuí – Figueira
ETAPA IV – LEVANTAMENTO DE DADOS DA GERAÇÃO DE CINZA NAS TERMELÉTRICAS NOS DEMAIS ESTADOS DO BRASIL
MaranhãoCeará
2. MÉTODO DE TRABALHO
Para a consecução do Projeto, foram efetuadas as seguintes atividades:
- visitar os locais de produção de cinzas;- realizar o levantamento de dados da produção de cinzas; - coletar amostras significativas de cinzas; - efetuar procedimento administrativo-logístico para a coleta
- e envio das mesmas para a CIENTEC;- análise dos dados obtidos e elaboração do relatório.
Nota: As amostras de cinzas coletadas destinaram-se a outros projetos e estudos em andamento, além de atividades departamentais, possuindo escopo e atividades que não estavam incluídos no Projeto CINZABRASIL.
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3. EXECUÇÃO DO PROJETO
O Projeto foi executado nos meses de março de 2014 até o final de outubro de 2014. Inicialmente previsto para terminar no mês de agosto de 2014, houve a necessidade de uma prorrogação de 2 (dois) meses em função de várias ocorrências, tais como, manutenções em unidades a serem visitadas, feriados em função da Copa do Mundo 2014 no Brasil, períodos com chuvas intensas e tempestades nos locais a serem visitados, etc.
Foram visitados e obtidas as informações básicas de todas as unidades planejadas, e, além disso, foram obtidas informações sobre a empresa Bianchini S. A. usuária de carvão não prevista no planejamento inicial do projeto.
4. RELATÓRIO FINAL
4.1 SITUAÇÃO DO USO DO CARVÃO E SUA AMPLIAÇÃO NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA – DADOS CALCULADOS E HISTÓRICOS
O cenário nacional é, atualmente, extremamente favorável à utilização do carvão fóssil, tanto o existente no sul do Brasil, quanto à previsão de projetos em outros estados, utilizando carvão importado. Consequentemente, a geração ampliada de grandes quantidades de cinzas de carvão aponta para uma necessidade de um correto
Além dos projetos de termelétricas apontados no Quadro I, há outras unidades previstas para o território nacional. De fato, a Vale possui um projeto de termelétrica a carvão para Barcarena, no estado do Pará, com 600 MW de potência. O carvão a ser empregado deverá ser importado da Colômbia ou de Moçambique. Igualmente, a empresa possui duas outras termelétricas em São Luís do Maranhão (600 MW) e um projeto para Vitória (600 MW).
encaminhamento desta questão ambiental, que irá se multiplicar em pouco tempo. O Quadro 1 registra os principais projetos de termelétricas previstos para os estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, o município e a potência prevista para ser instalada.
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Quadro 1 – Usinas Termelétricas Projetadas para o Sul do Brasil
– Rio Grande do Sul e Santa Catarina.
A empresa ENEVA (ex-MPX-EBX), além das usinas projetadas para Candiota, tem mais três termelétricas a carvão no Brasil, uma localizada em Porto Itaqui, no Maranhão (360 MW), com carvão importado da Colômbia e duas localizadas em Porto de Pecém no Ceará (Pecém I, com 720 MW – em parceria com a empresa EDP e Pecém II, com 360 MW), com funcionamento a partir de carvão importado da Colômbia.
No mês de dezembro de 2014 a empresa Tractebel teve êxito em aprovar o seu projeto da UTE Pampa Sul, a ser construída no município de Candiota, com previsão de entrar em operação em janeiro de 2019.
O carvão mineral constitui uma fonte de energia cuja utilização é pouco explorada em nosso país, basta verificar a nossa matriz energética, onde as termelétricas a carvão são responsáveis, apenas, por 1,5% desta energia. Nas Figuras 1 e 2 estão registradas as matrizes energéticas atual e projeção para 2023.
UTE Fase D - CGTEE Candiota 350
USINA MUNICÍPIO MW
UTE ENEVA Sul Candiota 727
UTE Seival - ENEVA Candiota 600
UTE Pampa Sul - Tractebel Candiota 340
UTE Jaguarão - Star Energy - Grupo Betim Candiota 1200
UTE Cibe Energia S.A. Candiota 700
UTE CT Sul Cachoeira do Sul 700
UTE Eleja (ex-Jacuí) Charqueadas 350
Usitesc Treviso 440
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Figura 1 – Matriz de energia elétrica nacional – atual.Fonte: Ministério de Minas e Energia, 2013.
Figura 2 – Matriz de energia elétrica nacional – projeção.Fonte: Ministério de Minas e Energia, 2013.
outros derivados
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Das reservas de carvão fóssil conhecidas no Brasil, aproximadamente 32,3 bilhões de toneladas, o Rio Grande do Sul detém as maiores reservas, representando cerca de 89% do total nacional (CRM, 2013), ao lado do segundo produtor, Santa Catarina, com cerca de 10% e o Paraná é o terceiro e dispõe de aproximadamente 1% das reservas nacionais conhecidas.
Pelas características dos carvões fósseis sulbrasileiros, tais como: baixo poder calorífico, alto teor em matéria inorgânica e um significativo teor em enxofre, a sua utilização tem sido direcionada preferencialmente para a geração de vapor, em termelétricas, sendo hoje a forma mais expressiva de utilização desse combustível. Três polos regionais, localizados conforme mostra a Figura 3, se destacam, no sul do Brasil, como consumidores de carvão mineral como combustível, e consequentemente geradores de cinzas resultantes de sua combustão.
A importância das cinzas cresce, na medida em que políticas governamentais, que vem sendo adotadas para o setor energético, acenam para um cenário favorável para a instalação, no Rio Grande do Sul, ainda na presente década, de novas unidades térmicas de carvão, num total de aproximadamente 1327 MW de potência.
Figura 3 – Polos de geração de cinzas de carvão no sul do Brasil.
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No Quadro 2 estão registradas as produções de cinzas volante e de fundo das principais unidade geradoras da região Sul do Brasil. As quantidades de cinzas geradas pelas Unidades Termelétricas – UTEs foram obtidas por cálculo a partir de um valor médio, tendo em vista sua potência nominal.
As quantidades de cinzas geradas pelas Unidades Industriais (Quadro 3) foram obtidas de informações emanadas pelas próprias indústrias no mês de dezembro de 2013.
Quadro 2 – Quantidades de cinzas geradas atualmente e projeção com a
implantação de novas UTEs no Estado do Rio Grande do Sul.
Quadro 3 – Quantidades de cinzas geradas atualmente por unidades
industriais no Estado do Rio Grande do Sul.
Situação
EmOperação
Projeto
Unidades Geradoras(UTEs)
PotênciaInstaladaem MW
Capacidade média deProdução de cinzas (t/ano)
Volante Fundo
Sub-Total
TOTAL
Presidente MédiciFases A, B e C
TRACTEBEL 198.288 66.09672
796 2.063.232 687.744
2.261.520 753.840
UTE Pampa Sul 2.002.158 667.386727
Seival 1.652.400 550.800600
5.916.078 1.972.026
Fonte: Calculado a partir da potência nominal média das UTEs; Mallmann, 2013.
Unidades Geradoras
Capacidade média de produçãode cinzas (t/ano)
Volante Fundo
Indústria Braskem 42.000 12.000
Indústria Celulose Riograndense 64.668 23.280
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Tendo em vista os dados registrados nos Quadros 2 e 3, obtidos na forma de cálculos da potência nominal e em declarações históricas das empresas, verifica-se que a produção atual de cinzas de carvão no Estado do Rio Grande do Sul disponíveis para uso são da ordem de 1,5 milhões de toneladas/ano de cinzas volantes e 700 mil toneladas/ano de cinzas de fundo. Considera-se já nestes números a parcela absorvida pelo uso na fabricação de cimento. Ressalta-se, ainda, que toda a cinza de fundo é atualmente descartada, retornando para as cavas de mineração.
A partir da realização de leilões de venda de modalidades de energia incluindo as termelétricas a carvão fóssil nacional e importado, tal como o ocorrido em dezembro de 2005, duas novas usinas já estão viabilizadas pela ANEEL e mais quatro (CT Sul, Seival, MPX Sul e Usitesc) estão sendo encaminhadas.
O projeto da Usina Termelétrica Sul-Catarinense S. A. – USITESC com seus 440 MW está previsto para ser instalado no município de Treviso (PALMA, 2005). Esta UTE utilizará um carvão fóssil que, durante sua operação, irá originar 67% de cinzas. A produção anual, apenas de cinzas volantes, será de 800.000 toneladas.
Até o final da década a produção de cinzas não utilizadas e a serem, portanto, dispostas no ambiente, ultrapassará os 5 milhões de toneladas/ano.
Deve ser ressaltado, por outro lado, que além das cinzas "brasileiras" de carvão, já razoavelmente conhecidas do ponto de vista científico, técnico e ambiental, passarão a existir outras – com propriedades absolutamente desconhecidas por cientistas e técnicos nacionais – a partir da utilização de carvões originários da Colômbia, de Moçambique e da África do Sul, apenas para citar alguns exemplos.
A matéria mineral associada ao carvão, e que não foi separada dele no processo de beneficiamento, constitui-se em um material inerte nos processos de gaseificação ou combustão direta do carvão. São as chamadas cinzas e, conforme o processo de gaseificação ou queima do carvão, apresentam-se sob diversas formas, a saber: escórias, cinzas de fundo e cinzas volantes.
As escórias são produtos originados na queima ou gaseificação do carvão granulado em grelhas móveis. São
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retiradas pelo fundo das fornalhas, após serem resfriadas com água. Frequentemente apresentam-se em granulometria grosseira e blocos sinterizados, apresentando elevados teores de carbono não queimado (10 a 20%).
As cinzas de fundo (bottom ash) são as cinzas mais pesadas e de granulometria mais grossa, que caem para o fundo das fornalhas e gaseificadores, sendo frequentemente retiradas por um fluxo de água, principalmente nas grandes caldeiras de usinas térmicas e centrais de vapor. Originadas nos processos de queima do carvão em forma pulverizada e da queima ou gaseificação do carvão em leito fluidizado, contem geralmente teores de carbono não queimado de 5 a 10%.
As cinzas volantes (fly ash) são constituídas de partículas extremamente finas (100% menor que 0,15mm), leves e que são arrastadas pelos gases de combustão de fornalhas ou gases gerados em gaseificadores industriais. Uma grande parcela dessas partículas é retida por um sistema de captação tais como filtros de tecido, ciclones, precipitadores eletrostáticos, etc. As grandes unidades produtoras desse tipo de cinza são as usinas termoelétricas e centrais de vapor.
4.2 QUANTIFICAÇÃO DAS CINZAS GERADAS
ETAPA I – POLO DO COMPLEXO TERMELÉTRICO DE CANDIOTA
COMPLEXO TERMELÉTRICO DE CANDIOTA
O carvão básico de contrato utilizado nas UTEs do Complexo Termelétrico de Candiota é o CE 3300, sendo que o carvão utilizado tem média de 3.100 kcal/kg. O carvão é o
O Complexo Termelétrico de Candiota está situado no município de Candiota, mas a sua abrangência através de impactos operacionais, logísticos, econômicos e ambientais atinge os municípios de Pinheiro Machado, Hulha Negra, Aceguá, Pedras Altas e Bagé, entre outros (Figuras 4 e 5).
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mesmo utilizado por todas as unidades e possui 54% de cinza em média. A Figura 5 mostra o esquema simplificado da Fase C.
Figura 4 – Vista aérea do Complexo Termelétrico de Candiota.
Fonte: Intranet CIENTEC, 2014.
Figura 5 – Fotografia da vista lateral do Complexo Termelétrico de Candiota.
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, 2006.
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O consumo específico de cada UTE perfaz: Fase A – 1,28 t/MWh; Fase B – 1,24 t/MWh e Fase C – 0,89 t/MWh;
A geração de cinzas do Complexo Termelétrico de Candiota é muito variável e depende diretamente da operação das Unidades Geradoras; desta forma os valores apresentados são referenciados em dados históricos médios.
Para os cálculos foram utilizadas as relações de 30% de cinza pesada e 70% de cinza leve do total de cinza gerada na combustão do carvão de Candiota nas Unidades da Eletrobras CGTEE.
Iniciada e
A Fase A encontra-se atualmente fora de operação comercial devido a problemas em turbina e gerador. Estas Unidades estão sendo utilizadas somente para a geração de vapor auxiliar para a Fase C. Na quantificação de cinzas foram utilizados valores históricos com a média de geração do ultimo ano de operação. A CGTEE está realizando manutenções na Fase A com a finalidade de disponibilizar uma Unidade Geradora com geração de 45 MW médios e uma disponibilidade de 70%. As duas Unidades da Fase A serão retiradas de operação em 31 de dezembro de 2016 conforme compromissos assumidos com o IBAMA.
A produção de cinzas média da Fase A é de cinza leve – 11.000 t/mês e cinza pesada – 4.500 t/mês. Tanto a cinza leve quanto a cinza pesada da Fase A não são comercializadas, sendo destinadas para a recuperação da área minerada junto a Mina de Candiota. As cavas atualmente utilizadas são as das malhas 4 e 7.
Iniciada
A Fase B tem apresentado indisponibilidade além do planejado pela CGTEE. Os valores foram calculados com
FASE A ( m 1974 = 63 MW + 63 MW)
FASE B ( em 1986 = 160 MW + 160 MW)
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base na sua inflexibilidade (155 MW).As quantidades médias de cinzas geradas pela Fase B
são: cinza leve – 52.300 t/mês e cinza pesada – 22.400 t/mês.
A CGTEE possui mais de 60 compradores de cinzas cadastrados, além das cimenteiras Votoram e Intercement, seus maiores compradores.
Aproximadamente 30% da cinza leve gerada é comercializada, podendo ser na forma seca, transportada em caminhão silo, ou úmida, em caminhão basculante; a média da cinza leve comercializada é de 15.600 t/mês, sendo que a cinza pesada não é comercializada e, após umidificada, também retorna a cava da Mina de Candiota (Figura 7).
Figura 7 – Fotografia do aspecto geral da recuperação ambiental da Mina de
Candiota utilizando os diversos resíduos gerados nas Fases A, B e C do CTC.
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FASE C ( em 2011 - 350 MW)
A CGTEE possui mais de 60 compradores de cinzas cadastrados, e os valores apresentados são de cinzas comercializadas e não somente a Votoram e Intercement. Aproximadamente 30% da cinza leve gerada é comercializada, podendo ser na forma seca, transportada em caminhão silo, ou úmida, em caminhão basculante. Em média, a quantidade de cinza leve comercializada da Fase C é de 15.000 t/mês; as cinzas pesadas voltam todas para a cava da mineração, junto com a parte da cinza leve não comercializada, após ser umidificada e também retorna a cava da Mina de Candiota. Os resíduos da dessulfuração voltam todos para a cava de mineração; existem algumas perspectivas de uso para o resíduo, porém ainda em avaliação pela FEPAM.
A unidade da empresa InterCement (ex-CIMPOR e ex-Cimbagé) fica localizada em Candiota, próximo ao sítio do Complexo Termelétrico, e produz cimento CP IV adicionando cerca de 32% de cinza volante, recebe em média 3.700 t/mês deste material. Além disso, está em andamento uma pesquisa para o uso do FGD – resíduo da dessulfuração da Fase C, que atinge a quantidade de 1.500 t/mês.
A fábrica da Votoran Cimentos do Grupo Votorantim fica localizada no município de Pinheiro Machado, na margem da rodovia BR-265, na Vila Umbu. Esta unidade cimenteira produz o cimento CP IV desde o ano de 1972. Embora a norma brasileira permita adicionar até 55% de cinza
Iniciada
A Fase C tem apresentado disponibilidade de média de 262 MWh. Os valores de geração de cinza foram calculados com base nesta geração média.
As quantidades de produção de cinza leve e cinza pesada e de resíduos da dessulfuração-FGD da Fase C são: cinza leve – 50.000 t/mês; cinza pesada – 30.500 t/mês e subproduto (produto da reação FGD + cinza leve): 21.300 t/mês.
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volante no cimento, a quantia utilizada oscila de 30 a 35% deste material. A quantidade de cinza volante utilizada no processo atinge o valor de 12.000 t/mês.
ETAPA II – POLO DA REGIÃO METROPOLITANA
USINA TERMELÉTRICA DE CHARQUEADAS – UTCH
A UTCH está em operação desde o ano de 1962 (Figura 8), sendo que a construção da TERMOCHAR se iniciou em 1955 (HAMILTON, 2012, p. 74).
Atualmente, a UTCH está sob o controle da Tractebel Energia S. A. do Grupo GDF Suez, possuindo 84 empregados na sua operação.
A potência da usina é composta por 4 unidades geradoras de 18 MW, perfazendo 72 MW. Utiliza carvão mineral fornecido pela empresa COPELMI e o processo de combustão é por carvão pulverizado. A Figura 9 registra o processo da UTCH de forma simplificada. A UTCH possui as certificações ISO 9001: 2000, ISO 14001: 2004 e OHSAS 18001 desde o ano de 2010.
O carvão mineral utilizado pela UTCH tem poder calorífico de 3.100 Kcal/kg, a umidade é menor do que 15%, o conteúdo de enxofre é de cerca de 1,0% e o teor de cinzas fica entre 53 a 55%.
O consumo mensal de carvão das duas caldeiras em operação é de 28.866 t/mês.
Todas cinzas volante e de fundo, e o resíduo da dessulfuração são gerenciados pela empresa cimenteira Votorantim.
Atualmente, a operação da UTCH gera os seguintes resíduos: cinza leve: 10.000 – 11.000 t/mês; cinza pesada: 3.000 – 3.500 t/mês (Figura 10) e gesso do processo de FGD: 700 – 1.000 t/mês.
Desta forma, os valores superiores anuais produzidos como resíduos pela UTCH ficam em: cinza leve 132.000 t/ano, cinza pesada 42.000 t/ano e gesso-FGS 12.000 t/ano, totalizando 186.000 t/ano.
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Figura 8 – Fotografia da UTCH em vista geral mostrando o equipamento de
dessulfuração, localizada no município de Charqueadas-RS.
Fonte: Tractebel Energia, 2014.
Figura 9 – Esquema simplificado do processo da UTCH.
Fonte: Tractebel Energia, 2014.
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As cinzas leves são todas utilizadas pela cimenteira Votorantim de Esteio, bem como o gesso, que é insumo para a produção de clínquer. As cinzas pesadas voltam para a cava da mina da COPELMI.
Figura 10 – Fotografia dos tanques de deposição
das cinzas de fundo da UTCH.
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EMPRESA BRASKEM
A empresa BRASKEM S. A. está situada no município de Triunfo, dentro do Polo Petroquímico do Rio Grande do Sul (Figura 11).
Figura 11 – Fotografia da unidade industrial da empresa BRASKEM,
no Polo Petroquímico.
A empresa BRASKEM utiliza o carvão da mineradora COPELMI, extraído no município de Minas do Leão. As características principais do carvão é ser CE-5000, com 32,5% de cinzas e 0,73% de enxofre.
O carvão é utilizado desde o ano de 1982, sendo atualmente queimado carvão pulverizado em duas das três caldeiras existentes, suspensas por queimadores tangenciais, de tiragem balanceada com pressão negativa. O consumo de carvão é de aproximadamente 280 t/hora, 24 horas por dia. O carvão destina-se à geração de vapor e também de energia elétrica.
A geração de cinzas se dá na proporção de 86% de cinza
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volante e 14% de cinza de fundo, sendo as quantidades 8.000 t/mês de cinza volante e 1.100 t/mês de cinza de fundo.
As cinzas volantes são, na totalidade, despachadas para a fábrica de cimento da InterCement (ex-Cimpor) localizada no município de Nova Santa Rita. As cinzas de fundo têm destino final na volta para a cava de mineração.
Existem dois projetos de inovação na destinação das cinzas, ambos na fabricação de tijolos. O primeiro é com a empresa Petzi, localizada em Triunfo, que recebe 245 t/mês de cinza úmida, matéria prima para produzir cerca de 87.500 tijolos /mês. O segundo é com a empresa de André Koff, localizada em Viamão, que recebe 980 t/mês de cinza úmida, matéria prima para produzir cerca de 350.000 tijolos /mês.
3Há um passivo de cerca de 1 milhão de m na forma de cinzas
úmidas depositadas em lotes de armazenamento. Somente em dois lotes de armazenamento (Lote 17 e Lote 18) de cinzas úmidas,
3o volume perfaz aproximadamente 200.000 m (Figura 12). Dentro do Polo Petroquímico, na década de 1980, a
Companhia Petroquímica do Sul (atualmente BRASKEM), contratou a CIENTEC para desenvolver o projeto de execução do pavimento utilizado na estrada que liga o anel viário do Polo Petroquímico ao terminal de cargas Santa Clara. Neste trecho foi utilizada a tecnologia CICASOL desenvolvida pelas equipes de pesquisadores da CIENTEC, consistindo em estabilização da base do pavimento com uma mistura de solo estabilizado com cinza e cal.
Este trecho viário, embora receba diuturnamente tráfego extremamente pesado, mesmo após 30 anos de uso contínuo, ainda se encontra em boas condições.
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Figura 12 – Fotografia da bacia de cinzas úmidas nos lotes de armazenamento Lote 17 e Lote 18, contendo um volume que
3perfaz aproximadamente 200.000 m .
EMPRESA CMPC – CELULOSE RIOGRANDENSE
A CMPC – Celulose Riograndense está localizada no município de Guaíba (Figura 13).
No processo da empresa, o carvão é adquirido da COPELMI, sendo utilizado o CE – 5200, gerando 30% de cinzas, que é queimado na forma pulverizada em caldeira de queima tangencial para geração de vapor e, também, para movimentar turbinas para geração de energia elétrica, em cogeração.
As cinzas da CMPC são administradas pela empresa VIDA – Desenvolvimento Ecológico, com sede em Porto Alegre.
No processo da CMPC são geradas 5.500 t/mês de cinzas volantes e 1.100 t/mês de cinzas de fundo. Estes valores resultam em 66.000 t/ano de cinzas volantes e 13.200 t/ano de cinzas de fundo.
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As cinzas de fundo são retornadas à cava da mineradora COPELMI, fornecedora do carvão, sendo tratadas com lodo biológico e sobre as quais são plantadas florestas ou pastos. As cinzas volantes são, na integralidade, comercializadas entre 12 empresas cimenteiras e concreteiras.
Figura 13 – Vista aérea da unidade industrial da empresa CMPC – Celulose
Riograndense no município de Guaíba. Fonte: CMPC, 2014.
EMPRESA BIANCHINI S. A.
A empresa Bianchini S. A. está localizada no município de Canoas (Figura 14) e no município de Rio Grande. Suas unidades industriais utilizam o carvão CE 4700 adquirido da COPELMI nas duas caldeiras de cada unidade e têm as seguintes características:
Unidade de Rio Grande – utiliza o carvão para geração de vapor que, por sua vez, é utilizado para a produção de óleo de soja por esmagamento e exporta o farelo; utiliza 4.500 t/mês de carvão e produz 1.800 t/mês de cinzas, incluindo os 5% de incombustos;
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Unidade de Canoas – utiliza o carvão para geração de vapor que, por sua vez, é utilizado para a produção de óleo de soja por esmagamento e beneficiamento visando a produção de biodisel; utiliza 6.000 t/mês de carvão e produz 2.400 t/mês de cinzas, incluindo os 5% de incombustos.
Tendo em vista a presença dos incombustos e a mistura das cinzas de fundo (Figura 15) com as volantes, este material é devolvido, retornando às cavas de minas da COPELMI.
Existem outras empresas de processamento de soja que estão utilizando o carvão em seus processos, tais como a Granol e a Oleoplan.
Figura 14 – Fotografia da empresa Bianchini S. A. de Canoas, vista da rodovia RS-448.
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Figura 15 – Fotografia do local de estocagem das cinzas já misturadas
da unidade Canoas da empresa Bianchini S. A.
ETAPA III – ESTADOS DE SANTA CATARINA E PARANÁ
COMPLEXO TERMELÉTRICO DE JORGE LACERDA – UTLA
O Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, com o total de 857 MW, é composto de várias unidades, a seguir registradas: UTLA – início de operações em 1963; UTLA 1 – 50 MW (1965); UTLA 2 – 50 MW (1965); UTLA 3 – 66 MW (1974); UTLA 4 – 66 MW (1974); UTLB – início de operações em 1977; UTLB – duas máquinas de 131 MW (= 262 MW em 1980); e UTLC2 – início de operações em dezembro 1996, com 363 MW.
A Figura 16 mostra imagem do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda. O Complexo CJL possui as certificações ISO 9001:2000 e ISO 14001: 2004 (TRACTEBEL ENERGIA, 2007). Em sua área adjacente foi implantado o Parque Ambiental, voltado para a população de Capivari de Baixo, de Tubarão e de visitantes externos.
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Figura 16 – Vista aérea do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda.
Fonte: Tractebel Energia, 2014.
O carvão utilizado no Complexo Termelétrico Jorge Lacerda é originado em Criciúma e, com eventual complementação da empresa COPELMI (mina de Recreio), com poder calorífico de CE 4500, tipo de queima frontal na forma de carvão pulverizado. A geração de cinzas oscila entre 42 e 43%.
Tendo em vista formalidades contratuais, existe um valor de geração mínima que equivale ao consumo de 200.000 t/mês de carvão. Em função do período de secas climáticas desde o ano de 2011, este valor se situa em 330.000 t/mês.
As 200.000 t/mês originam 84.000 t/mês de cinzas, enquanto as 330.000 t/mês produzem 138.000 t/mês caracterizando um máximo de produção.
Tendo em vista o teste de fator K, intrínseco à forma do processo, existe a formação de 0,75 a 0,80 de cinza volante do montante total produzido. Tendo em vista a ocorrência de eventuais problemas operacionais no sistema, são formados
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blocos de cinza fundida – sinterizada que são conhecidos popularmente pelos nomes de "batoque", "tatu" e "cascão".
As cinzas volante e de fundo geradas são totalmente gerenciadas pela Votorantim Cimentos, em contrato de regime de comodato. Por força contratual, deve haver uma margem de cinzas a serem livremente comercializadas na ordem de 15 a 20%.
O destino das cinzas volante e de fundo gerenciadas pela Votorantim Cimentos são as unidades da Votorantim de Imbituba e Vidal Ramos em Santa Catarina, e uma unidade em Rio Branco do Sul, no Paraná. Também recebem cinzas volantes uma fábrica da empresa Itaimbé, próxima à Curitiba e a Imbralit. Muitas concreteiras também recebem cinzas, por exemplo a Polimix e a Supermix no município de Capivari de Baixo.
Tendo em vista que a indústria cimenteira absorve a totalidade das cinzas volantes produzidas no Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, a Votorantim Cimentos instalou uma unidade de secagem de cinza de fundo na sua área contígua ao Complexo (Figura 17). A capacidade de processamento (= secagem) desta unidade é de 30 t/hora de cinza de fundo, o que equivale a 27.000 t/mês.
Figura 17 – Fotografia da unidade de secagem de cinza de fundo da Votorantim
Cimentos, situada em terreno adjacente às UTEs do
Complexo Termelétrico Jorge Lacerda.
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A moagem da cinza de fundo é feita na unidade da Votorantim Cimentos localizada no município de Imbituba.
Uma das unidades que absorve as cinzas volantes do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda é a empresa Cimento Pozosul S. A., situada em Capivari de Baixo-SC. Esta fábrica produz o cimento CP IV e adiciona de 15 a 50% de cinzas volantes, dependendo da qualidade do clínquer. A adição média é de 40%.
O consumo de cinzas volantes se situa normalmente em 4 a 5 cargas (caminhões) de 30 toneladas/dia, o que dá 150 t/dia, e perfaz 4.500 t/mês.
USINA TERMELÉTRICA DE FIGUEIRA
A UTE de Figueira localiza-se na região denominada vale do Rio do Peixe, às margens do rio Laranjinha, local onde fica a principal bacia carbonífera do Paraná, no município de Figueira, no nordeste do Estado. A potência instalada é de 20 MW, com duas turbinas de 20 MW, marcas Alsthom e Siemens (Figura 18).
A instalação da usina deu-se em duas fases. A primeira foi em 1963, com duas caldeiras marcas Alsthom e dois grupos geradores, e a segunda em 1966 com a instalação da caldeira 3 da marca. Em 1969 a COPEL adquiriu a UTELFA, e em 1974, instalou o terceiro grupo. Em 1986 foi desmobilizado o grupo gerador 2.
Em 1997 a operação e a manutenção da UTE Figueira foram terceirizadas, sendo executadas atualmente pela Companhia Carbonífera Cambuí, que também possui a mina anexa que é responsável pelo fornecimento do carvão utilizado.
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Figura 18 – Vista aérea da UTE Figueira. Fonte: COPEL, 2013.
CONFIGURAÇÃO ATUAL
A configuração atual é constituída de duas caldeiras Stein & 2
Roubaix – França; PMTA 38 kgf/cm – vazão de vapor 46 a 52 t/h- temperatura do vapor 450ºC; dois 2 grupos geradores compostos por: Grupo 1 – marca Alsthom; Potencia: 10.000 KW; Rotação: 3600 RPM e Grupo 3 – Marca: Siemens; Potencia: 10.000 KW; Rotação: 6500/1800 RPM. A caldeira 2 e Grupo Gerador 2 estão desativados.
GERAÇÃO DE CINZAS
O carvão é extraído da mina e, após ser beneficiado, é transportado até a Usina. O carvão chega aos silos das caldeiras através de correias transportadoras. Cada caldeira possui três silos. Em seguida o carvão é pulverizado a aproximadamente 200 mesh e insuflado à fornalha onde se processa a queima. As cinzas
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são recolhidas e acondicionadas em local próprio. Existe um pátio de reserva de carvão que oscila entre 10 mil a 1000 toneladas de carvão estocado.
A UTE Figueira está queimando 8.100 t/mês de carvão CE 6000, com 25 % de cinzas (270 t/ dia de carvão ou 97.200 t/ano). Com produção aproximada de 24.300 t de cinzas/ano que vão para o aterro, sendo as cinzas volantes misturadas com as de fundo. A quantidade relativa de cinzas volantes é de 84% do total.
A cinza volante é misturada com a cinza de fundo e recebe 16% de umidade para ser levado de caminhão distante 8 km para célula de depósito.
A COPEL, através de um leilão de cinzas, realizado no ano de 2014, pretendeu dar destino industrial-produtivo para as cinzas.
ATERRO DE CINZAS
Os aterros de cinzas ficam localizados a 8 quilômetros da UTE Figueira. Os aterros são licenciados pelo IAP.
Atualmente, desde 2011, já está em operação o Aterro 2, que irá perdurar até junho de 2017 (Figura 19). Este pátio atual, com
2cerca de 11.300 m já está no 3º patamar, sendo previstos 8 patamares até o encerramento. Até a data da visita, em abril de 2014, já haviam sido depositadas 38.000 toneladas neste aterro. Cada célula do depósito comporta cerca de 10 mil toneladas de cinzas.
O Aterro 1, já encerrado em 2011, tem depositadas 190.000 toneladas de cinzas.
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Figura 19 – Fotografia do estado atual do Aterro 2 que serve à
UTE Figueira, recebendo a mistura final de cinzas.
ETAPA IV – ESTADOS DO MARANHÃO E CEARÁ
USINA TERMELÉTRICA DO PORTO DE ITAQUI
A UTE do Porto de Itaqui está localizada no município de São Luis do Maranhão-MA e sua potência instalada é de 360 MW (Figura 20). Pertence ao Grupo ENEVA, de origem alemã. Opera com carvão colombiano, com cerca de 8-10% de cinzas e poder calorífico de 6100 kcal/kg.
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Figura 20 – Fotografia da UTE Porto de Itaqui, em São Luiz do Maranhão-MA.
Em regime de operação plena, a UTE Porto de Itaqui produz 519 t/dia de resíduos, sendo composto de 25 t/dia de cinza de fundo, 230 t/dia de cinzas volantes e 144 t/dia de FGD - resíduos de dessulfuração.
Há também a produção de 120 t/dia de lodo de clarificação de água do mar.
3 A produção anual de resíduos estimada é de 153.300 m e
3existe uma bacia on site com um volume de 4 x 13.440 m (= 53.760 3
m ), o que permite um armazenamento correspondente a apenas 4 meses.
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COMPLEXO TERMELÉTRICO DE PECÉM
O Complexo Termelétrico de Pecém é composto pela UTE Energia Pecém I e pela UTE Pecém II, estando localizada no município de São Gonçalo do Amarante-CE. A potência instalada na UTE Energia Pecém I é de 720 MW (2 turbinas de 360 MW) e na UTE Pecém II, é de 365 MW (Figura 21).
Esta UTE opera com carvão colombiano, com cerca de 8-10% de cinzas.
Figura 21 – Fotografia do Complexo Termelétrico de Pecém. Fonte: ENEVA, 2013.
Em regime de operação plena, o Complexo Termelétrico de Pecém produz 1300 t/dia de resíduos, sendo composto de 190 t/dia de cinza de fundo, 900 t/dia de cinzas volantes e 210 t/dia de FGD - resíduos de dessulfuração.
O Complexo Termelétrico de Pecém possui um aterro em seu
3pátio interno com capacidade de estocagem de 235-245 mil m , após uma "verticalização" de seus muros externos, esse aterro
3alcançou o volume de 570 mil m .3
Está sendo construído outro aterro com capacidade de 250 mil m .
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4.3 USO E DISPONIBILIDADE DE CINZAS NO RIO GRANDE DO SUL
As quantidades de resíduos significativas produzidas no Estado do Rio Grande do Sul e sua utilização estão registradas no Quadro 4. A quantificação anterior, datada de 2006, foi registrada no livro "Cinzas de carvão fóssil no Brasil" (ROHDE – Org. et al., 2006, p. 44).
Quadro 4 – Quantificação dos resíduos da utilização do carvão no Rio Grande do Sul.
As quantidades de resíduos significativas produzidas no Estado do Rio Grande do Sul e sua utilização estão registradas no Quadro PR. Dele se depreende que a totalidade das cinzas de fundo, cujo valor atinge 757.200,00 tonelada ao ano, estão disponíveis para uso, uma vez que voltam às cavas de mineração como resíduo dos sistemas produtivos. Quanto às cinzas volantes, há uma disponibilidade de 976.920,00 toneladas por ano, todas originadas do Complexo Termelétrico de Candiota.
Unidadeprodutorade cinzas
Quantidade produzidas em t/ano
Cinzavolante
Utilizado Cinza defundo
UtilizadoFGD -
resíduoUtilizado
CTCandiota
UTCH
BRASKEM
CMPC
Total
1.359.600
132.000
96.000
66.000
1.689.600
418.600
132.000
96.000
66.000
712.6800
1.359.600
132.000
96.000
66.000
757.200
0,00
0,00
0,00
0,00
255.600
12.000
267.000
0,00
12.000
12.000
0,00
4.4 USO, DISPONIBILIDADE E DESTINAÇÃO DAS CINZAS EM OUTROS ESTADOS
4.5 AMOSTRAS DOS RESÍDUOS
Durante as atividades do Projeto, foram coletadas amostras das cinzas e dos resíduos das principais unidades do Estado do Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, Maranhão e Ceará. Quando foi possível, a quantidade de amostras coletadas foi de 20 kg.
As amostras foram transportadas para a CIENTEC e estão depositadas no Laboratório de Reciclagem do DEPGEO.
Ressalta-se que, com os contatos desenvolvidos durante o transcorrer do Projeto, criou-se uma situação de aproximação com os diferentes setores que utilizam o carvão mineral com fonte de energia primária e – em decorrência – há uma facilidade operacional no caso de haver demandas para mais quantidades amostras de resíduos ou de informações adicionais ou laterais sobre processos e materiais envolvidos.
A totalidade de cinzas volantes produzidas pelo Complexo Termelétrico Jorge Lacerda é integralmente absorvida pelas indústrias cimenteiras, conforme já descrito neste relatório. As cinzas de fundo são armazenadas em bacias de decantação localizadas no interior do Complexo. Tendo em vista que, desde 2011, as unidades do Complexo estão todas em regime de funcionamento integral devido à escassez hídrica e o baixo despacho das usinas hidrelétricas da região, as cinzas de fundo que já estavam sendo também utilizadas pelas indústrias de cimento, estão indo todas para as bacias.
As cinzas volantes a UTE Figueira no Paraná, misturas, são dispostas em aterros licenciados pelo IAP.
A totalidade de cinzas produzidas pela UTE Figueira no Paraná, misturas, são dispostas em aterros licenciados pelo IAP. No ano de 2014 estava previsto um leilão para o seu aproveitamento.
As quantidades de resíduos produzidas nos Estados do Maranhão e Ceará estão em fase de estudos para seu aproveitamento.
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REFERÊNCIAS
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CGTEE. UTE Presidente Médici – Fase C; Nova Usina de Candiota. Porto Alegre: CGTEE, 2006. 8 p., il. (Fôlder com duas dobras duplas.).
CRM. Carvão Gaúcho Gerando Energia e Desenvolvimento Social. Porto Alegre: CRM, [2013]. 43 f. (não paginado), il.
HAMILTON, Duda. Usina Termelétrica Charqueadas: 50 anos. Charqueadas: Officio, 2012. 128 p., il.
OSÓRIO, Rui Giacomoni. Carvão no mundo e na CRM. Porto Alegre: CRM-CORAG, 2012. 128 p., il.
ROHDE, Geraldo Mario. Cinzas, a Outra Metade do Carvão Fóssil - Nova Estratégia para a Termeletricidade. Porto Alegre: Evangraf, 2013. 29 p., il. [Trabalho apresentado no IV Congresso Brasileiro de Carvão Mineral (Gramado – 22-24 ago. 2013), no dia 22 de agosto, na Sessão A1, no Auditório Da Vinci.]
ROHDE, Geraldo Mario et al. Cinzas de Carvão como Material Alternativo. Porto Alegre: CIENTEC, 2014. 43 p., il.
ROHDE, Geraldo Mario (Org.) et al. Cinzas de Carvão Fóssil no Brasil. Porto Alegre: CIENTEC, 2006. 204 p., il.
TRACTEBEL ENERGIA. Complexo Termelétrico Jorge Lacerda. s. n. t., 2002.
TRACTEBEL ENERGIA. Complexo Termelétrico Jorge Lacerda e O Meio Ambiente. s. n. t., 2007.
TRACTEBEL ENERGIA. Usina Termelétrica Charqueadas. s. n. t., 2002.
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