Resposta rápida: As lamas de cinzas volantes e cinzas de fundo desidratam bem numa prensa-filtro porque os sólidos são minerais, incompressíveis e praticamente isentos de matéria orgânica. O senão é a abrasão e os finos: as cinzas volantes são um pó fino rico em sílica que desgasta as bombas de alimentação e o tecido, e a fração mais fina obstrui o tecido a menos que o tecido e o ciclo sejam escolhidos em função dela. As centrais que passam de lagoas de cinzas húmidas para manuseamento a seco utilizam prensas para produzir uma torta empilhável que pode ser depositada em aterro ou vendida.
Por que as usinas termelétricas estão desidratando as cinzas afinal
Durante décadas, as centrais a carvão canalizaram as cinzas para lagoas e deixaram-nas assentar. Isso está a terminar. Nos Estados Unidos, a regra relativa aos resíduos de combustão de carvão, publicada em abril de 2015, estabeleceu requisitos para as bacias de retenção superficiais de cinzas, e as alterações que se seguiram exigiram que as bacias sem revestimento que não cumprem os critérios de águas subterrâneas ou de localização deixassem de receber resíduos e iniciassem o encerramento, com um prazo de 11 de abril de 2021 ao abrigo da regra Part A de 2020. A regra sobre centrais elétricas a vapor de 2024 foi mais longe e estabeleceu uma limitação de descarga zero para a água de transporte de cinzas de fundo e o lixiviado de resíduos de combustão. O resultado é o mesmo em todos os locais onde as regras se tornam mais rigorosas: as cinzas que antes eram bombeadas para uma lagoa têm agora de ser tratadas como um sólido desidratado.
As cinzas volantes são descritas pela EPA dos EUA como um material muito fino e pulverulento, composto principalmente de sílica, arrastado com os gases de combustão e capturado nos precipitadores ou no filtro de mangas. As cinzas de fundo são o material grosseiro e angular, pesado demais para ser arrastado, coletado no fundo do forno. Os dois comportam-se de maneira diferente numa prensa e geralmente são mantidos separados.
De onde vem a lama
- Água de transporte de cinzas de fundo — a água da comporta que transporta as cinzas de fundo do funil da caldeira. Sólidos grossos de sedimentação rápida; a água é reciclada em circuito fechado após a remoção das cinzas.
- Cinzas volantes provenientes de coleta úmida ou dragagem de lagoas — seja de lavadores húmidos e precipitadores húmidos, seja da remediação de antigas lagoas de cinzas, onde as cinzas estiveram submersas durante anos e estão finas e saturadas.
- Fechamento de lagoas de cinzas — os maiores volumes. O sedimento do lago é dragado como uma lama e deve ser desidratado antes de poder ser transportado para um aterro sanitário revestido ou utilizado de forma benéfica.
- Gesso FGD — não cinzas, mas processado pelas mesmas plantas: a lama de sulfato de cálcio da dessulfurização de gases de combustão por via úmida, que filtra facilmente e é frequentemente vendida para fabricantes de placas de gesso.
Como a cinza se comporta em um filtro-prensa
As cinzas são uma alimentação favorável para uma prensa. As partículas são duras, incompressíveis e inertes, pelo que a torta não se compacta numa camada impermeável como acontece com lamas biológicas ou de hidróxido, e as taxas de filtração são elevadas. As cinzas de fundo e o gesso de FGD formam tortas espessas e porosas em ciclos curtos. A humidade da torta de 15–25% é típica para cinzas grossas e gesso, e uma compressão por membrana reduz ainda mais esse valor.
A cinza volante é o caso mais difícil. O tamanho de suas partículas varia de alguns mícrons a cerca de 100 mícrons, com uma cauda de esferas vítreas muito finas e carbono não queimado. Três consequências decorrem disso:
- Cegamento de tecido por finos. A fração mais fina aloja-se na trama. Um tecido de polipropileno monofilamento calandrado resiste melhor a isso, e algumas plantas adicionam cinzas de fundo ou uma pré-camada para abrir o bolo.
- Abrasão. Partículas de sílica e alumina desgastam a bomba de alimentação, as curvas do tubo de alimentação e o tecido no olho de alimentação. Bombas de polpa com extremidades molhadas de metal duro ou revestidas de borracha, ou um bomba de diafragma operada a ar para unidades menores, duram muito mais do que uma bomba centrífuga padrão.
- Assentando na linha de alimentação. A cinza assenta rapidamente. As linhas de alimentação são dimensionadas para a velocidade, a prensa é alimentada a partir de um tanque agitado e a linha é lavada no final de cada ciclo para não entupir.
O carbono não queimado merece menção. As cinzas volantes com alto teor de carbono (provenientes de caldeiras mais antigas ou de queimadores de baixo NOx) filtram mais lentamente e retêm mais água, e podem tornar o bolo inadequado para uso em cimento. Um valor de perda ao fogo no pedido de informação indica-nos qual é o caso.
Dimensionamento da prensa para cinzas
Comece por toneladas secas por dia, como para qualquer lama. Como os bolos de cinzas são densos — densidade aparente na faixa de 1.200–1.600 kg/m³, dependendo do tipo e da umidade —, um determinado volume de câmara contém muito mais sólidos secos do que conteria de lodo, e os tempos de ciclo são curtos. Uma prensa que processaria 5 toneladas de lodo biológico seco por dia processará várias vezes isso em cinzas. O que limita a prensa geralmente é o sistema de alimentação e o manuseio do bolo, não a filtração.
Pontos que moldam a especificação:
- Material da placa. Placas de polipropileno são padrão; elas resistem ao pH alcalino da maioria das suspensões de cinzas. Placas reforçadas são especificadas onde a pressão de alimentação é alta para encurtar os ciclos.
- Pressão de alimentação. Filtros de lama de cinzas filtram rapidamente a pressão moderada; uma alimentação em dois estágios que enche a baixa pressão e termina a alta pressão proporciona o melhor tempo de ciclo e secura da torta.
- Operação automática. A cinza é um fluxo contínuo e de alto volume. A mudança automática de placas, a lavagem do tecido e a descarga da torta sobre uma correia transportadora são a norma; consulte a filtro-prensa de câmaras intervalo.
- Meta de secura do bolo. Para aterro sanitário, um bolo que passe no teste do filtro de tinta e possa ser empilhado é suficiente. Para uso benéfico em cimento ou concreto, os compradores estabelecem um limite máximo de umidade, e um filtro-prensa de membrana é a maneira de atendê-lo de forma consistente.
- Filtrado. O filtrado de cinzas é alcalino e pode conter boro, selênio ou outros oligoelementos; ele retorna ao circuito de água de transporte ou ao tratamento, não sendo descartado.
Filtro-prensa versus as alternativas
| Filtro-prensa | Prensa de correia | Centrífuga | Tubos de geotêxtil | |
|---|---|---|---|---|
| Umidade do bolo, cinzas volantes | Mais baixo | Alto | Moderado | Alto, lento |
| Desgaste em cinzas abrasivas | Tecido e bomba de alimentação apenas | Correia e roletes | Rolo e tigela, caro | Baixo |
| Captura de multas | Alto | Baixo | Moderado | Moderado |
| Pegada | Moderado | Moderado | Pequeno | Muito grande |
| Melhor opção | Sistemas permanentes de manuseio a seco; fechamento de lagoas com uso benéfico | Raramente usado para cinzas | Reformas limitadas por espaço | Fechamento temporário de lagoa com terreno disponível |
O que enviar para uma proposta de desidratação de cinzas
O tipo de cinza (volante, de fundo, sedimento de lagoa, gesso de dessulfuração), toneladas secas por dia, concentração de sólidos na suspensão, distribuição granulométrica se disponível, perda ao fogo, pH, a umidade alvo do bolo e sua razão (aterro ou venda), e como o bolo será movimentado. Uma amostra de um litro da suspensão permite-nos realizar um teste de filtração e orçamentar o tempo de ciclo e a umidade do bolo com base em dados, em vez de suposições.
Relacionado: Filtros-prensa para energia e novas energias, guia de seleção de tecido para filtro-prensa, filtro-prensa vs centrífuga vs prensa de correia.
Perguntas frequentes
As cinzas volantes podem ser desidratadas com uma prensa de filtro?
Sim. A cinza é mineral, incompressível e filtra rapidamente. Os pontos de projeto são bombas de alimentação resistentes à abrasão, um tecido monofilamento calandrado que resiste ao entupimento por finos e um sistema de alimentação que mantém os sólidos de sedimentação rápida em suspensão.
Que teor de umidade do bolo uma prensa-filtro pode atingir nas cinzas?
Normalmente 15–25% para cinzas de fundo e gesso de FGD, um pouco mais alto para cinzas volantes finas com carbono não queimado. Uma prensagem por membrana reduz ainda mais e proporciona umidade consistente para compradores de cimento ou placas de gesso.
Por que a cinza volante é mais difícil de filtrar do que a cinza de fundo?
É muito mais fina, com uma fração de esferas vítreas de alguns mícrons que se alojam no tecido, e pode conter carbono não queimado que retém água. A cinza de fundo é grossa e angular e forma um bolo aberto e de drenagem rápida.
Qual é a diferença entre cinza volante e cinza de fundo?
As cinzas volantes são o pó fino arrastado com os gases de combustão e capturado em precipitadores ou filtros de mangas; as cinzas de fundo são o material grosseiro que cai no fundo da fornalha. Ambos são resíduos da combustão de carvão, mas são manuseados e desidratados separadamente.
O que acontece com o filtrado da prensa de filtro proveniente das cinzas?
Retorna ao circuito de água de transporte de cinzas ou vai para o tratamento de águas residuais da central. É alcalina e pode transportar oligoelementos como boro e selénio, pelo que não é descarregada diretamente.
Um filtro-prensa é adequado para o fechamento de lagoas de cinzas?
Sim, onde as cinzas desidratadas serão aterradas em uma célula com revestimento ou vendidas, e o fechamento dura tempo suficiente para justificar uma instalação permanente. Para fechamentos curtos com terra disponível, às vezes são usados tubos de geotêxtil em vez disso, ao custo de um produto mais úmido.
Envie o tipo de cinza, a tonelagem e a umidade alvo e dimensionaremos a prensa, a bomba de alimentação e o tecido para isso: solicitar uma proposta de desidratação de cinzas.
Referências: US EPA — Eliminação de Resíduos da Combustão de Carvão de Serviços Públicos de Energia Elétrica (regra CCR), US EPA — Noções básicas sobre cinzas de carvão, US EPA — Diretrizes de Efluentes de Usinas Termelétricas a Vapor, Regra Final de 2024.
Este artigo faz parte do nosso guia para industrial filter press applications.