Modelagem matematica e simulação de incinerador de residuos perigosos de forno rotativo com pos-combustor em estado estacionario e não estacionario

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

1998

RESUMO

Os fomos rotativos têm tido importantes aplicações em vários processos, especialmente para produção de cimento e incineração de resíduos sólidos perigosos. O Forno rotativo é o tipo de incinerador de resíduos perigosos mais empregado devido a sua capacidade de tratar materiais sólidos com uma ampla faixa de tamanho de partículas e proporcionar uma boa mistura do leito de sólido. Vários trabalhos sobre transferência de calor em fornos rotativos foram publicados com aplicações em engenharia metalúrgica e produção de cimento. Os trabalhos mais importantes foram desenvolvidos por Jenkin and Moles11, Gorog et all 13,14,15 e Silcox e Pershing6. Este último, desenvolveu o modelo mais realístico e constitue o ponto de partida para o presente trabalho. Neste trabalho, desenvolveu-se um modelo matemático para predizer os perfis axiais de temperatura e concentração dentro do forno rotativo e do pós-combustor do incinerador, em estado estacionário e não estacionário. Este modelo difere dos trabalhos anteriores principalmente porque considera a redução do volume do sólido devido à degradação térmica do resíduo, assim como, a combustão em fase gasosa dos compostos voláteis gerados. Além disso, a injeção de resíduo líquido no pós-combustor é permitida. O modelo é unidimensional e considera as trocas radiativas entre zonas imediatamente adjacentes. As correntes de fluxo de massa são divididas em jato ou chama, gás anular e sólido. O forno é dividido axialmente em zonas de iguais comprimentos, onde cada uma das correntes é considerada completamente misturada e caracterizada por uma única temperatura, única composição e única vazão mássica. A combustão dos voláteis oriundos do sólido em fase gasosa é considerada instantânea. A taxa de queima do resíduo é controlada pela transferência de massa dos voláteis a partir do sólido, expressa como taxa de perda de massa do sólido. Dentro de cada zona, o jato ou chama é representado como um cilindro de diâmetro constante e especificado para cada zona. O jato é dividido em três regiões: a região do estabelecimento do jato, a chama e a região pós-chama. Na região de estabelecimento do jato não ocorre combustão ou entrada de gás a partir da região anular. Na região pós-chama não há combustível auxiliar para combustão, mas pode haver a queima de voláteis oriundos do leito de sólido. Na chama, há a entrada de gás proveninente da região anular, cuja taxa é especificada para cada zona. A temperatura da última seção transversal do forno rotativo é calculada e não preestabelecida como nos trabalhos anteriores. As capacidades caloríficas, condutividades térmicas e viscosidades são calculadas levando-se em conta as dependência com a temperatura e a composição. Para resolver as equações de balanço de energia é adotado um procedimento matemático iterativo, e para a simulação numérica é desenvolvido um código FORTRAN. Uma análise de sensibilidade paramétrica é realizada para 21 parâmetros e os efeitos sobre os perfis de temperaturas são analisados, para variações negativas e positivas de 10%. As capacidades caloríficas do gás e do jato resultaram nos maiores efeitos. Devido à enorme variabilidade dos resíduos industriais, é analisada a influência de várias taxas de perda de massa sobre os perfis axiais de temperaturas. O trabalho também inclue a análise dos efeitos das taxa de entrada de gás na chama e da aproximação para a geometria da chama sobre o perfil de temperatura, assim como, um breve estudo sobre a redução do consumo de combustível por duas vias: pré-aquecimento do ar de combustão e enriquecimento com oxigênio

ASSUNTO(S)

incineradores incineração residuos industriais modelos matematicos

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