Recuperação de calor residual para produção de eletricidade: Ciclo Kalina

 

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 Kalina é uma outra variante do ciclo de Rankine, e foi desenvolvido para recuperação de calor residual de fontes a baixa temperatura. Alternativamente a um fluido puro, utiliza uma solução de dois fluidos (normalmente água e amoníaco) com diferentes pontos de ebulição. Como a mistura apresenta um ponto de ebulição num intervalo de temperaturas, é extraído mais calor do que com um único fluido de trabalho, permitindo melhores eficiências a mais baixas temperaturas com menor complexidade. A eficiência elétrica destas instalações encontra-se entre os 20 e os 25 %. O sistema de recuperação de calor utilizando o ciclo de Kalina apresenta as seguintes características:

• Permitem variar a concentração da solução ao longo do sistema, podendo adaptar-se ao nível de temperaturas de uma determinada fonte;
• Os custos de instalação são mais elevados, devido à corrosividade do NH₃;
• São adequados para se atingirem melhoria de eficiência a temperaturas mais baixas, às quais as turbinas a vapor não conseguem operar de forma eficiente.

Apesar de promissor, a nível mundial, são poucos os sistemas implementados, a utilizar o ciclo de Kalina. Na indústria do cimento, conhecem-se instalações no Paquistão e nos Emirados Árabes Unidos. 1

 

Potencial de Poupança de Energia

Térmica: não aplicável

Elétrica: redução de 10 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.