Recuperação de energia em processos de incineração de resíduos

Abstract

O presente trabalho analisa a recuperação de energia a partir da incineração de resíduos urbanos (RU) sob as formas de calor e trabalho mecânico, pretendendo ser uma contribuição para a avaliação de desempenho energético de uma instalação de incineração de resíduos urbanos. Para o efeito, foi efetuado o balanço mássico e energético em condições nominais de funcionamento, tendo sido calculados os caudais mássicos de combustível auxiliar, de ar e de produtos de combustão e ainda a potência térmica disponível. Por outro lado estabeleceu-se um modelo termodinâmico do ciclo Rankine em funcionamento numa instalação, com base no aplicativo Cyclepad. A informação de base para a modelização foi obtida por inquérito junto de um operador de incineração de resíduos urbanos e por pesquisa de informação disponível na Web. Os resultados obtidos para o caso de estudo mostram que o balanço mássico e energético pode complementar a análise termodinâmica do ciclo de Rankine, permitindo ambas representar o essencial do processo de incineração de resíduos urbanos sob os pontos de vista técnico e ambiental. A aplicação dos referidos modelos ao caso de estudo, permitiu concluir que a manutenção da incineração de 1100 ton/dia de resíduos urbanos em condições apropriadas ao longo do ano, exige a utilização permanente de combustível auxiliar, em particular quando o teor de humidade dos resíduos é superior a cerca de 30%, para que seja possível assegurar a produção de trabalho mecânico útil (energia elétrica vendida à rede) de cerca de 22 MWe. Contudo a melhoria do poder calorífico do resíduo poderia contribuir para reduzir a referida necessidade de combustível auxiliar. Tendo em conta as atuais circunstâncias do caso de estudo, conclui-se que nas condições operatórias indicadas e em particular tendo em conta o PCI e o teor de humidade dos resíduos, a tecnologia corrente de incineração não deverá permitir atingir os níveis de eficiência que suportem o estatuto de valorização de resíduos R1, acordo com a eficiência de recuperação de energia dada pela fórmula R1. A melhoria da eficiência do processo exige ou uma aplicação útil para o calor residual (aquecimento, secagem, etc.), ou a melhoria do poder calorífico (redução do teor de humidade, através de uso de CDR, etc.) ou a melhoria da tecnologia de recuperação de energia (extração e reaquecimento do vapor durante a expansão, aumento da pressão de operação da caldeira, etc.

In this dissertation it is analyzed the energy recovery from a municipal waste incineration plant as of heat and mechanical work in order to contribute to the evaluation of the energy performance of a waste incineration plant. For this purpose it was made the mass and energy balances at the nominal operating condition and it was calculated mass flow rates of air and combustion products and also the thermal power. Moreover it was established a Rankine cycle thermodynamic model of the system based on the simulation Cyclepad application. The basic information for modeling was got from a query to the staff of waste incineration plant. From the case study, it can be concluded that the incineration of 1100ton/day of municipal waste, under appropriate conditions, needs permanent use of auxiliary fuel, especially when the waste moisture content exceeds 30%, in order to assure useful electric power of 22 MWe. However the increase of the waste heating value could reduce the needs of auxiliary fuel. Taking into account the present conditions of case study, it can be concluded that it is not possible to the incineration plant achieve the recovery efficiency level that supports incineration status as a recovery operation R1. In order to improve the energy efficiency R1 of the municipal waste incineration process, it is mandatory the use of the residual heat for any useful propose (heating, drying, etc.) or the improvement of the heating value (moisture reduction content, RDF, etc.) or improvement of the technology (steam extraction and reheating, increase of the boiler pressure, etc.),