ARTIGOS

Monitoramento Contínuo de Emissões - Técnica de extração por Diluição ex-situ

A Thermo Scientific é um dos principais fornecedores de instrumentação e sensores para sistemas de CEM. São fornecidos centenas de sistemas de extração com diluição em todo o mundo, e a equipe da Thermo possui um amplo conhecimento das aplicações deste sistema. O uso de um sistema de extração total em caldeiras de recuperação pode se tornar problemático, tornando o sistema de diluição uma escolha muito melhor. As sonda de diluição ex-situ modelos 902C e 2001WHP da Thermo Scientific são específicas para uso em caldeiras de recuperação e os fornos de cal. A diluição e a filtração são realizadas fora da chaminé. 
Um sistema de diluição CEM utiliza uma sonda de diluição para diluir o gás de chaminé, a tal ponto que o ponto de orvalho dos gases diluídos será menor que a menor temperatura ambiente no local de amostragem. Isso evita o uso de linha com traço elétrico, simplifica os sistemas de condicionamento de amostas e simplifica o sistema de transporte de gás.
A sonda PRO2001WHP para medição em base úmida opera em ambientes agressivos e oferece vantagens significativas em relação as sondas de extração total. A baixa vazão requerida pela sonda de diluição atende às exigências da EPA, tal como definido no 40 CFR parte 75 e 40 CFR parte 60 para monitomento contínuo da emissão usando a tecnologia de extração de diluição para medição em base úmida.
 
Abaixo estão listadas algumas vantagens oferecidas pelo uso das sondas de diluição.
 1. Não há a necessidade de umbilical aquecido, sendo assim além de ser mais barato os problemas decorrentes da presença do traço elétrico são eliminados.
2. A sonda de diluição ex-situ contém um robusto transdutor de pressão que compensa as variações de pressão na chaminé.
3. Os componentes de diluição estão localizados fora da chaminé, facilitando o acesso e a manutenção.
4. As sondas de diluição possuem filtros maiores que requerem menos manutenção. 
5. Devido a diluição a amostra se torna inerte, proporcionando aos sistemas componentes mais simples e com menor requerimento de manutenção.
6. Não é necessário sistema de condicionamento de amostras rigoroso. Sistemas de retirada de umidade são dispensados.    
7. Usa como referência o método da EPA para analisadores de alta sensibilidade.
8. Analisadores dos sistemas de diluição têm um maior tempo de atividade devido à amostra ser inerte, se comparado ao sistema de extração total.
9. O umbilical fica mais limpo, requerendo menos manutenção.
Aceitação no Mercado Americano
A Figura 1 mostra uma comparação, feita no ano de 2004, entre as técnicas de aquisição de amostra nas indústrias dos Estados Unidos. Uma análise destes dados revela a grande aceitação pelas indústrias da técnica de extração por diluição no mercado americano nos sistemas de monitoramento contínuo de emissões.
 
 
Estudos Realizados na Área
 
Dr. James Jahnke é um dos principais especialistas na área de monitoramento contínuo de emissões e discute as sondas de diluição da Thermo/STI em seu livro "Continuous Emissions Monitoring" (2000), a baixo está um pequeno trecho do livro:
"Ex-situ dilution probes can be heated relatively easily to maintain a more constant temperature than in some dilution probe applications. In addition, they can resolve droplet and aerosol condensation problems common in scrubber applications. The probe of an out-of-stack system, when sloping into the stack, allows liquid droplets run off into the stack."
Para o acompanhamento de SO2, o sistema de diluição proporciona um melhor desempenho quando comparado a um sistema de extração total. É comum ocorrerem perdas de SO2 decorrente da retirada de umidade no sistema de condicionamento de amostra, provocando erros nos dados obtidos. 
Em um estudo realizado pela RMB Consultoria & Research, Inc., 86,7% de todos os CEMS para SO2 utilizados para reportar a parte 75 nos EUA, usaram a técnica de extração por diluição para a aquisição de amostras.
Além disso, em um documento elaborado em conjunto pela RMB e a Electric Power Research Institute, nota-se que sistemas de diluição out-of-stack podem tolerar uma ampla mudança na temperatura do efluente e que os materiais de construção podem ser classificados para a temperatura mais baixa para facilitar a manutenção.
Em 1991 as companhias termelétricas em operação pela Allegheny Power System´s (APS) contrataram uma empresa de consultoria, a Black & Veatch, para realizar um estudo, a fim de determinar o tipo de sistema CEM que melhor atendesse os requisitos dispostos na Clean Air Act Amendments (CAAA). Abaixo segue o parecer dos responsáveis técnicos com relação à metodologia empregada na retirada da amostra.
 
Sistema In Situ
 
 Uma vantagem do sistema in situ no CEM é que a medição em tempo real é realizada em base úmida sem a necessidade de umbilical (linha que conduz a amostra até o analisador) e sistema de condicionamento de amostra. Porém esse sistema possui desvantagens, por exemplo, o comprimento limitado do percurso permitido para a medição da concentração do gás pode reduzir a precisão, além de que o equipamento é colocado no ambiente agressivo da chaminé. Além disso, equipamentos dispostos "in situ" vêem tendo problemas operacionais e de serviços, e pesquisas com os usuários revelaram um baixo desempenho. A localização na chaminé dificulta o acesso e a manutenção. O acesso ao equipamento é uma consideração de grande importância para se atingir os 95% de "up-time" necessário aos equipamentos. O sistema in sito não foi considerado para uso nas unidades da APS afetadas pela CAAA.
 
Sistema de Extração Total em Base Seca
 
Sistemas de extração estão disponíveis em três variações. O sistema de extração total em base seca atendeu satisfatoriamente as exigências de controle de emissões estipulados pelos novos padrões de desempenho das fontes de emissão da APS. Mas este sistema tem uma desvantagem, a análise é feita em base seca e livre de particulados, utilizando muitas vezes sistemas de condicionamento de amostra muito complexos. Os requisitos da CAAA para emissão de SO2 , em vazão mássica, ditam as correções de umidade a serem feitas para que as medições da concentração volumétrica em base seca mantenham a coerência com as medições do fluxo de gás em base úmida. Tais correções aumentam a complexidade do sistema, reduzindo potencialmente a precisão e confiabilidade. Além disso, esses sistemas têm apresentado problemas de acompanhamento descontrolado das emissões de SO2 em instalações que utilizam carvão com alto teor de enxofre como matriz energética. Por estas razões, além do problema de controle, este sistema não foi escolhido para APS.
 
Sistema de Extração Total em Base Úmida
 
 A primeira vantagem deste sistema é que a amostra é analisada em base úmida e não há a necessidade de um sistema de condicionamento da amostra. As desvantagens incluem a necessidade de analisadores e umbilicais aquecidos para manter a temperatura da amostra bem acima do ponto de orvalho. Esta tecnologia se mostrou habilitada para atender os requerimentos de monitoramento da CAAA. Porém, estudos mostraram que os sistemas de extração úmida tiveram problemas e pouca experiência no monitoramento úmido de algumas áreas. Os resultados nestas áreas foram inconclusivos. Este sistema foi excluído de avaliações futuras.
 
Sistema de Extração com Diluição
 
 Tecnologia CEM relativamente simples e precisa, com grande aceitação das indústrias no momento em que foram realizados os estudos. As desvantagens incluem a necessidade de um sistema para purificar o ar que será utilizado para a diluição, pois este ar deve ser limpo e seco, além das compensações de pressão e temperatura que devem ser realizadas. Uma vantagem do sistema de diluição é que a análise é realizada em base úmida sem a necessidade de analisadores e umbilical aquecidos. Além disso, os analisadores usados para este sistema não são projetados exclusivamente para este tipo de serviço. É um sistema relativamente simples, requerem pouca manutenção para atender a alta demanda de disponibilidade. Baseado em medições em base úmida, alta precisão, intervalo de mudança flexível e sua relativa simplicidade, este sistema se tornou o método de monitoramento contínuo de emissões preferido.
 
Referências
 
Dr. James Jahnke, Ph.D., Continuous Emission Monitoring. P. 62-67, New York, John Wiley & Sons, 2000, ISBN # 0-471-29227-3
Stephen Norfleet and William Roberson, Part 75 CEMS Equipment- What’s Everyone Using?, RMB Consulting, Presented at the May 2003 EPRI Conference, San Diego, CA
J. Ron Jernigan, P.E. DEE and Charles E. Dean, Advances in CEM and Flow Monitoring, Presented at the January 1999 Electric Utilities Environmental Conference, Tucson, AZ
Marlatt, R. D.; Teacher, G. F. Design criteria manual guides CEM project. 1995 acessado em 26 de abril de 2011.
Voltar