Na maioria das centrais de combustão de biomassa é necessária a instalação de sistemas eficientes de remoção de partículas, de forma a controlar a quantidade de poluentes emitidos e, em alguns casos, as características das partículas emitidas. Uma vez que as partículas de cinzas mais finas são as que apresentam maiores concentrações de metais pesados e as mais perigosas para a saúde, é importante conseguir elevadas eficiências de remoção (Ohlström et al., 2006). As tecnologias de despoeiramento normalmente usadas nas centrais a biomassa são os ciclones e multi-ciclones, os filtros de mangas e os precipitadores electrostáticos (Quaak et al., 1999).
2.7.1. Ciclones e multi-ciclones
Os ciclones são separadores gás-sólido bastante usados na remoção de partículas sólidas ou liquidas presentes na corrente gasosa. São bastante eficientes na remoção de partículas relativamente grosseiras e pesadas, com dimensões superiores a 10 mm, mas limitados para poeiras e aerossóis muito finos. Apresentam eficiências típicas de remoção entre os 50-90% para partículas com dimensões entre os 1,0 m e 100 m, e eficiências de 90% para partículas com 10 m (Ohlström et al., 2006). Os multi-ciclones são miniciclones dispostos em paralelo, que permitem uma eficiência de remoção de 50% para partículas com 1 m (Matos e Pereira, 2003).
A separação ciclónica de partículas baseia-se na combinação das forças de gravidade com forças centrífugas. A corrente gasosa penetra tangencialmente num corpo circular e devido a forças centrífugas as partículas colidem com as paredes e descem, sendo removidas no fundo, enquanto a corrente gasosa sai pelo topo do ciclone (Loo e Koppejan, 2008). Para além da elevada eficiência na remoção de partículas grosseiras, os ciclones são caracterizados por um baixo custo de investimento e simplicidade de operação e manutenção, apresentando ainda a vantagem de poderem ser usados em condições extremas de temperatura e pressão, o que torna a sua aplicação bastante atractiva (Matos e Pereira, 2003). Os ciclones são normalmente aplicados no pré-despoeiramento, sendo instalados a montante dos filtros de mangas e precipitadores electrostáticos. A Figura 4 ilustra um ciclone e um multi-ciclone.
Gestão de cinzas produzidas em centrais de cogeração operadas com biomassa
Figura 4 – Aspecto geral de um ciclone (à esquerda) e de um multi-ciclone (à direita).
2.7.2. Precipitadores electrostáticos
Os precipitadores electrostáticos, ou electrofiltros, são equipamentos que permitem a remoção de partículas em suspensão, fumos e vapores de forma altamente eficiente. Para partículas com dimensões compreendidas entre os 0,01 m e os 100 m a eficiência de remoção é normalmente de 99-99,99% (Ohlström et al., 2006).
Num precipitador electrostático, as partículas são separadas da corrente gasosa através da ionização induzida por um campo eléctrico. São depois impelidas na direcção de placas colectoras, ficando depositadas até formar camadas de 2 a 6 mm de espessura. A poeira acumulada é posteriormente removida, através de batimentos no caso de precipitadores secos, ou fazendo passar um fluxo liquido no caso de precipitadores húmidos (Matos e Pereira, 2003). Estes despoeiradores são equipamentos bastante volumosos, que requerem um grande espaço e infraestruturas de suporte, sendo caracterizados por um elevado custo de investimento. Contudo, é uma tecnologia bastante aplicada nos dias de hoje e que se espera que continue a usar nas próximas décadas, não só devido à elevada eficiência de colecta para partículas muito finas, mas também devido à capacidade de operar com grandes caudais e a temperaturas elevadas e aos baixos custos de operação e manutenção (Matos e Pereira, 2003; Ohlström et al., 2006). Na Figura 5 é apresentado o esquema de um precipitador electrostático.
Gestão de cinzas produzidas em centrais de cogeração operadas com biomassa
Figura 5 – Aspecto geral de um precipitador electrostático (Adaptado de: www.hamon.com.br/prod_esp_desc.htm).
2.7.3. Filtros de mangas
A filtração seca através de redes de obstáculos é uma das técnicas mais eficazes de separação de partículas de um efluente gasoso. A eficiência típica de remoção ronda os 99-99,99% para partículas com dimensões compreendidas entre os 0,01 m e os 100 m (Ohlström et al., 2006).
Nesta tecnologia de despoeiramento o gás a tratar atravessa um meio filtrante, constituído por várias mangas de uma tela porosa dispostas verticalmente em paralelo, e as partículas são depositadas nas mangas devido a mecanismos de captura aerodinâmica. Inicialmente são depositadas as partículas de maiores dimensões, criando o bolo de filtração, servindo depois elas próprias de meio filtrante de forma mais eficiente. Após atingir uma certa espessura, o bolo de filtração começa a impor perdas de carga elevadas, sendo por isso necessária uma operação de descolmatização através de mecanismos de batimentos mecânicos ou fluxos de ar (Matos e Pereira, 2003). As principais vantagens desta tecnologia são as elevadas eficiências de remoção de partículas muito finas e a possibilidade de colecta seca, sendo no entanto uma tecnologia sensível à humidade relativa, que leva a fenómenos de condensação, e a sua operação limitada a temperaturas máximas de 250 ºC (Loo e Koppejan, 2008). A Figura 6 ilustra a visão geral de um filtro de mangas. Na Tabela 4 é apresentada a comparação entre as diferentes tecnologias de despoeiramento, nomeadamente entre o tamanho mínimo das partículas recolhidas, a eficiência de recolha e as principais vantagens e desvantagens.
Gestão de cinzas produzidas em centrais de cogeração operadas com biomassa
Figura 6 - Aspecto geral de um filtro de mangas (Adaptado de: http://www.aletronindustrial.com.br/manga.php).
Tabela 4 – Tabela resumo com as características das várias tecnologias de despoeiramento (Adaptado de: Matos e Pereira, 2003;
Ohlström et al., 2006; Loo e Koppejan, 2008).
Equipamento Tamanho min. partículas (m)
Eficiência de
colecta (%) Vantagens/Desvantagens
Ciclone 5-25 50-90
Vantagens: Construção simples, baixos custos de investimento e operação, eficiente para partículas grosseiras, operação em condições extremas de temperatura e pressão, perdas de pressão baixas a moderadas.
Desvantagens: Baixa eficiência para partículas finas, sensível à erosão e condensação.
Precipitador
electrostático 1 95 – 99,99
Vantagens: Eficiências elevadas para partículas finas, permite separação seca e húmida, baixos custos de operação e manutenção, capaz de operar com temperaturas elevadas (até 700 ºC).
Desvantagens: Custo inicial elevado, necessita de grandes espaços e de precauções especiais contra a alta voltagem em operações de manutenção.
Filtro de
mangas 1 99 – 99,99
Vantagens: Eficiências bastante elevadas, tanto para partículas grosseiras como para partículas finas, operação relativamente simples, não é sensível a problemas de corrosão.
Desvantagens: Custos de operação e manutenção relativos, uma vez que as mangas filtrantes devem ser removidas em períodos de 2-4 anos, condensação no caso de humidade relativa elevada.
Gestão de cinzas produzidas em centrais de cogeração operadas com biomassa