Avaliação exergética e otimização de uma unidade industrial utilizada para a produção de clínquer

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Túlio Franco Anacleto
• Orientador(a): Andréa Oliveira Souza da Costa
• Banca de defesa: Leandro Soares de Oliveira, Luiz Machado
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Departamento: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Cimento; Energia; Exergia; Modelagem; Termodinâmica
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/35569

A produção de cimento é um processo de consumo energético intensivo. Tal processo é caracterizado por uma alta produção associada a uma alta demanda energética. Cerca de 90% da energia térmica total requerida é consumida na etapa de produção do clínquer, que é realizada na unidade de piro-processamento. Consequentemente, a demanda de combustível nesta etapa é considerável. Isso acarreta alguns obstáculos, como uma alta carga de emissões e um alto custo associado ao consumo de combustível. Devido a isso, algumas estratégias são adotadas na produção de clínquer a fim de minimizar o gasto de energia envolvido. Duas delas são a adição de um calcinador na etapa de pré-aquecimento e o uso de co-processamento. Para avaliar o desempenho deste processo de produção do clínquer, é frequente o uso da análise exergética, que permite calcular as perdas de calor e as perdas por irreversibilidades do processo. Dessa forma, baseado na análise exergética, o objetivo deste trabalho é realizar uma otimização a fim de se encontrar uma condição operacional ótima para a produção de clínquer. Nesta análise os efeitos do coprocessamento e da pré-calcinação são considerados. Para isso, foi construído um algoritmo capaz de predizer as vazões mássicas e composições das correntes de entrada para uma dada meta de produção de clínquer. Além disso, visto que a análise exergética ainda não apresenta uma metodologia consolidada na literatura, diferentes metodologias foram testadas para tal análise. Os resultados obtidos indicaram que a metodologia mais adequada para análise exergética consiste em considerar a contribuição completa da exergia química e em definir a eficiência exergética como a razão entre a exergia do produto desejado e a exergia fornecida ao processo. Por essa metodologia, a eficiência exergética da condição operacional padrão da unidade de piro-processamento foi de 29,4%. Por meio da otimização definiu-se que o processo ideal opera com o uso exclusivo de coque como combustível convencional e de pneu como combustível alternativo, com 25% de substituição térmica e com um direcionamento de 28% da carga térmica ao forno rotativo e o restante ao calcinador. Para a condição ideal, a eficiência exergética da unidade é de 30,8%. Foi simulado também um cenário com restrição de pneu. Neste caso, foram definidas duas condições ótimas de operação possíveis.