View
223
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 168
Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento SustentaacutevelFundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente
Diretoria de Pesquisa e DesenvolvimentoGerecircncia de Desenvolvimento e Apoio Teacutecnico agraves Atividades Industriais
Utilizaccedilatildeo do Gaacutes de Alto-forno para Produccedilatildeo deEnergia em Induacutestria Sideruacutergica no Estado de
Minas Gerais
Sumaacuterio Executivo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 268
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 368
copy 2010 Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente
Governo do Estado de Minas Gerais
Antocircnio Augusto Junho Anastasia
Governador
Sistema Estadual do Meio Ambiente ndash Sisema
Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentaacutevel -
Semad
Joseacute Carlos Carvalho
Secretaacuterio
Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente - Feam
Joseacute Claacuteudio Junqueira
Presidente
Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento
Paulo Eduardo Fernandes de Almeida
Diretor
Gerecircncia de Desenvolvimento e Apoio Teacutecnico agraves Atividades Industriais
Liliana Adriana Nappi Mateus
Gerente
ElaboraccedilatildeoArnaldo Abranches Mota Batista
Analista Ambiental
Ficha catalograacutefica elaborada pelo Nuacutecleo de Documentaccedilatildeo Ambiental
Rodovia Prefeito Ameacuterico Gianetti snordm - Serra Verde - Belo HorizonteMGCEP - 31630-900 (31) 3915-1465wwwmeioambientemggovbr
983110983157983150983140983137983271983267983151 983109983155983156983137983140983157983137983148 983140983151 983117983141983145983151 983105983149983138983145983141983150983156983141
983110981983157 983125983156983145983148983145983162983137983271983267983151 983140983141 983143983265983155 983140983141 983137983148983156983151983085983142983151983154983150983151 983152983137983154983137 983152983154983151983140983157983271983267983151 983140983141 983141983150983141983154983143983145983137
983141983149 983145983150983140983290983155983156983154983145983137 983155983145983140983141983154983290983154983143983145983139983137 983141983149 983117983145983150983137983155 983111983141983154983137983145983155 983155983157983149983265983154983145983151 983141983160983141983139983157983156983145983158983151 983111983141983154983274983150983139983145983137 983140983141983108983141983155983141983150983158983151983148983158983145983149983141983150983156983151 983141 983105983152983151983145983151 983124983273983139983150983145983139983151 983264983155 983105983156983145983158983145983140983137983140983141983155 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983145983155 983085983085983085 983106983141983148983151
983112983151983154983145983162983151983150983156983141 983110983157983150983140983137983271983267983151 983109983155983156983137983140983157983137983148 983140983151 983117983141983145983151 983105983149983138983145983141983150983156983141 2010
70983152
1 983120983154983151983140983157983271983267983151 983140983141 983141983150983141983154983143983145983137 2 983113983150983140983290983155983156983154983145983137 983155983145983140983141983154983290983154983143983145983139983137 991251 983143983265983155
983140983141 983137983148983156983151 983142983151983154983150983151 3 983105983152983154983151983158983141983145983156983137983149983141983150983156983151 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983151 983113 983124983277983156983157983148983151
983107983108983125 66962097(8151)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 468
feam
SUMAacuteRIO EXECUTIVO
Este sumaacuterio conteacutem os principais resultados que compotildeem a dissertaccedilatildeo de
mestrado ldquoUtilizaccedilatildeo do gaacutes de alto-forno para produccedilatildeo de energia na induacutestriasideruacutergica de Minas Geraisrdquo do servidor Msc Arnaldo Abranches Mota Batista da
Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente A referida dissertaccedilatildeo foi requisito parcial do
curso de Mestrado Profissionalizante em Sustentabilidade Soacutecio-econocircmica e
Ambiental realizado em conjunto com outros servidores da Fundaccedilatildeo Estadual do
Meio Ambiente Instituto Mineiro de Gestatildeo das Aacuteguas e Instituto Estadual de
Florestas no acircmbito do convecircnio firmado entre a FEAM e a Universidade Federal de
Ouro Preto (UFOP)
Este trabalho mostra a situaccedilatildeo atual do aproveitamento de gaacutes de alto-forno para
geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais por meio de levantamento
realizado nos anos de 2008 e 2009 onde eacute discutida a melhor tecnologia de limpeza
de gaacutes de alto-forno utilizando as experiecircncias do proacuteprio setor de produccedilatildeo de
ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo vegetal
O trabalho tambeacutem contemplou uma pesquisa mais detalhada dos sistemas delimpeza de gaacutes utilizados pelos empreendimentos do setor de ferro-gusa que jaacute
possuem termoeleacutetricas Para comparar os dados pesquisados em campo e nas
informaccedilotildees existentes no Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais sobre lavadores foi utilizado um modelo matemaacutetico par calcular a
eficiecircncia teoacuterica de lavadores
Aleacutem disso foi ainda adaptado um modelo de caacutelculo de custobenefiacutecio para
termoeleacutetricas a gaacutes de alto forno onde se verificaram as vantagens econocircmicas de
instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em alto-fornos a carvatildeo vegetal mesmo levando-se em
conta os investimentos adicionais em equipamentos de limpeza de gaacutes discutidos
neste estudo Por fim foram levantados provaacuteveis ganhos com creacuteditos de carbono
aplicando a metodologia do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo para caacutelculo de
emissotildees evitadas de dioacutexido de carbono (CO2)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 568
2feam
1 INTRODUCcedilAtildeO
A conservaccedilatildeo e preservaccedilatildeo de energia devem ser prioridades em todos os
empreendimentos por razotildees econocircmicas e ambientais principalmente devido agravenecessidade de um balanccedilo positivo quanto agraves emissotildees de gases que provocam o
efeito estufa visando contribuir na minimizaccedilatildeo do aquecimento global do planeta
A sideruacutergica mineira eacute um segmento industrial relevante inclusive no cenaacuterio
nacional Identifica-se nesse setor o gaacutes de alto-forno da produccedilatildeo de ferro-gusa
com elevada temperatura e teores de monoacutexido de carbono (CO) como principal
perda energeacutetica pelo fato de natildeo ser totalmente utilizado como redutor no processoprodutivo O gaacutes de alto-forno eacute parcialmente utilizado hoje para preacute-aquecimento do
ar de processo no alto-forno mas numa quantidade que varia de 40 a 60 sendo
o restante descartado para a atmosfera apoacutes a queima nas tochas
Em processos de geraccedilatildeo de eletricidade por meio da cogeraccedilatildeo o uso do gaacutes de
alto-forno eacute adequado uma vez que o calor rejeitado ainda pode ser parcialmente
convertido em energia uacutetil Assim o aproveitamento do gaacutes de alto-forno tem se
tornado fundamental no processo de produccedilatildeo de ferro-gusa
Algumas usinas sideruacutergicas jaacute possuem centrais termeleacutetricas utilizando os gases
oriundos dos processos de fabricaccedilatildeo do ferro-gusa que satildeo queimados em
caldeiras para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica Parte significativa dessa cogeraccedilatildeo
destaca-se por natildeo advir da queima do gaacutes e sim do aproveitamento de
caracteriacutesticas fiacutesicas do gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia
Dessa forma eacute importante conhecer a situaccedilatildeo atual da recuperaccedilatildeo energeacutetica de
gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais e as
possibilidades para aumento desta geraccedilatildeo
Em se tratando de altos-fornos a carvatildeo vegetal tendo em vista o atual ldquoestado da
arterdquo da limpeza do gaacutes de alto-forno faz-se necessaacuterio tambeacutem conhecer a melhor
tecnologia disponiacutevel possibilitando aumentar a eficiecircncia de limpeza do gaacutes para
sua recuperaccedilatildeo energeacutetica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 668
3feam
Os principais objetivos do presente trabalho satildeo
bull Levantar a situaccedilatildeo atual do uso do gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia
eleacutetrica no Estado de Minas Gerais
bull Realizar um estudo da melhor tecnologia de limpeza de gaacutes de alto-forno a
carvatildeo vegetal para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
Os objetivos secundaacuterios satildeo
bull Levantar o cenaacuterio atual de produccedilatildeo de ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo
vegetal no Estado de Minas Gerais
bull Verificar a eficiecircncia de lavadores tipo Venturi por meio da aplicaccedilatildeo de
modelo matemaacutetico e comparar os resultados com dados fornecidos pelas
empresas em questionaacuterios e arquivos ndash Sistema Integrado de Informaccedilatildeo
Ambiental (SIAM) de Minas Gerais aleacutem de informaccedilotildees da literatura
bull Calcular o custo benefiacutecio de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno por meio
de modelo matemaacutetico
bull Calcular por meio de metodologia especiacutefica as emissotildees de dioacutexido de
carbono CO2 evitadas com a utilizaccedilatildeo de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-
forno conforme os princiacutepios do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ndash
MDL
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 768
4feam
2 DISCUSSAtildeO E RESULTADOS
Como consequumlecircncia da compilaccedilatildeo dos dados de questionaacuterios aplicados nos altos-
fornos no Estado de Minas Gerais o setor se apresenta resumidamente conforme aFigura 21 com a distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal
Figura 21 ndash Distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal em Minas Gerais
Verifica-se que os altos-fornos a coque possuem maior capacidade produtiva e satildeo
em nuacutemero muito menor enquanto que os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem
menor capacidade produtiva e satildeo em maior nuacutemero
Atualmente em Minas Gerais existe um determinado niacutevel de produccedilatildeo
aproximadamente 1000 tdia em que se pode utilizar tanto o coque quanto o
carvatildeo vegetal Os altos-fornos a carvatildeo vegetal podem ser modificados para
utilizarem coque
21 Cenaacuterios do Aproveitamento Energeacutetico do Gaacutes de Alto-Forno ParaGeraccedilatildeo de Energia Eleacutetrica
Obviamente a diferenccedila entre altos-fornos a coque e altos-fornos a carvatildeo vegetal
natildeo se esgota na diferenccedila de produccedilatildeo e tamanho dos fornos Quando se pretende
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 268
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 368
copy 2010 Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente
Governo do Estado de Minas Gerais
Antocircnio Augusto Junho Anastasia
Governador
Sistema Estadual do Meio Ambiente ndash Sisema
Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentaacutevel -
Semad
Joseacute Carlos Carvalho
Secretaacuterio
Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente - Feam
Joseacute Claacuteudio Junqueira
Presidente
Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento
Paulo Eduardo Fernandes de Almeida
Diretor
Gerecircncia de Desenvolvimento e Apoio Teacutecnico agraves Atividades Industriais
Liliana Adriana Nappi Mateus
Gerente
ElaboraccedilatildeoArnaldo Abranches Mota Batista
Analista Ambiental
Ficha catalograacutefica elaborada pelo Nuacutecleo de Documentaccedilatildeo Ambiental
Rodovia Prefeito Ameacuterico Gianetti snordm - Serra Verde - Belo HorizonteMGCEP - 31630-900 (31) 3915-1465wwwmeioambientemggovbr
983110983157983150983140983137983271983267983151 983109983155983156983137983140983157983137983148 983140983151 983117983141983145983151 983105983149983138983145983141983150983156983141
983110981983157 983125983156983145983148983145983162983137983271983267983151 983140983141 983143983265983155 983140983141 983137983148983156983151983085983142983151983154983150983151 983152983137983154983137 983152983154983151983140983157983271983267983151 983140983141 983141983150983141983154983143983145983137
983141983149 983145983150983140983290983155983156983154983145983137 983155983145983140983141983154983290983154983143983145983139983137 983141983149 983117983145983150983137983155 983111983141983154983137983145983155 983155983157983149983265983154983145983151 983141983160983141983139983157983156983145983158983151 983111983141983154983274983150983139983145983137 983140983141983108983141983155983141983150983158983151983148983158983145983149983141983150983156983151 983141 983105983152983151983145983151 983124983273983139983150983145983139983151 983264983155 983105983156983145983158983145983140983137983140983141983155 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983145983155 983085983085983085 983106983141983148983151
983112983151983154983145983162983151983150983156983141 983110983157983150983140983137983271983267983151 983109983155983156983137983140983157983137983148 983140983151 983117983141983145983151 983105983149983138983145983141983150983156983141 2010
70983152
1 983120983154983151983140983157983271983267983151 983140983141 983141983150983141983154983143983145983137 2 983113983150983140983290983155983156983154983145983137 983155983145983140983141983154983290983154983143983145983139983137 991251 983143983265983155
983140983141 983137983148983156983151 983142983151983154983150983151 3 983105983152983154983151983158983141983145983156983137983149983141983150983156983151 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983151 983113 983124983277983156983157983148983151
983107983108983125 66962097(8151)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 468
feam
SUMAacuteRIO EXECUTIVO
Este sumaacuterio conteacutem os principais resultados que compotildeem a dissertaccedilatildeo de
mestrado ldquoUtilizaccedilatildeo do gaacutes de alto-forno para produccedilatildeo de energia na induacutestriasideruacutergica de Minas Geraisrdquo do servidor Msc Arnaldo Abranches Mota Batista da
Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente A referida dissertaccedilatildeo foi requisito parcial do
curso de Mestrado Profissionalizante em Sustentabilidade Soacutecio-econocircmica e
Ambiental realizado em conjunto com outros servidores da Fundaccedilatildeo Estadual do
Meio Ambiente Instituto Mineiro de Gestatildeo das Aacuteguas e Instituto Estadual de
Florestas no acircmbito do convecircnio firmado entre a FEAM e a Universidade Federal de
Ouro Preto (UFOP)
Este trabalho mostra a situaccedilatildeo atual do aproveitamento de gaacutes de alto-forno para
geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais por meio de levantamento
realizado nos anos de 2008 e 2009 onde eacute discutida a melhor tecnologia de limpeza
de gaacutes de alto-forno utilizando as experiecircncias do proacuteprio setor de produccedilatildeo de
ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo vegetal
O trabalho tambeacutem contemplou uma pesquisa mais detalhada dos sistemas delimpeza de gaacutes utilizados pelos empreendimentos do setor de ferro-gusa que jaacute
possuem termoeleacutetricas Para comparar os dados pesquisados em campo e nas
informaccedilotildees existentes no Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais sobre lavadores foi utilizado um modelo matemaacutetico par calcular a
eficiecircncia teoacuterica de lavadores
Aleacutem disso foi ainda adaptado um modelo de caacutelculo de custobenefiacutecio para
termoeleacutetricas a gaacutes de alto forno onde se verificaram as vantagens econocircmicas de
instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em alto-fornos a carvatildeo vegetal mesmo levando-se em
conta os investimentos adicionais em equipamentos de limpeza de gaacutes discutidos
neste estudo Por fim foram levantados provaacuteveis ganhos com creacuteditos de carbono
aplicando a metodologia do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo para caacutelculo de
emissotildees evitadas de dioacutexido de carbono (CO2)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 568
2feam
1 INTRODUCcedilAtildeO
A conservaccedilatildeo e preservaccedilatildeo de energia devem ser prioridades em todos os
empreendimentos por razotildees econocircmicas e ambientais principalmente devido agravenecessidade de um balanccedilo positivo quanto agraves emissotildees de gases que provocam o
efeito estufa visando contribuir na minimizaccedilatildeo do aquecimento global do planeta
A sideruacutergica mineira eacute um segmento industrial relevante inclusive no cenaacuterio
nacional Identifica-se nesse setor o gaacutes de alto-forno da produccedilatildeo de ferro-gusa
com elevada temperatura e teores de monoacutexido de carbono (CO) como principal
perda energeacutetica pelo fato de natildeo ser totalmente utilizado como redutor no processoprodutivo O gaacutes de alto-forno eacute parcialmente utilizado hoje para preacute-aquecimento do
ar de processo no alto-forno mas numa quantidade que varia de 40 a 60 sendo
o restante descartado para a atmosfera apoacutes a queima nas tochas
Em processos de geraccedilatildeo de eletricidade por meio da cogeraccedilatildeo o uso do gaacutes de
alto-forno eacute adequado uma vez que o calor rejeitado ainda pode ser parcialmente
convertido em energia uacutetil Assim o aproveitamento do gaacutes de alto-forno tem se
tornado fundamental no processo de produccedilatildeo de ferro-gusa
Algumas usinas sideruacutergicas jaacute possuem centrais termeleacutetricas utilizando os gases
oriundos dos processos de fabricaccedilatildeo do ferro-gusa que satildeo queimados em
caldeiras para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica Parte significativa dessa cogeraccedilatildeo
destaca-se por natildeo advir da queima do gaacutes e sim do aproveitamento de
caracteriacutesticas fiacutesicas do gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia
Dessa forma eacute importante conhecer a situaccedilatildeo atual da recuperaccedilatildeo energeacutetica de
gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais e as
possibilidades para aumento desta geraccedilatildeo
Em se tratando de altos-fornos a carvatildeo vegetal tendo em vista o atual ldquoestado da
arterdquo da limpeza do gaacutes de alto-forno faz-se necessaacuterio tambeacutem conhecer a melhor
tecnologia disponiacutevel possibilitando aumentar a eficiecircncia de limpeza do gaacutes para
sua recuperaccedilatildeo energeacutetica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 668
3feam
Os principais objetivos do presente trabalho satildeo
bull Levantar a situaccedilatildeo atual do uso do gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia
eleacutetrica no Estado de Minas Gerais
bull Realizar um estudo da melhor tecnologia de limpeza de gaacutes de alto-forno a
carvatildeo vegetal para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
Os objetivos secundaacuterios satildeo
bull Levantar o cenaacuterio atual de produccedilatildeo de ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo
vegetal no Estado de Minas Gerais
bull Verificar a eficiecircncia de lavadores tipo Venturi por meio da aplicaccedilatildeo de
modelo matemaacutetico e comparar os resultados com dados fornecidos pelas
empresas em questionaacuterios e arquivos ndash Sistema Integrado de Informaccedilatildeo
Ambiental (SIAM) de Minas Gerais aleacutem de informaccedilotildees da literatura
bull Calcular o custo benefiacutecio de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno por meio
de modelo matemaacutetico
bull Calcular por meio de metodologia especiacutefica as emissotildees de dioacutexido de
carbono CO2 evitadas com a utilizaccedilatildeo de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-
forno conforme os princiacutepios do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ndash
MDL
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 768
4feam
2 DISCUSSAtildeO E RESULTADOS
Como consequumlecircncia da compilaccedilatildeo dos dados de questionaacuterios aplicados nos altos-
fornos no Estado de Minas Gerais o setor se apresenta resumidamente conforme aFigura 21 com a distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal
Figura 21 ndash Distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal em Minas Gerais
Verifica-se que os altos-fornos a coque possuem maior capacidade produtiva e satildeo
em nuacutemero muito menor enquanto que os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem
menor capacidade produtiva e satildeo em maior nuacutemero
Atualmente em Minas Gerais existe um determinado niacutevel de produccedilatildeo
aproximadamente 1000 tdia em que se pode utilizar tanto o coque quanto o
carvatildeo vegetal Os altos-fornos a carvatildeo vegetal podem ser modificados para
utilizarem coque
21 Cenaacuterios do Aproveitamento Energeacutetico do Gaacutes de Alto-Forno ParaGeraccedilatildeo de Energia Eleacutetrica
Obviamente a diferenccedila entre altos-fornos a coque e altos-fornos a carvatildeo vegetal
natildeo se esgota na diferenccedila de produccedilatildeo e tamanho dos fornos Quando se pretende
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 368
copy 2010 Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente
Governo do Estado de Minas Gerais
Antocircnio Augusto Junho Anastasia
Governador
Sistema Estadual do Meio Ambiente ndash Sisema
Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentaacutevel -
Semad
Joseacute Carlos Carvalho
Secretaacuterio
Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente - Feam
Joseacute Claacuteudio Junqueira
Presidente
Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento
Paulo Eduardo Fernandes de Almeida
Diretor
Gerecircncia de Desenvolvimento e Apoio Teacutecnico agraves Atividades Industriais
Liliana Adriana Nappi Mateus
Gerente
ElaboraccedilatildeoArnaldo Abranches Mota Batista
Analista Ambiental
Ficha catalograacutefica elaborada pelo Nuacutecleo de Documentaccedilatildeo Ambiental
Rodovia Prefeito Ameacuterico Gianetti snordm - Serra Verde - Belo HorizonteMGCEP - 31630-900 (31) 3915-1465wwwmeioambientemggovbr
983110983157983150983140983137983271983267983151 983109983155983156983137983140983157983137983148 983140983151 983117983141983145983151 983105983149983138983145983141983150983156983141
983110981983157 983125983156983145983148983145983162983137983271983267983151 983140983141 983143983265983155 983140983141 983137983148983156983151983085983142983151983154983150983151 983152983137983154983137 983152983154983151983140983157983271983267983151 983140983141 983141983150983141983154983143983145983137
983141983149 983145983150983140983290983155983156983154983145983137 983155983145983140983141983154983290983154983143983145983139983137 983141983149 983117983145983150983137983155 983111983141983154983137983145983155 983155983157983149983265983154983145983151 983141983160983141983139983157983156983145983158983151 983111983141983154983274983150983139983145983137 983140983141983108983141983155983141983150983158983151983148983158983145983149983141983150983156983151 983141 983105983152983151983145983151 983124983273983139983150983145983139983151 983264983155 983105983156983145983158983145983140983137983140983141983155 983113983150983140983157983155983156983154983145983137983145983155 983085983085983085 983106983141983148983151
983112983151983154983145983162983151983150983156983141 983110983157983150983140983137983271983267983151 983109983155983156983137983140983157983137983148 983140983151 983117983141983145983151 983105983149983138983145983141983150983156983141 2010
70983152
1 983120983154983151983140983157983271983267983151 983140983141 983141983150983141983154983143983145983137 2 983113983150983140983290983155983156983154983145983137 983155983145983140983141983154983290983154983143983145983139983137 991251 983143983265983155
983140983141 983137983148983156983151 983142983151983154983150983151 3 983105983152983154983151983158983141983145983156983137983149983141983150983156983151 983141983150983141983154983143983273983156983145983139983151 983113 983124983277983156983157983148983151
983107983108983125 66962097(8151)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 468
feam
SUMAacuteRIO EXECUTIVO
Este sumaacuterio conteacutem os principais resultados que compotildeem a dissertaccedilatildeo de
mestrado ldquoUtilizaccedilatildeo do gaacutes de alto-forno para produccedilatildeo de energia na induacutestriasideruacutergica de Minas Geraisrdquo do servidor Msc Arnaldo Abranches Mota Batista da
Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente A referida dissertaccedilatildeo foi requisito parcial do
curso de Mestrado Profissionalizante em Sustentabilidade Soacutecio-econocircmica e
Ambiental realizado em conjunto com outros servidores da Fundaccedilatildeo Estadual do
Meio Ambiente Instituto Mineiro de Gestatildeo das Aacuteguas e Instituto Estadual de
Florestas no acircmbito do convecircnio firmado entre a FEAM e a Universidade Federal de
Ouro Preto (UFOP)
Este trabalho mostra a situaccedilatildeo atual do aproveitamento de gaacutes de alto-forno para
geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais por meio de levantamento
realizado nos anos de 2008 e 2009 onde eacute discutida a melhor tecnologia de limpeza
de gaacutes de alto-forno utilizando as experiecircncias do proacuteprio setor de produccedilatildeo de
ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo vegetal
O trabalho tambeacutem contemplou uma pesquisa mais detalhada dos sistemas delimpeza de gaacutes utilizados pelos empreendimentos do setor de ferro-gusa que jaacute
possuem termoeleacutetricas Para comparar os dados pesquisados em campo e nas
informaccedilotildees existentes no Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais sobre lavadores foi utilizado um modelo matemaacutetico par calcular a
eficiecircncia teoacuterica de lavadores
Aleacutem disso foi ainda adaptado um modelo de caacutelculo de custobenefiacutecio para
termoeleacutetricas a gaacutes de alto forno onde se verificaram as vantagens econocircmicas de
instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em alto-fornos a carvatildeo vegetal mesmo levando-se em
conta os investimentos adicionais em equipamentos de limpeza de gaacutes discutidos
neste estudo Por fim foram levantados provaacuteveis ganhos com creacuteditos de carbono
aplicando a metodologia do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo para caacutelculo de
emissotildees evitadas de dioacutexido de carbono (CO2)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 568
2feam
1 INTRODUCcedilAtildeO
A conservaccedilatildeo e preservaccedilatildeo de energia devem ser prioridades em todos os
empreendimentos por razotildees econocircmicas e ambientais principalmente devido agravenecessidade de um balanccedilo positivo quanto agraves emissotildees de gases que provocam o
efeito estufa visando contribuir na minimizaccedilatildeo do aquecimento global do planeta
A sideruacutergica mineira eacute um segmento industrial relevante inclusive no cenaacuterio
nacional Identifica-se nesse setor o gaacutes de alto-forno da produccedilatildeo de ferro-gusa
com elevada temperatura e teores de monoacutexido de carbono (CO) como principal
perda energeacutetica pelo fato de natildeo ser totalmente utilizado como redutor no processoprodutivo O gaacutes de alto-forno eacute parcialmente utilizado hoje para preacute-aquecimento do
ar de processo no alto-forno mas numa quantidade que varia de 40 a 60 sendo
o restante descartado para a atmosfera apoacutes a queima nas tochas
Em processos de geraccedilatildeo de eletricidade por meio da cogeraccedilatildeo o uso do gaacutes de
alto-forno eacute adequado uma vez que o calor rejeitado ainda pode ser parcialmente
convertido em energia uacutetil Assim o aproveitamento do gaacutes de alto-forno tem se
tornado fundamental no processo de produccedilatildeo de ferro-gusa
Algumas usinas sideruacutergicas jaacute possuem centrais termeleacutetricas utilizando os gases
oriundos dos processos de fabricaccedilatildeo do ferro-gusa que satildeo queimados em
caldeiras para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica Parte significativa dessa cogeraccedilatildeo
destaca-se por natildeo advir da queima do gaacutes e sim do aproveitamento de
caracteriacutesticas fiacutesicas do gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia
Dessa forma eacute importante conhecer a situaccedilatildeo atual da recuperaccedilatildeo energeacutetica de
gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais e as
possibilidades para aumento desta geraccedilatildeo
Em se tratando de altos-fornos a carvatildeo vegetal tendo em vista o atual ldquoestado da
arterdquo da limpeza do gaacutes de alto-forno faz-se necessaacuterio tambeacutem conhecer a melhor
tecnologia disponiacutevel possibilitando aumentar a eficiecircncia de limpeza do gaacutes para
sua recuperaccedilatildeo energeacutetica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 668
3feam
Os principais objetivos do presente trabalho satildeo
bull Levantar a situaccedilatildeo atual do uso do gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia
eleacutetrica no Estado de Minas Gerais
bull Realizar um estudo da melhor tecnologia de limpeza de gaacutes de alto-forno a
carvatildeo vegetal para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
Os objetivos secundaacuterios satildeo
bull Levantar o cenaacuterio atual de produccedilatildeo de ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo
vegetal no Estado de Minas Gerais
bull Verificar a eficiecircncia de lavadores tipo Venturi por meio da aplicaccedilatildeo de
modelo matemaacutetico e comparar os resultados com dados fornecidos pelas
empresas em questionaacuterios e arquivos ndash Sistema Integrado de Informaccedilatildeo
Ambiental (SIAM) de Minas Gerais aleacutem de informaccedilotildees da literatura
bull Calcular o custo benefiacutecio de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno por meio
de modelo matemaacutetico
bull Calcular por meio de metodologia especiacutefica as emissotildees de dioacutexido de
carbono CO2 evitadas com a utilizaccedilatildeo de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-
forno conforme os princiacutepios do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ndash
MDL
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 768
4feam
2 DISCUSSAtildeO E RESULTADOS
Como consequumlecircncia da compilaccedilatildeo dos dados de questionaacuterios aplicados nos altos-
fornos no Estado de Minas Gerais o setor se apresenta resumidamente conforme aFigura 21 com a distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal
Figura 21 ndash Distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal em Minas Gerais
Verifica-se que os altos-fornos a coque possuem maior capacidade produtiva e satildeo
em nuacutemero muito menor enquanto que os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem
menor capacidade produtiva e satildeo em maior nuacutemero
Atualmente em Minas Gerais existe um determinado niacutevel de produccedilatildeo
aproximadamente 1000 tdia em que se pode utilizar tanto o coque quanto o
carvatildeo vegetal Os altos-fornos a carvatildeo vegetal podem ser modificados para
utilizarem coque
21 Cenaacuterios do Aproveitamento Energeacutetico do Gaacutes de Alto-Forno ParaGeraccedilatildeo de Energia Eleacutetrica
Obviamente a diferenccedila entre altos-fornos a coque e altos-fornos a carvatildeo vegetal
natildeo se esgota na diferenccedila de produccedilatildeo e tamanho dos fornos Quando se pretende
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 468
feam
SUMAacuteRIO EXECUTIVO
Este sumaacuterio conteacutem os principais resultados que compotildeem a dissertaccedilatildeo de
mestrado ldquoUtilizaccedilatildeo do gaacutes de alto-forno para produccedilatildeo de energia na induacutestriasideruacutergica de Minas Geraisrdquo do servidor Msc Arnaldo Abranches Mota Batista da
Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente A referida dissertaccedilatildeo foi requisito parcial do
curso de Mestrado Profissionalizante em Sustentabilidade Soacutecio-econocircmica e
Ambiental realizado em conjunto com outros servidores da Fundaccedilatildeo Estadual do
Meio Ambiente Instituto Mineiro de Gestatildeo das Aacuteguas e Instituto Estadual de
Florestas no acircmbito do convecircnio firmado entre a FEAM e a Universidade Federal de
Ouro Preto (UFOP)
Este trabalho mostra a situaccedilatildeo atual do aproveitamento de gaacutes de alto-forno para
geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais por meio de levantamento
realizado nos anos de 2008 e 2009 onde eacute discutida a melhor tecnologia de limpeza
de gaacutes de alto-forno utilizando as experiecircncias do proacuteprio setor de produccedilatildeo de
ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo vegetal
O trabalho tambeacutem contemplou uma pesquisa mais detalhada dos sistemas delimpeza de gaacutes utilizados pelos empreendimentos do setor de ferro-gusa que jaacute
possuem termoeleacutetricas Para comparar os dados pesquisados em campo e nas
informaccedilotildees existentes no Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais sobre lavadores foi utilizado um modelo matemaacutetico par calcular a
eficiecircncia teoacuterica de lavadores
Aleacutem disso foi ainda adaptado um modelo de caacutelculo de custobenefiacutecio para
termoeleacutetricas a gaacutes de alto forno onde se verificaram as vantagens econocircmicas de
instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em alto-fornos a carvatildeo vegetal mesmo levando-se em
conta os investimentos adicionais em equipamentos de limpeza de gaacutes discutidos
neste estudo Por fim foram levantados provaacuteveis ganhos com creacuteditos de carbono
aplicando a metodologia do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo para caacutelculo de
emissotildees evitadas de dioacutexido de carbono (CO2)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 568
2feam
1 INTRODUCcedilAtildeO
A conservaccedilatildeo e preservaccedilatildeo de energia devem ser prioridades em todos os
empreendimentos por razotildees econocircmicas e ambientais principalmente devido agravenecessidade de um balanccedilo positivo quanto agraves emissotildees de gases que provocam o
efeito estufa visando contribuir na minimizaccedilatildeo do aquecimento global do planeta
A sideruacutergica mineira eacute um segmento industrial relevante inclusive no cenaacuterio
nacional Identifica-se nesse setor o gaacutes de alto-forno da produccedilatildeo de ferro-gusa
com elevada temperatura e teores de monoacutexido de carbono (CO) como principal
perda energeacutetica pelo fato de natildeo ser totalmente utilizado como redutor no processoprodutivo O gaacutes de alto-forno eacute parcialmente utilizado hoje para preacute-aquecimento do
ar de processo no alto-forno mas numa quantidade que varia de 40 a 60 sendo
o restante descartado para a atmosfera apoacutes a queima nas tochas
Em processos de geraccedilatildeo de eletricidade por meio da cogeraccedilatildeo o uso do gaacutes de
alto-forno eacute adequado uma vez que o calor rejeitado ainda pode ser parcialmente
convertido em energia uacutetil Assim o aproveitamento do gaacutes de alto-forno tem se
tornado fundamental no processo de produccedilatildeo de ferro-gusa
Algumas usinas sideruacutergicas jaacute possuem centrais termeleacutetricas utilizando os gases
oriundos dos processos de fabricaccedilatildeo do ferro-gusa que satildeo queimados em
caldeiras para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica Parte significativa dessa cogeraccedilatildeo
destaca-se por natildeo advir da queima do gaacutes e sim do aproveitamento de
caracteriacutesticas fiacutesicas do gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia
Dessa forma eacute importante conhecer a situaccedilatildeo atual da recuperaccedilatildeo energeacutetica de
gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais e as
possibilidades para aumento desta geraccedilatildeo
Em se tratando de altos-fornos a carvatildeo vegetal tendo em vista o atual ldquoestado da
arterdquo da limpeza do gaacutes de alto-forno faz-se necessaacuterio tambeacutem conhecer a melhor
tecnologia disponiacutevel possibilitando aumentar a eficiecircncia de limpeza do gaacutes para
sua recuperaccedilatildeo energeacutetica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 668
3feam
Os principais objetivos do presente trabalho satildeo
bull Levantar a situaccedilatildeo atual do uso do gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia
eleacutetrica no Estado de Minas Gerais
bull Realizar um estudo da melhor tecnologia de limpeza de gaacutes de alto-forno a
carvatildeo vegetal para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
Os objetivos secundaacuterios satildeo
bull Levantar o cenaacuterio atual de produccedilatildeo de ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo
vegetal no Estado de Minas Gerais
bull Verificar a eficiecircncia de lavadores tipo Venturi por meio da aplicaccedilatildeo de
modelo matemaacutetico e comparar os resultados com dados fornecidos pelas
empresas em questionaacuterios e arquivos ndash Sistema Integrado de Informaccedilatildeo
Ambiental (SIAM) de Minas Gerais aleacutem de informaccedilotildees da literatura
bull Calcular o custo benefiacutecio de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno por meio
de modelo matemaacutetico
bull Calcular por meio de metodologia especiacutefica as emissotildees de dioacutexido de
carbono CO2 evitadas com a utilizaccedilatildeo de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-
forno conforme os princiacutepios do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ndash
MDL
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 768
4feam
2 DISCUSSAtildeO E RESULTADOS
Como consequumlecircncia da compilaccedilatildeo dos dados de questionaacuterios aplicados nos altos-
fornos no Estado de Minas Gerais o setor se apresenta resumidamente conforme aFigura 21 com a distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal
Figura 21 ndash Distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal em Minas Gerais
Verifica-se que os altos-fornos a coque possuem maior capacidade produtiva e satildeo
em nuacutemero muito menor enquanto que os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem
menor capacidade produtiva e satildeo em maior nuacutemero
Atualmente em Minas Gerais existe um determinado niacutevel de produccedilatildeo
aproximadamente 1000 tdia em que se pode utilizar tanto o coque quanto o
carvatildeo vegetal Os altos-fornos a carvatildeo vegetal podem ser modificados para
utilizarem coque
21 Cenaacuterios do Aproveitamento Energeacutetico do Gaacutes de Alto-Forno ParaGeraccedilatildeo de Energia Eleacutetrica
Obviamente a diferenccedila entre altos-fornos a coque e altos-fornos a carvatildeo vegetal
natildeo se esgota na diferenccedila de produccedilatildeo e tamanho dos fornos Quando se pretende
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 568
2feam
1 INTRODUCcedilAtildeO
A conservaccedilatildeo e preservaccedilatildeo de energia devem ser prioridades em todos os
empreendimentos por razotildees econocircmicas e ambientais principalmente devido agravenecessidade de um balanccedilo positivo quanto agraves emissotildees de gases que provocam o
efeito estufa visando contribuir na minimizaccedilatildeo do aquecimento global do planeta
A sideruacutergica mineira eacute um segmento industrial relevante inclusive no cenaacuterio
nacional Identifica-se nesse setor o gaacutes de alto-forno da produccedilatildeo de ferro-gusa
com elevada temperatura e teores de monoacutexido de carbono (CO) como principal
perda energeacutetica pelo fato de natildeo ser totalmente utilizado como redutor no processoprodutivo O gaacutes de alto-forno eacute parcialmente utilizado hoje para preacute-aquecimento do
ar de processo no alto-forno mas numa quantidade que varia de 40 a 60 sendo
o restante descartado para a atmosfera apoacutes a queima nas tochas
Em processos de geraccedilatildeo de eletricidade por meio da cogeraccedilatildeo o uso do gaacutes de
alto-forno eacute adequado uma vez que o calor rejeitado ainda pode ser parcialmente
convertido em energia uacutetil Assim o aproveitamento do gaacutes de alto-forno tem se
tornado fundamental no processo de produccedilatildeo de ferro-gusa
Algumas usinas sideruacutergicas jaacute possuem centrais termeleacutetricas utilizando os gases
oriundos dos processos de fabricaccedilatildeo do ferro-gusa que satildeo queimados em
caldeiras para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica Parte significativa dessa cogeraccedilatildeo
destaca-se por natildeo advir da queima do gaacutes e sim do aproveitamento de
caracteriacutesticas fiacutesicas do gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia
Dessa forma eacute importante conhecer a situaccedilatildeo atual da recuperaccedilatildeo energeacutetica de
gaacutes de alto-forno para a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais e as
possibilidades para aumento desta geraccedilatildeo
Em se tratando de altos-fornos a carvatildeo vegetal tendo em vista o atual ldquoestado da
arterdquo da limpeza do gaacutes de alto-forno faz-se necessaacuterio tambeacutem conhecer a melhor
tecnologia disponiacutevel possibilitando aumentar a eficiecircncia de limpeza do gaacutes para
sua recuperaccedilatildeo energeacutetica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 668
3feam
Os principais objetivos do presente trabalho satildeo
bull Levantar a situaccedilatildeo atual do uso do gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia
eleacutetrica no Estado de Minas Gerais
bull Realizar um estudo da melhor tecnologia de limpeza de gaacutes de alto-forno a
carvatildeo vegetal para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
Os objetivos secundaacuterios satildeo
bull Levantar o cenaacuterio atual de produccedilatildeo de ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo
vegetal no Estado de Minas Gerais
bull Verificar a eficiecircncia de lavadores tipo Venturi por meio da aplicaccedilatildeo de
modelo matemaacutetico e comparar os resultados com dados fornecidos pelas
empresas em questionaacuterios e arquivos ndash Sistema Integrado de Informaccedilatildeo
Ambiental (SIAM) de Minas Gerais aleacutem de informaccedilotildees da literatura
bull Calcular o custo benefiacutecio de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno por meio
de modelo matemaacutetico
bull Calcular por meio de metodologia especiacutefica as emissotildees de dioacutexido de
carbono CO2 evitadas com a utilizaccedilatildeo de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-
forno conforme os princiacutepios do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ndash
MDL
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 768
4feam
2 DISCUSSAtildeO E RESULTADOS
Como consequumlecircncia da compilaccedilatildeo dos dados de questionaacuterios aplicados nos altos-
fornos no Estado de Minas Gerais o setor se apresenta resumidamente conforme aFigura 21 com a distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal
Figura 21 ndash Distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal em Minas Gerais
Verifica-se que os altos-fornos a coque possuem maior capacidade produtiva e satildeo
em nuacutemero muito menor enquanto que os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem
menor capacidade produtiva e satildeo em maior nuacutemero
Atualmente em Minas Gerais existe um determinado niacutevel de produccedilatildeo
aproximadamente 1000 tdia em que se pode utilizar tanto o coque quanto o
carvatildeo vegetal Os altos-fornos a carvatildeo vegetal podem ser modificados para
utilizarem coque
21 Cenaacuterios do Aproveitamento Energeacutetico do Gaacutes de Alto-Forno ParaGeraccedilatildeo de Energia Eleacutetrica
Obviamente a diferenccedila entre altos-fornos a coque e altos-fornos a carvatildeo vegetal
natildeo se esgota na diferenccedila de produccedilatildeo e tamanho dos fornos Quando se pretende
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 668
3feam
Os principais objetivos do presente trabalho satildeo
bull Levantar a situaccedilatildeo atual do uso do gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia
eleacutetrica no Estado de Minas Gerais
bull Realizar um estudo da melhor tecnologia de limpeza de gaacutes de alto-forno a
carvatildeo vegetal para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
Os objetivos secundaacuterios satildeo
bull Levantar o cenaacuterio atual de produccedilatildeo de ferro-gusa em altos-fornos a carvatildeo
vegetal no Estado de Minas Gerais
bull Verificar a eficiecircncia de lavadores tipo Venturi por meio da aplicaccedilatildeo de
modelo matemaacutetico e comparar os resultados com dados fornecidos pelas
empresas em questionaacuterios e arquivos ndash Sistema Integrado de Informaccedilatildeo
Ambiental (SIAM) de Minas Gerais aleacutem de informaccedilotildees da literatura
bull Calcular o custo benefiacutecio de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno por meio
de modelo matemaacutetico
bull Calcular por meio de metodologia especiacutefica as emissotildees de dioacutexido de
carbono CO2 evitadas com a utilizaccedilatildeo de uma termoeleacutetrica a gaacutes de alto-
forno conforme os princiacutepios do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ndash
MDL
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 768
4feam
2 DISCUSSAtildeO E RESULTADOS
Como consequumlecircncia da compilaccedilatildeo dos dados de questionaacuterios aplicados nos altos-
fornos no Estado de Minas Gerais o setor se apresenta resumidamente conforme aFigura 21 com a distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal
Figura 21 ndash Distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal em Minas Gerais
Verifica-se que os altos-fornos a coque possuem maior capacidade produtiva e satildeo
em nuacutemero muito menor enquanto que os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem
menor capacidade produtiva e satildeo em maior nuacutemero
Atualmente em Minas Gerais existe um determinado niacutevel de produccedilatildeo
aproximadamente 1000 tdia em que se pode utilizar tanto o coque quanto o
carvatildeo vegetal Os altos-fornos a carvatildeo vegetal podem ser modificados para
utilizarem coque
21 Cenaacuterios do Aproveitamento Energeacutetico do Gaacutes de Alto-Forno ParaGeraccedilatildeo de Energia Eleacutetrica
Obviamente a diferenccedila entre altos-fornos a coque e altos-fornos a carvatildeo vegetal
natildeo se esgota na diferenccedila de produccedilatildeo e tamanho dos fornos Quando se pretende
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 768
4feam
2 DISCUSSAtildeO E RESULTADOS
Como consequumlecircncia da compilaccedilatildeo dos dados de questionaacuterios aplicados nos altos-
fornos no Estado de Minas Gerais o setor se apresenta resumidamente conforme aFigura 21 com a distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal
Figura 21 ndash Distribuiccedilatildeo dos altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal em Minas Gerais
Verifica-se que os altos-fornos a coque possuem maior capacidade produtiva e satildeo
em nuacutemero muito menor enquanto que os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem
menor capacidade produtiva e satildeo em maior nuacutemero
Atualmente em Minas Gerais existe um determinado niacutevel de produccedilatildeo
aproximadamente 1000 tdia em que se pode utilizar tanto o coque quanto o
carvatildeo vegetal Os altos-fornos a carvatildeo vegetal podem ser modificados para
utilizarem coque
21 Cenaacuterios do Aproveitamento Energeacutetico do Gaacutes de Alto-Forno ParaGeraccedilatildeo de Energia Eleacutetrica
Obviamente a diferenccedila entre altos-fornos a coque e altos-fornos a carvatildeo vegetal
natildeo se esgota na diferenccedila de produccedilatildeo e tamanho dos fornos Quando se pretende
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 868
5feam
analisar o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica
eacute importante verificar a disparidade que existe nas pressotildees de topo vazotildees e
concentraccedilatildeo de material particulado nos gases da chamineacute do Glendon ou Cowper 1
como mostrado na Figura 22
Figura 22 ndash Altos-fornos a coque e a carvatildeo vegetal no Estado de Minas Gerais
No entanto quando examinamos somente os altos-fornos a carvatildeo vegetal natildeo
verificamos uma relaccedilatildeo muito clara entre pressatildeo de topo vazatildeo de gaacutes e
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes O motivo disto seraacute discutido neste trabalho
Os valores de variaccedilatildeo de material particulado e pressatildeo de topo apresentados na
Figura 22 satildeo apenas um indicativo da realidade natildeo podendo ser interpretadocomo valores exatos mas como uma ferramenta didaacutetica para exemplificarmos a
diferenccedila de valores obtidos pelo uso de coque e de carvatildeo vegetal em Minas
Gerais
Como visto na Figura 22 os altos-fornos a coque possuem uma pressatildeo de topo
muito elevada assim como elevadas vazotildees de gaacutes e concentraccedilatildeo de material
particulado no gaacutes mais reduzidas Isto faz com que o gaacutes de alto-forno seja1 Glendon ou cowper eacute um trocador de calor destinado a preacute-aquecer o ar que seraacute soprado pelasventaneiras do alto-forno a carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 968
6feam
aproveitado para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica por meio da utilizaccedilatildeo das chamadas
turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
As turbinas de recuperaccedilatildeo de topo satildeo utilizadas em fornos a coque devido a
energia cineacutetica do gaacutes (grande vazatildeo e grande energia de topo) e somente eacute
possiacutevel esta utilizaccedilatildeo porque o gaacutes possui baixa concentraccedilatildeo de material
particulado (inferior a 5 mgNm3)
Eacute importante salientar que neste trabalho estamos tratando do gaacutes de alto-forno
puro sem ser misturado com outros gases Quando o gaacutes de alto-forno passa pela
turbina de recuperaccedilatildeo de topo para gerar energia eleacutetrica o seu poder caloriacutefico
ainda eacute aproveitado na usina Poreacutem apoacutes passar por um balatildeo de gaacutes onde o
mesmo eacute misturado com outros gases por exemplo de coqueria e aciaria
Na Figura 23 eacute apresentado um exemplo de aproveitamento do gaacutes de alto-forno a
coque em uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo
Figura 23 ndash Aproveitamento de gaacutes de alto-forno a coque em turbina de recuperaccedilatildeo de topo
A Figura 24 mostra o layout de uma turbina de recuperaccedilatildeo de topo instalada em
Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1068
7feam
Figura 24 ndash Turbina de Topo empresaFonte Shaangu Group 2008
Conforme verificado na Figura 24 o princiacutepio de funcionamento da turbina de
recuperaccedilatildeo de topo eacute muito simples uma vez que o gaacutes passa pela turbina e
aciona um gerador apenas aproveitando a energia cineacutetica do gaacutes
A Tabela 21 mostra o cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo por
empreendimentos do setor sideruacutergico no Estado de Minas Gerais
Tabela 21 ndash Cenaacuterio da utilizaccedilatildeo das turbinas de recuperaccedilatildeo de topo noEstado de Minas Gerais
EmpresaCapacidade
do Forno(td)
Potecircncia daTurbina
(MW)
Pressatildeo deTopo do
Forno(mmca)
Sistemade
Limpezado Gaacutes
Vazatildeode Gaacutes(Nmsup3h)
Perda deCargaLavadorVenturi(mmca)
Concentraccedilatildeode Particulado
no Gaacutes(mgNmsup3)
1 8500 Capacidade 18 2000 1 balatildeo 480000 4000 lt 5Geraccedilatildeo 9 a 12 2 Venturi
2 7800 1045 2000 1 balatildeo 450000 4000 lt 52 Venturi
2 4155 68 2000 1 balatildeo 300000 4000 lt 52 Venturi
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1168
8feam
Portanto conforme a Tabela 21 existem 3 turbinas de recuperaccedilatildeo de topo
instaladas em empreendimentos do setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
gerando aproximadamente 2925 MW de energia eleacutetrica
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal possuem uma pressatildeo de topo muito inferior no
maacuteximo de 2000 mmca (98Nmsup2) quando comparada agrave pressatildeo de topo dos altos-
fornos a coque e normalmente uma alta concentraccedilatildeo de material particulado
geralmente superior a 50 mgNm3 impossibilitando a utilizaccedilatildeo de turbinas de
recuperaccedilatildeo de topo
Conforme demonstra a Figura 25 a alternativa para os altos-fornos a carvatildeo vegetal
passa a ser a termoeleacutetrica
Neste caso o poder caloriacutefico do gaacutes eacute aproveitado para sua queima em uma
caldeira para gerar vapor que por sua vez iraacute movimentar as palhetas de uma
turbina que estaraacute acoplada a um eixo de um gerador de energia eleacutetrica
As caldeiras implantadas podem ser flamotubulares ou aquatubulares conforme as
Figuras 26 e 27
Figura 25 ndash Esquema de utilizaccedilatildeo de gaacutes de alto-forno em Minas Gerais- Termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1268
9feam
Figura 26 ndash Caldeira FlamotubularFonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
Figura 27ndash Caldeira Aquatubular
Fonte Cataacutelogo da Biochamm 2008
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1368
10feam
Nas Tabelas 22 e 23 foram consolidadas as principais caracteriacutesticas das
termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase de implantaccedilatildeo no Estado de Minas Gerais
respectivamente
Conforme a Tabela 22 a produccedilatildeo atual de energia eleacutetrica no Estado de Minas
Gerais eacute de aproximadamente 362 MWh utilizando o gaacutes de alto-forno a carvatildeo
vegetal em termoeleacutetricas As caldeiras mistas existentes no Estado tambeacutem foram
classificadas com flamotubulares na tabela 22
Com relaccedilatildeo agrave emissatildeo demonstrada na tabela 22 natildeo foram utilizados somente os
dados fornecidos pelas empresas durante as visitas mas tambeacutem dados que foram
adquiridos pesquisando os projetos de sistemas de limpeza nos arquivos da FEAM-Fundaccedilatildeo Estadual do Meio Ambiente atraveacutes do sistema informatizado Esses
dados referem-se agrave concentraccedilatildeo de material particulado do gaacutes na chamineacute do
glendon
Quanto agraves informaccedilotildees referentes agrave frequumlecircncia das paradas estas foram fornecidas
pelas empresas durante as visitas Verifica-se que ocorrem paradas mensais
bimensais quadrimensais dependendo do teor de material particulado no gaacutes
Para reduzir estas paradas para limpeza das caldeiras propotildee-se que o teor de
particulado na chamineacute do glendon (ou da chamineacute da termoeleacutetrica) seja de no
maacuteximo 50 mgNm-3 visando tambeacutem atender a legislaccedilatildeo nacional para emissatildeo de
material particulado em sideruacutergicas integradas e para termoeleacutetricas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1468
feam
Tabela 22 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em operaccedilatilde
Observaccedilotildees
(1) ndash Uma empresa possui 2 termoeleacutetricas
(2) ndash Somente o gaacutes do forno 2 vai para a termoeleacutetrica
Empresa FornoProduccedilatildeo
(td)Vazatildeo
(Nmsup3h)
PressatildeoTopo
(mmca)
TipoCaldeira
Produccedilatildeode Vapor
(th)
Potecircncia(kW)
Pressatildeo deVapor
(kgfcmsup2)
112
80145 8500
600600
flamotubular 12 1200 21
2123
80120160
11200
70012001700
flamotubular 25 2500 25
3(1)
1 158 11460 1000 flamotubular 13 1200 21
3 1 110 11460 900 flamotubular 13 1200 21
412
420500 21984
(2)600800
flamotubular 20 2000 21
5 1 200 10200 870 flamotubular 12 1000 21
612
282420
36667 800 aquatubular 30 5000 35
712
170330
33000 850 aquatubular 30 6000 44
8 1 440 18000 380 flamotubular 18 2000 24
912
120210
14166400700
flamotubular 20 1200 21
10 12
1200600
40500 29002800
aquatubular 60 12900 60
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1568
feam
Conforme observado na tabela 23 haveraacute ainda a geraccedilatildeo de mais 11 MWh de energia eleacutetrica n
termoeleacutetricas que se encontravam em construccedilatildeo no momento da pesquisa
Tabela 23 ndash Caracteriacutesticas das termoeleacutetricas a gaacutes de alto-forno em fase de impla
Observaccedilotildees
(1) Esta empresa possui 7 fornos iguais sendo que funcionaraacute apenas com 6 fornos de 170 tdia
(2) Somente em um alto-forno
(3) Adicional refere-se a equipamentos adicionais na l inha da termoeleacutetrica
Empresa Forno Produccedilatildeo
(td)
Vazatildeo
Termoeleacutetrica
(Nmsup3h)
Pressatildeo
Topo
(mmca)
Tipo
Caldeira
Produccedilatildeo de
Vapor
(th)
Potecircncia
(kW)
1
2(2)
420
500 15800
1100
1300 aquatubular 17 2200
2 6AF(1) 170 43312 500 aquatubular 42 8800
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1668
13feam
As Figuras 28 e 29 mostram as vazotildees e potencias teoacutericas comparadas com as
vazotildees e potencias das termoeleacutetricas instaladas informadas
Figura 28 ndash Dados de vazatildeo de gaacutes na entrada da termoeleacutetrica informado e calculado
Figura 29 ndash Dados de potecircncia de saiacuteda da termoeleacutetrica informada e calculada
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1768
14feam
A potencia foi calculada utilizando-se a seguinte foacutermula
(21)
sendo
Q = vazatildeo de gaacutes no topo do alto-forno (Nmsup3h)PCI = poder caloriacutefico do gaacutes de alto-forno (kcalNm3)
η = rendimento da termoeleacutetrica
PI = potencia em kWh
Analisando as Figuras 28 e 29 observa-se que os dados calculados tanto de
vazatildeo de gaacutes quanto de potecircncia apresentaram-se maiores em relaccedilatildeo aos dados
informados pelas empresas com poucas exceccedilotildees Esse fato pode ser justificadopelo fato de que na realidade a maior parte do gaacutes eacute dirigido ao glendon e natildeo agrave
termoeleacutetrica e tambeacutem as empresas foram conservadoras ao dimensionar as
termoeleacutetricas visando garantir mais gaacutes para os glendon s enquanto que os dados
calculados satildeo estimados de acordo com a produccedilatildeo total de cada forno em plena
operaccedilatildeo
A Figura 210 apresentada a distribuiccedilatildeo de termoeleacutetricas em operaccedilatildeo e em fase
de implantaccedilatildeo por municiacutepio no Estado de Minas Gerais
Figura 210 ndash Distribuiccedilatildeo das termoeleacutetricas por municiacutepio em Minas Gerais
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1868
15feam
22 ndash Configuraccedilotildees de Sistemas de Limpeza de Gaacutes de Alto-Forno aCarvatildeo Vegetal em Termoeleacutetricas no Estado de Minas Gerais
As Figuras 211 a 218 a seguir representam esquematicamente as principais
configuraccedilotildees de sistemas de limpeza de gaacutes de alto-forno que eacute queimado em
termoeleacutetricas instaladas no Estado
Onde nestas figuras
P topo = Pressatildeo de Topo do alto-forno em mmca (98 Nmsup2)
50 = Porcentagem do gaacutes que eacute dirigido para termoeleacutetrica ou para o glendon
P entrada = Pressatildeo do gaacutes na entrada da caldeira da termoeleacutetricaTeor de Particulado = Teor de material particulado no gaacutes medido na chamineacute do
glendon
Figura 211 ndash Configuraccedilatildeo 1 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 1 a pressatildeo de topo do alto-forno eacute reduzida da ordem de
600 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que o empreendimento adote um sistema de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 1968
16feam
controle de limpeza de gaacutes de baixa eficiecircncia que consiste de balatildeo (separador
gravimeacutetrico) e multiciclone
A empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com outro multiciclone na
linha da termoeleacutetrica o que adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de
particulado seja considerada alta maior que 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por utilizar como ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) o proacuteprio ventilador da termoeleacutetrica o que natildeo
eacute recomendado pelos fabricantes de caldeira por elevar o niacutevel de riscos de
explosatildeo
A empresa neste caso se preocupou em apenas melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com elevados teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessita-se de mais gaacutes no
glendon faltando gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 212 ndash Configuraccedilatildeo 2 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2068
17feam
Nesta Configuraccedilatildeo 2 a empresa tambeacutem opera com pressatildeo de topo do alto-forno
pequena na ordem de 700 mmca (98Nmsup2) fazendo com que seja adotado um
sistema de controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico)
e multiciclone
Neste caso a empresa tentou compensar a baixa eficiecircncia de limpeza com a
implantaccedilatildeo de um lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica o que
tambeacutem adiantou pouco fazendo com que a concentraccedilatildeo de particulado seja
considerada alta na faixa de 100 a 150 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo a empresa optou por implantar um ventilador adicional (para
compensar a baixa pressatildeo na linha) Este ventilador no entanto constantementeprecisa ser limpo porque o gaacutes com particulado natildeo permite o seu funcionamento
correto (sujando as palhetas) Aleacutem disso existe tambeacutem o risco de explosatildeo devido
agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno A empresa tambeacutem
neste caso preocupou se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para
a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o
glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de particulado
prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 213 - Configuraccedilatildeo 3 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2168
18feam
Nesta Configuraccedilatildeo 3 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno muito
pequena na ordem de 400 mmca (98 Nmsup2) e a empresa adota um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e dois
lavadores de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de mais um
lavador de baixa energia na linha da termoeleacutetrica e um ventilador depois do lavador
para compensar a perda de carga necessaacuteria O conteuacutedo de particulado para a
termoeleacutetrica eacute considerada alta na faixa de 100 mgNm3 Este ventilador por estar
depois do lavador requer menos limpeza porque o gaacutes estaacute com menor
concentraccedilatildeo de particulado poreacutem neste caso tambeacutem ocorre risco de explosatildeo
devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
A empresa tambeacutem neste caso preocupou-se apenas em melhorar a limpeza de gaacutes
que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 214 ndash Configuraccedilatildeo 4 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2268
19feam
Nesta Configuraccedilatildeo 4 a empresa opera com pressatildeo de topo do alto-forno baixa na
ordem de 800 mmca (98 Nmsup2) e adota um sistema de controle de baixa eficiecircncia
consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador de baixa energia
A empresa compensou a baixa eficiecircncia de limpeza com a implantaccedilatildeo de um
lavador Venturi na linha da termoeleacutetrica e um ventilador antes do lavador para
compensar a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes ateacute a termoeleacutetrica O
conteuacutedo de particulado medido eacute na faixa de 70 mgNm3 devido agrave boa eficiecircncia do
lavador Venturi
Este ventilador por estar antes do Venturi requer muitas paradas para limpeza de
suas paacutes para natildeo desbalancear sendo que tambeacutem neste caso existe o risco deexplosatildeo devido agrave presenccedila de pressatildeo negativa na linha de gaacutes de alto-forno
Similar agraves configuraccedilotildees anteriores essa empresa tambeacutem se preocupou apenas
em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se
preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute dirigido para o glendon fazendo com que
continue com altos teores de particulado prejudicando a sua eficiecircncia de operaccedilatildeo
Figura 215 ndash Configuraccedilatildeo 5 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2368
20feam
A Configuraccedilatildeo 5 na realidade foi um teste realizado em uma das empresas com
termoeleacutetrica em implantaccedilatildeo sendo pequena a pressatildeo de topo do alto-forno na
ordem de 500 mmca (98 Nmsup2) fazendo com que seja adotado um sistema de
controle de baixa eficiecircncia consistindo de balatildeo (separador gravimeacutetrico) e lavador
de baixa energia
Para compensar a baixa eficiecircncia de limpeza a empresa instalou de um filtro de
mangas na linha da termoeleacutetrica o que natildeo funcionou uma vez que a umidade e o
conteuacutedo de alcatratildeo no gaacutes natildeo permitiram o funcionamento a contento do filtro de
mangas ocasionando o entupimento das mangas A tentativa era de alcanccedilar uma
emissatildeo de 50 mgNm3 na chamineacute da termoeleacutetrica Nesta configuraccedilatildeo a empresa
optou por utilizar um ventilador adicional para compensar a perda de carganecessaacuteria
A empresa se preocupou tambeacutem somente em melhorar a limpeza de gaacutes que eacute
dirigido para a termoeleacutetrica natildeo se preocupando com a limpeza do gaacutes que eacute
dirigido para o glendon fazendo que o mesmo continue com altos teores de
particulado Para manter a temperatura de sopro necessitar-se-ia de mais gaacutes no
glendon o que diminuiria o gaacutes para a termoeleacutetrica
Figura 216 - Configuraccedilatildeo 6 do sistema de gaacutes de alto-forno
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2468
21feam
Figura 217 -Configuraccedilatildeo 7 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nas Configuraccedilotildees 6 e 7 que correspondem as Figuras 216 e 217
respectivamente trecircs empreendimentos optaram por instalar um equipamento delimpeza de gaacutes de maior eficiecircncia constituiacutedo pelo o lavador Venturi No entanto
optaram por lavadores Venturi de baixa energia
Estas configuraccedilotildees possuem a vantagem de se obter um gaacutes mais limpo para ser
dirigido agrave termoeleacutetrica e ainda permitem limpar o gaacutes que eacute dirigido ao glendon No
entanto natildeo alcanccedilaram a eficiecircncia necessaacuteria para se obter uma concentraccedilatildeo de
50 mgNm3 medida na chamineacute do glendon sugerida por este trabalho
Na configuraccedilatildeo 7 algumas empresas optaram por adicionar um ventilador na linha
da termoeleacutetrica para ajudar a vencer a perda de carga necessaacuteria para dirigir o gaacutes
porque as pressotildees de topo dos fornos natildeo satildeo altas o suficiente Esta opccedilatildeo como
discutido anteriormente eacute preocupante porque pode estar criando pressatildeo negativa
na linha de gaacutes de alto-forno fazendo com que provaacutevel injeccedilatildeo de ar na linha cause
risco de explosatildeo Foram relatados pelo menos dois casos que tal fato ocorrera
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2568
22feam
Pelo menos uma empresa modificou a casa de maacutequina para aumentar a pressatildeo de
topo evitando a utilizaccedilatildeo do ventilador adicional
Figura 218 - Configuraccedilatildeo 8 do sistema de gaacutes de alto-forno
Nesta Configuraccedilatildeo 8 o alto-forno possui alta pressatildeo de topo proporcionando a
utilizaccedilatildeo de lavadores Venturi de alta energia e alta eficiecircncia sendo que a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes antes da termoeleacutetrica eacute menor que
10 mgNm3
Nesta configuraccedilatildeo o glendon tambeacutem fica limpo e a casa de maacutequina utiliza o turbo
compressor Ocorre parada para limpeza da caldeira somente com as paradas
programadas dos altos- fornos
Eacute importante destacar que a concentraccedilatildeo de material particulado em todas estas
configuraccedilotildees satildeo medidas nos glendon s Portanto deve-se levar em consideraccedilatildeo
o ar de combustatildeo utilizado no glendon que eleva a quantidade do gaacutes de
combustatildeo em aproximadamente 25 vezes o gaacutes de alto-forno Aleacutem disso natildeo foi
considerado o carbono presente no particulado do gaacutes (aproximadamente 40 ) que
pode ser queimado nos glendons e nas tochas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2668
23feam
23 Cenaacuterio do Setor de Produccedilatildeo de Ferro-Gusa a Carvatildeo Vegetal noEstado de Minas Gerais
Conforme a metodologia proposta no projeto procurou-se utilizando a proacutepria
experiecircncia do setor de ferro-gusa a carvatildeo vegetal detectar as melhores
tecnologias de processo e limpeza de gaacutes de alto-forno que poderiam ser
aproveitadas pelas demais empresas
Para tanto foi realizado o diagnoacutestico do setor referente aos anos de 2008 e 2009
por meio de consulta ao Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental (SIAM) de
Minas Gerais e de visitas teacutecnicas aos empreendimentos que respondiam um
questionaacuterio desenvolvido especificamente para a coleta de dados teacutecnicos do setor
O setor produtor de ferro-gusa possui um total de 74 empresas a carvatildeo vegetal no
Estado de Minas Gerais sendo que dentre elas uma estava em construccedilatildeo e oito
empresas estavam com as atividades paradas haacute anos por intervenccedilatildeo judicial ou
por se tratar de massa falida Essa parcela corresponde a 12 das empresas do
setor
Das 65 empresas agrave carvatildeo vegetal restantes seis natildeo responderam ao questionaacuterio
o que corresponde a 9 das empresas visitadas Dentre as 59 empresas que
preencheram o questionaacuterio apenas 29 empresas estavam operando pelo menos
um forno o que corresponde a 49 deste total em atividade as demais natildeo se
encontrava em operaccedilatildeo
A Figura 219 mostra a relaccedilatildeo de empresas por municiacutepio considerando as 65empresas analisadas
O setor sideruacutergico possui atualmente 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de
funcionamento e quatro paralisados haacute vaacuterios anos sendo desconsiderados nesse
levantamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2768
24feam
Figura 219 ndash Distribuiccedilatildeo dos empreendimentos do setor de ferro-gusa por municiacutepio noEstado de Minas Gerais
A Figura 220 mostra a capacidade instalada unitaacuteria considerando o total de alto-
fornos em condiccedilotildees de funcionamento A capacidade de produccedilatildeo total destes
fornos por dia eacute de 27515 toneladas de gusa De acordo com os dados obtidos o
total de carvatildeo vegetal consumido pelas empresas foi de 73703 msup3d com exceccedilatildeo
de duas empresas que natildeo informaram o consumo de carvatildeo O consumo especiacutefico
meacutedio de energia eleacutetrica eacute de 84 kwh por tonelada produzida
Figura 220 - Capacidade instalada unitaacuteria (td) por nuacutemero de alto-fornos em condiccedilotildees defuncionamento
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2868
25feam
O levantamento verificou junto agraves empresas o tipo de vazamento de gusa podendo
esse ser contiacutenuo ou intermitente demonstrado na Figura 221
Figura 221 ndash Percentagem de alto-fornos com vazamento contiacutenuo ou intermitente de gusa
Outro dado analisado no levantamento se refere agrave presenccedila de sistema de injeccedilatildeode finos conforme a distribuiccedilatildeo percentual apresentada na Figura 222 onde se
observou que dos 98 fornos analisados ainda a maior parte natildeo possui sistema de
injeccedilatildeo de finos
Figura 222 ndash Percentagem de alto-fornos que possuem sistema de injeccedilatildeo de finos de carvatildeovegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 2968
26feam
Aleacutem do sistema de injeccedilatildeo de finos tambeacutem foram obtidas informaccedilotildees nesse
levantamento quanto agraves caracteriacutesticas dos glendons como a percentagem de
glendons em relaccedilatildeo ao total de alto-fornos analisados apresentado na Figura 223
a percentagem de queimadores por glendon conforme a Figura 224 e a
porcentagem de empresas com sopradores de ar combustatildeo nos glendons
Figura 225
Figura 223 ndash Percentagem de glendons em relaccedilatildeo ao nuacutemero total de alto-forno
Figura 224 - Porcentagem de queimadores por glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3068
27feam
Figura 225 ndash Percentagem de empresas dotadas de sopradores de ar combustatildeo nosglendons
Outra caracteriacutestica analisada se refere agrave posiccedilatildeo da chamineacute nos glendons cuja
distribuiccedilatildeo por eacute apresentada na Figura 226
Figura 226 ndash Distribuiccedilatildeo percentual da posiccedilatildeo de chamineacutes nos glendons
Ainda referente ao processo produtivo as informaccedilotildees referentes agrave tocha satildeo
mostradas na Figura 227
Das 98 tochas existentes cerca de 64 possuem igniccedilatildeo manual o que equivale a86 dos alto-fornos analisados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3168
28feam
Figura 227 - Porcentagem de tochas com igniccedilatildeo manual ou automaacutetica
A Figura 228 mostra as faixas do iacutendice de produtividade de cada alto-forno sendo
esse iacutendice determinado pela divisatildeo da produccedilatildeo do forno pelo seu volume uacutetil
conforme a abaixo
E = P V (22)
Onde
V = volume uacutetil do alto-forno (m3)
P = produccedilatildeo diaacuteria de ferro-gusa (td)
Figura 228 - Porcentagem de altos-fornos com variados iacutendices de produtividade
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3268
29feam
Conforme observado na Figura 228 a maior parte das empresas possuem iacutendice de
produtividade variando na faixa de 20 a 25
Os dados de pressatildeo de topo foram correlacionados agrave potecircncia total dos
ventiladores agrave produccedilatildeo e agrave pressatildeo de sopro e estatildeo apresentados nas Figuras
229 230 e 231
Figura 229 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e potecircncia total dos ventiladores
Figura 230 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3368
30feam
Figura 231 ndash Relaccedilatildeo entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
Observa-se na Figura 229 a falta de correlaccedilatildeo matemaacutetica entre pressatildeo de topo e
potencia total de ventiladores (Rsup2 pequeno) a despeito de teoricamente ser
esperada essa correlaccedilatildeo uma vez que quanto maior potencia maior deveria ser a
pressatildeo de topo Este fato nos mostra que existem problemas de perda de pressatildeo
nos fornos muito frequentemente devido a vazamentos no sistema decarregamento problemas de projeto e desgaste
O mesmo vale para a Figura 231 onde tambeacutem deveria haver uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica entre pressatildeo de topo e pressatildeo de sopro
A Figura 230 demonstra que os fornos com vazamento intermitente trabalham com
uma pressatildeo de sopro maior que os fornos com vazamento contiacutenuo o que confirmauma preocupaccedilatildeo constante pelas empresas detectada na aplicaccedilatildeo dos
questionaacuterios de que esses fornos com vazamento contiacutenuo precisam trabalhar
com pressatildeo de topo menor para que a escoacuteria natildeo vaze pelo canal de gusa devido
a diminuiccedilatildeo da chamada zona de amolecimento no forno
Natildeo foi possiacutevel avaliar se trabalhar com pressatildeo de topo menor em forno com
vazamento contiacutenuo eacute funccedilatildeo desta ldquocrenccedilardquo de vazamento de escoacuteria ou se eacute
teacutecnicamente necessaacuteria Tambeacutem natildeo foi possiacutevel observar uma correlaccedilatildeo
matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3468
31feam
Figura 232 ndash a) Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes da coroa e vazatildeo de gaacutes de topo do alto-fornob) mesma relaccedilatildeo em a) considerando apenas os dados aproximados
Em teoria deveria haver uma correlaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes na coroa e vazatildeo de
gaacutes no topo e esta relaccedilatildeo entre pressatildeo topo e pressatildeo da coroa ( que seria o
coeficiente angular) deveria ser aproximadamente entre 14 e 15 devido ao balanccedilo
de Nitrogenio o que natildeo foi detectado na Figura 232a Infelizmente isto demonstra
que grande parte das empresas natildeo tem conhecimento da vazatildeo de gaacutes no topo do
alto-forno sendo que muitas responderam no questionaacuteruio que a vazatildeo de topo eacute a
mesma na coroa
Desta forma os dados considerados equivocados foram desconsiderados e a Figura
232b mostra uma correlaccedilatildeo entre vazatildeo de topo e vazatildeo na coroa
Figura 233 ndash a) Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes do topo do alto-forno b) mesmarelaccedilatildeo de a) considerando apenas os dados aproximados
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3568
32feam
Assim como na Figura 232 na Figura 233 a relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e vazatildeo do gaacutes
de topo teoricamente deveria existir e seria na ordem de 2100 a 2300 Nmsup3 de gaacutes
por tonelada produzida Pelos mesmos motivos da Figura 232 (desconhecimento
teacutecnico dos entrevistados) esta correlaccedilatildeo somente eacute observada na Figura 233b
Figura 234 - Relaccedilatildeo entre consumo de carvatildeo vegetal e pressatildeo de topo
A Figura 234 mostra a relaccedilatildeo entre o consumo de carvatildeo vegetal e a pressatildeo detopo onde observa-se atraveacutes do baixo valor de Rsup2 que natildeo haacute uma relaccedilatildeo direta
entre as variaacuteveis percebendo-se no entanto uma importante tendecircncia de menor
consumo de carvatildeo com o aumento da pressatildeo de topo
Figura 235 - Relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de carvatildeo vegetal
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3668
33feam
Na anaacutelise da Figura 235 a relaccedilatildeo entre temperatura de sopro e consumo de
carvatildeo vegetal pode ser entendida no sentido de que com o aumento da
temperatura de sopro ocorrre uma dimiuiccedilatildeo do consumo de carvatildeo vegetal uma
vez que diminui a necessidade energeacutetica do carvatildeo
As interpretaccedilotildees das Figuras 234 e 235 podem ser complementares uma vez que
aumentando a pressatildeo de topo existe maior disponibilidade de energia para limpeza
do gaacutes e portanto um gaacutes mais limpo eacute dirigido ao glendon aumentando a
eficiencia do mesmo e consequentemente aumentando a temperatura de sopro
diminuindo a necessidade de consumo de carvatildeo Esta anaacutelise natildeo leva em conta
aspectos metaluacutergicos como a melhoria da permeabidade da carga favorecendo as
reaccedilotildees quiacutemicas envolvidas e diminuindo a necessidade de carvatildeo com o aumentoda pressatildeo
Na Figura 236 observa-se que um menor consumo de carvatildeo eacute alcanccedilado com
empresas que utilizam sistemas de injeccedilatildeo de fino
Figura 236 - Relaccedilatildeo entre produccedilatildeo e consumo de carvatildeo vegetal
As Figuras 237 e 238 relacionam o volume uacutetil do forno a potecircncia total dos
ventiladores e a produccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3768
34feam
Figura 237 ndash Relaccedilatildeo entre o volume uacutetil do alto-forno e potecircncia total dos ventiladores
Figura 238 ndash Relaccedilatildeo volume uacutetil do alto-forno e produccedilatildeo de ferro-gusa
Uma relaccedilatildeo direta foi observada nas Figuras 237 e 238 demonstrando uma
necessidade de maior potecircncia dos ventiladores para uma maior vazatildeo de sopro na
coroa agrave medida que se tem um forno com volume uacutetil maior e tambeacutem umapossibilidade de produccedilatildeo de gusa maior Entretanto nota-se que natildeo eacute a uacutenica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3868
35feam
condiccedilatildeo visto que haacute fornos com o mesmo volume uacutetil de outros fornos que
alcanccedilam uma produccedilatildeo maior o que jaacute foi apresentado na Figura 228 onde
demonstrou diferentes iacutendices de produtividade dos fornos
Quanto ao de sistema de limpeza dos gases dos altos-fornos adotado pelo setor no
estado de Minas Gerias sua distribuiccedilatildeo eacute apresentada na Figura 239 A anaacutelise
dos sistemas de tratamento de gases de alto-forno foi realizada considerando os
tipos de sistemas mais utilizados equivalentes ao sistema a seco e uacutemido sendo
esse uacuteltimo constituiacutedo por lavador comum ou Venturi Os fornos definidos por
sistema a seco apresentam somente esse tipo de limpeza dos gases enquanto os
fornos com lavadores tambeacutem possuem sistema a seco
Figura 239 ndash Distribuiccedilatildeo percentual do tipo de sistemas de limpeza de gases a seco ouuacutemido adotados pelo setor de ferro-gusa no Estado de Minas Gerais
Aleacutem dos sistemas tratamento de efluentes atmosfeacutericos foram analisados tambeacutem
os sistemas de tratamento da aacutegua de lavagem dos gasesFigura 240 e sistema dedesidrataccedilatildeo do lodo Figura 241
Observa-se que a metade das empresas do setor que utilizam lavadores ainda utiliza
o sistema de decantadores retangulares cuja dificuldade de retirada do lodo eacute bem
maior e apresentam uma eficiencia no caso de altos-fornos bem menor que os
decantadores cirulares Tambeacutem eacute preocupante que 63 das empresas natildeo
utilizam nenhum sistema de desidrataccedilatildeo do lodo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 3968
36feam
Figura 240 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de tratamentos das aacuteguas de lavagem de
gaacutes por tipo adotado pelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Figura 241 ndash Distribuiccedilatildeo percentual dos sistemas de desidrataccedilatildeo de lodo por tipo adotadopelo setor de ferro-gusa em Minas Gerais
Egrave muito importante que as empresas utilizem um sistema eficiente de sedimentaccedilatildeo
e tratamento do lodo para recircular a aacutegua para o lavador visando natildeo soacute amelhoria da limpeza do gaacutes do alto-forno mas tambeacutem a aacutegua de limpeza do gaacutes eacute
muito toacutexica chegando a ter niacuteveis de fenoacuteis na ordem de 600 mgL natildeo podendo
ser descartada em corpo receptor
Como discutido anteriormente a maior parte do setor utiliza sistema a uacutemido na
limpeza dos gases sabidamente mais eficiente que o sistema a seco Entretando
esse fato natildeo ficou claramente demonstrado nas Figuras 242 e 243 visto quealguns dados de sistema a seco alcanccedilaram concentraccedilotildees de material particulado
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4068
37feam
bem menores que a faixa da maioria dos lavadores levando ao questionamento da
qualidade das mediccedilotildees na chamineacute dos glendons condiccedilotildees de operaccedilatildeo e
projeto dos lavadores e excesso de ar de combustatildeo utilizado nos glendons
podendo estar ocorrendo diluiccedilatildeo do efluente
Figura 242 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de sistemas de
tratamento a seco e a uacutemido
Figura 243 - Niacuteveis de concentraccedilatildeo de material particulado nas saiacutedas de diferentes sistemasde limpeza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4168
38feam
Figura 244 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo da coroa e vazatildeo total das chamineacutes dos glendons
A Figura 244 mostra a relaccedilatildeo entre a vazatildeo da coroa e a vazatildeo total dos glendons
medida Observa-se que para a mesma vazatildeo da coroa tem-se diferentes vazotildees
totais das chamineacutes dos glendons natildeo conseguindo se efetuar uma relaccedilatildeo que
teoricamente deveria existir devido as grandes inconstacircncias de funcionamento dos
glendons com diferentes vazotildees de ar de combustatildeo e problemas nas mediccedilotildees de
chamineacute natildeo se conseguiu estabelecer uma correlaccedilatildeo
Assunccedilatildeo (2006) obteve as vazotildees volumeacutetricas de ar de combustatildeo e de gaacutes de
alto-forno no glendon O valor meacutedio nas condiccedilotildees normais de temperatura e
pressatildeo (CNTP) encontradas para o ar de combustatildeo foi a relaccedilatildeo de 167 Nm3 h
para 1 Nm3 h de gaacutes de alto-forno Considerando o princiacutepio de conservaccedilatildeo das
massas e o fato de que a densidade do gaacutes de combustatildeo (na chamineacute do glendon )
ser semelhante aacute densidade do gaacutes de alto-forno e do ar a quantidade de gaacutes naschamineacutes dos glendons deveria ser 267 vezes a quantidade de gaacutes de alto-forno
24 Proposta do Sistema de Limpeza de Gaacutes mais Adequado
Conforme a metodologia utilizada foi considerada a concentraccedilatildeo maacutexima de
material particulado no gaacutes a ser queimado nas caldeiras da termoeleacutetrica de
50 mgNm3 medido na chamineacute da termoeleacutetrica e o estudo se concentrou no lavador
venturi uma vez que filtros de manga e precipitadores eletrostaacuteticos satildeo ainda muito
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4268
39feam
caros e natildeo satildeo comumente utilizados na limpeza de gaacutes de alto-forno sendo que o
filtro de manga ainda se mostrou ateacute o momento tecnicamente inadequado e os
equipamentos a seco como ciclones e balotildees gravitacionais possuem baixa
eficiecircncia de remoccedilatildeo
241 Anaacutelise estatiacutestica sobre eficiecircncia de lavador Venturi
Por meio do questionaacuterio aplicado nas empresas e anaacutelise de desenhos de
lavadores Venturi empregados tentou-se realizar uma correlaccedilatildeo entre eficiecircncia
desse tipo de lavador utilizando-se o resultado de mediccedilatildeo na chamineacute dos glendons
e perda de carga nos lavadores Venturi
A Figura 245 foi construiacuteda em funccedilatildeo das perdas de carga informadas no
questionaacuterio dos lavadores Venturi do sistema de limpeza do gaacutes de alto-forno
utilizado no setor sendo estas informaccedilotildees complementadas pelos Relatoacuterios de
Controle Ambiental (RCA) e Planos de Controle Ambiental (PCA) dos
empreendimentos em consulta ao Sistema Integrado de informaccedilatildeo Ambiental
Figura 245 ndash Relaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de material particulado na saiacuteda da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores
A fim de se obter uma melhor correlaccedilatildeo dos dados Figura 246 excluiu-se ospontos considerados equivocados devido aos mencionados erros de mediccedilatildeo nos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4368
40feam
glendons e eventual diluiccedilatildeo com ar do efluente tambeacutem no glendon onde lavadores
com perda de carga inferior a 200 mmca (98 Nmsup2) obtiveram uma concentraccedilatildeo de
material particulado na chamineacute do glendon inferior a 100 mgNm3
Figura 246 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado da chamineacute dosglendons com a perda de carga dos lavadores venturi
Observa-se na Figura 246 que uma concentraccedilatildeo de material particulado inferior a
50 mgNm3 soacute foi obtida com lavadores Venturi com perdas de carga superiores a
800 e 1000 mmca (98 Nmsup2)
Nota-se uma relaccedilatildeo inversa entre a perda de carga e a concentraccedilatildeo de material
particulado porem natildeo foi possiacutevel obter uma correlaccedilatildeo matemaacutetica (Rsup2 pequeno)
Apesar da metodologia utilizada adotar o valor de 50 mgNm3 na chamineacute da
termoeleacutetrica ou do glendon foi calculado tambeacutem a concentraccedilatildeo de particulado no
gaacutes na tubulaccedilatildeo antes do glendon levando-se em conta uma relaccedilatildeo de 25 Nmsup3 de
gaacutes de combustatildeo para 1 Nmsup3 de gaacutes de alto-forno conforme a Figura 247
Observa-se que a concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes que eacute dirigida para a
termoeleacutetrica na verdade eacute bem maior que o encontrado na chamineacute do glendon
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4468
41feam
Figura 247 ndash Relaccedilatildeo modificada da concentraccedilatildeo de material particulado na tubulaccedilatildeo antesda chamineacute dos glendons com a perda de carga dos lavadores Venturi
242 Modelamento Matemaacutetico
Visando verificar as observaccedilotildees da anaacutelise estatiacutestica foram utilizadas as equaccedilotildees
descritas abaixo
)1000 ( acfmhpPPP LGT += (23)
Onde
P T = energia total de contato (hp1000 acfm)
P G = energia para fluxo de gaacutes (hp1000 acfm)
P L = energia para injeccedilatildeo de liacutequido (hp1000 acfm)
A energia gasta para movimentar o gaacutes atraveacutes do sistema P G eacute expressa em
termos da perda de carga do lavador
)1000 (15750 acfmhp pPG ∆= (24)
Onde
∆p = perda de pressatildeo [pol H2O (249 Nm2)]
acfm = 003 (msup3min)
A energia gasta no fluxo liacutequido (P L) eacute expressa como
)1000 (5830 acfmhpQQPPG
Ll L
= (25)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4568
42feam
Onde
P l = pressatildeo de entrada do liacutequido (lbpol2) (00703 kgfcmsup2)
Q L = vazatildeo de liacutequido (galmin) (378 Lmin)
Q G = vazatildeo de gaacutes (peacute3 min) (003 msup3min)
As constantes dadas nas expressotildees para P G e P L incorporam os fatores de
conversatildeo A energia total pode ser expressa como
)1000 (583015750 acfmhpQ
QP pP
G
LlT
+∆= (26)
Semrau correlaciona a eficiecircncia do lavador atraveacutes da formula
minus
minus=
β α
η T
P
exp1 (27)
Onde
α e β = constantes empiacutericas que satildeo determinadas experimentalmente e
dependem da caracteriacutestica do material particulado
Uma das formas de calcular a perda de carga em um lavador Venturi eacute citada por
Suhara (1992) sendo
QG
QLV P
g
2310850 minustimes= (28)
Onde
P = perda de carga (cmH2O)
V g = velocidade do gaacutes na garganta (cms)
=
QG
QL relaccedilatildeo liacutequidogaacutes (adimensional)
Calculou-se a eficiecircncia de lavadores Venturi com perda de carga de 700 800 900
1000 1100 e 1200 mmca (98 Nm2) com variaccedilatildeo da pressatildeo de entrada do
liacutequido de 5 7 e 10 kgfcm2 e relaccedilatildeo liacutequido (msup3h) gaacutes (Nm3 h) = 10 obtendo-se a
concentraccedilatildeo de material particulado no gaacutes apoacutes sua limpeza no sistema preliminar
a seco eou uacutemido de baixa energia (considerado uma eficiecircncia de 80) e no
lavador Venturi A quantidade de particulado no gaacutes antes do sistema de limpezanesta simulaccedilatildeo eacute de 10 gNm3 ( dado de literatura)
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4668
43feam
A partir dos dados obtidos foram geradas as Figuras 248 e 249
Figura 248 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado apoacutes a limpeza do gaacutes em sistema aseco com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi variando com a perda de carga no Venturi
Figura 249 ndash Relaccedilatildeo entre a perda de carga e a eficiecircncia do lavador com diferentes pressotildeesde entrada do liacutequido
Para as perdas de carga entre 700 a 1200 mmca (98 Nm2) a velocidade na
garganta variou de 987 a 1293 ms Conforme dados de literatura esta variaccedilatildeo de
velocidade pode ser de 60 a 180 ms
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4768
44feam
Uma concentraccedilatildeo de material particulado igual a 50 mgNm3 eacute alcanccedilada com um
lavador venturi de 1000 mmca (98 Nm2) trabalhando com pressatildeo de entrada de
7 kgfcm2
Na Figura 250 destaca-se a eficiecircncia para lavadores de 1000 mmca (98 Nm2)
com pressatildeo de entrada do liacutequido de 10 7 e 5 kgfcm2 sendo maior a eficiecircncia
para pressatildeo maior de entrada do liacutequido O efeito da diferenccedila de pressatildeo de
entrada do liacutequido tende a diminuir com o aumento da perda de carga no lavador
Figura 250 ndash Porcentagem de fornos por pressatildeo de topo
Nota-se que considerando uma concentraccedilatildeo inicial de particulado do gaacutes do alto-
forno de 10 gNm3 alcanccedila-se uma concentraccedilatildeo inferior a 50 mgNm3 jaacute na entrada
da caldeira com um lavador com eficiecircncia maior que 975 e um sistema de
limpeza preliminar com 80 de eficiecircncia
De acordo com a simulaccedilatildeo efetuada concentraccedilotildees proacuteximas ou inferiores a
50 mgNm3 somente foram obtidas em lavadores com perda de carga igual ou
superior a 1000mmca (98 Nm2) Entretanto apenas 29 dos fornos do setor
Figura 250 possuem pressatildeo de topo superior a 1000 mmca (98 Nm2) O que
poderia ser alterado em alguns casos com melhorias nas casas de maacutequinas e
concomitantemente em outros casos principalmente por problemas de layout da
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4868
45feam
usina ou distancia da termoeleacutetrica seria preciso a instalaccedilatildeo de ventiladores na
linha da termoeleacutetrica sempre funcionando com pressatildeo positiva
Foi realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores variando a perda de
carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes gerando as Figuras 251e 252
Figura 251 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e relaccedilatildeo liacutequidogaacutesconsiderando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2
Figura 252 ndash Eficiecircncia dos lavadores em funccedilatildeo da perda de carga e pressatildeo de entrada doliacutequido considerando relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 4968
46feam
O aumento da pressatildeo de entrada do liacutequido leva a um aumento da eficiecircncia
entretanto a utilizaccedilatildeo de pressotildees elevadas pode danificar os bicos spray do
lavador venturi em funccedilatildeo do material em suspensatildeo presente na aacutegua de lavagem
e levar a um consumo de energia desnecessaacuterio Os fabricantes de bicos
consultados garantem a sua operaccedilatildeo com uma pressatildeo de ateacute 25 kgfcm2
Nestas simulaccedilotildees a concentraccedilatildeo de 50 mgNm3 estaacute sendo atingida na entrada
da termoeleacutetrica para uma concentraccedilatildeo inicial de 10 gNm3 O valor na chamineacute da
termoeleacutetrica levando-se em conta o ar de combustatildeo seria de aproximadamente
20 mgNm3
No entanto na consulta ao SIAM contatou-se que em pelo menos duas mediccedilotildeesrealizadas do gaacutes de alto-forno em empresas diferentes antes do sistema de
tratamento a concentraccedilatildeo do particulado era 17 mgNm3
Desta forma foi realizada outra simulaccedilatildeo para aproximar mais o estudo teoacuterico da
realidade utilizando a concentraccedilatildeo inicial de 17 mgNm3 e levando-se em
consideraccedilatildeo a relaccedilatildeo de ar de combustatildeo como 15 vezes o gaacutes de alto-forno e foi
construiacuteda a Tabela 24
Observa-se que para atingir a mesma concentraccedilatildeo final de particulado no caso de
17000 mgNm3 incluindo ar combustatildeo um lavador de 800 mmca (98 Nm2) e
pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcm2 seria suficiente
As Figuras 253 e 254 permitem uma melhor visualizaccedilatildeo
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5068
feam
Tabela 24 - Perdas de carga de lavadores com suas respectivas eficiecircncia e concentraccedilatildeo f
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
Eficiecircncia
do lavador
Eficiecircnciado sistemapreliminar
Eficiecircncia
total
C
600 915 10 5 093732 08 098746
700 987 10 5 095037 08 099007
800 1055 10 5 096031 08 099206
900 1119 10 5 096791 08 099358
1000 118 10 5 097385 08 099477
1100 1238 10 5 097851 08 099570
1200 1293 10 5 098219 08 099644
600 915 10 7 093984 08 098797 700 987 10 7 095225 08 099045
800 1055 10 7 096174 08 099235
900 1119 10 7 096901 08 099380
1000 118 10 7 097471 08 099494
1100 1238 10 7 097920 08 099584
1200 1293 10 7 098274 08 099655
600 915 10 10 094340 08 098868
700 987 10 10 095492 08 099098
800 1055 10 10 096376 08 099275
900 1119 10 10 097058 08 099412
1000 118 10 10 097594 08 099519
1100 1238 10 10 098017 08 099603
1200 1293 10 10 098352 08 099670
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5168
48feam
Figura 253 ndash Concentraccedilatildeo final de material particulado partindo de 17000 mgNmsup3 apoacutes alimpeza do gaacutes em sistema preliminar com eficiecircncia de 80 e lavador Venturi conforme a
perda de carga no lavador considerando ar combustatildeo
Figura 254 ndash Relaccedilatildeo perda de carga no lavador para diferentes pressotildees de entrada doliacutequido e eficiecircncia de limpeza considerando ar combustatildeo na inicial de 17000 mgNmsup3
Foi ainda realizada uma avaliaccedilatildeo teoacuterica da eficiecircncia de lavadores Venturi
variando a perda de carga pressatildeo de entrada do liacutequido e relaccedilatildeo liacutequidogaacutes
conforme a Tabela 25 gerando as Figuras 255 e 256
8 28 48 68 88
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5268
feam
Tabela 2 5 - Avaliaccedilatildeo teoacuterica de lavadores venturi considerando ar de c
Perda decarga ∆p(mmca)
Velocidade
(ms)
Pressatildeo deentrada do
liacutequido(kgfcm
2)
RelaccedilatildeoQLQgaacutes(LNm3)
Eficiecircncia
do Lavador
Eficiecircncia dosistema
preliminarEficiecircncia to
600 915 7 100 093984 08 098797
600 747 7 150 094394 08 098879
600 646 7 200 094750 08 098950
700 987 7 100 095225 08 099045
700 806 7 150 095536 08 099107
700 698 7 200 095820 08 099164
800 1056 7 100 096186 08 099237
800 862 7 150 096417 08 099283
800 746 7 200 096627 08 099325
900 112 7 100 096912 08 099382
900 914 7 150 097088 08 099418
900 792 7 200 097262 08 099452
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5368
50feam
Figura 255 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da relaccedilatildeoliacutequidogaacutes considerando pressatildeo de entrada do liacutequido de 7 kgfcmsup2 e ar combustatildeo
Figura 256 ndash Eficiecircncia dos lavadores Venturi em funccedilatildeo da perda de carga e da pressatildeo deentrada do liacutequido considerando a relaccedilatildeo liacutequidogaacutes = 1 e ar combustatildeo
Portanto um lavador Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nm2 ) atende
aos objetivos do trabalho ou seja uma emissatildeo de 50 mgNm3 medida na chamineacute
da termoeleacutetrica
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5468
51feam
243 Configuraccedilatildeo de sistema de limpeza proposto
O diagrama da Figura 257 foi elaborado baseado nas discussotildees dos capiacutetulos
241 e 242 sendo este a proposta de sistema de limpeza de gaacutes de alto-forno
deste estudo
Apesar da simulaccedilatildeo matemaacutetica indicar que um lavador de 800 mmca (98 Nm2 )
seria suficiente para atender o objetivo do trabalho optou-se por um sistema de
lavador Venturi com perda de carga de 1000 mmca (98 Nm2 ) por seguranccedila (a
concentraccedilatildeo de particulado no gaacutes antes do sistema de limpeza pode passar de
17 gNm3 devido agraves peculiaridades do processo produtivo)
Figura 257 ndash Proposta de configuraccedilatildeo do sistema de limpeza de gaacutes do alto-forno
A razatildeo da escolha de um duplo Venturi eacute baseado no fato de que dois
equipamentos em seacuterie com a mesma energia 800mmca (98 Nm2 ) ou 400 mmca
(98 Nm2 ) cada Venturi alcanccedila uma melhor eficiecircncia devido agrave equaccedilatildeo abaixo
Etotal = 1 ndash [(1-E1)( 1-E2)(1-E3)(1-En)] (29)
Onde
Etotal = Eficiecircncia Total
En = Eficiecircncia do equipamento n
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5568
52feam
Assim aplicando a equaccedilatildeo de eficiecircncia total a emissatildeo de um duplo Venturi com a
mesma energia de um uacutenico Venturi chegaria a 14 mgm3 No entanto foi adotado o
princiacutepio da seguranccedila uma vez que o segundo Venturi natildeo teria a mesma
eficiecircncia do primeiro porque as partiacuteculas diminuem de tamanho agrave medida que satildeo
limpas pelos equipamentos (diminuindo a eficiecircncia do segundo Venturi em seacuterie) e
neste trabalho foi considerado que a emissatildeo final continuaria a ser de 50 mgNm3
Trata-se apenas de uma sugestatildeo sendo que a escolha de um uacutenico Venturi de
1000 mmca (98 Nm2) de perda de carga conforme o modelo empregado chegaria
ao resultado proposto de forma mais barata
A escolha de maior velocidade na garganta e maior ou menor consumo de aacutegua eacuteopccedilatildeo de cada empresa dependendo de vaacuterios fatores como disponibilidade de aacutegua
e disposiccedilatildeo de desgastar mais ou menos o material do Venturi
A adoccedilatildeo de lavador Venturi moacutevel podendo-se variar a largura da garganta eacute mais
aconselhaacutevel porque permite um maior controle da pressatildeo de topo do alto-forno
Eacute importante lembrar novamente que os equipamentos preliminares como balatildeo comou sem lavador ou ciclone deve ter uma eficiecircncia miacutenima de 80 ou seja o gaacutes
dirigido ao Venturi deveraacute conter no maacuteximo 3400 mgNmsup3 Na praacutetica esta eacute uma
condiccedilatildeo muito conservadora porque mediccedilotildees de material particulado na chamineacute
do glendon em empresas que apresentam somente como equipamento de limpeza
de gaacutes esta configuraccedilatildeo nunca atingiram mais que 1000 mgNmsup3 ou
2500 mgNm3 considerando o ar de combustatildeo
Desta forma fica evidente a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nm2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo -
compressores jaacute implantados em muitas empresas maiores e em uma empresa
menor (produccedilatildeo menor que 500 td) que possibilitam um melhor controle de
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5668
53feam
paracircmetros de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia
energeacutetica poreacutem satildeo mais caros
Egrave preferiacutevel natildeo colocar ventiladores na linha da termoeleacutetrica para evitar riscos de
explosatildeo e assim os fornos deveriam funcionar com perdas de pressotildees de topo
maiores de 1600 a 1800 mmca (98 Nm2) No entanto sabemos que em muitos
casos por motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a
utilizaccedilatildeo do ventilador torna-se imperiosa Neste caso eacute importante destacar que
este ventilador na verdade deveria ser uma chamada torre elevatoacuteria sendo que
seria rigorosamente projetado para funcionar apenas com pressatildeo positiva evitando
a entrada de ar na tubulaccedilatildeo este ventilador deveria ter um inversor de frequumlecircncia e
possuir controle de pressatildeo e vazatildeo na sua entrada
25 Sistemas de Limpeza da Aacutegua de Lavagem
Eacute muito importante que a aacutegua do Venturi esteja em condiccedilotildees de ser utilizada na
lavagem do gaacutes ou seja deve conter no maacuteximo 100 mgL de soacutelidosA aacutegua deve
ser recirculada e para tanto se utiliza como equipamento mais eficiente o espessadorcircular com retirada continua da lama e um filtro prensa ou a vaacutecuo As Tabelas 26
e 27 mostram a situaccedilatildeo do setor com relaccedilatildeo agrave utilizaccedilatildeo de espessadores e
produtos quiacutemicos que auxiliam na sedimentaccedilatildeo de partiacuteculas
Conforme verificado muito poucas informaccedilotildees estatildeo disponiacuteveis sobre sistema de
tratamento da aacutegua do lavador No entanto podemos inferir que um espessador com
pelo menos quatro horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo deno maacuteximo 1 mh eacute capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de
100 mgL se utilizar de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a
decantaccedilatildeo das partiacuteculas que variam de empresas para empresa
Eacute importante ressaltar novamente que este eacute um efluente muito toacutexico com teores
de fenoacuteis que podem atingir 600 mgL e sendo assim eacute prudente recomendar que
este efluente deva ser inteiramente recirculado e para assegurar deveria existir um
tanque adicional para estoque do efluente quando acontecer paradas para
manutenccedilatildeo e vazamentos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5768
54feam
Tabela 26 ndash Dados do espessador circular
Aacuterea uacutetil(m2)
Altura uacutetil(m)
Volume uacutetil(m3)
Vazatildeo(m3h)
Tempo dedetenccedilatildeo
(h)
Velocidade desedimentaccedilatildeo
(mh)
Concentraccedilatildeode soacutelidos
(mgL)
2010 75 15180 1800 22 09 150
1130 106 12000 5800 21 51 200
1130 106 12000 6000 20 53 200
1330 38 5000 5040 10 38 Natildeo )
502 30 1507 200 75 04 Natildeo
204 17 352 320 11 16 Natildeo
437 42 1844 400 46 09 150
2111 62 13000 6000 22 28 200
490 40 1960 400 49 08 Natildeo
2010 46 9250 2000 46 10 25
600 30 1800 730 25 12 200
283 32 893 500 18 18 Natildeo
ni(1) ni 100 267 04 ni Natildeo
158 52 813 900 09 57 Natildeo
315 38 1183 1500 08 48 Natildeo
470 45 2110 700 30 15 60
ni ni 3000 800 38 ni 10015000 40 60000 8000 75 05 100
Observaccedilatildeo (1) ni = natildeo informado (2) Natildeo = Natildeo realiza
Tabela 2 7 ndash Produtos quiacutemicos utilizados
Poliacutemerocatiocircnicoaniocircnico
Produtos Quiacutemicos (gm3) Sistema deverificaccedilatildeo SS
(mgl)Anti-espumante Coagulante Dispersante
07 116 104 23 150
10 52 10 21 150
21 104 21 42 200
04 63 71 17 50
Natildeo 205 247 Natildeo 200
Natildeo 52 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 93 Natildeo Natildeo Natildeo
Natildeo 29 38 20 60
208 139 Natildeo Natildeo 10003 35 Natildeo Natildeo 100
Observaccedilatildeo Natildeo = Natildeo utiliza
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5868
55feam
26 Estudos Econocircmicos (Custo Benefiacutecio)
Tendo como base as informaccedilotildees apresentadas pelas empresas do setor sideruacutergico
foi possiacutevel calcular o custobenefiacutecio da instalaccedilatildeo de termoeleacutetricas em todas as
empresas consumidoras de carvatildeo vegetal utilizando a metodologia descrita abaixo
Avaliaccedilatildeo Econocircmica de Projetos de Termoeleacutetricas
Numa distribuiccedilatildeo tiacutepica dos custos de um empreendimento energeacutetico os custos
distribuiacutedos satildeo modelados por meio de Fluxos de Caixa uniformes Tal modelo se
aplica sem grande perda de generalidade uma vez que se pode sempre calcularcom pequeno esforccedilo adicional o fluxo uniforme equivalente a outro fluxo mais
complexo quaisquer (Barja 2006)
No Fluxo de Caixa projeta-se o investimento inicial para uma data futura ao fim de
um tempo de construccedilatildeo e de instalaccedilatildeo Figura 258 Assim estima-se o valor do
investimento inicial como sendo o valor futuro relativo ao consumo do equipamento
somado ao valor futuro equivalente a seacuterie uniforme dos custos de instalaccedilatildeo Dessa
forma propotildee-se que a anaacutelise comparativa seja feita em um tempo infinito com
reposiccedilotildees sucessivas ao final da vida uacutetil para todas as alternativas consideradas
(Barja 2006)
Figura 258 - Fluxo de caixa de um empreendimento energeacuteticoFonte Barja 2006
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 5968
56feam
Assim o Fluxo de Caixa pode ser decomposto em dois outros sendo o primeiro uma
seacuterie uniforme de valor CC + CM ndash VS e o segundo um investimento inicial aplicado
no tempo zero somado a uma seacuterie uniforme de valores I ndash R A seacuterie uniforme
equivalente agrave soma destas duas composiccedilotildees de Fluxo de Caixa corresponde ao
Custo Distribuiacutedo Total (Barja 2006)
(210)
De posse do CDtotal calcula-se a energia produzida (En) em kWh que no periacuteodo de
um ano seraacute igual agrave potecircncia instalada (PI) em kW multiplicado ao nuacutemero de horas
de um ano corrigido pelo fator de capacidade (FC) O fator de capacidade pode ser
definido como sendo a razatildeo entre a energia efetivamente gerada ao longo de um
ano e aquela que seria produzida se a instalaccedilatildeo operasse a plena carga no mesmo
periacuteodo (Barja 2006)
(211)
Neste modelo conforme Carvalho apud Barja (2006) a razatildeo entre as expressotildees
isto eacute o custo distribuiacutedo anual total e a energia anual produzida eacute o principal
indicador oferecido ao passo que permite a comparaccedilatildeo de alternativas de geraccedilatildeo
ou de economia de energia com sucessivas reposiccedilotildees ao fim da vida uacutetil de cada
uma Este indicador avalia o custo da energia produzida ao ano e tem a vantagem
adicional de permitir uma comparaccedilatildeo direta com os preccedilos da energia praticados
pelas concessionaacuterias de energia eleacutetrica
A relaccedilatildeo custobenefiacutecio (CB) de um empreendimento energeacutetico eacute expressa de
forma mais ampla com poucas restriccedilotildees
(211)
Onde
CB - relaccedilatildeo custo benefiacutecio em $kWh
CC - custo anual do insumo energeacutetico em $ano
CM - custo de manutenccedilatildeo especiacutefico em $ano
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6068
57feam
VS - valor do subproduto especiacutefico em $ano
R - valor residual em $
I - investimento inicial em $
FC - fator de capacidade
V - vida em anos
PI - potecircncia instalada em kW
i - taxa de juros ao ano
Anaacutelise Econocircmica de Custo Benefiacutecio
Tendo em vista que grande parte dessas empresas natildeo possui termoeleacutetrica o
caacutelculo considerou os dados de produccedilatildeo e vazatildeo de gaacutes de alto-forno gerado
propondo analisar a viabilidade econocircmica dessa instalaccedilatildeo
Para se obter resultados mais correlatos neste estudo optou-se por utilizar uma
vazatildeo de gaacutes de 2200 Nmsup3t de gusa produzida e uma eficiecircncia de produccedilatildeo de
90 utilizando a equaccedilatildeo 21 para o caacutelculo da potecircncia
Considerando que o processo de geraccedilatildeo de energia se faz atraveacutes da cogeraccedilatildeo
sendo o insumo utilizado o gaacutes de alto-forno resiacuteduo da produccedilatildeo do gusa que seria
enviado para a atmosfera foram considerados como nulos os custos do insumo
energeacutetico e valor do subproduto
O caacutelculo do investimento inicial pode ser realizado considerando-se que
(212)
Assim o investimento inicial equivale agrave potecircncia instalada multiplicado a R$350000
sendo esse o valor estimado pelo custo do kWh
Foi considerado que todos os dados de produccedilatildeo e vazatildeo apresentados equivalem
ao somatoacuterio da produccedilatildeo e vazatildeo de todos os fornos da empresa que utilizam como
mateacuteria-prima o carvatildeo vegetal Os fornos que utilizam coque como mateacuteria-prima
natildeo foram considerados nesses caacutelculos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6168
58feam
Para os caacutelculos de custobenefiacutecio foram considerados dois tipos de investimentos
adicionais de R$250000000 chamado investimento adicional IA1 e de
R$150000000 chamado investimento adicional IA2
Esses investimentos foram inseridos ao investimento inicial para cada forno estando
relacionados com os custos adicionais para a instalaccedilatildeo de equipamentos mais
modernos e eficientes nas termoeleacutetricas
O investimento de IA1 seria para termoeleacutetricas que optassem por modificar a casa
de maacutequinas com turbo compressor e lavador de 1000 mmca (98 Nmsup2) e o
investimento IA2 seria para instalar o mesmo lavador Venturi e modificar a casa de
maacutequinas de forma convencional (acrescentando exaustores de ar na casa demaacutequinas)
A partir dos caacutelculos de custobenefiacutecio sem investimento adicional e com
investimentos adicionais IA1 e IA2 foram calculados os tempos de retorno desses
investimentos utilizando a foacutermula
(213)
Onde
TR ndash tempo de retorno (ano)
I ndash investimento inicial ($)
IA ndash investimento adicional ($)
P ndash produccedilatildeo (tdia)
c ndash consumo de energia (kWt-1)
PE ndash preccedilo da energia ($)
CB ndash custobenefiacutecio ($)
Para a anaacutelise dos dados obtidos foram gerados graacuteficos relacionando Produccedilatildeo
versus Tempo de Retorno e Empresa versus CustoBenefiacutecio demonstrados nas
figuras 259 e 260
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6268
59feam
Para o valor da taxa de juros foi considerada uma variaccedilatildeo anual de inflaccedilatildeo de
45 a vida uacutetil da instalaccedilatildeo de 20 anos e o consumo de energia eacute de 84 kW por
tonelada produzida
Figura 259 ndash Custo da energia com termoeleacutetrica e investimentos adicionais
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900
A n o s
TR
TR-IA1
TR-IA2
Produccedilatildeo X TRs
983120 983154983151983140983157 983267 983151 983156983087983140983145983137
Figura 260 ndash Correlaccedilatildeo entre produccedilatildeo e tempo de retorno
Conforme a Figura 260 verifica-se que quanto maior a produccedilatildeo menor o tempo de
retorno do investimento Os tempos de retorno denominados TRIA1 e TRIA2 que
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6368
60feam
correspondem aos tempos de retorno contando os investimentos adicionais IA1 de
R$ 250000000 e IA2 deR$150000000 natildeo modificam de forma substancial o
retorno do investimento inicial para as empresas com maior produccedilatildeo o mesmo natildeo
valendo para as empresas menores que em alguns casos o tempo eacute duplicado
O custo da energia eleacutetrica em kWh com termoeleacutetrica varia de R$006 a R$009
dependendo do investimento inicial sendo que a energia da concessionaacuteria custa
para as empresas R$040kWh
As diferenccedilas de custo da energia entre os investimentos adicionais 1 e 2 variou
devido a presenccedila do nuacutemero de fornos diferentes em cada empresa o que onera o
custo de instalaccedilatildeo de investimentos adicionais para uma mesma produccedilatildeo
Nestes caacutelculos natildeo estatildeo computados os ganhos adicionais de queda de consumo
de carvatildeo (com o aumento da pressatildeo de topo do forno) e diminuiccedilatildeo de parada
das termoeleacutetricas por funcionar com gas mais limpo
27 Mecanismos de Desenvolvimento Limpo ndash Reduccedilatildeo de Emissatildeo de
CO 2
Para calcular as reduccedilotildees nas emissotildees de dioacutexido de carbono (CO2) eacute utilizada a
foacutermula descrita abaixo
ER = (Ep Gp) - (Ec Gc) - (Et Ct) ndash L ( 214)
Onde
Ep - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de linha de base
(energia produzida)
Gp - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de linha de base
Ec - Energia requerida do sistema nacional durante o cenaacuterio de projeto (energia
consumida)Gc - Intensidade de carbono da energia fornecida pelo sistema nacional durante o
cenaacuterio de projeto
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6468
61feam
Et - Energia produzida no cenaacuterio de projeto
Ct - Intensidade de carbono da energia no cenaacuterio de projeto
L - Emissotildees de carbono por vazamento
Uma vez que o cenaacuterio de referecircncia (linha de base) tenha sido definido eacute simples
se determinar as reduccedilotildees de gases de efeito estufa obtidas por meio do uso de
combustiacutevel renovaacutevel na produccedilatildeo de energia eleacutetrica Economias liacutequidas na
emissatildeo (ER) satildeo calculadas pela quantidade de energia da rede puacuteblica
substituiacuteda descontando-se todas as emissotildees relacionadas agrave operaccedilatildeo da usina
termoeleacutetrica e qualquer vazamento
A quantidade de energia da rede puacuteblica substituiacuteda eacute calculada como a diferenccedilaentre a energia requerida no cenaacuterio de referecircncia menos a energia requerida do
projeto em estudo considerando-se que esta diferenccedila foi causada pela energia
adicional provida pelas atividades de projeto em estudo
Considerando as informaccedilotildees sobre o caacutelculo de reduccedilatildeo de emissotildees e custo da
tonelada de CO2 equivalente as emissotildees evitadas foram estimadas para as
empresas do setor sideruacutergico de Minas Gerais
Dessa forma obtiveram os resultados apresentados nas Figuras 261 e 262
Figura 261 - Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e emissotildees de CO2 evitadas
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6568
62feam
Figura 262 ndash Relaccedilatildeo entre vazatildeo de gaacutes de alto-forno e ganho em doacutelares pela reduccedilatildeo deemissotildees de CO2
A relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de alto-forno e as emissotildees evitadas de CO2 pela
instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente e similar agrave relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes de
alto-forno e o ganho em doacutelares
Um estudo de projeto MDL no ano de 2008 para se chegar agrave certificaccedilatildeo natildeo custa
menos de R$30000000 tendo em vista a necessidade de se contratar auditorias
internacionais Sendo assim a empresa deveraacute ficar atenta em sua vazatildeo de gaacutes
para o caacutelculo do ganho compensar o custo do estudo
Pelo menos uma empresa jaacute possui estudo aprovado para certificaccedilatildeo de creacuteditos de
carbono conforme a metodologia descrita neste trabalho sendo que os certificadosvalem por 7 anos podendo ser renovados por este periacuteodo ateacute 20 anos
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6668
63feam
3 CONCLUSAtildeO
O Estado de Minas Gerais possui atualmente 74 empresas utilizando carvatildeo vegetal
com 102 fornos estando 98 em condiccedilotildees de funcionamento e 4 paralisados haacute
anos A capacidade de produccedilatildeo total destes fornos por dia eacute de 27515 toneladas
de gusa O levantamento demonstrou que quanto maior a pressatildeo de topo do alto-
forno maior eacute a temperatura de sopro e menor eacute o consumo de carvatildeo vegetal Foi
demonstrado tambeacutem o desconhecimento de boa parte das empresas (pelo menos
dos seus representantes entrevistados) de paracircmetros importantes de processo
como vazatildeo de topo pressatildeo de topo temperatura na coroa dentre outros
A capacidade atual de geraccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Geraisutilizando turbina de recuperaccedilatildeo de topo eacute de aproximadamente 29 MW em trecircs
altos-fornos No entanto este tipo de aproveitamento energeacutetico somente eacute utilizado
em fornos de grande porte (maior que 4000 td) utilizando coque
Os altos-fornos a carvatildeo vegetal utilizam a termoeleacutetrica para geraccedilatildeo da energia
eleacutetrica aproveitando o gaacutes excedente sendo que possui uma capacidade de
produccedilatildeo de aproximadamente 32 MW contando com onze termoeleacutetricas Encontra-se em construccedilatildeo mais duas termoeleacutetricas que iratildeo gerar mais 11 MW A
capacidade teoacuterica de produccedilatildeo de energia eleacutetrica no Estado de Minas Gerais em
termoeleacutetricas a gaacutes de altos-fornos a carvatildeo vegetal eacute de 224 MW Na praacutetica as
empresas estatildeo implantando suas termoeleacutetricas com capacidade inferior que a
calculada teoricamente uma vez que aparentemente estatildeo sendo conservadoras no
dimensionamento das mesmas visando garantir mais gaacutes para os glendons
O lavador tipo Venturi ainda eacute o equipamento de limpeza de gaacutes de alto-forno mais
eficiente sendo que os dados fornecidos pelas empresas no campo por meio de
questionaacuterios e pesquisando os arquivos e informaccedilotildees constantes nos processos
dos empreendimentos constantes do Sistema Integrado de Informaccedilatildeo Ambiental
(SIAM) demonstraram que um lavador venturi com perda de carga de 800 mmca
(98 Nmsup2) jaacute atinge a emissatildeo de material particulado medida em chamineacute do
glendon ou da termoeleacutetrica de 50 mgNm3 No entanto o mesmo levantamento
demonstrou que sistemas com esta perda de carga ainda permitiam emissotildees acima
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6768
64feam
do valor citado sendo que lavadores venturi com perda de carga acima de 1000
mmca (98 Nmsup2) seriam os mais indicados
A emissatildeo de 50 mgNm3 foi adotada como referecircncia por se tratar do limite previsto
pela legislaccedilatildeo ambiental brasileira uma vez que natildeo haacute uma exigecircncia dos
fabricantes de caldeira para teor de particulado no gaacutes na entrada da fornalha
O modelo matemaacutetico aplicado para calcular a eficiecircncia do lavador Venturi se
ajustou muito bem aos dados fornecidos pela empresas e de literatura O modelo
demonstrou que lavadores Venturi com perda de carga de 800 mmca (98 Nmsup2) satildeo
capazes de atingir a concentraccedilatildeo em chamineacute de 50 mgNm3
Com a aplicaccedilatildeo do modelo se verificou tambeacutem a possibilidade de que uma
concentraccedilatildeo de poacute no gaacutes na saiacuteda do alto-forno de 17 gNm3 (valor medido por
algumas empresas segundo levantamento nos arquivos do SIAM) eacute mais realista
que a concentraccedilatildeo de 10 gNm3 encontrado na literatura
O trabalho propotildee o sistema de limpeza descrito na Figura 257 (proposta sistema
de limpeza de gaacutes) onde o lavador Venturi a ser implantado tenha uma perda decarga de 1000 mmca (98 Nmsup2) e tenha garganta moacutevel
Verificou-se tambeacutem a necessidade da maioria das empresas pesquisadas
modificarem a casa de maacutequinas para atingir a pressatildeo de topo sugerida de no
miacutenimo 1400 mmca (98 Nmsup2) e natildeo soacute modificar a casa de maacutequinas solucionar
problemas relativos a projetos do forno e vazamentos na aacuterea de carregamento de
mateacuterias primas visando alcanccedilar este objetivo
Sugere-se a utilizaccedilatildeo de casas de maacutequinas com os chamados turbo-
compressores jaacute implantados em vaacuterias empresas de maior porte maiores e em
uma empresa de menor porte que possibilitam um melhor controle de paracircmetros
de processo como pressatildeo e vazatildeo possuem maior eficiecircncia energeacutetica poreacutem
satildeo mais caros
Para evitar risco de explosatildeo eacute preferiacutevel natildeo posicionar os ventiladores na linha datermoeleacutetrica e assim os fornos deveriam funcionar com pressotildees de topo maiores
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
8162019 Manual de operaccedilatildeo de Cadeiras
httpslidepdfcomreaderfullmanual-de-operacao-de-cadeiras 6868
65feam
de 1600 a 1800 mmca (98 Nmsup2) No entanto sabe-se que em muitos casos por
motivo de layout da planta industrial e distancia da termoeleacutetrica a utilizaccedilatildeo do
ventilador torna-se imperiosa Devem sempre funcionar com pressatildeo positiva na
linha
Em relaccedilatildeo aos efluentes liacutequidos apesar dos poucos dados de espessadores
utilizados pelas empresas verificou-se que um espessador com pelo menos quatro
horas de tempo de detenccedilatildeo e velocidade de sedimentaccedilatildeo de no maacuteximo 1 mh eacute
capaz de atingir uma concentraccedilatildeo de soacutelidos suspensos de 100 mgL caso sejam
utilizados de forma adequada os produtos quiacutemicos necessaacuterios para a decantaccedilatildeo
das partiacuteculas cujos teores variam de empresa para empresa Desta forma deveria
ser adotado um tanque adicional para estoque do efluente no caso de paradas paramanutenccedilatildeo e vazamentos tendo em vista a toxidade dos despejos que podem
conter teores de fenoacuteis na ordem de 600 mgL
O modelo de custo benefiacutecio adaptado para termoeleacutetrica a gaacutes de alto-forno indicou
que o custo da energia eleacutetrica passa de R$040 para a faixa de R$006 a R$009 o
kWh dependendo do investimento com a utilizaccedilatildeo da termoeleacutetrica Quanto maior a
produccedilatildeo com o menor nuacutemero de fornos menor seraacute o tempo de retorno doinvestimento contando os custos adicionais propostos por este trabalho Outra forma
de se adquirir retorno do investimento com a termoeleacutetrica eacute a aquisiccedilatildeo de creacuteditos
de carbono atraveacutes da emissatildeo de certificados seguindo a metodologia do
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo sendo que a relaccedilatildeo entre a vazatildeo de gaacutes
de alto-forno e as emissotildees evitadas pela instalaccedilatildeo da termoeleacutetrica eacute crescente
Recommended