O Desafio da Combustão Industrial Moderna

Aprendendo a Gerenciar Emissões e Eficiência em Sistemas de Combustão Modernos

Por muito tempo, os desafios da análise de combustão industrial foram vistos como uma série de problemas caros e de alto risco. A tarefa principal é simples: queimar combustível da forma mais eficiente possível, minimizando as emissões nocivas. Mas qualquer pessoa que trabalhe com geração de energia a partir de carvão, petróleo, gás ou petroquímica sabe que a realidade é muito mais complexa. A qualidade do combustível muda e, com isso, é necessário manter a relação ar-combustível para uma queima limpa e eficiente.

Esse ajuste constante é vital por dois motivos: economizar dinheiro e evitar multas. Em um mundo onde os custos de combustível flutuam e as regulamentações ambientais estão ficando mais rígidas, toda melhoria na eficiência é importante. A EPA e outras agências exigem monitoramento contínuo de emissões, como NOx (óxidos de nitrogênio), com rigorosos requisitos de tempo de operação. O não cumprimento pode resultar em penalidades significativas e paralisações operacionais.

O Dilema do DeNOx: Compreender e Eliminar o Escape de Amônia

Muitas instalações utilizam Redução Catalisativa Seletiva (SCR) ou Redução Seletiva Não Catalisativa (SNCR), comumente conhecida como deNOx, para mitigar as emissões de NH_x . Esse processo envolve a injeção de amônia NH₃ nos gases de combustão para converter NH_x em nitrogênio inofensivo (NH₂) e água.

Embora eficaz contra o NH_x, isso introduz um problema significativo e frustrante: escape de amônia – o excesso de NH₃ não reagido que escapa do processo de retenção.

Quais são os custos ocultos do escape de amônia?

Emissão Regulada

A amônia em si é um poluente regulado, ou seja, você resolve um problema de conformidade apenas para criar outro.

Corrosão e danos

O excesso de NH₃reage formando sais de amônio corrosivos que danificam severamente equipamentos caros a jusante, como pré-aquecedores de ar e catalisadores.

Frustração com a Manutenção

A natureza pegajosa da NH₃e a formação de sal entupem os canos e sensores, levando a tempos de inatividade caros e reparos frequentes e trabalhosos.

Contaminação por cinzas volantes

A injeção excessiva de amônia pode contaminar cinzas volantes, impactando sua qualidade e usabilidade.

Por que a amostragem extrativa falha na medição de amônia

Por anos, a amostragem extrativa — o método preferido — tem sido o padrão para a medição de emissões. Essa técnica retira uma amostra de gás quente da chaminé, depois a resfria e remove a umidade antes da análise.

Precisão Falha: À medida que a amostra de gás é resfriada, uma fração substancial da amônia se dissolve na água condensada. Isso cria uma leitura falsa-baixa porque a medição não é do verdadeiro gás "quente/úmido" do processo.

Alta Manutenção e Baixa Disponibilidade: Sistemas extrativos são complexos, com múltiplos componentes, resfriadores, filtros e linhas traçadas por calor, todos propensos a entupir (especialmente por causa de sais de amônio) e que exigem manutenção constante e cara. Isso se traduz diretamente em menor tempo de atividade do CEMS e aumento das horas de trabalho.

Figura 1. Um processo típico de combustão que emprega redução catalítica para a redução das emissões de amônia.

Por que usar a medição verdadeira in situ para escape de amônia?

A indústria precisa de uma solução melhor que elimine a necessidade de um sistema de condicionamento de amostras e forneça dados confiáveis.

A espectroscopia a laser de diodo sintonizável (TDL) é uma tecnologia que mede gases diretamente dentro da pilha (in situ), eliminando a necessidade de extrair ou condicionar uma amostra. A tecnologia TDL é a atualização essencial para o controle confiável de escape NH3 e do ajuste de combustão CO/CO2 .

Quais são os benefícios de usar TDLs para conformidade com CEMS e controle de processos?

Tecnologia	Espectroscopia TDL (in situ)	Amostragem extrativa
Estado de Medição	Quente/Úmido (condição real do processo)	Frio/Seco (medição com falhas)
Exatidão	Alta: Sem perda de condensação no NH₃ .	Baixo: Perda significativa na NH₃.
Manutenção	Muito baixo: Não é necessário condicionamento da amostra.	Extremamente alta: Propensa a entupir/corrosão.
Tempo de Atividade CEMS	Alta: >95% fácil de alcançar.	Baixo: Falhas e reparos frequentes.

Quais são as vantagens de um projeto TDL no estilo sonda para análise de amônia?

Enquanto sistemas tradicionais de TDL cross-pipe podem enfrentar carga de poeira, desalinhamento e alto consumo de gás de purga, um analisador TDL no estilo sonda oferece uma solução superior e robusta:

Instalação Simplificada

A instalação de flange única e a fiação fácil simplificam a instalação e reduzem os custos da plataforma.

Caminho Óptico Fixo (OPL)

O projeto da sonda mantém um caminho óptico verdadeiro e fixo, garantindo precisão a longo prazo e eliminando os problemas de alinhamento comuns em projetos cross-stack em condutas de alta temperatura e grande diâmetro.

Conformidade Automatizada

Um TDL de sonda pode integrar um filtro para proteger a ótica, permitindo uma validação in situ fácil e automatizada (ou "teste de bump") ao carregar a zona de medição. Essa é uma característica crucial para comprovar a conformidade com os reguladores.

No fim das contas, o objetivo não é apenas comprar um equipamento útil.

É investir em uma solução que facilite seu trabalho diário, sua fábrica mais eficiente e suas operações mais seguras.

Sobre o Autor

Tyler Schertz é o Gerente de Desenvolvimento de Negócios para Análise de Gás na METTLER TOLEDO Process Analytics nos Estados Unidos. Ele obteve seu doutorado em química orgânica pela Universidade da Flórida, com foco em síntese de pequenas moléculas e química do flúor. Embora planejasse permanecer na química, ele trabalha na indústria analítica de processos há 20 anos. Ele iniciou sua carreira na AMETEK Process Instruments, onde trabalhou como cientista de serviços e aplicações em espectrometria de massa e tecnologia TDLAS.

Na METTLER TOLEDO, ele passou cinco anos como Especialista em Gás para a região da NALA. Nesse cargo, ele orientou clientes e equipes de vendas para aumentar o conhecimento dos analisadores TDL. Tyler está ansioso para continuar promovendo essa tecnologia e compartilhar sua expertise com os clientes enquanto aprende sobre novas aplicações.