Emissão de Poluentes - Máquinas Térmicas
A poluição atmosférica é a principal decorrência ambiental do uso de combustíveis, embora outras formas de poluição possam também estar presentes. Por exemplo, o emprego de carvão mineral leva à geração de efluente sólido (cinzas). Ou ainda, o uso de um sistema de limpeza dos gases de combustão em via úmida leva à geração de efluente líquido.
Nos gases efluentes de processos industriais de combustão, encontram-se vários constituintes poluentes, sendo os óxidos de nitrogênio (NOx – NO, NO2), o material particulado (MP – orgânico, inorgânico) e os compostos de enxofre (SOx – SO2, SO3, H2SO4) os mais preocupantes.
Além disso, o NOx participa de complexas reações fotoquímicas que levam à formação do chamado "smog" ("smoke" + "fog") – atmosfera negro-amarronzada constituída de substâncias de forte ação oxidante, como o ozônio (O3), por exemplo.
Na literatura especializada se encontra, em geral, a seguinte definição para "smog": "atmosfera resultante da exposição à luz do sol de alguns compostos orgânicos voláteis na presença de NOx".
Os padrões de qualidade do ar determinam os valores limites legais para as concentrações de poluentes no meio ambiente, sempre medidas num certo período. Em cada país, a legislação sobre a poluição do ar estabelece tais limites. Padrões nacionais de qualidade do ar
Os óxidos de nitrogênio formados durante processos convencionais de combustão são basicamente o NO e, em escala bem menor, o NO2. Em processos muito particulares, outros óxidos podem estar presentes como, por exemplo, o N2O, formado na combustão em leito fluidizado.
O NO se forma no processo de combustão pela reação do nitrogênio do ar com oxigênio. As principais reações que governam a formação de NO térmico, durante a combustão de misturas ar-combustível, são dadas pelas equações de Zeldovich:
A velocidade do processo de formação é determinada pela reação direta (primeira equação, acima), que se torna importante somente em condições de alta temperatura. A formação do NO térmico numa câmara de combustão, ocorre principalmente em regiões de temperatura acima de 1800K.
Teores de O2 mais altos na câmara contribuem pouco para o acréscimo na formação do NO térmico.
Os gráficos mostram genericamente a influência dos parâmetros temperatura e teor de O2 na formação do NO térmico.
O NO se forma no processo de combustão pela reação do nitrogênio do combustível com oxigênio. Os compostos orgânicos de nitrogênio sofrem decomposição térmica na câmara de combustão, resultando em compostos como NH3, HCN, CN, NH.
Tais compostos participam de reações competitivas de oxidação e de formação de nitrogênio molecular. Portanto, a formação do NO combustível tende a ser maior nas regiões da câmara onde o teor de O2 for mais alto.
A combustão de óleos com maior teor de nitrogênio tende a formar mais NO. Os gráficos mostram genericamente a influência dos teores de O2 dos gases e de nitrogênio do combustível na formação do NO combustível.
O NO se forma pela reação do nitrogênio do ar com radicais hidrocarbônicos (CH2, CH) formados no processo de combustão. Em processos convencionais, que operam com quantidade de ar acima da estequiométrica, a formação de NO ativo não é significativa.
As técnicas para controle das emissões de NOx em processos de combustão industrial se dividem em dois grupos:
As primeiras, em geral, são mais atraentes do ponto de vista econômico. A formação de NOx no processo pode ser reduzida, basicamente, por:
• alterações nas variáveis operacionais do processo de combustão, como; redução do excesso de ar,
O estagiamento do ar de combustão é feito em geral através da substituição, ou modificação, do queimador convencional por outro especialmente projetado para o fornecimento de ar primário, secundário e, às vezes, terciário ao processo, de forma a se obter chamas constituídas de regiões com diferentes estequiometrias.