waste-to-power plant power plant waste to power plant power plant

WASTE--TO
WASTE
TO--POWER PLANT
Usina para Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos
+ Mód
Módulo
l de
d G
Geração
ã de
d EEnergia
i Elétrica
Elét i
Junho de 2010
Considerações Iniciais
Vulgarmente denominados por Lixo Urbano, os Resíduos Sólidos Urbanos
(RSU's),
RSU's), são resultantes da atividade doméstica e comercial das povoações.
A sua composição
i ã varia
i de
d população
l ã para população,
l ã dependendo
d
d d da
d
situação sócio-econômica e das condições e hábitos de vida de cada um.
Esses resíduos p
podem ser classificados das seguintes
g
maneiras:
 Matéria orgânica
orgânica: Restos de comida…
 Papel e papelão
papelão: Jornais, revistas, caixas e embalagens…
 Plásticos
Plásticos: Garrafas, garrafões, frascos, embalagens...
 Vidro
Vidro: Garrafas, frascos, copos...
 Metais
Metais: Latas
 Outros:
Outros Roupas, óleos etc.
Considerações Iniciais
Estima-se que cada pessoa produza, em média, 1,0 kg de lixo por dia.
Desta forma, uma pequena cidade de apenas 10.
10.000 habitantes produziria
cerca de 10 toneladas de lixo diariamente.
No Brasil
Brasil, após a coleta, o lixo urbano normalmente é encaminhado para
um aterro sanitário. Contudo, com o surgimento e o adensamento
populacional
l i
l dos
d grandes
d centros
t
urbanos,
b
os aterros
t
sanitários
itá i estão
tã com
suas capacidades praticamente esgotadas em todos os grandes centros
brasileiros, motivo de grande preocupação ambiental.
Considerações Iniciais
Assim, tornou-se prioritária a busca por uma solução alternativa aos
aterros sanitários para a disposição de lixo urbano, de forma a não causar
riscos à saúde
úd pública
úbl e à segurança, com mínimos
í
impactos ambientais.
b
Uma das soluções possíveis é a
incineração do lixo, largamente
utilizada nos países de primeiro
mundo (Europa, EUA e Japão).
A Incineração
I i
ã é um processo de
d
eliminação de RSU,
RSU que consiste na
queima dos mesmos em unidades
especiais permitindo assim a
especiais,
redução do seu volume, com
emissões gasosas controladas e
aproveitamento de energia.
energia
Interior de um forno de incineração de lixo: temperaturas de
até
té 2.000
2 000 graus Celsius
C li
Considerações Iniciais
Além de apresentar a vantagem
de reduzir bastante o volume de
resíduos (cerca de 90% do volume
original), a incineração destrói
microrganismos e contaminantes
tóxicos contidos no lixo que
podem causam doenças.
Deste processo resultam
D
l
como
produtos finais a energia térmica
(que é transformada em energia
elétrica ou
o vapor),
apor) águas
ág as residuais,
resid ais
gases e cinzas.
SYSAV - Usina Sueca de incineração de resíduos sólidos
Considerações Iniciais
Contudo, apesar de se tratar de um sistema útil na eliminação de Resíduos
Sólidos Urbanos, o processo de incineração tem algumas desvantagens
consideráveis
d á
para a sua implantação
l
ã no Brasil:
l

Os gases resultantes da incineração têm de sofrer um tratamento
antes de serem liberados p
para a atmosfera,, uma vez q
que são
compostos por substâncias tóxicas como chumbo, cádmio, mercúrio,
cromo, arsênico, cobalto e outros metais pesados, ácido clorídrico,
dióxido de enxofre, dioxinas e furanos, clorobenzenos, clorofenóis e
PCBs. Nesse caso, para evitar a poluição do ar por tais substâncias
que provocam efeitos devastadoramente nocivos à saúde humana,
é necessário instalar filtros e equipamentos especiais – o que torna
o processo mais caro.

O efluente gerado pelo arrefecimento das escórias e pela lavagem
dos gases terá de sofrer um tratamento adequado, uma vez que é
considerado um resíduo perigoso por todas as agências ambientais.
Considerações Iniciais

Devido ao seu elevado teor de água em sua composição, a matéria
orgânica (que constitui cerca de 36% dos RSU) possui um baixo
poder calorífico e, como tal, a sua incineração sob o ponto de vista
energético não é interessante num primeiro momento.

O balanço energético da maioria das usinas convencionais de
i i
incineração
ã é negativo,
negativo
ti
ou seja,
j consome mais
i energia
i do
d que
produz, o que não atrai investimentos da iniciativa privada.

A construção e instalação de uma usina de incineração custa muito
caro e exige-se longos períodos contratuais para se recuperar os
investimentos iniciais. A vida útil de um incinerador em condições
normais é de 25 a 30 anos. No caso brasileiro, a alta umidade do
lixo (cerca de 65%) é um fator que derruba drasticamente a vida útil
dos equipamentos necessários.

As comunidades locais normalmente fazem oposição à instalação
destas usinas em sua vizinhança.
Considerações Iniciais

Uma usina incineradora necessita de muita área para ser instalada.

Se a incineração for realizada no processo “Mass Burning
Burning”” (comum
na Europa, onde há a tradição de coleta seletiva), em que todo o
RSU é queimado para geração de energia, além da grande
quantidade de cinza inútil que será formada e que, fatalmente,
deverá ser destinada para aterros sanitários, a ausência da
reciclagem cortaria um nº significativo de postos de trabalho,
principalmente nos países em desenvolvimento como o Brasil.
Estima-se
i
que há mais
i de
d 1 milhão
ilhã de
d pessoas vivendo
i d da
d coleta
l
d
de
resíduos recicláveis.

Apesar
p
do aproveitamento
p
da energia,
g , uma vez q
que não há a
reciclagem dos materiais, a incineração convencional de resíduos
torna-se assim numa perda no ciclo de renovação dos recursos
naturais. Por este motivo, tal como o aterro, surge no último lugar
da hierarquia de gestão de resíduos.
Considerações Iniciais
Utilização de incineradores para a gestão de
resíduos é controversa. O debate sobre
incineradores
geralmente
envolve
os
interesses das empresas (que representam
tanto os geradores de resíduos e as empresas
de incineração),
ç ), reguladores
g
do ggoverno,,
ambientalistas e a sociedade civil, que devem
ponderar o recurso econômico da atividade
industrial local, com as suas preocupações
sobre a saúde e riscos ambientais.
Assim, veremos a seguir o projeto Waste
Waste--to
to--Power Plant
Plant,, desenvolvido
pela
l KME Co
C ., LTD,
Co.
LTD que se apresenta
t como uma evolução
l ã da
d tecnologia
t
l i até
té
aqui conhecida e aplicada, baseada em cases de sucesso na Coréia do Sul,
capaz de equacionar e resolver as principais desvantagens apresentadas
anteriormente sobre o processo de incineração.
incineração
RDF: Conceito
RDF (Refuse Derived Fuel)
 O RDF é um combustível composto basicamente de componentes
orgânicos dos resíduos sólidos urbanos (lixo), tais como plásticos e
resíduos biodegradáveis.
 O RDF é produzido
d id a partir
i da
d secagem, trituração,
i
ã separação
ã e
remoção de materiais não-combustíveis (metal, vidro ou terra) dos
resíduos sólidos urbanos e, posteriormente, tratados com vapor sob
pressão numa autoclave.
autoclave
 Esta metodologia garante a eliminação ou redução significativa dos
poluentes nocivos e metais pesados.
 RDF pode ser utilizado em uma variedade de maneiras para produzir
eletricidade. Pode ser usado juntamente com as fontes tradicionais de
combustível em usinas termoelétricas de carvão e cementeiras.
cementeiras
Características do RDF da KME
Os processos da KME trabalham com dois tipos de RDF,
RDF de acordo com a
sua aplicação:
RDF Moldado
RDF Fluff
Características do RDF da KME
 RDF Moldado
Item
Combustão
Características
• Estável e Uniforme
Valor
l Calórico
ló i
• Homogênio
ê i e Altamente
l
Calórico
ló i (>
( 4.500 kcal/kg)
k l/k )
Armazenagem
• Permite armazenagem por longo prazo
Aplicação
Ideall para armazenagem e transporte, para caldeira
ld i
• Id
ou gerador de energia instalado em local distante
Balanço
ç Energético
g
• Positivo – Usa parte do RDF no processo de secagem
e alguma perca de energia na moldagem
Custo de Produção
• Menor que de uma usina de incineração comum
Impacto Ambiental
• Baixa emissão de gases tóxicos e cinzas
Características do RDF da KME
 RDF Fluff
Item
Combustão
Características
• Estável e Uniforme
Valor
l Calórico
ló i
• Homogênio
ê i e Altamente
l
Calórico
ló i (>
( 5.500 kcal/kg)
k l/k )
Armazenagem
• Não permite armazenagem por longo prazo
Aplicação
Ideall para uso imediato:
i di
queima
i
em caldeira
ld i com
• Id
gerador de energia acoplado ao processo
Balanço
ç Energético
g
• Mais positivo – Usa parte do RDF para secagem, mas
há menor perda de energia no processo
Custo de Produção
• Menor que de uma usina de incineração comum
Impacto Ambiental
• Baixa emissão de gases tóxicos e cinzas
Características do RDF da KME
Ítens Testados
Referência
Medido
Valor Calórico (kcal/kg)
> 3.500
4.569
Umidade (% peso total)
< 10
10,0
0
1 29
1,29
Cinzas (% peso total)
< 20,0
18,1
Cloro (% peso total)
< 2,0
Enxofre (% peso total)
Metais
(mg/kg,
seco)
Parte Combustível
Resultado
C (%)
53,10
H (%)
6,35
0,96
O (%)
38,48
< 0,60
0,31
N (%)
0,71
Mercúrio
< 1,20
Não Detectado
S (%)
0,39
Cádmio
< 9,0
1,49
Chumbo
< 200,0
48,54
Arsenico
< 13
13,0
0
Não Detectado
Cromo
34,14
Antimônio
5,47
Cobalto
1,98
Cobre
Manganês
ND
60,32
137,52
Níquel
16,62
Tálio
Não Detectado
Vanádio
10,94
Total (%)
100,00
Características do RDF da KME
Certificado de Conformidade
Visão Geral de uma Usina de RDF
Esquema de Processamento (RDF Moldado)
Moldado)
Seqüência de Processamento (RDF Moldado)
Moldado)
Grua de Entrada de Lixo
Fragmentadora nº 1
Remoção de Material
Não-Combustível ( terra, vidro)
Tambor Rotativo
Fragmentadora nº 2
Remoção de Metais Ferrosos
Separador Magnético n
nº 1
Remoção de Metais Não-Ferrosos
Separador de Metais
Não-Ferrosos
Secagem para umidade < 10%
Fragmentação ≈300mm
Sistema de Resfriamento
Fragmentação < 100mm
Abastecimento da Secadora
Secadora nº 1
Suprimento de Gás
Secadora nº 2
Suprimento de Vapor
Funil Dosador
Separador Magnético nº 2
Abastecimento de Cal
Silo de RDF
Combustão
Funil Dosador
Compactador
Peletizador
Especificações Técnicas da Usina de RDF Moldado
Tipo de Lixo / Umidade Média*
Urbano (Lixo Doméstico)
Umidade Final do RDF
Capacidade/Produção de RDF*
Área Construída/Total
< 8%
Condições de Trabalho
Combustível para Secagem
Dimensões do RDF Moldado
Poder Calórico do RDF
 35 ton/dia
/
 99 ton/dia
 165 ton/dia
100 ton/dia
/
((4,76
, ton/h)
/ )
300 ton/dia (14,2 ton/h)
500 ton/dia (23,8 ton/h)
100 ton/dia
300 ton/dia
500 ton/dia
 4.000 m²
 6.600
6 600 m²
 10.600 m²
 12.000 m²
 19.800
19 800 m²
 31.800 m²
 25 m
Pé-Direito Necessário
Recursos Humanos Requeridos
< 75%
 17 funcionários
 40 funcionários
 53 funcionários
100 ton/dia
300 ton/dia
500 ton/dia
24h/dia - 300 dias/ano - 3 turnos
LNG + RDF
15-17mm de diâmetro e 30-70mm de comprimento
>4
4.500
500 kcal/kg
(*) Cálculo baseado na composição do lixo urbano do município de São Paulo (Fonte: CETESB/2003)
Seqüência de Processamento (RDF Fluff)
Grua de Entrada de Lixo
Fragmentadora nº 1
Remoção de Material Não-Combustível
( terra, vidro)
Tambor Rotativo
Fragmentadora nº 2
Remoção de Metais Ferrosos
Separador Magnético nº 1
Remoção de Metais Não-Ferrosos
Separador de Metais
Não-Ferrosos
Secagem para umidade < 20%
Fragmentação ≈300mm
Fragmentação < 100mm
Funil Dosador
Abastecimento da Secadora
Secadora nº 1
Suprimento de Gás
Secadora nº 2
Suprimento de Vapor
Funil Dosador
Abastecimento da Caldeira
Combustão
Especificações Técnicas da Usina de RDF Fluff
Tipo de Lixo / Umidade Média*
Urbano (Lixo Doméstico)
Umidade Final do RDF
< 8%
Capacidade/Produção de RDF*
Área Construída/Total
< 75%
 35 ton/dia
/
 99 ton/dia
 165 ton/dia
100 ton/dia
/
((4,76
, ton/h)
/ )
300 ton/dia (14,2 ton/h)
500 ton/dia (23,8 ton/h)
100 ton/dia
300 ton/dia
500 ton/dia
 4.000 m²
 6.600
6 600 m²
 10.600 m²
 12.000 m²
 19.800
19 800 m²
 31.800 m²
 25 m
Pé-Direito Necessário
100 ton/dia
300 ton/dia
500 ton/dia
Recursos Humanos Requeridos
 17 funcionários
 40 funcionários
 53 funcionários
Condições de Trabalho
24h/dia - 300 dias/ano - 3 turnos
Combustível para Secagem
LNG + RDF
Dimensões do RDF Fluff
granel
Poder Calórico do RDF
>5
5.500
500 kcal/kg
(*) Cálculo baseado na composição do lixo urbano do município de São Paulo (Fonte: CETESB/2003)
Esquema da Geração de Energia Elétrica
Seqüência da Geração de Energia Elétrica
Esteira de Entrada
Condensador de Vapor
Gerador de Vapor
1ª Câmara de Alimentação
1º Aerador
2ª Câmara de Alimentação
2º Aerador
Caldeira (RDF)
Água
TTanque de
d Água
Á
d
da
Caldeira
Bomba do Deareator
Deareator
Economizador
Reator Semi Úmido (SO2)
Ca(OH)2 Aquoso
Coletor
Ca(OH)2
Bomba D’água
Bolsa de Retenção de
Cinza em Suspensão
Coletor de Pó
Carvão Ativo
Soprador
Purificador de Ar
Coletor
Refrigeração (ar)
Condensador
Pilha
NaOH Aquoso
Especificações Técnicas
Tipo de Turbina
Combustível
Eficiência
Capacidade de Incineração de RDF /
Energia Elétrica Gerada
Espaço Requerido / Pé-Direito
Recursos Humanos
RDF Boiler Steam (Caldeira de Vapor)
RDF (Moldado ou Fluff)
Incinerador :
Caldeira :
Geração de Energia Elétrica :
< 70%
< 30%
< 60%
30 ton/dia
100 ton/dia
200 ton/dia
 1Mw
 3Mw
 6Mw
30 ton/dia
/di
100 ton/dia
200 ton/dia
 35 m²² / 5 m
 84 m² / 5 m
 200 m² / 5 m
13 funcionários
Condições de Trabalho
24h/dia - 300 dias/ano - 3 turnos
Poder Calórico do RDF
> 5.500 kcal/kg
Layout do Módulo de Geração de Energia Elétrica
Turbina para Geração de Energia Elétrica
Pontos Fortes da Solução KME
Projeto da Usina é customizável, conforme as condições do lixo local
Aproveitamento de parte do RDF produzido como combustível para secagem
( d ã nos custos operacionais)
(redução
i
i )
Permite integração com outros sistemas de tratamento de resíduos, podendo
incorporar caldeira para geração de energia térmica e/ou elétrica
A solução já está preparada para operar com lixo contendo alto percentual de
líquidos e material orgânico (realidade brasileira)
Não necessita de coleta seletiva: lixo depositado
p
em natura (coleta
(
convencional))
Processo totalmente selado, evitando manuseio humano. O RDF resultante é lixo
higienizado, inodoro e atóxico (manuseio seguro) e os materiais recicláveis não
utilizados no processo estarão seguramente segregados e preparados para passar
por processo de reciclagem (renovação dos recursos naturais)
Remoção total de metais pesados e materiais não-combustíveis do RDF
Pontos Fortes da Solução KME
Balanço Energético Positivo (produz mais energia do que consome)
O RDF Moldado pode ser armazenado por períodos longos: armazenamento permite
a geração
ã de
d energia
i sob
b demanda
d
d sazonall (cidades
( id d litorâneas
li â
e turísticas)
í i )
O RDF Fluff é mais simples e barato para ser produzido. Ideal para ser usado na
queima para geração de energia elétrica.
Baixa emissão de poluentes sólidos, líquidos e gasosos no processo: as emissões são
controladas e monitoradas por telemetria
Controle totalmente automatizado – operação
p ç com poucos
p
funcionários
Necessita de pouca área para instalação e operação (baixo impacto ambiental local)
C
Custo
d
de iinstalação
l ã e operação
ã menor que as tecnologias
l i similares
i il
Rápido retorno do investimento: eficiência operacional e crédito de carbono
Comparativo de custos para implantação
implantação**
((*)) Comparativo
p
entre usinas alternativas com capacidade
p
de p
processamento de 100 ton/dia
/
Fotos de uma Usina de RDF
Fotos de uma Usina de RDF
Entrada de Resíduos
1º Triturador
Fosso de Resíduos
Transporte do resíduo triturado
Operação da grua
1º Separador Magnético
Fotos de uma Usina de RDF
Silo de Resíduos Triturados
2º Separador por vento
Secadora
Compactador
1º Separador por vento
2º Separador Magnético
Fotos de uma Usina de RDF
Separador de metais não ferrosos
Silo de líquidos
Transporte de resíduo compactado
Silo de resíduo compactado
Unidade dosadora
Pelletizador
Fotos de uma Usina de RDF
Vibrador
Embalagem e pesagem
Retorno de resíduo
Resfriamento do RDF
RDF pronto para armazenagem
Sala de controle da usina
Fotos do módulo de geração de eletricidade
RDF armazenado ao ar livre
Monitoramento do Processo
Abastecimento de RDF
Caldeira (queima de RDF)
Sobre a KME
Fundada em 1986, a Korea Machines
Engineering (KME) é uma empresa sul
sulcoreana da Canadd Corporation que é
especializada no desenvolvimento de
projetos
p
j
e fabricação
ç
de máquinas
q
e
equipamentos pesados para a indústria de
transformação do aço.
Contando com os melhores e mais
experientes engenheiros especializados na
área de gestão ambiental, uma das divisões
da KME é líder no mercado coreano no
desenvolvimento de equipamentos e
soluções para disposição e tratamento de
resíduos sólidos urbanos.
Sobre a KME
 Nome
: KME Co., Ltd.
 Fundação
: 1986
 Direção
: B. G. Kim / S. T. Lee
 Principais Produtos
: Usina de Resíduos Sólidos KME-RDF, Linha
de Processamento de Bobinas, Consultoria
e Fabricação de máquinas e equipamentos
para estaleiros e indústria Naval.

Endereço
: 126-1, Shinchen-Ri, Hanlim-Myon, KimhaeCity, Kyung-Nam, Coréia do Sul

T l f
Telefone
: +82-55-343-7656
+82 55 343 7656

FAX
: +82-55-343-7659

Web site
Web-site
: http://www.kmesteel.com
http://www kmesteel com