COGERAÇÃO EM UMA FÁBRICA DE CIMENTO

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1 COGERAÇÃO EM UMA FÁBRICA DE CIMENTO Danil Vigarinho d Campo danilvcampo@yahoo.com.br Rumo:Et trabalho faz uma análi trmodinâmica d um itma d cogração m uma fábrica d cimnto. O ga d xautão d um forno d cimnto carrgam conigo grand quantidad d nrgia, não aprovitada no proco fabri. É tudada a poibilidad d gração vapor nrgia létrica, num ciclo Rankin, a partir da rcupração da nrgia ridual. A análi é fita com ba m condiçõ típica da fabricação d cimnto, o rultado ão motrado m função da maa produzida d clínqur, produto intrmdiário do proco d fabricação. Também é fito um lvantamnto obr o uo d nrgia térmica d nrgia létrica m uma fábrica d cimnto. Palavra chav: cogração, cimnto, nrgia, clínqur 1. Introdução O cimnto portland é um do matriai mai uado na ngnharia. O Brail é um do paí m qu mai fabrica conom cimnto no mundo. A indútria do cimnto no Brail produz a cada ano milhõ d tonlada, gra milhar d mprgo. Io m falar no tor d contrução civil, m qu o cimnto é ingrdint principal, qu contitui uma da ba da conomia nacional. O cimnto portland atual, ou implmnt cimnto, tv ua origm na década d É um cimnto artificial fabricado pla mitura, m proporçõ rigoroa, d matriai calcário argiloo, prviamnt moído. Apó a moagm, a mitura é chamada farinha. A farinha é cozida até fuão parcial (1450 ºC), apó o qu é dnominada clínqur. Então, o clínqur é moído pod rcbr pquna adiçõ d outra ubtância para ajutar a compoição. Sua formação báica é d ilicato aluminato d cálcio, praticamnt m cal livr. Hoj m dia, é o portland o aglomrant mai uado m contruçõ. Su conumo crc contantmnt, é até mmo um índic d progro do povo. O cimnto portland pod r uado para a contrução d trutura, para a xcução d rvtimnto ou para o rjunt d alvnaria. Aprnta- ob a forma pulvrulnta, quando miturado com água, forma pata capaz d ndurcr por impl cagm ou, o qu é mai gral, m conqüência d raçõ química, adrindo à uprfíci com a quai tá m contato. Et trabalho motra o principai proco da fabricação d cimnto numa planta indutrial. Srá fita uma análi obr a poibilidad da implantação d um itma d cogração, baado na produção d vapor na gração d nrgia létrica a partir do ga d combutão do forno da fábrica. A cogração é ralidad m indútria química, ucro-alcoolira, d papl clulo. Em algun cao, a fábrica ão mmo auto-uficint na produção d nrgia létrica, com o mprgo da cogração. A cogração m fábrica d cimnto já é uada m planta no Japão, na China m algun outro paí. No Brail, ainda não xitm planta d cimnto qu contam com cogração d nrgia létrica, o prnt trabalho prtnd, não cobrir a lacuna, dprtar no ngnhiro brailiro idéia obr mai uma font para o aprovitamnto nrgético indutrial. 2. Concito Prático A indútria d nrgia proco, m particular a d cimnto, lidam com algun concito particular. Concito rlativo à fabricação d cimnto ão aprntado nta ção. 1. Farinha: mitura pulvrizada contndo calcário argila, rultado da moagm d minrai; é cozida num forno m uma da tapa da fabricação d cimnto. 2. Clínqur: matrial granular rultado da quima da farinha num forno, é a ba para a fabricação do cimnto. 3. Fator do Forno (ou Fator Farinha/Clínqur): parâmtro qu caractriza um forno, é a razão ntr a maa d farinha alimntada no forno a maa d clínqur produzida plo quipamnto; m gral u valor fica ntr 1,6 1,8. 4. Conumo Epcífico Térmico do Forno: outro parâmtro caractrítico d um forno, é a razão ntr a nrgia total do combutívl quimado (com ba no PCI) a maa produzida d clínqur; m gral, u valor fica ntr 3.000kJ/kgclínqur 4.000kJ/kgclínqur. 5. Enchimnto: porcntagm do volum do forno ocupada pla farinha durant a quima; Duda ugr qu valor ja da ordm d 10% a 12%. 3. A Fabricação d Cimnto Portland a Cogração A qüência d opraçõ para fabricação do cimnto portland circuncrv a xtração da matéria-prima, a britagm do minral, a moagm a mitura do cru, a quima, o arrfcimnto do clínqur, a moagm do clínqur o nacamnto a xpdição do cimnto portland. Sobr a cogração, o chamado ciclo d fundo (ou bottoming), é aqul m qu a nrgia rjitada por uma dmanda térmica é uada para a produção d nrgia létrica. No cao da fábrica d cimnto, a dmanda térmica faz pla raçõ química ndotérmica nvolvida na clinqurização. E ciclo opõ ao ciclo d topo (ou topping), m qu a 1

2 nrgia létrica (ou mcânica) é grada primiramnt m rlação à térmica. Ambo o cao ão poívi d rm aplicado m fábrica d cimnto. 4. Cogração m Ciclo d Fundo Ciclo Rankin a Vapor A propota d cogração d nrgia létrica aqui aprntada é qu o ga d combutão do forno d cimnto jam uado para gração d vapor d nrgia létrica, atravé da nrgia térmica ainda contida nl no momnto da dcarga na atmofra. Para tanto, projta- um circuito d vapor, circuito t qu dv r acoplado ao circuito d ga qunt. Sgundo a propota, vapor grado produziria nrgia létrica m um ciclo Rankin. A idéia é qu o ga pam por uma caldira d rcupração m qu trocariam calor com um coamnto d água líquida. Ea água, rcbndo nrgia do ga, ria vaporizada. O vapor, xpandido m uma turbina conctada a um grador létrico. Dpoi da xpanão, o vapor ria condnado bombado novamnt para a caldira d rcupração, ond rcomçaria o ciclo. A propota d cogração é ilutrada na Fig. (1). Not como a parcla do ga nviada ao moinho d cru não participa da cogração, ma é conduzida dirtamnt à chaminé apó a aída do moinho. Na vrdad, ao aprovitar o calor ridual d part do fluxo do ga d xautão do forno, já tá fazndo um tipo d cogração. Por ta propota, part do vapor grado na caldira é dviada ncontra a água d alimntação m um darador. E quipamnto tm a dupla função d (1) liminar da água ga diolvido, (2) aqucr a água ant da ntrada da caldira. Calcário Argila BRITADOR BRITADOR MOINHO DE CRU LEGENDA Circuito d Clínqur Circuito d Ga Circuito d Vapor Circuito d Combutívl GERADOR ELÉTRICO FORNO ARREFECEDOR DE CLÍNQUER TURBINA CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO Adiçõ MOINHO DE CLÍNQUER CONDENSADOR BOMBA DESAERADOR Combutívl Ga Frio Cimnto Figura 1. Propota d qüência d fabricação d cimnto portland com cogração com ciclo Rankin a vapor. Ea propota é promiora dvido à grand quantidad d ga produzida no forno. O ciclo Rankin a vapor é o método mai uado no mundo para a rcupração da nrgia do ga na produtora d cimnto, mbora não ja o único poívl, como rá motrado adiant. Um xmplo d planta qu faz uo do ciclo Rankin a vapor é a da Florida Cruhd Ston, m Brookvill, Florida, no Etado Unido. No mmo paí, a configuração d cogração d nrgia létrica também xit na CalMat, m Colton, Califórnia. Ea última já tá m opração dd o ano d Outra Configuraçõ para Cogração m Fábrica d Cimnto - Cogração m Ciclo d Fundo com Rator d Lito Fluidizado: Li & Kong (.d.) ugrm uma configuração m qu a torr d ciclon é ubtituída por um rator d lito fluidizado, intalado na boca do forno. N cao, o ga vindo do forno promovm a pré-calcinação da farinha no rator, ão conduzido a uma caldira d rcupração qu compõ um ciclo Rankin a vapor. Sgundo o autor, itma tá intalado na linha d produção númro 2 da fábrica Huhhaot, na China. Lá, o forno é pquno, com produção d 550 tonlada d clínqur por dia, ma a capacidad d cogração d nrgia létrica é uficint para atifazr toda a dmanda da fábrica. - Cogração m Ciclo d Fundo com Ciclo Rankin Orgânico o ciclo Rankin orgânico (ou implmnt ORC) é mlhant a um Rankin a vapor, com a difrnça fundamntal d uar uma ubtância orgânica, não água, como fluido d trabalho. A vantagm do ciclo orgânico m rlação ao a vapor é qu o fluido orgânico utilizado tm a tmpratura d aturação mnor qu a da água para dtrminada prão. Io qur dizr qu a ubtância orgânica pod rcuprar a nrgia ridual d ga diponívi a tmpratura mai baixa qu a ncária para o ciclo Rankin a 2

3 vapor. Exmplo d fluido orgânico poívi d rm uado ão ólo d ilicon, hidrocarbonto. O ciclo Rankin orgânico é ainda pouco uado m cogração na fábrica d cimnto. Um xmplo d intalação d tipo é a fábrica Hidlbrg Zmnt, na Almanha. - Cogração m Ciclo d Fundo com Ciclo Kalina: o ciclo Kalina ua uma mitura d água amônia como fluido d trabalho m um ciclo fchado. O uo da mitura é vantajoo porqu prmit qu a vaporização do fluido d trabalho na caldira d rcupração (mitura rica m amônia) comc m tmpratura mai baixa do qu fo uada água pura. Além dio, a vaporização da mitura não acontc a tmpratura contant, o qu aumnta a nrgia tranfrida a la plo ga, lva a ficiência do ciclo. Mirolli (.d.) tudou o ciclo Kalina para a rcupração tanto do ga d cap do forno quanto do ar d xco do rfriador d clínqur. O ciclo Kalina para cogração funciona com uco m fábrica como a uina Sumimoto Corporation Kahima Stl, no Japão, ma ainda não é aplicado comrcialmnt m fábrica d cimnto. - Cogração m Ciclo d Topo: a cogração m ciclo d topo tm poibilidad d r implantada m fábrica d cimnto, ma, m gral, rqur alto invtimnto. Conit no uo d calor para grar nrgia létrica, no nvio do ga d cap d grador ao proco indutriai ou no uprimnto d ncidad d calor d fábrica vizinha, d comunidad próxima. A fábrica dinamarqua Aalborg upr crca d 15% da dmanda d calor municipal da cidad homônima. Outro xmplo é o d uma planta m Rozmburg, Holanda, qu gra ltricidad m uma turbina a gá (ciclo Brayton) cuja xautão é mprgada para a cagm da cória uada como adição ao clínqur. Também é poívl uar o forno como font d calor para produzir frio m chillr d aborção. 4.2 Comparação ntr a Configuraçõ Nt txto, o objtivo é qu dtrmin o potncial d cogração para fábrica d cimnto xitnt, m qu altr o proco d fabricação. Como o objtivo da fábrica é a produção d cimnto ( não d nrgia létrica), foi calculada a cogração pla rcupração da nrgia ridual do ga m ciclo d fundo, não foram focado o ciclo d topo. Alm dio, ntr a configuraçõ poívi dntro da idéia d rcuprar o ga d xautão, foi colhido o ciclo Rankin tradicional. Embora o rultado d Li Kong (.d.) para o ciclo Rankin a vapor com rator d lito fluidizado jam ignificativo, o prnt trabalho optou por mantr a torr d ciclon, para qu a olução poa r implmntada m fábrica já xitnt m a ncidad d intrvnçõ fíica muito violnta (rtirada da torr d ciclon). Como dito, procurou- trabalhar com o rjito d nrgia m intrfrir no proco indutriai. Quanto ao ciclo Rankin Orgânico Kalina, a Tab. (1) compara-o com o ciclo Rankin a vapor. Tabla 1. Ciclo Trmodinâmico para Cogração Ciclo Trmodinâmico Parâmtro Rankin a Vapor Rankin Kalina Orgânico Tmpratura Mínima do Ga (ºC) Cuto Aproximado a a a (US$ / kw capaz d grar) Gração Elétrica 1 1,3 a 1,7 1,3 a 1,6 m Rlação ao Rankin a Vapor Font: WADE (2007) A tabla motra qu o ciclo Kalina é capaz d rcuprar ga a tmpratura mai baixa qu o Rankin orgânico, qu o Rankin a Vapor é o qu xig a mai alta tmpratura do ga ntr o trê. O rultado dio é qu o ciclo a vapor tm a mnor gração létrica ntr l. Contudo, é o ciclo Rankin a vapor o d cuto (um pouco) mai baixo. E motivo, omado ao fato d r o a vapor o mai conagrado ciclo d rcupração d ga, ao d trm o outro doi ciclo aplicação ainda rtrita, fz com qu o ciclo Rankin a vapor fo colhido para r tudado com mai profundidad nt trabalho. 5. Hipót Adotada O ciclo d cogração projtado nt trabalho foi calculado a partir da conidração d alguma hipót. Ela ão litada abaixo: 1. Fabricação m via ca 2. Rgim prmannt 3. Enrgia cinética potncial no coamnto gaoo ão dprzada 4. Ar atmoférico é compoto apna por oxigênio nitrogênio 5. Farinha é formada apna por argila calcário 6. Não há prda d maa d farinha nm d água dntro do quipamnto nm ntr l 7. Ga qu d cap do forno têm a mma compoição qu o produto da combutão 3

4 8. Farinha ai do moinho d cru com umidad zro 9. Farinha ai do moinho d cru à mma tmpratura qu ntra no forno 10. Caldira, turbina, condnador, bomba, darador moinho ão adiabático 11. Grador létrico tm rndimnto 100% 6. Conidraçõ Trmodinâmica Como vito, o itma d cogração aqui conidrado nvolvrá uma unidad motora qu ua vapor d água como fluido d trabalho. O vapor, n cao, ofr uma éri d tranformaçõ ao prcorrr um circuito, apó o qu rtorna ao tado inicial. O modlo idal para o aprovitamnto d vapor m cntrai d potência é o ciclo Rankin. O ciclo Rankin idal é compoto por quatro proco trmodinâmico, a abr: (1) bombamnto adiabático rvrívl, (2) tranfrência d calor iobárica para o vapor, (3) xpanão adiabática rvrívl, (4) tranfrência d calor iobárica, a partir do vapor. A primira li da Trmodinâmica (q. (1))mbaa o xam do apcto nrgético do ciclo Rankin. Ela rlaciona a taxa d calor, Q &, trabalho, W &, trocada no volum d control, com a vazõ m maa da ubtância qu VC ntram m ua frontira, h h. VC, a qu am dla,, (ou vazõ molar, 0 ( h f + h ) ] = W& 0 VC + [ n& ( h f + h ) n& n& ) ua rpctiva ntalpia, Q & + [ n& ] (1) VC R P O ciclo rai têm prda, irrvribilidad, qu o afatam do ciclo idai. Nt trabalho ão conidrada a prda na turbina na bomba. Como a máquina ral não é iontrópica, dfin- o rndimnto iontrópico, qu rlaciona a opração ral com a idal. O rndimnto iontrópico para uma bomba é dado pla q. (2), o para uma turbina, pla q. (3). h h, io η io _ bomba = (2) h h, ral h h, ral η io _ turbina = (3) h h, io Para a bomba, também é útil lmbrar qu o trabalho pcífico iontrópico é calculado pla intgral do volum pcífico, do fluido bombado, m rlação à prão, como é motrado na q. (9). w _ = vdp = v (4) io bomba ( P P ) Outra xprão important m todo o volum d control é a quação da continuidad, ou li da conrvação d maa, q. (5). m & & (10) = m O funcionamnto d um ciclo fica bm ituado form fita, além do cálculo nrgético, conidraçõ obr o potncial d ralização d trabalho do fluido. Ito é, a gunda li da trmodinâmica tablc qu nm toda a nrgia diponívl pod r convrtida m trabalho, ma uma part dla dv r rjitada. A mdida do potncial d ralizar trabalho, ou diponibilidad, é a xrgia, imbolizada pla ltra b. A xrgia dtruída rprnta, ntão, a rdução da diponibilidad, ito é, a diminuição do potncial d ralização d trabalho. A xprão para o balanço d xrgia aparc na q. (6), m qu a grandza rfrida à condiçõ ambint têm ubcrito 0. m b = m b + W& VC Q& vc 0 & & + T 1 B& dtruída (6) T Para cao m qu a nrgia química d um combutívl é convrtida m calor /ou trabalho, também é poívl dfinir o rndimnto nrgético, q. (7), xgético, q. (8). 4

5 W& útil + Q& proco η (7) PCI = combutívl W& útil Q& + proco 0 1 T proco η x = (8) B& combutívl T Valor important para intalaçõ d cogração ão o fator d utilização d nrgia, FUE, dfinido na q. (9), a razão d nrgia, RE, q. (10). O FUE rlaciona a nrgia aprovitada com a rqurida (térmica létrica). A RE rlaciona a dmanda térmica létrica num volum d control. FUE = W& combutívl útil + Q& PCI + proco W& létrico (9) W& létrico _ rqurido RE = (10) Q& térmico _ rqurido 7. A Fábrica Foram dnvolvido modlo matmático da fábrica d cimnto do itma d cogração propoto. Foram tablcida condiçõ típica d opração d uma fábrica, xaminado volum d control do forno, do moinho d cru, da caldira d rcupração, do darador, da turbina, do condnador da bomba. O rultado aparcm mpr m rlação a um quilograma d clínqur produzido. 7.1 Condiçõ d Opração da Fábrica Algun valor foram admitido ou calculado para a condiçõ d opração da fábrica. E valor aparcm a guir: 1. Tmpratura ambint: 25ºC 2. Tmpratura d rfrência para a ntalpía d formação: 0ºC 3. Fator do forno admitido: 1,7kgfarinha/kgclínqur 4. Umidad do minral admitida:0,07kgágua/kgminral 5. Tmpratura d ntrada da farinha no forno: 70ºC 6. Tmpratura d aída do clínqur do forno: 1.100ºC 7. Tor d oxigênio no ar atmoférico, m volum: 21% 8. Tor d nitrogênio no ar atmoférico, m volum: 79% 79% 9. Rlação molar do ar atmoférico: = 3, 76 moln 2 /molo 2 21% 10. Coficint d ar (valor uual para forno d cimnto): λ = 1, Maa molar do ar atmoférico (d Van Wyln (2003)): 28,97kg/kmol 12. Maa pcífica do clínqur (d Incropra (2002), concrto com brita): 2.300kg/m Tor admitido d calcário na farinha, m maa: 90% 14. Tor admitido d argila na farinha, m maa: 10% 15. Calor pcífico do calcário (Incropra (2002), a 300K): 0,81kJ/kgK 16. Calor pcífico da argila (Incropra (2002), a 300K): 0,88kJ/kgK 17. Razão d nrgia, (Baltiri (2002)): 0, Tmpratura d xautão do ga da torr: 400ºC Valor pouco uprior ugrido por Alop (2001); aumnto prtnd aproximar o tudo a valor rai vrificado. 19. Conumo pcífico térmico no forno (ba PCI do combutívl) ugrido por Alop motrado na tabla 6: 3.347,2kJ/kgclínqur 20. Enchimnto do forno (Duda (1985)): 10% 5

6 7.2 Parâmtro d Fabricação Foram coltado calculado valor típico d produção conumo d nrgia m fábrica d cimnto: 1. Produção da minração (função da umidad, u, do Fator do Forno, F), q. (21) min ração clínqur F = 1 u (11) 2. Água no minral D forma mlhant ao tópico antrior, vm a q. (22) água clínqur = F 1 1 u (12) 3. Conumo d Enrgia Elétrica na Moagm d Cru: Duda (1985) ugr conumo d 128,52kJ/kgclínqur 4. Conumo d Enrgia Elétrica no Forno (m função do nchimnto,, da maa pcífica do clínqur, ρ ), q. (23) clínqur W& 1 létrico _ forno = (13) 4,5 ρ clínqur 5. Conumo d Enrgia Elétrica na Moagm d Cimnto: conidrado igual ao conumo d nrgia létrica na moagm d cru. 6. Conumo d Enrgia Elétrica na outra atividad fabri: calculado pla razão d nrgia A Tab. (2) a Fig. (2) motram o rultado para o uo da nrgia na tapa d fabricação, com o prcntuai rfrido ao conumo total d nrgia da fábrica. Tabla 2. Parâmtro d Fabricação Grandza Valor Unidad Produção da Minração 1,83 kg/kgclínqur Água no Minral 0,13 kg/kgclínqur Conumo d Enrgia Elétrica na Moagm d Cru 128,52 kj/kgclínqur Conumo d Enrgia Elétrica no Forno 3,48 kj/kgclínqur Conumo d Enrgia Elétrica na Moagm d Clínqur 128,52 kj/kgclínqur Conumo d Enrgia Elétrica m outra Atividad 107,67 kj/kgclínqur Conumo d Enrgia Térmica no Forno 3347,20 kj/kgclínqur Conumo Total Elétrico 368,19 kj/kgclínqur Conumo Total Térmico 3347,20 kj/kgclínqur 0,1% Enrgia Elétrica no Forno 3,5% 2,9% Enrgia Elétrica Enrgia Elétrica - Outro na Moagm d Clínqur 3,5% Enrgia Elétrica na Moagm d Cru 90,1% Enrgia Térmica no Forno Figura 2. Ditribuição da nrgia uada na fabricação d cimnto. 6

7 8. O Sitma Calculado A combutão no forno foi calculada para o coqu d ptrólo, combutívl comum, m prda d gnralidad para o cao d uma intalação uar outro combutívl. A compoição do coqu d ptrólo é motrada na Tab. (3) Tabla 3. Dado do Coqu d Ptrólo Sco PCI = kJ/kg Componnt Fórmula Maa Molcular (kg/kmol) % m Maa Carbono C 12,011 86,30 Hidrogênio H 2 2,016 3,77 Enxofr S 32,06 5,38 Oxigênio O 2 32,00 1,72 Nitrogênio N 2 28,01 1,51 Cinza - - 0,32 Cada quipamnto tudado tm u rultado mai important aprntado na Tab. (4). A Tab. (5) xpõ o rultado globai para a cogração. Na última, é important lmbrar qu nt trabalho o quipamnto foram conidrado adiabático (uma impoibilidad ral), qu foi conidrada nrgia útil a qu é tranfrida ao clínqur, m conidrar qu l dv r rfriado quando ai do forno. Mmo aim, o valor ncontrado ão valioo, para qu comparm o dmpnho da planta no cao m com cogração. O rultado para um cao poívl m qu 15% da nrgia do PCI é prdido para o ambint aparcm na coluna ainalada na Tab. (5). Tabla 4. Rumo do Rultado Subtância Equipamnto Minral / Farinha / Clínqur Intruçõ d Uo da Tabla: Para cada Equipamnto, colhr a Grandza localizar o valor corrpondnt à ubtância ainalada com um X X 1,70 1, Vazão d Entrada (kg/kgclínqur) X - - 0,11 0,10 0,10 0,10 0,10 X - 1,02 1, X 1,00 1, Vazão d Saída (kg/kgclínqur) X - 0,13 0,11 0,11 0,10 0,10 0,10 X 2,15 1,02 1, X Tmpratura d Entrada (ºC) X X X Tmpratura d Saída (ºC)) X X Prão d Entrada (kpa) X Prão d Saída (kpa) X Enrgia no Ecap (%) X 27,19 4,69 5, Exrgia Dtruída (kj/kgclínqur) ,57 5,91 16,68 15,34 0,13 Enrgia Elétrica Conumida (kj/kgclínqur) - 3,8 128, ,14 Enrgia Elétrica Grada (kj/kgclínqur) , Nota: (1) a nrgia no cap é rlativa ao PCI do combutívl; (2) no forno, vazão d aída vapor tá contabilizada na do ga d combutão; (3) no forno, balanço d maa ainda dv contmplar vazão d combutívl d ar d combutão; (4) no moinho, a vazão d ntrada d minral contmpla minral co água; (5) no moinho, a aída d água é dvida à vaporação da umidad do minral; (6) no darador, dado d ntrada d água ão rfrnt à água fria. Grandza Água / Vapor Ga d Combutão Forno Moinho d Cru Caldira d Rcupração Darador Turbina Condnador Bomba 7

8 Tabla 5. Rultado Globai Grandza Valor* Valor** Unidad Enrgia Líquida Grada 71,27 71,27 kj/kgclínqur Rndimnto Enrgético m Cogração 72,8 57,8 % Rndimnto Enrgético com Cogração 97,0 82,0 % Rndimnto Exrgético m Cogração 39,3 31,2 % Rndimnto Exrgético com Cogração 53,3 45,2 % FUE m Cogração 75,5 62,0 % FUE com Cogração 97,3 83,7 % * upondo quipamnto adiabático ** upondo 15% d prda d nrgia, rlativo ao PCI, por troca d calor com o ambint A Caldira d rcupração pod r do tipo d Trê Tubulõ. Nla, xitm um tubulão uprior qu abriga a vapor aturado, doi infrior, qu guardam água líquida. Entr o doi tubulõ infrior, um coltor d particulado é poicionado para armaznar o ólido prcipitado. E tipo d caldira é motrado na (Fig.) 3. O prfil d tmpratura na caldira, por ua vz, é ilutrado na Fig. (4). Figura 3. Caldira d Trê Tubulõ. Tmpratura (ºC) Economizador Evaporador Supraqucdor Variação d Entalpia (%) Ga Vapor Figura 4. Prfil d tmpratura na caldira. 8

9 9. Dicuão Ficam vidnt o bnfício qu podm r trazido pla implantação d um itma d cogração d nrgia létrica a partir da rcupração do ga do forno d clínqur. Para o cao adiabático, o rndimnto nrgético alta d pouco mai d 70% para qua 100% (a xmplo do FUE); o rndimnto xrgético ob d mno d 40% para mai d 50%. A primira coia qu dv r dita é qu o ciclo aprntado foi implmnt projtado, m r otimizado. Sua otimização podria aumntar a quantidad d nrgia létrica grada. Li & Kong, m u ciclo a vapor com rator d lito fluidizado, não avaliam a poibilidad d o ga do forno participarm da cagm d cru, ito é, o autor conidram a totalidad da xautão do forno para a gração d vapor. Com a análi, afirmam qu uma fábrica qu ua cogração com ciclo Rankin a vapor ja capaz d grar 39kWh/tclínqur, ou 140,4kJ/kgclínqur. Ora, valor é o mmo qu foi dtrminado no prnt trabalho, conidrando- qu aqui optou- plo dvio d 47,5% do ga do forno para a cagm no moinho, rtando apna o outro 52,5% para a cogração. É fácil calcular qu, cao todo o cap do forno fo para a caldira d rcupração, podr- ia grar 135,8kJ/kgclínqur, ou 37,8kWh/tclínqur. A proximidad d valor ao colocado por Li & Kong atta a confiabilidad do cálculo do prnt trabalho. Para o ciclo calculado, o rultado indicam qu a nrgia létrica grada corrpond a qua um quinto d toda a nrgia létrica conumida na fábrica (71,27 kj/kgclínqur contra 318,19 kj/kgclínqur), a mai da mtad da nrgia gata na moagm d cru (71,27 kj/kgclínqur contra 128,52 kj/kgclínqur). Só a informação já é uficint para lvar adiant a idéia d implantar a cogração létrica m fábrica d cimnto. A xmplo do qu tá fito m WADE, é intrant fazr alguma análi. Sgundo WADE, o total d nrgia 19 conumido no mundo no ano d 2003 foi d TWh, ito é, qua 6 10 J. D acordo com a tabla 3, n 6 mmo ano d 2003 foram fabricada 1.964,4 10 tonlada d cimnto. Conidrando- qu o cimnto ja 17 compoto 97% d clínqur, chga- a um valor d 1,36 10 J qu podriam r grado pla rcupração do ga do forno m um ciclo Rankin a vapor. Io rprnta 0,23% d toda a nrgia conumida no mundo no ano rfrido. 15 O mmo raciocínio aplicado ao valor brailiro para 2004 fornc potncial d gração d 2,38 10 J, ou 0,20% 18 do 1,2 10 J létrico conumido no Brail naqul ano (dado da EPE - Empra d Pquia Enrgética). E valor prcntual parc pquno, ma é uma quantidad montruoa d nrgia qu podria r grada m apna um tor indutrial, m nnhum aumnto d poluição. E númro rá ainda maior form conidrada outra fábrica (crâmica, cimnto rfratário) outra forma d cogração (outro ciclo trmodinâmico, ciclo d topo). Cálculo mlhant podria r aplicado para timar a quantidad d tonlada d carbono quivalnt qu podm dixar d r mitida itma d cogração foram mai mai mprgado m fábrica d cimnto. O rultado ria amplamnt favorávl à intalação d itma d rcupração do ga. D fato, dd qu o Protocolo d Kyoto intituiu o mrcado d crédito d carbono, projto d cogração ganharam importância conômica, além da ambintal. S form nquadrado naquilo qu o Protocolo chama d Mcanimo d Dnvolvimnto Limpo (MDL), tai projto podm r financiado por paí mpra intrado. O qu obrva é qu já há uma éri d projto d cogração m fábrica d cimnto na lita para rcbrm crtificação como MDL. Todo o cálculo fito aqui conidraram qu não acontc quima complmntar na caldira, ito é, o aqucimnto do fluxo d água a gração d vapor ocorrm com nrgia vinda xcluivamnt do ga a rm rcuprado. Outra poibilidad é a d qu à nrgia do ga ja omada a provnint d uma quima cundária, na própria caldira ou m uma câmara d combutão auxiliar. Io prmitiria a gração d vapor a tmpratura prão uprior à obtida no cao aqui dnvolvido. O rultado ria uma maior gração létrica. É claro qu, n cao, a gração dv r pondrada com o conumo adicional d combutívl. 10. Concluõ Foi fito um tudo obr o conumo nrgético na fabricação d cimnto, litada a principai atividad qu uam potência térmica ou létrica. Também foram motrado divro ciclo trmodinâmico, alm do Rankin a vapor, poívi d rm mprgado na cogração létrica m uma fábrica d cimnto. O ciclo Rankin a vapor aprnta, m rlação ao outro, a vantagm d r o mai uado para a rcupração d ga, contar com comprovada viabilidad prática, m qu altr o proco d fabricação. Todavia, outro ciclo urgm como opção, ofrcndo maior gração létrica a prço d intalação comparávi ao do Rankin a vapor. Dada a viabilidad trmodinâmica, o atual dnvolvimnto da tcnologia, a dcião implantação ou não d tipo d itma m uma fábrica é tritamnt conômica política. D fato, ndo a caz nrgética como um problma mundial, cada vz mai o itma d cogração dvm aparcr como altrnativa a rm aprovitada. E fnômno vai intnificar à mdida qu o mrcado d crédito d carbono tomar corpo rprntar nova font d divia à fábrica. 9

10 O valor uado nt trabalho ão típico para a fábrica d cimnto. Para uma planta pcífica, apna uma avaliação dtalhada, com a mdição d valor rai a conidração da condiçõ lgai, financira ambintai locai, pod rvir d ba para a dcião obr a viabilidad da implantação da cogração naqula intalação particular. 11. Agradcimnto O autor agradc à mpra Dynami Mcânica Aplicada, pla valioa contribuiçõ. 12. Rfrência Alop, P. A., Chn, H., Chin-Fatt, A. L., Jackura, A. J., Mccab, M. I., Tng, H. H.. Th Cmnt Plant Handbook. 3 a dição. Tradhip Publication. Portmouth (RUN) Aociação Brailira d Cimnto Portland (ABCP). Guia Báico d Utilização do Cimnto Portland. 7 a dição. São Paulo Baltiri, Joé A. P. Cogração Gração Combinada d Eltricidad Calor. Editora da UFSC. Florianópoli Baur, L. A. Falcão. Matriai d Contrução. Volum 1. 4 a dição. LTC, Rio d Janiro Brink Jr., Joph A. Shrv, A. Norri. Indútria d Proco Químico. 4 a dição. Guanabara. Duda, Waltr H. Cmnt Data Book 1. Bauvrlag. Brlim Ganapathy, V. Wat Hat Boilr Dakbook. Th Fairmont Pr, ditributd by Prntic-Hall Incropra, Frank P. Dwitt, David P. Fundamnto d Tranfrência d Calor Maa. LTC. Rio d Janiro, Innovation in Portland Cmnt Manufacturing. Portland Cmnt Aociation Li, J., Kong, J. A Co-Gnration Proc for Clinkr and Elctricity in Portland Cmnt Plant, Intitut of Cmnt China Building Matrial Acadmy, Bijing. Lizarraga, Joé M. S. Cognracion Apcto Trmodinámico, Tcnológico y Econômico. 3ª dição. Univridad dl Pai Vaco. Bilbao Mirolli, Mark D. Th Kalina Cycl for Cmnt Kiln Wat Hat Rcovry Powr Plant PtrucciI, Eládio G. R. Matriai d Contrução. 2 a dição. Globo. Porto Algr Th Babcock & Wilon Company. Stam It Gnration and U. 40 a dição. Ohio Trink, W.Indutrial Furnac. 6ª dição. Van Wyln, Gordon J., SONNTAG, Richard E., BORGNAKKE, Clau. Fundamnto da Trmodinâmica. Tradução da 6ª dição amricana. Edgard Blüchr. São Paulo WADE Th World Alianc for Dcntralizd Enrgy. Concrt Enrgy Saving Onit Powr in th Cmnt Sctor. Março d WALL, Göran, CHUANG, Chia-Chin ISHIDA, Maaru. Exrgy Study of th Kalina Cycl. Analyi and Dign of Enrgy Sytm: Analyi of Indutrial Proc, AES-Vol. 10-3, pp.73-77, ASME 13. Dirito autorai O autor é o único rponávl plo contúdo do matrial impro incluído no u trabalho. COGENERATION IN A CEMENT PLANT Danil Vigarinho d Campo danilvcampo@yahoo.com.br Abtract. Thi rport how a thrmodynamic analyi of a cognration ytm in a cmnt plant. Th xhaut ga of a cmnt kiln carry larg quantiti of nrgy, not ud in manufacturing. Thi work tudi th poibility of tam and lctric powr gnration, in a Rankin cycl, from thi ridual nrgy rcovry. Th analyi i bad on typical condition of cmnt manufacturing, and th rult ar howd in function of th production of clinkr, an intrmdiary product of manufacturing proc. Alo, a urvy of u of thrmal nrgy and lctrical nrgy in a cmnt plant i don. Kyword. cognration, cmnt, nrgy, clinkr 10