GRUPO II GRUPO DE ESTUDO DE PRODUÇÃO TÉRMICA E FONTES NÃO CONVENCIONAIS(GPT) CONTROLE AMBIENTAL EM USINAS TÉRMICAS À CARVÃO MINERAL

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1 GPT/03 17 à 22 de outubro de 1999 Foz do Iguaçu Paraná - Brasil GRUPO II GRUPO DE ESTUDO DE PRODUÇÃO TÉRMICA E FONTES NÃO CONVENCIONAIS(GPT) CONTROLE AMBIENTAL EM USINAS TÉRMICAS À CARVÃO MINERAL Alexandre de Souza Thiele GERASUL S.A. RESUMO O Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, situado no município de Capivari de Baixo, estado de Santa Catarina, possui 7 unidades geradoras: UTLA com duas unidades de 50 MW e duas unidades de 66 MW, UTLB com duas unidades de 131 MW e UTLC com uma unidade de 363 MW, perfazendo um total de 857 MW instalados, utilizando carvão mineral como fonte de energia. A utilização do carvão mineral na geração de energia elétrica pode ocasionar impactos ao meio ambiente. A intensidade destes impactos depende de diversos fatores: composição dos combustíveis, tecnologia de combustão, sistemas de controle e condições meteorológicas O objetivo deste trabalho é apresentar as diferentes fases de controle ambiental aplicadas à geração térmica, com ênfase às aplicadas no Complexo Jorge Lacerda. PALAVRAS-CHAVE Meio Ambiente, Carvão, Controle Ambiental, Usina Termelétrica INTRODUÇÃO A Gerasul vem realizando o monitoramento ambiental na região sob influência do Complexo Jorge Lacerda desde 1987, ano de elaboração do RIMA (Relatório de Impacto Ambiental) da Usina Termelétrica Jorge Lacerda IV (363 MW, atual UTLC). Este RIMA realizou um levantamento completo sobre todas as características da região (aspectos físico-químicos, aspectos bióticos, aspectos sociais, econômicos e culturais), com o estudo do estado atual e efeitos da implantação da usina sobre o meio ambiente. Este estudo resultou em várias recomendações sobre atividades de controle ambiental a ser implantada nesta nova usina e nas usinas já em operação. Como exemplo, podemos citar a substituição das chaminés das unidades 1, 2, 3 e 4 (2 x 50 MW e 2 x 66 MW), com 60 m de altura cada uma, por uma chaminé única de 150 m para melhorar a dispersão dos gases, a um custo aproximado de US$ ,00. Outra atividade de controle ambiental decorrente deste trabalho foi a instalação das estações de drenagem dos pátios de carvão e drenagem dos efluentes do pré-tratamento de água. A UTLC foi projetada para ser uma usina com zero de efluentes líquidos, ou seja, os sistemas de resfriamento do condensador, extração de cinzas pesadas, efluentes das estações de desmineralização, etc., são em ciclo fechado não havendo descarga líquida ao meio ambiente. Os custos aproximados para implantação dos sistemas de controle nesta usina atingem o valor de US$ ,00. Este estudo continua até hoje, com o monitoramento contínuo da qualidade do ar e da água na região e medição das emissões das usinas. Este acompanhamento nos permite a aplicação de medidas preventivas e corretivas no sentido de minimizar ao máximo o efeito do Complexo Jorge Lacerda ao meio ambiente FONTES DE POLUIÇÃO As fontes de poluição de uma usina termelétrica podem ser dividida em três principais grupos: GERASUL / UTLA - Av. Paulo Santos Mello, S/N - C. Postal 38 - Capivari de Baixo - SC - CEP Tel.: (048) Fax: (048) athiele@gerasul.com.br

2 2 Poluição Aérea: através dos gases emanados das chaminés. Os principais poluentes são: SO 2, NO x e Material Particulado. Poluição Hidríca: As principais fontes de poluição hídrica são os pátios de carvão, bacias de cinzas e estações de tratamento de água. Resíduos Sólidos: Bacias de cinzas MÉTODOS DE CONTROLE DE POLUIÇÃO EM USINAS TÉRMICAS À CARVÃO Com este objetivo, as usinas térmicas possuem diversos métodos que, aplicados apropriadamente, permitem a operação das mesmas com o mínimo impacto ao meio ambiente. 3.1 Medidas de controle das emissões de SO 2 Alteração do combustível: utilização de combustíveis com baixo teor de enxofre. Instalação de dessulfurizadores 3.2 Medidas de controle das emissões de NO x Alteração do combustível: utilização de combustíveis com baixo teor de nitrogênio. Melhoria da combustão: para restringir a formação de NO x nas caldeiras podemos aplicar quatro métodos (baixo excesso de ar, combustão em dois estágios, recirculação de gases e queimadores de baixo NO x ). As reduções nas emissões de NO x podem ser estimadas com a utilização de um destes métodos ou combinação dos mesmos, ver Tabela 1 (Para carvão mineral com concentração de nitrogênio entre 0,7 e 3,0%). TABELA 1 REDUÇÃO DE NO X Método Emissões 1 Combustão padrão Excesso de ar Baixo excesso de ar combustão em 2 estágios recirculação de gases recirculação de gases queimadores de baixo NO x unidade: ppm Instalação de denitrificadores. 3.3 Medidas de controle das emissões de material particulado Utilização de combustíveis de alta qualidade. Instalação de equipamentos de coleta de material particulado (precipitadores eletrostáticos, ciclones, filtros, etc.). Em unidades termoelétricas são utilizados, normalmente, precipitadores eletrostáticos devido aos seguintes fatores: É menos afetado pelas propriedades do gás e do material particulado; A perda de pressão é baixa; Alta eficiência. 3.4 Medidas de controle das emissões líquidas/ sólidas Estações de captação dos drenos dos pátios de carvão, com posterior envio às bacias de cinzas. Estações de captação dos efluentes das estações de pré-tratamento de água. Sistemas de neutralização das estações de desmineralização de água. Disposição adequada dos resíduos sólidos nas bacias de cinzas LEGISLAÇÃO AMBIENTAL A legislação ambiental brasileira, através das resoluções CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente), estabelece a necessidade de obtenção da LAO (Licença Ambiental de Operação) para a operação das unidades. Esta licença estabelece todos as atividades a serem desenvolvidas nas usinas com o objetivo de preservação ambiental. O órgão ambiental estadual (FATMA Fundação do Meio Ambiente), responsável pela emissão e fiscalização das Licenças Ambientais de Operação para o estado de Santa Catarina estabelece uma série de condicionantes à operação das unidades do Complexo Jorge Lacerda, que detalharemos a seguir: Dar continuidade ao programa de monitoramento dos efluentes líquidos, cursos d água, águas do lençol freático e da qualidade do ar ambiente, com apresentação dos relatórios mensais e anuais. Realizar o levantamento/avaliação das emissões geradas (SO 2, NOx e Material Particulado), com amostragens semestrais. Garantir a preservação das áreas determinadas por lei como de preservação permanente, inclusas na área do empreendimento. Garantir o atendimento aos padrões de emissão dos efluentes líquidos e de qualidade das águas

3 3 dos corpos receptores, estabelecidos pela Legislação Ambiental vigente. Garantir a efetiva redução da emissão de SO 2 mínima de 40% do total emitido pelas unidades do complexo, considerando a alternativa de utilização de carvão mineral de baixo teor de enxofre. Drenagens pluviais exclusivas às águas pluviais. Informar previamente à FATMA a ocorrência de partidas de unidades. Garantir a eficiência dos sistemas de controle ambiental instalados, através da operacionalização do Programa de Manutenção Preventiva. Garantir a disposição adequada dos resíduos sólidos gerados CONTROLE AMBIENTAL NO COMPLEXO JORGE LACERDA 5.1 Controle de qualidade do carvão A utilização de carvão mineral na geração termelétrica está, cada vez mais, condicionada à minimização dos impactos ambientais causados. Isto implica em um rígido controle de qualidade do carvão. O Complexo Jorge Lacerda possui equipamentos de última geração que possibilitam a análise de todos os lotes de carvão recebido e abastecido às unidades, para comparação com os parâmetros estipulados em contratos firmados entre a Gerasul e as empresas mineradoras, ver Tabela 2. Com este objetivo, são coletadas, aproximadamente, 400 amostras mensais para análise de teor de umidade, teor de cinzas, matérias voláteis, poder calorífico, teor de enxofre e granulometria. TABELA 2 CARVÃO PARÃMETROS Parâmetro Unidade Limites Teor de Cinzas % 39,0 44,0 Teor de Enxofre % 1,8 2,3 Matérias Voláteis % > 20,0 Poder Calorífico Kcal/kg Granulometria > 25,4 mm % < 10,0 Granulometria < 0,59 mm % < 10,0 5.2 Ajuste da combustão O controle da combustão nas unidades, propiciando um ótimo ajuste das taxas de ar e combustível, objetiva a redução nas emissões de agentes poluentes como monóxido de carbono e material particulado. Para este controle, as unidades estão equipadas com analisadores de oxigênio, além de análises periódicas dos gases de emissão. Adicionalmente, estão sendo instalados opacímetros que permitem a medição da concentração de material particulado e monitores de vídeo que permitem a visualização da chaminé desde as salas de comando das unidades. 5.3 Controle de emissão de agentes poluentes O Complexo Jorge Lacerda possui sistemas de controle que reduzem a emissão de agentes poluentes que descreveremos a seguir, de acordo com sua natureza: Controle de poluição aérea: As unidades são equipadas com precipitadores eletrostáticos com eficiência de 98% e chaminés com altura adequada para a melhor dispersão dos gases. Controle da poluição hídrica: O complexo Jorge Lacerda possui os seguintes sistemas de proteção ambiental: tanques de neutralização e tanques de drenagem para tratamento dos efluentes das estações de tratamento de água, sistemas de drenagem dos pátios de carvão, sistema fechado de água de circulação através de torre de resfriamento, fossas e filtros anaeróbicos para tratamento do esgoto sanitário. Controle de resíduos sólidos: As cinzas leves produzidas são coletadas e vendidas à indústria cimenteira. As cinzas pesadas são enviadas a aterros controlados. Atualmente, esta cinza está sendo utilizada para recuperação ambiental em grandes áreas próximas ao Complexo. 5.4 Monitoramento Ambiental Em 1987, como citado anteriormente, a Gerasul implantou um sistema de monitoramento ambiental para avaliação da qualidade do ar e das águas nas áreas de influência do Complexo Jorge Lacerda. A rede de monitoramento da qualidade do ar consta de estações de medição das concentrações de material particulado e dióxido de enxofre em locais previamente determinados através de modelos matemáticos de dispersão atmosférica. Para a obtenção de dados meteorológicos, está instalada uma estação meteorológica com medição dos seguintes parâmetros: velocidade do vento, direção do vento, precipitação pluviométrica, temperatura do ar, umidade relativa e radiação solar. A rede de monitoramento da qualidade da água consta de 25 pontos de coleta de água nas bacias do Rio Tubarão e Rio Capivari, além das emissões líquidas das usinas, onde são coletadas amostras, quinzenalmente, e analisadas em laboratórios. São monitorados, ainda, 9 pontos do lençol freático na bacia de cinzas.

4 4 Através deste monitoramento ambiental, é possível identificar os níveis de concentração de poluentes no ar ambiente e nas águas da região, subsidiando medidas de proteção ambiental e possibilitando a realização de prognósticos da situação futura para todas as condições operacionais das unidades. 5.5 Convênio Brasil/Japão Projeto JICA Em 1995, através de convênio firmado entre os Governos do Brasil e do Japão, denominado Projeto JICA (Japan International Cooperation agency), foi realizado um amplo estudo para verificação da qualidade do ar em regiões sob influência de usinas térmicas à carvão mineral. Este estudo teve a duração de três anos e permitiu a avaliação da qualidade do ar em todas as condições de operação das unidades e todas as condições climáticas. Salientando que este estudo também foi realizado na Usina de Charqueadas (GERASUL) e Usina de Candiota (CEEE), apresentamos, adiante, os principais resultados obtidos no Complexo Jorge Lacerda: Qualidade do ar SO 2 e NO x Para avaliação destes parâmetros foram instaladas 3 estações automáticas para monitoramento contínuo da concentração de SO 2 (estações Capivari, Vila Moema e São Bernardo) e uma estação automática para monitoramento contínuo da concentração de NO x (estação Capivari). A seguir, apresentamos um resumo dos resultados obtidos nestas estações, ver Tabela 3. TABELA 3 QUALIDADE DO AR SO 2 E NO X Item SO 2 NO 2 Estação Média Anual Máximo 24 horas Média Anual Máximo Horário Capivari 6,1 35 5,7 44 Vila Moema 8, São Bernardo 5, Padrão 30,56 139,44 53,15 170,08 Unidade: ppb Podemos observar, através destes resultados, que os parâmetros medidos estão com concentração muito abaixo dos limites da legislação ambiental. De modo a complementar o monitoramento destes parâmetros, foram instaladas 20 estações simples, num raio de 20 km do Complexo, com amostradores simples, através do método de absorção, usando como absorvente a trietanolamina e análise em íoncromatógrafo. Estas medições permitiram o mapeamento da região em relação à concentração de SO Qualidade do ar Material Particulado Para análise da concentração de material particulado foram utilizados os equipamentos existentes (amostradores de grande volume Hi Vol ) nas estações citadas anteriormente. A seguir, apresentamos os resultados obtidos, ver Tabela 4. TABELA 4 QUALIDADE DO AR MATERIAL PARTICULADO Média Anual Máximo Estação 24 horas Capivari 95,20 313,07 Vila Moema 77,87 199,05 São Bernardo 48,86 197,28 Padrão 80,00 240,00 Unidade: µg/nm Análises das emissões Além disso, recebemos equipamentos para análises das emissões das usinas, que permitem a análise dos seguintes parâmetros: umidade, dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e material particulado. A seguir, apresentamos os resultados da medição dos gases de emissão nas usinas do Complexo Jorge Lacerda, ver Tabela 5. TABELA 5 GASES DE EMISSÃO Geração MW Altura m Temper. ºC 170,3 164,0 155,5 192,0 Volume KNm3/h 672,7 640,7 742,8 649,7 M.P. Kg/h 297,0 336,8 73,0 104,4 Sox Nm³/h 1137,1 773,1 930,9 239,6 Nox Nm³/h 163,2 179,2 223,1 55,6 Através da correlação de todos os parâmetros medidos (qualidade do ar e emissões das usinas) com as condições atmosféricas, foi possível prever a qualidade do ar para qualquer condição de carga das unidades e qualquer condição climática Principais conclusões A máxima concentração de SO 2 encontrada no ar atmosférico foi de 8,0 ppb na estação Vila Moema. A máxima concentração, calculada através de modelagem matemática, para a condição de carga máxima das unidades é de 8,5 ppb, na direção Oeste-Noroeste e a uma distância de 4 km do Complexo. Apesar de concluir-se que

5 5 as usinas do Complexo Jorge Lacerda são a maior fonte de SO 2 na região podemos observar que os índices de qualidade do ar estão bem abaixo dos limites estipulados pela legislação (30,56 ppb). A máxima concentração calculada para o NO 2 é de 1,0 ppb e muito menor que os limites estipulados (53,15 ppb). A média obtida em Capivari, 5,7 ppb, apresenta grandes variações nos períodos diurnos indicando a influência de automóveis. A influência das usinas, neste parâmetro, é considerada muito pequena. A concentração de material particulado total, na estação Capivari, ultrapassou o valor limite para a média anual. Entretanto, através da análises das emissões e modelagem matemática, a equipe da JICA concluiu que as chaminés das usinas não são a principal fonte de material particulado inalável na região Principais recomendações Manter o nível de gerenciamento na manutenção e operação. Realização de medições periódicas nas emissões aéreas. Avaliação das fontes de material particulado na região do Complexo Jorge Lacerda. Manter o rígido controle nos teores de enxofre do carvão consumido. Divulgar os resultados do monitoramento ambiental às autoridades e à comunidade MEDIDAS DE PROTEÇÃO AMBIENTAL O monitoramento ambiental, em conjunto com o Projeto JICA e o Relatório de Impacto Ambiental (RIMA) tem subsidiado a Gerasul na implantação de vários métodos de controle ambiental em suas usinas térmicas. As principais medidas aplicadas foram: Substituição das chaminés de 60 metros por uma chaminé de 150 metros; Melhoria no sistema de controle de qualidade de combustíveis. Melhorias no tratamento de efluentes líquidos; Novo sistema de esgoto sanitário com fossas e filtros anaeróbicos,; otimização das bacias de cinzas; Implantação de cortina vegetal para controle de poeiras fugitivas; Melhoria na eficiência dos precipitadores eletrostáticos; Instalação de opacímetros; Instalação de novos analisadores de oxigênio MEDIDAS DE RECUPERAÇÃO AMBIENTAL A Gerasul tem participado de várias atividades de recuperação ambiental em áreas degradadas próximas às instalações do Complexo Jorge Lacerda. Entre estas atividades, podemos destacar: Recuperação do Banhado da Estiva, com fornecimento de cinzas para aterro e posterior reflorestamento; Recuperação de antigos pátios de carvão REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) JICA (Japan International Cooperation Agency) - THE STUDY ON EVALUATION OF ENVIRONMENTAL QUALITY IN REGIONS UNDER INFLUENCE OF COAL STEAM POWER PLANTS IN THE FEDERATIVE REPUBLIC OF BRAZIL, Tokyo. (2) RIMA Relatório de Impacto Ambiental FUNDATEC, 1987, Porto alegre. (3) CONAMA RESOLUÇÕES CONAMA, 1992 Brasília. (4) GERASUL Manuais de Operação, Setor de Controle Ambiental e Laboratórios, 1987 a 1999, Santa Catarina DADOS BIOGRÁFICOS O autor é graduado em Engenharia Química pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Em 1987 iniciou suas atividades na Eletrosul S.A., hoje GERASUL S.A., e exerce o cargo de gerente do Setor de Controle Ambiental e Laboratórios desde Atua como professor titular da disciplina de Operações Unitárias do curso de Engenharia Química da Universidade do Sul de Santa Catarina UNISUL. Cursos de especialização: Water Pollution Control Japão/1996 Pollution Control of Coal-fired Thermal Power Plants Japão/1998.