O combustível derivado de pneus pode ter um poder calorífico superior ao de alguns tipos de carvão, mas um poder calorífico mais alto não significa que ele possa substituir diretamente o carvão. Sua adequação para uso em um forno de cimento também depende das propriedades físicas do combustível, de sua composição química e das condições reais de operação do sistema do forno.
Resumo: Compare primeiro o consumo de energia e, depois, a adequação ao forno
O TDF é normalmente utilizado para substituir parte do consumo de combustível convencional, e não para substituir o carvão em termos de volume. Documentos históricos da EPA dos EUA indicam que o poder calorífico dos pneus situa-se aproximadamente na faixa de 14.000 a 15.500 Btu/lb (cerca de 32,6 a 36,0 MJ/kg), enquanto o carvão, na mesma comparação, fica em torno de 10.000–13.000 Btu/lb (cerca de 23,3–30,2 MJ/kg).[1]
Durante a operação do forno, o fornecimento de combustível deve permanecer estável, ao mesmo tempo em que se mantém a qualidade do clínquer, se controla o cloro e os oligoelementos, se cumpre os requisitos da licença de emissões e se garante a estabilidade geral da combustão. As orientações da GCCA, portanto, tratam o poder calorífico como apenas um dos aspectos de um sistema mais amplo de aceitação de combustíveis alternativos.[2]
O TDF e o carvão não são intercambiáveis em termos de peso
O carvão não é um combustível único. O TDF também apresenta variações. As composições dos pneus de veículos de passageiros e caminhões diferem; a presença de aço altera a fração não combustível; o armazenamento ao ar livre pode adicionar água; e a base de cálculo utilizada nos relatórios pode alterar o valor. Uma comparação torna-se enganosa quando um laboratório relata o valor calorífico bruto com base na secura e o outro combustível é cotado no estado em que é recebido.
Um relatório mais antigo de um estudo-piloto da EPA ilustra bem essa questão. Sua tabela comparativa utilizou uma análise média do TDF com menor teor de umidade e maior poder calorífico do que a amostra de carvão analisada naquele estudo. O mesmo relatório descreve explicitamente o TDF como tendo um poder calorífico superior ao do carvão e um teor de enxofre aproximadamente comparável ao do carvão de teor médio de enxofre.[3] A tabela é útil como referência técnica, mas não deve ser copiada para um contrato de compra.
| Campo | Exemplo de TDF da EPA | Exemplo de carvão da EPA | Como usar a comparação |
|---|---|---|---|
| Poder calorífico | 7.428 kcal/kg | 6.396 kcal/kg | Mostra por que a energia por tonelada pode favorecer a TDF. |
| Umidade | 0.62% | 5.24% | Um baixo nível de umidade nos pneus é útil, mas a água da chuva e as condições de armazenamento podem alterar o material entregue. |
| Cinza | 4.78% | 6.23% | Tanto a quantidade quanto a composição química das cinzas são importantes, pois os fornos de cimento incorporam matérias-primas minerais ao processo. |
| Enxofre | 1.23% | 1.59% | Não se deve generalizar com base em um único pedaço de carvão. |
| Nitrogênio | 0.24% | 1.76% | O teor de nitrogênio varia de acordo com o tipo de combustível, mas as emissões reais de NOx dependem, em grande parte, das condições de operação de todo o sistema de combustão. |
Utilize NCV ou HHV de forma consistente
Antes de alguém calcular a “substituição do carvão”, é preciso especificar qual base de valor calorífico está sendo utilizada. O valor calorífico bruto / valor calorífico superior inclui o calor latente associado ao vapor de água. O valor calorífico líquido / valor calorífico inferior não o inclui. Ambas as bases podem ser válidas, mas dois combustíveis devem ser comparados com base no mesmo parâmetro e nas mesmas condições de umidade.
No que diz respeito à aquisição de cimento, o NCV (valor de combustão) na forma em que é recebido costuma ser mais útil do que o melhor valor de laboratório em condições secas, pois a fábrica arca com os custos de transporte e manuseio do material que efetivamente chega ao portão.
Por que os fornos de cimento podem utilizar combustível derivado de pneus
Os fornos de cimento são relevantes para essa comparação porque utilizam combustível para gerar calor de processo em alta temperatura, ao mesmo tempo em que a composição química do clínquer é controlada. Isso faz com que a escolha do combustível seja diferente de uma simples decisão sobre caldeiras: o valor energético é importante, mas também o são a contribuição química do combustível, o comportamento de combustão e a faixa de operação do sistema do forno.
Um poder calorífico mais alto não significa que a substituição do carvão seja ilimitada
As taxas de substituição publicadas variam amplamente de acordo com o projeto do forno, o tipo de combustível e o ponto de alimentação; portanto, nenhuma porcentagem isolada deve ser considerada como um limite geral. Um estudo de caso recente da GCCA sobre a Golden Bay, na Nova Zelândia, relata que pneus triturados estão sendo utilizados em taxas de substituição de até 40% no calcinador, após a instalação de equipamentos dedicados de manuseio e alimentação.[4]
1. Projeto do forno e ponto de alimentação
Um queimador principal, um calcinador ou um ponto de alimentação no meio do forno proporcionam ao combustível uma temperatura, um ambiente de oxigênio, um tempo de permanência e um histórico de mistura diferentes. O mesmo tipo de resíduo de combustível (TDF) não se comportará de maneira idêntica em todos os pontos.
2. Qualidade e consistência do combustível
A GCCA defende a uniformidade na qualidade dos combustíveis alternativos, incluindo valor calorífico adequado e teores controlados de metais, halogênios e cinzas.[2] Uma carga variável obriga o operador a proteger o processo com uma taxa de alimentação menor ou mais conservadora.
3. Ciclos do cloro e dos compostos voláteis
O cloro é especificamente restringido nas especificações de combustíveis alternativos, pois uma adição excessiva pode causar dificuldades no processo no sistema do forno.[2] A proporção permitida de TDF depende, portanto, do total de insumos provenientes de todos os combustíveis e matérias-primas, e não apenas da análise dos pneus.
4. Oligoelementos e composição química do clínquer
O zinco e outros oligoelementos provenientes de pneus são frequentemente abordados na literatura técnica. O químico da fábrica deve avaliar a entrada cumulativa desses elementos e seu efeito na qualidade do clínquer e do cimento, em vez de aplicar uma porcentagem genérica proveniente de pneus.
5. Capacidade de manuseio e dosagem
Um forno pode ter capacidade química para utilizar mais TDF do que seu sistema de recepção e alimentação é capaz de fornecer de maneira constante. A formação de pontes, fios longos, lascas irregulares ou capacidade insuficiente do alimentador podem se tornar o verdadeiro limite.
6. Condições de licenciamento e monitoramento
A GCCA observa que o ponto de alimentação, o conteúdo energético, os limites de oligoelementos e os procedimentos de amostragem podem ser detalhados na licença.[2] Um projeto não pode utilizar a taxa de substituição de outra usina para contornar sua própria base regulatória.
Como comparar uma tonelada de TDF com uma tonelada de carvão
Comece pela energia, não pela massa. Se uma amostra verificada de TDF contiver mais energia utilizável por quilograma do que o carvão que está sendo substituído, poderá ser necessária uma massa menor de TDF para o mesmo aporte teórico de calor. Isso não significa que o forno alcançará a mesma conversão de um por um em operação, mas fornece a primeira normalização correta.
Para um cálculo meramente ilustrativo, suponha que um laboratório contratado informe que o TDF tem 33 GJ/t de NCV e o carvão, 26 GJ/t de NCV, ambos na mesma base “tal como recebido”. Uma tonelada desse TDF contém 33 GJ, o que, teoricamente, equivale a cerca de 1,27 tonelada desse carvão em termos de energia. A usina ainda deve levar em conta sua própria experiência operacional, eficiência de combustão e restrições permitidas quanto à composição da mistura de combustíveis antes de transformar essa proporção em uma previsão de compra.
Comparar o custo de entrega por GJ aceito
O carvão pode exigir moagem e um sistema de alimentação bem desenvolvido. O TDF pode exigir coleta de pneus, trituração, peneiramento, controle de qualidade, armazenamento especial e um alimentador separado. O indicador útil é, portanto, o custo da energia aceitável fornecida ao sistema do forno, e não apenas o preço por tonelada na porta da empresa de reciclagem.
O que essa comparação significa para a aquisição de combustível
A pergunta relevante na hora da compra não é “Quantas toneladas de carvão uma tonelada de TDF substitui?” E sim: “Quanta energia térmica aceita cada combustível entregue fornece, considerando a mesma base de relatório?” Isso significa que a comparação deve começar com o NCV ou o HHV, com base na umidade e no preço de entrega, para depois passar às restrições específicas do local que podem limitar a quantidade dessa energia que o forno pode realmente utilizar.
Dois combustíveis com custo entregue por GJ semelhante ainda podem ter um valor operacional muito diferente. Um fornecimento de carvão pode ser mais fácil de medir e mais familiar para a equipe do forno. O TDF pode oferecer um valor energético atraente e reduzir a demanda por combustíveis fósseis, mas somente quando a consistência do fornecimento, o manuseio, as propriedades químicas e os limites de substituição aprovados permanecerem sob controle.
Para as equipes de compras, o resultado prático dessa comparação é, portanto, uma estrutura para aceitação e teste de combustíveis: uma base energética comum, limites químicos acordados, consistência na entrega, um plano gradual de substituição e um método claro para medir a resposta do forno.
TDF x Carvão: Comparação prática para projetos de cimento
| Campo de decisão | TDF | Carvão | Implicações do projeto |
|---|---|---|---|
| Poder calorífico | Frequentemente elevados; comparações históricas da EPA mostram valores acima dos observados em amostras típicas de carvão. | Varia bastante de acordo com a classificação, a origem e o teor de umidade. | Compare os valores verificados de NCV/HHV com base nos mesmos critérios. |
| Umidade | A borracha, por si só, tem baixo teor de umidade, mas o armazenamento pode introduzir água. | Pode variar de classes relativamente secas a classes com alto teor de umidade. | Utilize os valores tal como recebidos para os cálculos de energia fornecida. |
| Preparação do combustível | Pode ser necessário realizar trituração, peneiramento e controle de aço/contaminação. | Costuma utilizar sistemas já consolidados de trituração/moagem e de combustível pulverizado. | Inclua toda a cadeia de manuseio nas comparações de custo e confiabilidade. |
| Aportação de minerais | O aço retido pode adicionar ferro; as cinzas dos pneus e os oligoelementos entram no sistema do forno. | As cinzas de carvão também contribuem com matéria mineral e composição química. | O químico da fábrica avalia o total de ração bruta + combustível utilizado. |
| Comportamento alimentar | Chips irregulares e fios expostos podem dificultar o armazenamento e a medição. | O carvão moído é geralmente manuseado por um sistema de combustível fino já instalado. | A capacidade física de alimentação pode limitar a TDF antes mesmo que a demanda térmica o faça. |
| Taxa de substituição | Não há uma tarifa única. | Normalmente, o combustível convencional de referência em um sistema a carvão. | A TSR deve ser comprovada para o forno específico e para a mistura de combustíveis permitida. |
| Emissões | Não é possível generalizar independentemente do funcionamento e dos controles do forno. | Isso também depende da composição química do carvão, das matérias-primas e dos controles. | Utilize as condições da autorização de uso e os resultados das análises realizadas na fábrica, em vez de alegações genéricas. |
| Modelo de abastecimento | Depende dos sistemas locais de coleta e preparação de pneus em fim de vida útil, bem como dos contratos correspondentes. | Geralmente adquirido como um combustível comum. | A segurança no abastecimento de combustível pode se tornar tão importante quanto o preço nominal. |
Quando o TDF é a melhor opção — e quando o carvão pode continuar sendo a opção mais fácil
O TDF é uma excelente opção quando
- a fábrica de cimento possui um plano aprovado para o uso de combustíveis alternativos e um sistema adequado de recepção e alimentação;
- o abastecimento local de pneus é capaz de atender ao volume mensal necessário de combustível sem grandes variações sazonais;
- a empresa de reciclagem consegue cumprir repetidamente os limites estabelecidos por escrito relativos ao tamanho, ao teor de metais, à contaminação e à qualidade do combustível;
- os custos da energia fornecida continuam competitivos após os processos de preparação, armazenamento, transporte e controle de qualidade;
- A planta é capaz de controlar as entradas de cloro total, enxofre e oligoelementos sem desestabilizar o forno ou a composição química do clínquer.
O carvão pode continuar sendo mais fácil de operar quando
- não há nenhum ponto de alimentação TDF autorizado ou o sistema de combustível alternativo é pequeno demais para a taxa proposta;
- o fornecimento de pneus é irregular e a fábrica não consegue lidar com as oscilações no abastecimento de combustível;
- o produtor de TDF não consegue controlar de forma confiável fios longos, peças com dimensões fora do padrão ou contaminação;
- a composição química atual do forno ou os ciclos de substâncias voláteis deixam pouca margem para a adição de combustível;
- O custo logístico supera o valor energético quando o combustível chega à usina.
Perguntas a serem respondidas antes de comparar o TDF com o carvão
- Qual tipo de carvão ou coque de petróleo é o combustível de referência?
- Ambos os combustíveis são apresentados com base no mesmo NCV/HHV e no mesmo teor de umidade?
- Qual é o custo de entrega por GJ aceito, em vez de apenas por tonelada?
- Qual é a variação do poder calorífico, da umidade e das cinzas de uma carga para outra?
- Quais são os limites de cloro, enxofre, zinco e outros oligoelementos que são importantes neste forno?
- Qual ponto de alimentação e qual zona de combustão determinarão a substituição viável?
- Qual nível de substituição será testado primeiro e quais indicadores operacionais determinarão o aumento gradual da produção?
- Como serão avaliadas a qualidade do clínquer, as emissões, a estabilidade do forno e o desempenho da alimentação de combustível durante o teste?
- Quais condições de licença ou de prestação de contas limitam a composição de combustível aprovada?
- A cadeia de suprimentos local de TDF será capaz de manter a consistência necessária em termos de energia e composição química ao longo do tempo?
Perguntas frequentes
O TDF tem um poder calorífico superior ao do carvão?
Muitas vezes, sim. Comparações históricas da EPA mostram que o combustível derivado de pneus apresenta valor calorífico superior ao de amostras típicas de carvão. A diferença real depende da composição do pneu, do aço retido, da umidade, da classificação do carvão e do método de teste; portanto, os projetos comerciais devem comparar suas próprias amostras representativas.
Uma tonelada de TDF pode substituir uma tonelada de carvão?
Não de forma confiável. Compare primeiro a energia verificada. Se o TDF tiver um NCV por tonelada mais alto, o equivalente teórico em massa pode ser menor, mas as restrições de alimentação, combustão e licença do forno ainda determinam a substituição viável.
Qual é a taxa máxima de substituição por TDF em um forno de cimento?
Não existe um valor máximo universal. Os projetos publicados apresentam valores diferentes, pois o projeto do forno, a localização do alimentador de combustível, a composição química, o cloro e os oligoelementos, a estabilidade da combustão, os equipamentos de manuseio e as licenças variam. Uma taxa alcançada em outra fábrica deve ser considerada um caso específico, e não uma garantia.
O TDF sempre gera menos emissões do que o carvão?
Não é adequado fazer uma afirmação geral sobre as emissões. A GCCA observa que muitas emissões dos fornos de cimento são fortemente influenciadas pelas matérias-primas e pela operação da unidade, enquanto os combustíveis alternativos exigem rigorosos critérios de aceitação, controles de licenciamento e monitoramento. A comparação deve basear-se nos dados específicos de cada local.
Por que é que o TDF, às vezes, deixa resíduos de aço na limalha?
Em algumas fábricas de cimento, o aço proveniente de pneus retidos pode contribuir com ferro para o processo. Mesmo assim, o uso de fios longos expostos ou metais soltos pode ser restrito, pois pode interferir no funcionamento das esteiras transportadoras e dos alimentadores. A especificação do combustível deve distinguir entre a utilidade química e a aceitabilidade no manuseio.
O que um produtor de TDF deve obter primeiro da fábrica de cimento?
Solicite a ficha de aceitação de combustível por escrito, o formulário de aprovação de combustível e os critérios relativos ao ponto de alimentação, dimensões e fiação, o valor calorífico e a base de umidade, os limites químicos, o procedimento de amostragem, o método de descarga e a demanda mensal prevista antes de definir o linha de produção.
Configurar a linha TDF de acordo com as especificações de combustível da fábrica de cimento
Envie à YUXI a combinação de pneus, as dimensões máximas dos pneus e os requisitos necessários Formato e tamanho do TDF, limite de aço exposto, produção final prevista, ficha de aceitação do usuário do combustível, planta do local e fornecimento de energia local. A linha pode então ser configurada de acordo com o produto que o forno pode realmente receber.
Referências
- Estudo da EPA – comparação histórica entre o TDF e o poder calorífico do carvão.
- Perguntas e Respostas da GCCA – aceitação de combustíveis alternativos, controles e contexto de utilização do forno.
- Projeto-piloto da EPA – exemplo de composição de TDF/carvão e precauções de combustão.
- Caso da GCCA – Exemplo de substituição de pneu com lascas em Golden Bay.