Controle avançado de processos para otimizar a dessulfurização de gases de combustão

As usinas elétricas movidas a carvão podem melhorar significativamente a lavagem úmida de calcário com controle avançado de processo. Um sistema de otimização implementado em uma instalação japonesa utilizou controle regulatório aprimorado, previsão baseada em modelo e previsão de valor de processo para reduzir a carga interna, economizando US$ 900.000 anualmente.

De acordo com a Agência Internacional de Energia, as centrais eléctricas alimentadas a carvão geram cerca de 37% da electricidade mundial, tornando-as a maior fonte individual de produção de electricidade em todo o mundo. Em comparação com outras fontes de geração de energia, as centrais a carvão tendem a ter emissões mais elevadas, pelo que é imperativo que os proprietários das centrais utilizem todos os meios possíveis para reduzir estes potenciais poluentes.

Um alvo principal de redução é o enxofre, encontrado em graus variados em todos os tipos de carvão. A maneira mais eficiente de remover o enxofre dos gases de combustão é com a lavagem úmida do calcário. Este método é muito mais eficiente do que alternativas como absorção por pulverização, processos de leito fluidizado e injeção a seco.

Devido à sua alta eficiência e outros benefícios, os sistemas de lavagem úmida de calcário são usados ​​em milhares de usinas elétricas movidas a carvão em todo o mundo. Mas muitos dos sistemas utilizados nestas centrais não estão otimizados para o funcionamento e, por isso, utilizam excesso de energia e calcário.

Este artigo descreverá um método de controle avançado de processo amplamente utilizado para melhorar a operação de sistemas de lavagem úmida de calcário, começando com uma explicação do processo e, em seguida, mostrando como otimizar esses sistemas usando controle avançado de processo.

A Figura 1 representa um diagrama de fluxo para um processo típico de dessulfurização de gases de combustão (FGD) por lavagem de calcário úmido. O dióxido de enxofre (SO2) contido no gás de combustão é absorvido por uma pasta de calcário pulverizada do coletor no topo do absorvedor.

1. Diagrama de fluxo de lavagem de calcário. A lavagem úmida de calcário é o meio mais eficiente de remoção de SO2 nos gases de chaminé expelidos para a atmosfera. Cortesia: Yokogawa

Esta lama de calcário, uma mistura de calcário e água, é fornecida do tanque de lama de calcário para o absorvedor. O fluxo de lama é regulado pela válvula de controle de lama, com bombas de recirculação movendo a lama de calcário para o coletor. Estas bombas de recirculação mantêm a lama de calcário fluindo para o coletor, de modo a continuar a pulverizá-la no gás de combustão a partir do topo do absorvedor.

O gás de combustão da caldeira passa por um trocador de calor gás-gás para remover o excesso de calor. Em seguida, flui para o absorvedor na direção inversa à pulverização da pasta de calcário. Depois que o gás de combustão é pulverizado com calcário úmido, ele sai do absorvedor. Em seguida, ele passa pelo trocador de calor gás-gás e é finalmente liberado para a atmosfera através da chaminé.

No absorvedor, o SO2 contido no gás de combustão é absorvido devido à reação química entre o SO2 e a lama de calcário. A fórmula da reação química para este processo de dessulfurização é:

CaCO3 + SO2 + 2 H2O +½ O2 => CaSO4 + 2 H2O + CO2

O SO2 é absorvido pelo CaCO3 (calcário), reduzindo assim a saída de SO2 para mantê-lo abaixo dos limites regulamentares. O processo produz CaSO4 + 2 H2O (gesso) como subproduto da reação química no absorvedor, junto com pequenas quantidades de dióxido de carbono (CO2). Esse gesso tem valor de mercado porque é utilizado como matéria-prima para aditivos de cimento, placas de gesso e outros produtos.

Em geral, estes sistemas de lavagem húmida de calcário são muito eficientes, mas muitas vezes consomem energia em excesso para o funcionamento das bombas de recirculação porque todas as bombas estão a funcionar durante o funcionamento, muitas vezes enviando o excesso de calcário para o absorvedor. Portanto, os principais objetivos do sistema de otimização FGD descrito neste artigo são reduzir a quantidade de energia necessária para operar estas bombas e reduzir o consumo de calcário.

O sistema de otimização permite que a planta use o número mínimo de bombas necessárias para manter a saída de SO2 abaixo dos limites. Isto também reduz a quantidade de pasta de calcário necessária, mas o principal contribuidor para a poupança de custos é a redução do consumo de energia através da remoção de uma ou mais bombas de recirculação de serviço com base no valor de entrada de SO2.