O que os dois números especificam
Um incinerador é especificado por uma temperatura e um tempo em conjunto: a câmara de combustão secundária se mantém a 850 °C ou mais, e o gás de combustão permanece nessa zona por pelo menos 2.0 segundos. Nenhum dos números funciona sozinho. Uma temperatura alta com tempo de residência curto deixa parte do gás sem oxidar, e um tempo de residência longo a temperatura baixa não destrói o que a temperatura existe para destruir.
Os números são publicados como parâmetros de combustão da linha de incineradores deste site, sobre base de resíduos clínicos hospitalares: temperatura de incineração de 850 °C ou mais, tempo de residência dos gases de combustão de 2.0 segundos ou mais e eficiência de incineração publicada de pelo menos 99%. A redução de volume que decorre disso é publicada como até 90% em volume, com o restante saindo como cinza e gás de combustão.
Por que a zona de combustão é mantida a 850 °C
Resíduos médicos e urbanos contêm material clorado — PVC em tubos e embalagens, e compostos clorados em alguns resíduos farmacêuticos e químicos. A combustão decompõe esses materiais, e o carbono, o cloro e o oxigênio liberados podem se combinar em dibenzo-p-dioxinas e furanos policlorados se o gás for deixado esfriar lentamente sob as condições erradas.
Manter o gás a 850 °C com excesso de oxigênio conduz a oxidação dos compostos orgânicos que sobrevivem à combustão primária. Os indicadores das normas nacionais fixam o mesmo piso: a GB 39707-2020 estabelece, para incineradores de resíduos médicos, temperatura da seção de alta temperatura de pelo menos 850 °C, tempo de residência dos gases de combustão de pelo menos 2.0 segundos e eficiência de combustão de pelo menos 99.9%.
A temperatura não é um número único para toda corrente. Para incineração de resíduos perigosos, a GB 18484-2020 fixa a temperatura da seção de alta temperatura em pelo menos 1100 °C, com o mesmo tempo de residência de 2.0 segundos, eficiência de combustão de pelo menos 99.9%, eficiência de destruição e remoção de pelo menos 99.99% e taxa de perda por ignição da escória abaixo de 5%. Para resíduos sólidos urbanos, a GB 18485-2014 fixa temperatura de forno de pelo menos 850 °C, tempo de residência de pelo menos 2 segundos e taxa de perda por ignição da escória de no máximo 5%. A faixa de processo publicada dos equipamentos deste site, de 800–1200 °C, abrange a faixa de trabalho em que a câmara secundária opera.
Por que o tempo de residência é medido em segundos
O tempo de residência é o relógio da reação. Cada molécula orgânica no gás precisa de um certo tempo acima da temperatura de destruição para se decompor, e o gás veloz de uma câmara secundária a atravessa em frações de segundo se a câmara for dimensionada apenas pela vazão. Dois segundos é o tempo que a norma exige que o gás passe na zona quente, o que é uma afirmação sobre volume de câmara contra vazão de gás, e não sobre o queimador.
É por isso que uma câmara de dois segundos é fisicamente maior do que a carga de combustão sozinha sugeriria, e por isso o volume da câmara não pode ser reduzido sem alterar o perfil de temperatura que o gás enxerga. A temperatura, o tempo e a turbulência que a mistura proporciona são as três condições que a zona de combustão precisa satisfazer ao mesmo tempo; a norma fixa as duas primeiras, e o projeto da câmara precisa entregar a terceira.
Onde as dioxinas são destruídas, e onde podem voltar
Duas coisas acontecem com as dioxinas em um incinerador, e elas puxam em direções opostas. Na zona quente, os compostos já presentes no gás são destruídos pela mesma oxidação em alta temperatura em torno da qual as normas são escritas. A jusante, conforme o gás esfria, os mesmos compostos podem se formar de novo na superfície das cinzas volantes, a partir de precursores de carbono e cloro ainda presentes, se o gás permanecer na faixa de temperatura errada com as cinzas volantes ainda dentro dele.
Os dois efeitos explicam o formato da linha de gases. A combustão é projetada para destruir o que já existe; os estágios de resfriamento e limpeza são projetados para impedir a reformação que desfaria esse resultado. Uma unidade com câmara correta de 850 °C e dois segundos e sem controle a jusante eficaz ainda pode medir alto na chaminé, e é por isso que as duas metades da especificação são lidas em conjunto.
A linha de gases que impede a reformação
O primeiro estágio após a câmara é o resfriamento rápido. A configuração a úmido deste site passa o gás por uma torre de resfriamento por quench, que derruba a temperatura rapidamente em vez de deixar o gás descer devagar pela faixa em que a reformação é favorecida. A torre de desacidificação que vem em seguida neutraliza os gases ácidos — entre eles o cloreto de hidrogênio e o dióxido de enxofre — que de outra forma seguiriam até a chaminé.
O estágio seguinte é a adsorção. Um adsorvedor de carvão ativado captura as dioxinas, os furanos e os metais pesados restantes na superfície do carvão, e é o estágio da linha especificamente dirigido aos compostos que a temperatura e o tempo não conseguiram remover por completo. Um coletor de poeira tipo manga remove então o material particulado que carrega os metais e qualquer carbono residual, e o ventilador de tiragem induzida leva o gás limpo à chaminé. Na configuração a seco, o mesmo encargo é cumprido por tijolos filtrantes de Ca(OH)₂ após a combustão secundária, que neutralizam gases ácidos e adsorvem poluentes onde o limite local é atendido por lavagem a seco.
Cada estágio dessa cadeia responde a um modo de falha específico, e é por isso que os limites de emissão são escritos como um conjunto, e não como um único número de chaminé. O gráfico de limites de emissão mostra o padrão: para resíduos médicos e perigosos, material particulado de 30 mg/m³ como média de uma hora, monóxido de carbono de 100 mg/m³ e dioxinas e furanos de 0.5 ng TEQ/m³ como média de medição, com os limites urbanos fixados em 0.1 ng TEQ/m³ para dioxinas e furanos e o mesmo número de material particulado. O limite de dioxinas é o número para o qual toda a linha de 850 °C, dois segundos e adsorção em carvão existe.
Lendo os números como uma única especificação
- Câmara secundária a 850 °C ou mais, com o indicador para resíduos perigosos a 1100 °C ou mais.
- Tempo de residência dos gases de combustão de pelo menos 2.0 segundos na zona quente.
- Excesso de oxigênio e mistura, para que a temperatura e o tempo atuem sobre toda a corrente de gás.
- Resfriamento rápido por quench após a câmara, para encurtar a janela em que a reformação pode ocorrer.
- Neutralização de gases ácidos, adsorção em carvão ativado e remoção de particulados antes da chaminé.
- Limites de emissão lidos como um conjunto frente à norma aplicável ao local.
Lidos assim, 850 °C e dois segundos são a metade da frente de uma estratégia de controle de dioxinas, e a linha de gases é a metade de trás. Uma especificação que cita a primeira sem a segunda descreve metade de um sistema.