Como funcionam os oxidadores térmicos regenerativos (RTOs)?
A destruição térmica é a tecnologia mais utilizada para o tratamento de emissões industriais de compostos orgânicos voláteis (COVs). O equipamento principal — o Oxidante Térmico Regenerativo (RTO) —aborda de forma abrangente os desafios da descarga de COVs enfrentados pelas empresas, permitindo a conformidade com os padrões de emissões e a operação economicamente viável.
EMO que é um oxidante térmico regenerativo?
Um Oxidante Térmico Regenerativo (RTO) é um sistema de controle de poluição do ar altamente eficiente, projetado para destruir Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) e Poluentes Atmosféricos Perigosos (HAPs) de fluxos de exaustão industrial por meio de oxidação térmica em alta temperatura. O princípio fundamental de um oxidante térmico regenerativo é a combustão desses poluentes em temperaturas elevadas, tipicamente entre 760 °C e 980 °C (1400 °F e 1800 °F), convertendo-os em dióxido de carbono (CO₂) e vapor de água (H₂O) inofensivos. O que realmente distingue um RTO de um sistema simples é a sua capacidade de reduzir a poluição do ar.Oxidante térmico RÉ o seu inovador sistema de recuperação de calor regenerativo, que lhe permite atingir uma eficiência térmica excepcional, muitas vezes superior a 95%.
Devido à sua elevada eficiência de remoção de detritos (DRE, na sigla em inglês), que pode chegar a 99%, à sua confiabilidade e ao baixo custo operacional, os oxidadores térmicos regenerativos são amplamente utilizados em diversos setores, incluindo a indústria química, a aplicação de tintas e revestimentos, a impressão e a indústria farmacêutica, onde o controle robusto e econômico das emissões é fundamental.
Como funcionam os oxidadores térmicos regenerativos?
1. RTO de duas câmaras
Figura 2.1 Diagrama esquemático do processo RTO de duas câmaras
O RTO de duas câmaras evoluiu a partir do Oxidador Térmico (TO). O RTO inicial consistia na conexão de duas unidades TO em paralelo e na adição de leitos regeneradores de cerâmica na saída para obter a "função regenerativa". Ele utilizava válvulas de comutação do tipo lift para alternar repetidamente os caminhos de entrada e saída de gás, daí o nome "RTO de duas câmaras".
A estrutura principal de um RTO de dois leitos consiste em uma câmara de combustão, duas câmaras regeneradoras de cerâmica e quatro válvulas de comutação. O processo de tratamento de gases residuais orgânicos é o seguinte: quando o gás de exaustão carregado de COVs é fornecido por um ventilador de suprimento ao Regenerador 1, esta câmara libera calor, pré-aquecendo o gás COV a cerca de 750 °C antes de entrar na câmara de combustão para oxidação e decomposição. O gás de combustão limpo resultante, em alta temperatura, passa pelo Regenerador 2; esta câmara absorve calor, resfriando o gás limpo queimado antes de ser descarregado pela válvula de comutação. Após um tempo de comutação predefinido, as válvulas se comutam. O gás COV entra então pelo Regenerador 2 (que agora libera calor), entra na câmara de combustão para oxidação e passa pelo Regenerador 1 (que agora absorve calor), resfriando o gás limpo queimado antes de ser descarregado pela válvula de comutação. Com a comutação periódica dessa maneira, o gás de exaustão com COVs pode ser tratado continuamente.
- Oxidante térmico regenerativo de três câmaras
Figura 2.2 Diagrama simplificado do processo RTO de três câmaras
Para solucionar o problema dos oxidadores térmicos regenerativos de duas câmaras, onde, durante a transição da liberação para o armazenamento de calor, o gás não tratado remanescente na câmara regeneradora é descarregado diretamente, uma terceira câmara foi adicionada ao projeto de duas câmaras. Isso introduziu uma "função de purga", criando o oxidador térmico regenerativo de três câmaras. Esta tecnologia representa a segunda geração, alcançando uma melhoria na eficiência de purificação de 95% para 99%.
A estrutura principal de um RTO de três leitos consiste em uma câmara de combustão, três câmaras regeneradoras de cerâmica e nove válvulas de comutação. O processo de tratamento de gases residuais orgânicos é o seguinte: o gás de exaustão é pré-aquecido no Regenerador 1 e, em seguida, entra na câmara de combustão para oxidação e decomposição. Enquanto isso, qualquer gás residual não tratado no Regenerador 3 é purgado de volta para a câmara de combustão para incineração usando gás purificado (função de purga). O gás de combustão decomposto, limpo e em alta temperatura sai pelo Regenerador 2, aquecendo-o simultaneamente. Assim que a frente de calor penetra no Regenerador 2, as válvulas comutam. O gás de exaustão entra então pelo Regenerador 2 (pré-aquecido), entra na câmara de combustão para oxidação, o gás residual no Regenerador 1 é purgado de volta para a câmara de combustão e o gás decomposto sai pelo Regenerador 3, aquecendo-o. Quando a frente de calor penetra no Regenerador 3, as válvulas comutam novamente. Os gases de escape entram pelo Regenerador 3 (pré-aquecido), seguem para a câmara de combustão para oxidação, o gás residual no Regenerador 2 é purgado de volta para tratamento e o gás decomposto sai pelo Regenerador 1, aquecendo-o. Essa operação cíclica permite o tratamento contínuo dos gases de escape contendo COVs (Compostos Orgânicos Voláteis).
Quando um RTO precisa lidar com volumes de ar superiores a 50.000 metros cúbicos por hora, o volume de cada câmara em um RTO de três câmaras torna-se muito grande, levando a desvantagens como distribuição de fluxo irregular, alto volume de ar de purga, alto consumo de energia, volume excessivo de regenerador ocioso e altos custos de fabricação. Para solucionar esse problema, os RTOs de segunda geração são, por vezes, construídos com estruturas multicâmaras, como 5, 7 ou 9 câmaras, garantindo que cada câmara processe menos de 50.000 m³/h. No entanto, à medida que o número de câmaras do regenerador aumenta, o número de válvulas de elevação também aumenta, elevando significativamente a probabilidade de falhas.
- Oxidante térmico regenerativo rotativo
Para solucionar os problemas de numerosas válvulas de comutação, falta de confiabilidade e alto investimento associados aos RTOs do tipo câmara, os engenheiros de RTO inventaram a "Válvula Rotativa Desviadora de Gás", ou simplesmente "Válvula Rotativa". Uma única válvula rotativa pode executar as funções de comutação de entrada, saída e purga de várias ou até mesmo dezenas de válvulas de elevação, com uma estrutura mais simples e maior estabilidade e confiabilidade. Os RTOs multicâmara equipados com uma válvula rotativa são chamados de "RTOs Rotativos", representando a tecnologia de Oxidante Térmico Regenerativo de terceira geração.
Figura 2.3 Vista esquemática em elevação da válvula rotativa RTO
Figura 2.4 Diagrama esquemático dos estados da câmara de regeneração em um RTO de válvula rotativa
Durante o funcionamento normal, os ciclos de entrada e saída das câmaras regeneradoras são os seguintes:
Tabela 2.1 Tabela de ciclo de entrada-saída para câmaras regeneradoras rotativas RTO
Etapa 1: Quando os setores de leito fixo 2 a 6 estão no estado de entrada, o ventilador de suprimento fornece o gás de exaustão à válvula rotativa para distribuição. O gás flui então para cima através do leito de enchimento quente, onde é pré-aquecido a aproximadamente 750 °C antes de entrar na câmara de combustão superior para oxidação e decomposição. O gás de combustão decomposto, limpo e em alta temperatura flui para baixo através dos setores de leito fixo 8 a 12, armazenando calor no material regenerador, e é então descarregado para a chaminé através da válvula rotativa. Simultaneamente, o setor de leito fixo 1 está no estado de purga. Um ventilador de purga extrai gás residual purificado ou ar fresco para varrer para cima através dos vazios do material regenerador, removendo qualquer gás de exaustão residual e garantindo que ele entre completamente na câmara de combustão para decomposição. Após a purga, esta câmara transita para o estado de saída. O setor de leito fixo 7 é usado para isolar os fluxos de entrada e saída.
Etapa 2:À medida que a válvula rotativa gira uniformemente, o ventilador de suprimento fornece gases de exaustão aos setores de leito fixo 3 a 7. O gás flui para cima através do leito quente, é pré-aquecido a cerca de 750 °C, entra na câmara de combustão para oxidação e o gás de combustão decomposto flui para baixo através dos setores 9 a 1, armazenando calor antes de ser descarregado pela válvula rotativa. O setor de leito fixo 2 transita do estado de entrada para o estado de purga, onde o ventilador de purga direciona os gases de exaustão residuais da câmara de volta para a câmara de combustão. O setor de leito fixo 8 transita do estado de saída para o estado de isolamento.
Sob a rotação uniforme da válvula rotativa de distribuição de gás, os 12 setores de leito fixo entram sequencialmente no Estágio 3, Estágio 4, Estágio 5..., permitindo que cada câmara execute ciclicamente e continuamente a sequência: Entrada -> Purga -> Saída -> Isolamento. A válvula rotativa opera a uma velocidade de 120 segundos por revolução, o que significa que cada leito regenerador passa por uma troca no modo "armazenamento de calor - liberação de calor" aproximadamente a cada 50 segundos.
Conclusão
- Ao selecionar equipamentos de tratamento de efluentes, devem ser consideradas as características inerentes do próprio gás residual, os indicadores de desempenho das tecnologias, o investimento em construção e os custos operacionais, bem como as normas de emissão aplicáveis, entre outros fatores.
- A nova geração de Oxidadores Térmicos Regenerativos Rotativos oferece vantagens técnicas significativas em relação aos RTOs de três leitos em termos de confiabilidade, eficiência energética, segurança, facilidade de operação e manutenção, e custo de investimento, sendo adequada para emissões de COVs de diferentes indústrias.
- Na seleção de tecnologias de tratamento de gases residuais, existem alguns princípios e padrões comuns a serem seguidos. O Oxidante Térmico Regenerativo não é uma tecnologia universal que atenda a todos os cenários de aplicação para o tratamento de gases residuais.