EXPERIÊNCIA DE INJEÇÃO DE FINOS DE CARBONIZAÇÃO DE BIOMASSA DE CICLO CURTO EM ALTOS-FORNOS

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1 EXPERIÊNCIA DE INJEÇÃO DE FINOS DE CARBONIZAÇÃO DE BIOMASSA DE CICLO CURTO EM ALTOS-FORNOS Eng. Paulo Afonso Gomes Dr. Marcelo de Matos Eng. Ricardo Luchese de Moraes Rio de Janeiro, 17 de outubro/2012 1

2 POR QUE FINOS DE BIOMASSAS DE CICLO CURTO? A INJEÇÃO DE FINOS EM PEQUENOS ALTOS-FORNOS TENDE A AUMENTAR Nota: Altos Fornos de 300 a 700 t gusa/dia FORÇAS MOTRIZES: Aumento da produtividade dos altos-fornos e menor dependência de áreas reflorestadas, com a consequente economia na produção de carvão de origem em florestas plantadas; Déficit na oferta de finos; REALIDADE: Na produção de carvão vegetal de madeira, em média é gerado 10% de finos (peneiramento). Com isso, o aumento na injeção finos (altas taxas) criará déficit interno na usina (injeção de finos/carvão carregado pelo topo)>(finos gerados/carvão granulado na carbonização); 2

3 MATERIAIS E MÉTODOS A experiência de injeção de finos de carvão vegetal, obtidos a partir de biomassa bambu, foi realizada em junho de nos altos-fornos 3 e 4 da Cia. Siderúrgica Vale do Pindaré, pertencentes ao Grupo Queiroz Galvão e instalados em Açailândia - MA, cujas características básicas são as que se seguem: ALTO FORNO # 3 # 4 VOLUME ÚTIL m # VENTANEIRAS UNIDADE DIÂMETRO VENTANEIRAS mm

4 MATERIAIS E MÉTODOS O Bambu utilizado para a produção de finos de carvão vegetal foi fornecido pela Agrimex (Coelho Neto PI). Especie: BAMBUSA VULGARIS 4

5 ANÁLISES Dos FINOS INJETADOS AMOSTRA UMIDADE PCS PCI CINZAS C1 (C.Veg) 1, ,52 C2 (C.Veg) 1, ,78 B1 (Bambu) 1, ,61 B2 (Bambu) 1, ,47 FONTE: LQCE- ESALQ USP

6 PLANTAÇÃO E COLHEITA PLANTAÇÃO DE BAMBU COLHEITA E PRODUÇÃO DE CAVACO 6

7 RECEBIMENTO BAMBU PICADO - USINA PINDARÉ 7

8 FORNOS CILINDRICOS EMPREGADOS PARA CARBONIZAÇÃO BAMBU - USINA PINDARÉ 8

9 BAMBU CARBONIZADO, SAIDA DO FORNO USINA PINDARÉ 9

10 BAMBU CARBONIZADO EM CAÇAMBA USINA PINDARÉ Nota: ocorreu contaminação dos carbonizado, com material do solo (vide alto teor de Cz na sua analise). 10

11 REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DO SISTEMA DE INJEÇÃO DE FINOS NOS ALTOS FORNOS PINDARÉ FINOS DA CARBONIZAÇÃO PARTICULADO (<50mg.m -3 ) SILO CICLONE + FM 3% UMIDADE 80% < 0,15 mm MOÍNHO CLASSIFICADOR DINÂMICO SILO PULMÃO N 2 SECAGEM COM GÁS QUEIMADO DOS GLENDONS SISTEMA DE INJEÇÃO ALTO-FORNO 11

12 PREDIO METÁLICO E INJETORES FINOS USINA PINDARÉ 12

13 MOINHO PENDULAR E SUPERVISÓRIO INJEÇÃO FINOS USINA PINDARÉ 13

14 CARACTERÍSTICAS DE FINOS DE ALGUMAS BIOMASSAS DISCRIMINAÇÃO FINOS DE CARVÃO VEGETAL (*) BAMBU (**) CAPIM ELEFANTE (**) Densidade (kg.m -3 ) 420 a ,70 123,82 Matéria Volátil (%) 19,16 % 15,65 14,22 Cinzas (%) 7,32 % 5,89 13,36 Carbono Fixo 72,47 % 71,77 67,39 Umidade (%) 1,05 % 8,03 5,04 Impurezas (%) N/A 13,83 15,32 Granulom (mm) 100% <1mm 32,18 27,33 (*) => após secagem/moagem (**) => antes da secagem/moagem 14

15 VARIAÇÕES NAS CARACTERÍSTICAS DOS FINOS DE BAMBU NO PROCESSO DE MOAGEM PARA INJEÇÃO ÍTEM ANTES DA MOAGEM (%) REJEITO DA MOAGEM (%) DEPOIS DA MOAGEM (%) Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Matéria Volátil 10,33 1,77 8,76 17,13 11,44 Cinzas 18,88 91,44 18,38 14,91 13,11 Carbono Fixo 59,84 6,44 70,95 66,64 76,12 Umidade 10,95 0,35 1,91 1,32 2,43 SiO 2 (Cinzas) 64,56 53,58 FeO (Cinzas) 16,02 Nota: alto teor de Cz, em função da contaminação ocorrida na logística empregada. 15

16 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS FINOS DE BAMBU INJETADOS NOS ALTOS-FORNOS DIA UMIDADE (Entrada Moagem) % UMIDADE (finos) após moagem % TAMANHO (%< 0,15mm) DENSIDADE (kg/m 3 ) 22/06/2010 8,02 1, /06/2010 8,64 1, /06/2010 8,11 1, /06/2010 8,29 1, Nota: 0,150mm = 100 mesh. 16

17 NÍVEIS DE PRODUÇÃO E DE INJEÇÃO DE FINOS NO AF IV DIA PRODUÇÃO (t gusa/dia) TAXA DE INJEÇÃO (kg de finos/t gusa)* 22/06/ /06/ /06/ /06/ *A taxa de injeção atual, está limitada pela temperatura de chama. *O GQG está investindo em uma planta de oxigênio, visando ao aumento da razão de injeção (meta até 110 kg/t gusa) 17

18 PLANTIO EXPERIMENTAL DE BAMBU NA PINDARÉ 18

19 PLANTIO EXPERIMENTAL DE BAMBU NA PINDARÉ 19

20 PLANTIO EXPERIMENTAL DE CAPIM ELEFANTE NA PINDARÉ 20

21 CONCLUSÕES Os finos de carvão oriundos da carbonização do bambu, podem ser injetados nos altos fornos, em quantidades equiparáveis às do finos de carvão vegetal de eucalipto; A razão de substituição será igual a dos finos de carvão vegetal oriundos de eucalipto, desde que no processo de carbonização não haja agregação de impurezas; O Grupo Queiroz Galvão, a partir da experiência exitosa da injeção deste combustível, iniciou o plantio de áreas experimentais com bambu, capim elefante e capim do reino (arundo donax), visando à produção de biomassa para sua posterior carbonização. Os finos gerados serão utilizados para aumentar a taxa de injeção nos altos fornos e, no futuro, para a sinterização; O custo de produção da biomassa de ciclo curto bambu e capim elefante é, hoje comparável ao custo da madeira de eucalipto, mas poderá ser reduzido; A introdução do Projeto de Fomento, na região de influência das usinas do Grupo Queiroz Galvão, poderá reduzir os custos atuais de produção e tornar os finos de biomassa de ciclo curto mais atrativos. 21

22 OBRIGADO 22

23 CUSTOS DAS BIOMASSAS (R$/t seca) DISCRIMINAÇÃO EM PÉ COLHEITA FRETE TOTAL (CAIXA) CUSTO FINANCEIRO TOTAL (CAIXA + FIN.) CUSTO DA TERRA CAIXA + TERRA + FIN. EUCALIPTO CONVENCIONAL EUCALIPTO ADENSADO CAPIM ELEFANTE BAMBU

24 CUSTOS DAS BIOMASSAS (R$) DISCRIMINAÇÃO CUSTO DA MADEIRA EM PÉ EUCALIPTO CONVENCIONAL EUCALIPTO ADENSADO CAPIM ELEFANTE BAMBU Formação (R$ / ha) Manutenção (R$ / ha) Condução (R$ / ha) Ciclo (anos) Formação por ciclo Manutenção por ciclo Condução Por Ciclo IMA (t seca / ha / Ano) 24,70 27,09 33,30 21,.50 Produção (t seca / ha / Ciclo) 345,80 243,84 466,20 301,00 Custo Silvicultura (R$/ha/Ciclo) Custo Silvicultura (R$/ha/Ano) Madeira em pé (R$/t seca) 39,34 62,86 36,57 33,75 24

25 CUSTOS DAS BIOMASSAS (R$) CUSTO COLHEITA + TRANSPORTE BIOMASSA EUCALIPTO CONVENCIONAL EUCALIPTO ADENSADO CAPIM ELEFANTE BAMBU Colheita + Chipagem (R$ /ha) 5.911, , , ,25 Volume médio colh. (t seca / ha) 172,90 81,28 33,30 43,00 Colheita / t Seca 34,19 44,56 46,05 53,66 Transporte por t úmida 3,85 3,85 3,85 3,85 Umidade 45% 45% 55% 15% Transporte por t seca 7,00 7,00 8,56 4,53 25

26 CUSTOS DAS BIOMASSAS (R$) BIOMASSA CUSTO FINANCEIRO + REMUNERAÇÃO DA TERRA EUCALIPTO CONVENCIONAL EUCALIPTO ADENSADO CAPIM ELEFANTE BAMBU Custo financeiro ciclo (R$/ha) Ciclo (anos) IMA (t seca /ha / Ano) 24,70 27,09 33,30 21,50 Custo financeiro (R$/t seca) 13,13 15,48 0,00 2,08 Preço da Terra (R$/ha) Aproveitamento % 50% 50% 50% 50% Preço da terra + Reserva + APP Remuneração real anual (%) 6% 6% 6% 6% Rem. Terra anual (R$/ha) 504,00 504,00 504,00 504,00 IMA (T seca / ha / Ano) 24,70 27,09 33,30 21,50 Rem. Terra (R$/t Seca) 20,40 18,60 15,14 23,44 26