Recuperação de calor residual para produção de eletricidade: Ciclo de Rankine a Vapor

 

Setor: Cimento e Cal

Processo: Produção de Cimento

Subprocesso: Produção de Clínquer

 

Descrição

No caso de fábricas de cimento com processo seco, cerca de 40 % do calor total fornecido encontra-se disponível como calor residual a partir dos gases de exaustão do pré-aquecedor e do arrefecedor de clínquer. O calor disponível a partir dos gases de exaustão do pré-aquecedor varia entre os 750 até 1050 MJ/t-cli a uma temperatura entre 300 e 400 °C. No arrefecedor de clínquer, o calor é de 330 a 540 MJ/t-cli a temperaturas de 200 a 300 °C no ar de exaustão dos arrefecedores de grelhas. Uma parte (ou a totalidade) deste calor é usado na secagem de matéria-prima e/ou combustíveis sólidos. Em alguns casos, pode ser economicamente rentável recuperar o restante calor disponível destas correntes de exaustão para a geração de eletricidade.

O ciclo de Rankine a vapor é o sistema de recuperação de calor mais frequente nas fábricas de cimento. Enquanto nas centrais elétricas moderna com ciclo de Rankine a vapor a eficiência elétrica ascende a 46 %, o nível de temperatura relativamente baixo do calor residual nas fábricas de cimento (200 a 400 °C) limita a eficiência a um máximo de 20 a 25 %. Os sistemas de recuperação de calor com ciclo de vapor caracterizam-se por:

• São os mais familiares na indústria do cimento e economicamente preferíveis quando a temperatura da fonte de calor excede os 300 °C;
• São baseados em tecnologias comprovadas e simples de se operar;
• Apresentam menos custos de instalação que outros sistemas em termos de €/kW
• Requerem calor residual a temperaturas mais elevadas para poderem operar no ponto ótimo (temperatura mínima de 260 °C); as eficiências de produção descem consideravelmente a temperatura mais baixas, e a baixa pressão e temperatura pode resultar em vapor parcialmente condensado na turbina e erosão das pás da turbina;
• Permitem a recuperação de calor a partir do meio do arrefecedor de clínquer, aumentando a temperatura dos gases de exaustão até um nível aceitável para o sistema, mas à custa de não se conseguir recuperar uma parte do calor residual do arrefecedor de clínquer;
• Dependendo da regulamentação no país, podem exigir um operador a tempo inteiro;
• Requerem a instalação de sistemas de condicionamento de água de alimentação;
• Requerem a instalação de condensadores com água de arrefecimento, podem ser usados condensadores a ar, mas estes podem ter um efeito penalizador na performance, devido às maiores pressões de vácuo nos condensadores;
• São indicados para grandes fornos e sistemas com baixo teor de humidade na matéria-prima. 1

 

Potencial de Poupança de Energia

Térmica: não aplicável

Elétrica: redução de 8 a 22 kWh/t-cli

 

Estimativa de Custos

Os custos de uma nova instalação ou retrofit encontram-se entre 15 a 25 M€. Os custos operacionais podem reduzir entre 0.5 a 1.4 €/t-cim.