Injeção de carvão ativado: remoção de mercúrio e dioxinas antes do filtro de mangas

Injeção de carvão ativado para gás de combustão: o que ela remove

Quando o gás já foi resfriado e seus gases ácidos neutralizados, o que resta é uma curta lista de poluentes que não são solúveis o bastante para serem lavados nem sólidos o bastante para serem filtrados como poeira. O mercúrio sai do forno como vapor e continua vapor nas temperaturas em que um filtro de tecido opera. As dioxinas e furanos sobrevivem à câmara em pequenas quantidades e se formam de novo sobre as cinzas volantes conforme o gás esfria. Nenhum deles se dissolve em um líquido de lavagem a uma taxa útil, e nenhum se deposita fora do gás por conta própria.

Ambos são capturados no carvão, e a injeção de carvão ativado é a forma usual de pôr os dois em contato. Carvão em pó é dosado no duto, e o gás o carrega adiante até o filtro de particulados. Um grama do pó apresenta uma superfície interna medida em centenas de metros quadrados — uma propriedade do material, e não um valor de projeto — e é nessa superfície que uma molécula orgânica ou um átomo de mercúrio para.

Isso também fixa o limite externo da função. O carvão é dosado para o mercúrio e para as dioxinas e furanos. Ele não é a resposta aos gases ácidos, que o lavador ou um sorvente seco a montante já removeu, e não é a resposta aos óxidos de nitrogênio, que não adsorvem no carvão em quantidade útil nessas temperaturas.

• Mercúrio — o poluente que mais frequentemente decide se a injeção de carvão ativado para gás de combustão é instalada, e o que não pode ser capturado como poeira.
• Dioxinas e furanos — a fração que sobreviveu à câmara junto com a fração que se formou de novo nas cinzas volantes a jusante.
• Outros orgânicos traço — aromáticos clorados e compostos semelhantes, capturados na mesma superfície sem um estágio próprio.
• Metais pesados além do mercúrio — transportados nas cinzas volantes como sólidos, de modo que são função do coletor de poeira, e não do carvão.
• Gases ácidos e óxidos de nitrogênio — fora deste estágio; são respondidos a montante ou no forno.

Remoção de mercúrio do gás de combustão de incineradores

O mercúrio se comporta de modo diferente de todo outro metal no gás, e a diferença é o que o torna um problema de adsorção. Os outros metais saem do forno nas cinzas volantes, de modo que um filtro de tecido os retira junto com a poeira. O mercúrio sai como vapor, e parte dele continua vapor por toda a linha, onde nenhum filtro consegue interceptá-lo.

Ele também chega em mais de uma forma. O mercúrio oxidado é solúvel em água e um lavador úmido remove parte dele; o mercúrio elementar é quase insolúvel e atravessa um lavador praticamente intocado. A divisão entre os dois depende do cloro no resíduo, do oxigênio no gás e do histórico de temperatura do gás, nenhum dos quais é fixo, de modo que a fração que tem de ser capturada no carvão também não é constante.

Duas propriedades dessa captura importam mais adiante no projeto. A adsorção enfraquece conforme o gás esquenta, de modo que o ponto de injeção fica o mais a jusante que a temperatura permitir. E o mercúrio que foi adsorvido pode ser liberado de novo a partir da cinza coletada se a cinza for aquecida, de modo que a temperatura de entrada do filtro e a rota de manuseio da cinza fazem parte da resposta do mercúrio, e não apenas da das dioxinas.

Remoção de dioxinas no gás de combustão: o estágio de adsorção

A metade de formação deste assunto é tratada em outro lugar. O artigo sobre por que os incineradores operam a 850 °C por dois segundos cobre a destruição dentro da câmara, e o sobre a síntese de novo e a janela de resfriamento cobre o que se forma a jusante nas cinzas volantes. O que resta para o carvão é o material presente na entrada do filtro — os compostos que a câmara não destruiu e a seção de resfriamento não conseguiu evitar.

A adsorção é mais fraca quando o gás está quente e mais forte quando está frio, o que coloca o ponto de injeção preferencialmente na extremidade fria da linha. Ela também é reversível. Dioxinas capturadas antes no carvão podem ser liberadas de novo quando as condições se movem: uma subida de temperatura, uma mudança de carga, uma parada e uma partida. Uma estação pode, portanto, emitir mais após um distúrbio do que seus valores em regime preveem, e a resposta é manter a dosagem de carvão operando ao longo dos transientes, em vez de desligá-la junto com a alimentação de resíduo.

Como a taxa de injeção de carvão para incineradores de resíduos é definida

Nenhuma tabela fornece a taxa. A demanda de carvão de um gás depende das concentrações de mercúrio e dioxinas nele, da temperatura e umidade com que chega, de quanto tempo o pó tem para se misturar com ele antes do filtro e de quanto carvão já está retido nas mangas — nada disso é propriedade do equipamento que está sendo comprado. Uma taxa copiada de uma estação que queima um resíduo diferente é um palpite inicial, não um projeto.

O que é especificado é o método. Uma taxa inicial é escolhida na extremidade conservadora, a estação é operada nela e o resultado é lido na chaminé: mercúrio e dioxinas a partir de uma campanha de amostragem ao longo de um período definido, e os parâmetros medidos continuamente a partir do sistema de monitoramento. A taxa é então ajustada até os valores se manterem com margem na carga mais baixa em que a estação opera, onde o gás é mais lento e o contato pior, e reverificada sempre que a corrente de resíduo muda materialmente.

A própria taxa costuma ser citada como uma massa de carvão em relação a um volume de gás, ou como uma proporção das cinzas que o filtro coleta, e qualquer das formas tem de ser convertida em quilogramas por hora de pó para o equipamento de dosagem. Quais valores são publicados para uma dada unidade, e o ponto de partida que convém a um resíduo específico, são confirmados com a fábrica para a sua composição de resíduos.

• A carga de mercúrio e dioxinas do gás bruto, que decorre do resíduo, e não da estação.
• A temperatura do gás no ponto de injeção, porque a adsorção cai conforme o gás esquenta.
• A umidade e o ponto de orvalho ácido ali, porque o pó úmido gruda nas paredes do duto e nas mangas.
• O comprimento de mistura entre a lança e o filtro, que define quanto contato o pó recebe antes de ser coletado.
• O ciclo de limpeza do filtro, que define quanto carvão resta nas mangas entre os pulsos.

Injeção de carvão ativado e o filtro de mangas

O arranjo funciona por causa do que acontece nas mangas. O carvão chega como um pó disperso e o tecido o coleta; a torta que se acumula nas mangas então se torna o leito pelo qual o gás é forçado a passar. O gás atravessa o carvão, e não passa ao lado, e o tempo de contato que a lança de injeção sozinha não consegue fornecer é suprido pelo filtro. É por isso que o ponto de injeção fica a montante do coletor de poeira, e por que uma estação que envia seu gás direto para a chaminé após a injeção não instalou estágio de adsorção algum.

Três consequências decorrem. O filtro tem de operar abaixo do limite de temperatura de seu material de mangas, o que mantém a torta fria e a adsorção funcionando. Uma manga que falhou, ou um compartimento em desvio, envia carvão — e o que ele já capturou — para a chaminé. E a cinza coletada deixa a estação carregando o mercúrio e as dioxinas que foram retirados do gás, de modo que sua rota de destinação faz parte da mesma função, e não um detalhe a jusante.

A alternativa à injeção é um leito fixo de carvão: o gás é passado por um vaso de carvão, e o carvão é substituído ou regenerado em um cronograma. Um leito é mais fácil de monitorar e de manter a uma taxa estável, e precisa de mais espaço e de um vaso mais pesado que uma lança. Os dois arranjos dependem de o gás chegar dentro da faixa de temperatura em que a adsorção funciona, e um gás frio demais carrega poeira úmida e pegajosa para dentro do filtro.

Erros comuns

• Especificar uma taxa de injeção como um número fixo sem declarar o resíduo para o qual foi definida. A taxa segue o gás, e o gás segue a alimentação.
• Injetar a montante do resfriador ou do lavador, onde o pó é lavado para fora do gás antes de alcançar o filtro e nunca forma um leito.
• Operar o filtro acima do limite de temperatura de suas mangas para melhorar a adsorção, o que encurta a vida das mangas e move a cinza coletada de volta para a faixa em que as dioxinas se formam de novo.
• Tratar o coletor de poeira apenas como um coletor de poeira, e não verificar que a torta em suas mangas é o leito de contato que o projeto de adsorção presume.
• Parar a alimentação de carvão durante uma parada ou uma mudança de carga, quando o material adsorvido pode ser liberado de novo e a liberação é o que a chaminé vê.
• Presumir que a cinza está limpa porque o gás está. O mercúrio e as dioxinas estão na cinza, e a cinza tem uma rota de destinação própria.

Autoverificação antes de especificar o sistema de injeção

• As concentrações de mercúrio e dioxinas no gás bruto são conhecidas, ou ao menos as características do resíduo das quais elas decorrem?
• O ponto de injeção está a jusante dos estágios de resfriamento e lavagem, e a montante do filtro de particulados?
• A temperatura do gás é declarada no ponto de injeção e na entrada do filtro, e a entrada do filtro está abaixo do limite do material das mangas?
• A taxa de carvão é expressa em relação à carga com que a estação de fato opera, com um valor para a carga mais baixa, bem como para o ponto de projeto?
• A cinza do filtro foi caracterizada para destinação, dado o que ela agora contém?
• A injeção é uma função contínua, inclusive ao longo da partida, da parada e da mudança de carga?
• O teste de chaminé que fecha o ciclo está agendado para uma carga representativa e um período de amostragem declarado?

De um limite de chaminé a uma taxa de dosagem de carvão

A injeção de carvão ativado é um estágio pequeno em pegada e decisivo em resultado: é o que captura os dois poluentes que o resto da linha não alcança. Os estágios entre os quais ela fica são apresentados no artigo sobre tratamento de gases de combustão em um incinerador, e os limites que ela tem de manter em mercúrio, dioxinas e particulados estão no gráfico de emissões de incineradores. A taxa de injeção, o ponto em que é dosada e a função do filtro para a sua estação são confirmados com a fábrica para a sua composição de resíduos e o padrão de emissão que se aplica.