A geração de energia útil pelo proces so de combustão resulta em graus varia dos de poluentes, com grande volume por unidade de massa, que, uma vez lançados na atmosfera, se misturam com o ar e são levados pelas correntes de vento num movimento praticamente incontrolável. Esses poluentes, muitas vezes, podem ser vistos ou sentidos pelo odor, e não é ne cessário dispor-se de uma instrumentação sofisticada para verificar a sua presença. Uma de suas maiores fontes de emissão são justamente os gases resultantes de dis positivos que aproveitam a energia térmi ca liberada pelas reações de combustão. Os autores João Andrade de Carvalho Jr. e Pedro Teixeira Lacava, professores e pesquisadores da área de Combustão, uti lizam, neste livro, a sua experiência profis sional para abordar o amplo mundo das emissões atmosféricas. A obra se insere nas preocupações em relação à emissão de poluentes que come çaram a surgir nos últimos trinta anos. As informações aqui apresentadas na área de Combustão servem de subsídio para estu dos sobre a minimização das emissões de poluentes, já que as indústrias e os setores de transporte dos países desenvolvidos e dos em desenvolvimento estão baseados, principalmente, na queima de combustíveis fósseis e deverão ainda permanecer dessa forma por algumas décadas. EMISSÕES EM PROCESSOS DE COMBUSTÃO FUNDAÇÃO EDITORA DA UNESP Presidente do Conselho Curador José Carlos Souza Trindade Diretor-Presidente José Castilho Marques Neto Editor Executivo Jézio Hernani Bomfim Gutierre Conselho Editorial Acadêmico Alberto Ikeda Alfredo Pereira Junior Antonio Carlos Carrera de Souza Elizabeth Berwerth Stucchi Kester Carrara Lourdes A. M. dos Santos Pinto Maria Heloísa Martins Dias Paulo José Brando Santilli Ruben Aldrovandi Tania Regina de Luca Editora Assistente Joana Monteleone EMISSÕES EM PROCESSOS DE COMBUSTÃO JOÃO ANDRADE DE CARVALHO JÚNIOR PEDRO TEIXEIRA LACAVA © 2003 Editora UNESP Direitos de publicação reservados à: Fundação Editora da UNESP (FEU) Praça da Sé, 108 01001-900-São Paulo-SP Tel.: (Oxx11)3242-7171 Fax: (Oxxl1)3242-7172 www.editoraunesp.com.br [email protected] Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Carvalho Júnior, João Andrade de Emissões em processos de combustão / João Andrade de Carvalho Júnior, Pedro Teixeira Lacava. - São Paulo: Editora UNESP, 2003. Bibliografia. ISBN 85-7139-484-9 1. Combustão 2. Gases de combustão 3. Poluentes 4. Poluição atmosférica I. Lacava, Pedro Teixeira. II. Título. 03-4638 CDD-628.532 Índice para catálogo sistemático: 1. Combustão: Produtos: Emissões: Poluição atmosférica: Tecnologia de controle da poluição 628.532 Este livro é publicado pelo projeto Edições de Textos de Docentes e Pós-Graduados da UNESP- Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa da UNESP (PROPP) / Fundação Editora da UNESP (FEU) Editora afiliada: SUMARIO Apresentação 7 1 Introdução 9 Objetivo 9 Concentrações dos componentes dos produtos de combustão I I Correções dos valores medidos de concentrações I 3 Concentrações em termos de massa por unidade de volume I 6 Determinação de concentrações de CO, CO, e O nos gases de combustão 17 2 2 2 Material particulado 2 I Características 21 Fatores de emissão de particulados 23 Estimativa de concentração de partículas em combustão de carvão pulverizado 24 Estimativa de concentração de partículas em combustão de óleo combustível 27 Medida de concentração de material particulado 29 Dispositivos redutores de emissões de partículas 36 Alterações no processo de combustão 49 3 Dióxido de enxofre (SO) 53 2 Características 53 Fatores de emissão e estimativas de concentrações de SO 54 2 Impactos da emissão de SO 57 2 Métodos de medida de concentração de SO 61 2 Dispositivos e técnicas para redução de emissões de SO 62 2 4 Óxidos de nitrogênio (NO) 69 x Características 69 Fatores de emissão e estimativas de concentrações de NO 71 x Impactos da emissão de NO 74 x Mecanismos de formação 76 Taxa de formação de NO térmico 82 x Taxa de formação de NO imediato 84 x Taxas de formação do NO do combustível 85 x Medidas de concentração de NO 85 x Influência das condições de combustão 86 Redução de emissões de NO 96 x 5 Outros poluentes 107 Introdução 107 Monóxido de carbono (CO) 107 Dióxido de carbono (CO) 114 2 Hidrocarbonetos não-queimados 119 Dioxinas e furanos 121 Referências bibliográficas 129 APRESENTAÇÃO No presente livro, consideram-se os principais agentes causa dores de poluição atmosférica presentes nos gases de combustão: o material particulado, o dióxido de enxofre (SO ) e os óxidos de 2 nitrogênio (NO ). Em um capítulo introdutório, discutem-se os x principais aspectos relativos à quantificação de cada um desses po luentes em gases de combustão. Em seguida, em capítulos separa dos, são apresentadas as características de cada um desses agentes, os métodos usuais de medida de suas concentrações quando lança dos na atmosfera e os meios e dispositivos empregados para re duzir essas concentrações. Em um capítulo único, ao final, discu tem-se o monóxido de carbono (CO), o dióxido de carbono (CO ), 2 os hidrocarbonetos não-queimados (UHC), as dioxinas e os furanos. Não tivemos a intenção, e seria praticamente impossível, de esgotar as discussões sobre emissões atmosféricas. Para adicionar ao que pode ser encontrado sobre os poluentes na literatura espe cializada, procuramos apresentar resultados de nossa experiência própria no tema como professores e pesquisadores da área de combustão. I INTRODUÇÃO OBJETIVO A poluição é parte integrante da sociedade industrial, isto é, uma das conseqüências da geração de energia útil pelo processo de combustão. Seus efeitos no meio ambiente estão ligados a proble mas de ordem política, social e econômica. As emissões de um pro cesso podem ser classificadas como (Wark & Warner, 1976): a) Emissões atmosféricas: produtos que deixam o local do processo através do ar; b) Emissões em correntes líquidas: produtos que deixam o local do processo através das correntes de água; c) Resíduos sólidos: produtos que deixam o local do processo na forma sólida; d) Emissões térmicas: energia que aumenta a temperatura do meio circundante. Em contraste com as emissões em correntes líquidas e os resí duos sólidos de uma indústria, os poluentes atmosféricos possuem um grande volume por unidade de massa e, uma vez lançados na atmosfera, misturam-se com o ar e são levados pelas correntes de vento, em um movimento basicamente não controlável. Freqüen-