Forno rotativo vs grelha vs pirólise: escolher o tipo pelo resíduo

O que um forno tem de fazer antes de o resíduo queimar

A combustão em um leito de resíduo ocorre em três etapas sobrepostas. A água sai primeiro, depois a matéria volátil se desprende como gás e então o carbono fixo que resta queima. Cada tipo de forno arranja essas três etapas em algum lugar no espaço e no tempo, e o arranjo é o que decide quais alimentações o forno consegue aceitar. Um forno rotativo executa as três etapas à medida que seu tambor revolve a carga sobre si mesma e a conduz ladeira abaixo; um forno de grelha as executa em sequência ao longo do comprimento da grelha conforme o resíduo é conduzido para a frente; uma unidade de pirólise ou gaseificação separa deliberadamente a segunda e a terceira etapas, expulsando os voláteis com pouco ou nenhum oxigênio e queimando-os depois.

Definir a gama de equipamentos é outro trabalho, e ele é feito nas páginas de incineradores, onde as configurações de purificação e as unidades individuais são descritas. Este artigo fica no lado do resíduo da questão, porque o resíduo é o que admite ou exclui um tipo de forno.

Forno rotativo para resíduos perigosos: o forno que revolve a alimentação

Um forno rotativo é um cilindro de aço revestido de refratário, levemente inclinado e girando lentamente, carregado na extremidade superior e descarregado na inferior. A carga tomba conforme o tambor gira, de modo que superfície fresca é exposta à chama e ao gás quente continuamente, e material que ficaria amontoado sobre uma grelha — um tambor lacrado, um fardo, uma pasta rígida — é desfeito pelo próprio movimento. O forno é a câmara primária; o gás que ele libera passa para uma câmara secundária que completa a queima, e é a segunda câmara que carrega a temperatura e o tempo de residência em torno dos quais o padrão de emissão é escrito.

A alimentação a que isto convém é irregular. Resíduo perigoso e industrial é a função clássica: chega em tambores, em sacos, como lodos e como líquidos, muda de composição a cada remessa, e nada disso pode ser espalhado em um leito uniforme. A GB 18484-2020 fixa a seção de alta temperatura para a incineração de resíduos perigosos em 1100 °C com pelo menos 2.0 segundos de tempo de residência, e um forno revestido de refratário é o arranjo que sustenta uma temperatura dessas aceitando esse tipo de alimentação.

O que o forno custa é mecânico. Há um invólucro rotativo com uma vedação em cada extremidade onde ele encontra as seções estacionárias, e essas vedações são o item de manutenção que define a confiabilidade do forno. O tambor é carregado em bateladas, e não alimentado em uma camada contínua fina, de modo que a capacidade é uma propriedade do ciclo de carga tanto quanto do tamanho do tambor. A perda de calor e a massa de refratário a ser aquecida e resfriada são maiores que em uma unidade compacta, e é por isso que um forno costuma ser a resposta a uma alimentação difícil, e não a uma simples.

Forno de grelha para resíduos sólidos urbanos: o forno que conduz a alimentação

Um incinerador de grelha queima o resíduo sobre um leito móvel. Fileiras de barras de grelha se movem em uma sequência alternada ou para a frente, de modo que o refugo é empurrado ao longo da grelha enquanto o ar de combustão é fornecido tanto sob as barras quanto sobre o leito. O resíduo seca na extremidade de alimentação, acende e queima pelo meio, e o resíduo sai como escória na extremidade oposta. Essa progressão é a razão pela qual a grelha é o forno que transforma uma corrente de refugo grande, contínua e pouco separada em um processo estável.

O processo estável depende de uma alimentação que a grelha consiga espalhar. Um incinerador de grelha para resíduos sólidos urbanos conta com um leito razoavelmente uniforme ao longo da grelha, e as respostas de projeto clássicas — pré-tratamento mecânico, um silo de mistura, um êmbolo de alimentação que entrega uma camada consistente — existem para proteger essa premissa. A GB 18485-2014 fixa a temperatura do forno para a incineração de resíduos sólidos urbanos em pelo menos 850 °C com um tempo de residência de pelo menos 2 segundos e uma perda por ignição da escória de no máximo 5%, e a grelha é a parte da estação que tem de entregar essa queima completa.

O que a grelha não consegue fazer é aceitar uma alimentação que não se deite. Um tambor lacrado de solvente, um lodo desidratado pegajoso ou um item volumoso que obstrui a calha de alimentação derrotam o mecanismo, em vez de apenas o retardar, e uma estação de grelha construída para refugo doméstico costuma ser protegida dessas correntes por uma regra de aceitação no portão, e não pelo forno.

Incinerador de pirólise para resíduos sólidos: o forno que divide o processo em dois

Uma unidade de pirólise aquece o resíduo sem oxigênio algum; uma unidade de gaseificação admite uma fração controlada do ar que o resíduo precisaria para queimar completamente. Em ambas, a matéria volátil é expulsa como um gás combustível e resta um carvão, e o gás é queimado em um segundo estágio — o que significa que um incinerador de pirólise para resíduos sólidos ainda termina em uma câmara de combustão e ainda tem uma linha de gases atrás de si.

A razão de engenharia para fazê-lo é o volume de gás que tem de ser limpo. Em um forno convencional, a maior parte do gás de combustão é nitrogênio do ar fornecido em excesso, de modo que uma estação que queima uma tonelada de resíduo produz um grande volume de gás a uma concentração diluída de poluentes. Um processo de dois estágios fornece apenas o ar de que o segundo estágio precisa, de modo que o gás que sai do estágio de oxidação tem volume menor e é mais concentrado. Esse é o argumento a favor do arranjo em pequenas estações descentralizadas, onde o tamanho da linha de gases é uma grande parte do custo.

O custo é o controle. Um estágio de pirólise tem de ser mantido em sua própria faixa de temperatura enquanto a carga de alimentação varia, o carvão tem de ser manuseado, e um processo com duas zonas de reação exige mais do operador do que um com um único leito em combustão. A pirólise e a gaseificação também se situam de forma diferente da incineração nas regulamentações da maioria das jurisdições, de modo que os deveres de resíduo e de emissão de uma estação assim têm de ser confirmados contra a regra que se aplica ao local, e não presumidos a partir da de um incinerador.

Escolher um tipo de incinerador pelo resíduo

Lidos como um ponto de partida, e não como uma especificação, os emparelhamentos comuns decorrem da alimentação, e não do catálogo de equipamentos.

• Um tipo de incinerador para resíduos médicos de hospitais e clínicas, que chega em sacos e caixas em um ciclo diário — uma unidade de duas câmaras nos portes pequeno e médio, onde a função é a destruição no local e o controle de infecção, e não a tonelagem.
• Resíduos sólidos urbanos e domésticos em uma estação central — um forno de grelha, porque a alimentação é a granel, contínua e apenas parcialmente separada, e pode ser espalhada e agitada ao longo da grelha.
• Uma corrente uniforme e de alto poder calorífico, como plásticos, pneus ou um único resíduo industrial — pirólise ou gaseificação, porque um processo de dois estágios precisa de uma alimentação que não mude de hora em hora.
• Lodo de esgoto desidratado, que carrega mais água que combustível — uma unidade dedicada com combustível de apoio, ou co-incineração com uma corrente mais seca, porque o lodo sozinho não sustenta uma temperatura de combustão sem ajuda.
• Resíduo perigoso e industrial que chega em tambores, embalado ou como lodo ou pasta, e qualquer corrente que mude a cada entrega — o forno rotativo, porque o tambor em rotação desfaz a alimentação e o refratário sustenta 1100 °C.

O que decide entre eles em um dado local

Cinco condições fazem a maior parte do trabalho, e as duas primeiras geralmente resolvem a questão antes de as outras serem discutidas.

• A forma em que o resíduo chega — a granel e espalhável, ou acondicionado, pastoso e irregular.
• Quanto a alimentação varia. Um forno que depende de um leito uniforme precisa de uma alimentação que possa ser tornada uniforme; um forno rotativo tolera uma variação que uma grelha não tolera.
• A temperatura que o padrão exige. O resíduo perigoso é mantido a um valor de seção de alta temperatura mais alto que o resíduo municipal, e esse valor decide quanto refratário e quanto volume de câmara a estação carrega.
• Operação em batelada ou contínua, e a rota do resíduo. Escória, cinza e carvão são materiais diferentes com regras de destinação diferentes, e um local que não consegue dispor de um deles está escolhendo um forno diferente.

Erros comuns

• Escolher o tipo de forno pelo preço de compra e descobrir depois que a alimentação não pode ser processada. O forno é a única parte da estação que não pode ser adaptada mais tarde.
• Presumir que uma unidade de pirólise elimina a necessidade de uma linha de tratamento de gases. O gás ainda tem de ser queimado e limpo, e os limites de emissão se aplicam à estação como um todo.
• Colocar uma alimentação úmida, pegajosa ou volumosa sobre uma grelha e esperar que o pré-tratamento resolva. O pré-tratamento torna uma alimentação marginal administrável; não torna espalhável uma alimentação que não se espalha.
• Dimensionar o forno apenas pela tonelagem, sem o poder calorífico da alimentação. Os mesmos quilogramas por hora de dois resíduos diferentes não são a mesma função térmica.
• Ler um tipo de forno como uma marca. Um forno rotativo de dois fornecedores é o mesmo tipo de forno, e a diferença entre fornecedores está nas vedações, no refratário e na linha de gases.

Autoverificação antes de fixar o tipo de forno

• O resíduo é descrito por forma física e por variabilidade, e não apenas por tonelagem e por nome?
• A temperatura que o padrão aplicável exige foi identificada, junto com o tempo de residência que a acompanha?
• A alimentação que a estação realmente receberá — incluindo as remessas que chegam sem aviso — é aquela contra a qual o tipo de forno foi escolhido?
• A rota do resíduo e o conteúdo de calor da alimentação foram ambos verificados, para que o forno seja dimensionado pela função térmica e a cinza tenha para onde ir?
• A linha de gases que segue a câmara está incluída na comparação entre os três tipos?

De uma corrente de resíduo a um tipo de forno

O emparelhamento entre resíduo e tipo de forno é resolvido antes de a lista de equipamentos ser escrita, e é resolvido a partir da alimentação: sua forma física, quanto ela varia e o que tem de acontecer com o gás e o resíduo depois. As páginas de incineradores trazem a gama de unidades e as configurações de purificação que seguem cada tipo de forno, o gráfico de emissões de incineradores apresenta os valores que a estação tem de atender, e o artigo sobre poder calorífico dos resíduos e o forno trata da próxima questão, que é quanto calor a alimentação carrega para dentro da câmara. Envie-nos a descrição do resíduo e o padrão que se aplica, e o tipo de forno, o tamanho da câmara e a linha de gases para o seu resíduo são confirmados com a fábrica para a sua composição de resíduos, e não inferidos de uma tabela geral.