≈ 50 % umidade · PCI 7,2–7,5 MJ/kg
Bagaço como queimado
Indústrias · Açúcar e etanol
Caldeira de bagaço de cana: controle de emissões para o setor sucroenergético
Uma caldeira de bagaço de cana queima combustível com ~50 % de umidade e PCI de 7,2–7,5 MJ/kg, opera em safra de 120–200 dias e lança carga bruta de particulado da ordem de 6.000 mg/Nm³ @ 6 % O₂ seco, dominada por char. O trem recomendado — Electrocyclone mais ESP — leva essa carga a 24 mg/Nm³ na base de projeto publicada, cálculo ilustrativo, não garantia.
6.000 mg/Nm³ @ 6 % O₂ seco
Particulado bruto na entrada do trem (base de projeto)
24 mg/Nm³ · total 99,60 %
Saída do trem Electrocyclone + ESP (base de projeto)
120–200 dias
Duração típica da safra
01 — O serviço
Por que a emissão de uma caldeira de bagaço de cana é uma disciplina própria
Metade do combustível é água, metade da cinza volante é carbono não queimado, e a planta opera de quatro a sete meses por ano.
O bagaço chega à frente da caldeira essencialmente como sai da última moenda ou do difusor: em torno de 50 % de umidade, PCI de 7,2–7,5 MJ/kg — cerca de um terço do poder calorífico de um carvão betuminoso. Para liberar o mesmo calor, uma caldeira de bagaço de cana movimenta muito mais massa de combustível e muito mais gás por MW do que uma unidade a carvão, e o combustível fibroso queima parcialmente em suspensão. A consequência na saída da caldeira é uma carga bruta de particulado de vários g/Nm³ — a base de projeto da Arrow para uma unidade de 60 t/h usa 6.000 mg/Nm³ @ 6 % O₂ seco — dominada não por cinza mineral, mas por char: o próprio bagaço tem pouca cinza (2–4 %), porém a perda ao fogo na cinza volante corre tipicamente entre 30 e 60 %, porque fibra parcialmente queimada é arrancada da fornalha antes de completar a combustão.
A segunda característica definidora é a campanha. Uma usina mói por 120–200 dias e para na entressafra. Cada partida arrasta o trem de coleta pelos pontos de orvalho de ácido e de água; cada parada deixa cinza higroscópica nas moegas durante meses de ar úmido. Equipamento que tolera ciclagem — e pode ser inspecionado e revisado em uma janela anual previsível — dura mais que equipamento otimizado apenas para regime permanente. Esta página apresenta as propriedades do combustível e da cinza, o trem recomendado em dois estágios e as realidades de retrofit do setor sucroenergético; o hub de indústrias coloca o açúcar ao lado dos demais combustíveis e processos atendidos pela Arrow.
02 — Cinza & gás
Cinza de bagaço e gás de combustão: os números que dimensionam o trem
Uma poeira bimodal, rica em char e abrasiva, em um gás úmido e amigo do ESP.
| Propriedade | Valor típico | Consequência de projeto |
|---|---|---|
| Umidade do combustível, como queimado | ≈ 50 % | Grande volume de gás por MW; gás úmido no coletor |
| PCI do combustível | 7,2–7,5 MJ/kg | Grande fluxo de massa de combustível e cinza por unidade de vapor |
| Teor de cinza do combustível | 2–4 % | Pouca cinza mineral; a cinza volante é majoritariamente char |
| Perda ao fogo na cinza volante | 30–60 % | Risco de brasas; debate da reinjeção (abaixo) |
| Distribuição granulométrica | Bimodal — char fibroso grosso ≥ 100 µm mais cinza fina; d₅₀ de 21 µm na entrada do ESP, na base de projeto | Pré-coletor toma a moda grossa; ESP dimensionado para a fina |
| Sílica na cinza | Alta (origem no solo da lavoura), abrasiva | Sobrespessura de desgaste em curvas, tubos e gargantas de moega |
| Resistividade da cinza volante | ≈ 10⁸–10¹¹ Ω·cm | Dentro da janela favorável do ESP; sem condicionamento |
| Umidade do gás de combustão | ≥ 20 % em volume | Condicionamento natural de resistividade; atenção ao orvalho na partida |
| Temperatura do gás no coletor | 150–180 °C (ponto de projeto) | Abaixo do teto de 200 °C do ESP seco, com margem |
Duas linhas merecem ênfase. A linha da resistividade é o motivo de o bagaço ser um dos combustíveis mais favoráveis ao ESP na família da biomassa: o gás úmido mantém um filme condutor de umidade sobre a cinza, e o precipitador eletrostático opera com potência de corona saudável, sem as patologias de corona reversa das poeiras secas de alta resistividade. A linha da perda ao fogo é o motivo de o trem não poder ser um filtro manga por padrão: uma cinza com 30–60 % de carbono inclui brasas incandescentes, e char em brasa pousando sobre meio filtrante é um risco de incêndio que equipamento de placas e moegas simplesmente não compartilha — o caso geral está na página de caldeira de biomassa.
A fuligem coletada deve ser reinjetada na fornalha?
A reinjeção devolve o calor do char não queimado — da ordem de 1 ponto percentual de eficiência da caldeira com perda ao fogo de 30–60 % — mas a recirculação de finos pode praticamente dobrar a carga de poeira que o trem de coleta precisa tratar. É uma troca legítima, desde que o coletor seja dimensionado para a carga reinjetada e o fluxo reinjetado venha da fração grossa e rica em carbono do primeiro estágio, não da cinza fina do ESP.
Um trem em dois estágios torna o debate tratável, porque separa a cinza. A moega do pré-coletor guarda a fração grossa e de alto carbono — a única que vale a pena queimar de novo — enquanto as moegas do ESP guardam cinza fina de baixo valor, destinada a disposição ou uso agrícola. Reinjetar tudo, a partir de um coletor único, manda finos incombustíveis girando no circuito repetidamente e paga duas vezes pelo privilégio: mais carga de poeira e mais erosão.
03 — O trem
Trem recomendado: Electrocyclone + ESP, dois estágios
A base de projeto trabalhada para exatamente este serviço.
BASE DE PROJETO — CÁLCULO ILUSTRATIVO, NÃO É GARANTIA · todas as concentrações @ 6 % O₂ seco
- Caldeira
- 60 t/h, a bagaço
- Particulado bruto na entrada do trem
- 6.000 mg/Nm³
- Electrocyclone, primeiro estágio, 88 %
- 720 mg/Nm³ na entrada do ESP
- ESP de quatro campos, 96,67 % sobre a carga restante
- 24 mg/Nm³ na chaminé · total do trem 99,60 %
- Um campo do ESP fora de serviço (n−1)
- 57 mg/Nm³
- ESP para este serviço
- SCA 75,7 s/m · 3.888 m² de área coletora · d₅₀ de 21 µm na entrada · 177 kW absorvidos
O raciocínio por trás da divisão: a cinza de bagaço é bimodal, então cada moda recebe o coletor que lhe serve. O Electrocyclone — separação ciclônica com reforço eletrostático, para serviço até 400 °C — remove o char fibroso grosso e a maior parte da faixa média de 5–20 µm a 88 % na base de projeto, apagando brasas e retirando a fração abrasiva rica em sílica no ponto mais tolerante a desgaste do trem. O precipitador eletrostático então trabalha sobre 720 mg/Nm³ de cinza fina, em vez de 6.000 mg/Nm³ de tudo misturado. Como a área coletora exigida escala com [ln(1/P)]² por Matts-Öhnfeldt, relaxar a eficiência exigida do ESP de 99,60 % para 96,67 % corta sua área coletora específica em cerca de 60 % — a diferença entre uma unidade compacta de quatro campos a 75,7 s/m e uma máquina de cinco ou seis campos, com o capital, o comprimento de implantação e a potência absorvida que a acompanham.
A linha n−1 importa para uma planta de campanha: a 57 mg/Nm³ com um campo fora, a usina segue moendo através de uma falha de campo e repara na parada seguinte — sem parada de moagem em plena safra para ficar sob um limite nas dezenas de mg/Nm³.
Sobre o marco regulatório brasileiro: os limites de material particulado para caldeiras a derivados de cana derivam das Resoluções CONAMA 382/2006 (fontes novas, licenciadas a partir de 2 de janeiro de 2007) e 436/2011 (fontes existentes), e o licenciamento estadual — IBAMA nos casos federais, órgãos estaduais na grande maioria — pode impor condicionantes mais restritivas na licença de operação. Limite aplicável à sua unidade: CONFIRMAR: limite vigente de MP para a unidade, em mg/Nm³ com O₂ de referência, conforme a licença de operação. Como esse sistema funciona — e como ler a base declarada na sua licença — está explicado em limites de emissão atmosférica no Brasil.
04 — Cogeração
Operação de safra e a aritmética da exportação de excedente
Controle de emissões como habilitador do caso de negócio do bagaço excedente.
O bagaço é aproximadamente 30 % da massa da cana: uma usina moendo 200 t/h de cana levanta cerca de 60 t/h de bagaço — exatamente a caldeira da base de projeto. A 7,2–7,5 MJ/kg, isso é da ordem de 120–125 MW de calor de combustível; um ciclo moderno de cogeração de alta pressão converte o excedente além da demanda de vapor da usina em energia exportada à rede. Cada medida de eficiência que estica o bagaço — retrofit de economizador valendo +3,1–4,0 pontos percentuais, ajuste de excesso de ar para λ ≈ 1,15 valendo mais +0,7–0,8 em unidades operando com ar alto — converte-se diretamente em bagaço vendável ou kWh vendável. O trem de controle de emissões é o que permite à caldeira que o queima manter sua licença de operação enquanto isso, e sua própria potência absorvida (177 kW para o ESP da base de projeto, 120–140 kW para um Electrocyclone) é carga parasita subtraída da exportação — mais um motivo para o trem em dois estágios, que minimiza a área coletora total, merecer o lugar.
O que a operação liga-desliga de safra faz com um ESP?
Cada partida arrasta a carcaça pelos pontos de orvalho de água e de ácido com o gás no seu estado mais úmido, condensando umidade sobre placas e isoladores frios; cada safra de 120–200 dias termina com cinza higroscópica e carregada de char parada nas moegas por meses. As contramedidas são procedimentais e baratas: aquecedores de moega e ar de selagem de isoladores energizados antes do acendimento, moegas completamente esvaziadas na parada e internos inspecionados na janela de entressafra.
A entressafra é a vantagem estrutural do setor: uma parada anual garantida, de semanas. A Arrow programa para ela as verificações de alinhamento de eletrodos, a revisão do sistema de batimento e os testes de transformador-retificador — o escopo detalhado em modernização de precipitador eletrostático — de modo que o trem entre em cada safra com contagem plena de campos, e a margem n−1 acima fique reservada para falhas genuínas em vez de gasta com manutenção adiada.
05 — Realidade de retrofit
Substituindo lavadores úmidos: o argumento da água e do efluente
A maioria dos retrofits em bagaço parte de um lavador existente, não de um terreno vazio.
Uma parcela grande do parque instalado ainda opera lavadores de gases, instalados numa era de limites nas centenas de mg/Nm³. Três pressões estão aposentando-os. Primeira, desempenho: sobre char fino, um lavador luta abaixo de cerca de 100–150 mg/Nm³ sem perdas de carga de venturi que castigam a potência de ventilador, enquanto as licenças caminham para as dezenas de mg/Nm³. Segunda, água: reposição contínua num setor em que outorga de água e lançamento de efluente são, cada vez mais, a restrição que trava a expansão da usina. Terceira, o próprio efluente — uma lama de cinza que exige clarificação, manejo e disposição de lodo, tudo isso desaparecendo quando a coleta passa a seco.
O padrão de retrofit que a Arrow aplica é o trem em dois estágios dentro do envelope de área do lavador: o Electrocyclone precisa de apenas 60–65 % da área de um ESP de mesmo serviço, o que frequentemente é o que faz a conversão a seco caber num layout de casa de caldeiras congestionado. Onde já existe um multiciclone em condições de serviço, a lógica de estágios continua valendo — o Electrocyclone o substitui ou o segue como primeiro estágio, e o ESP é dimensionado contra a carga pré-coletada. O manuseio de cinza converte de lama para transporte a seco ao mesmo tempo — e normalmente é aí que o caso de custo operacional fecha.
As classes de referência anonimizadas da Arrow neste serviço incluem uma usina de açúcar na Tailândia com caldeira de 170 t/h a bagaço e uma usina de açúcar de 230 t/h na Colômbia; resumos comparáveis, declarados sem nomes de clientes, estão reunidos em referências de projetos. Valores garantidos são declarados por projeto, após a avaliação técnica, em base explícita — mg/Nm³, O₂ de referência, gás seco ou úmido e faixa de carga.
FAQ
Perguntas de engenharia, respondidas
Qual o melhor sistema de despoeiramento para caldeira de bagaço de cana?
A coleta em dois estágios: um pré-coletor Electrocyclone removendo 85–95 % da carga — inclusive o char grosso e as brasas — seguido de precipitador eletrostático para a fração fina. Na base de projeto publicada, uma caldeira de 60 t/h vai de 6.000 para 24 mg/Nm³ @ 6 % O₂ seco, com 99,60 % de eficiência total (cálculo ilustrativo, não garantia).
O precipitador eletrostático funciona bem com cinza de bagaço?
Sim — o bagaço é um dos combustíveis mais favoráveis ao ESP. O gás com 20 % ou mais de umidade em volume mantém a resistividade da cinza em torno de 10⁸–10¹¹ Ω·cm, dentro da janela favorável, com boa potência de corona e ponto de projeto de 150–180 °C. O desafio real é o char: perda ao fogo de 30–60 %, resolvida com pré-coletor.
Vale a pena reinjetar a fuligem coletada na fornalha?
É uma troca legítima: a reinjeção recupera o calor do char não queimado — da ordem de 1 ponto percentual de eficiência com perda ao fogo de 30–60 % — mas pode praticamente dobrar a carga de poeira no trem de coleta. Funciona quando o coletor é dimensionado para essa carga e apenas a fração grossa e rica em carbono do primeiro estágio é reinjetada.
Qual o limite de emissão para caldeira a bagaço no Brasil?
O marco são as Resoluções CONAMA 382/2006 e 436/2011, com limites específicos para geração de calor por derivados de cana, e o licenciamento estadual pode ser mais restritivo — o valor aplicável à sua unidade está na licença de operação, com o O₂ de referência declarado. Os valores vigentes devem ser confirmados por unidade antes de qualquer dimensionamento.
Dá para substituir o lavador de gases por sistema seco na mesma área?
Frequentemente sim: o Electrocyclone ocupa 60–65 % da área de um ESP de mesmo serviço, o que costuma fazer a conversão a seco caber no envelope do lavador existente. A usina elimina a água de reposição contínua e o efluente de lama de cinza, e o manuseio passa a seco — normalmente é aí que o caso de custo operacional fecha.
O que a operação de safra faz com um ESP?
Cada partida arrasta a carcaça pelos pontos de orvalho de água e ácido com o gás no seu estado mais úmido; cada fim de safra deixa cinza higroscópica nas moegas por meses. As contramedidas custam pouco: aquecedores de moega e ar de selagem de isoladores ligados antes do acendimento, moegas esvaziadas na parada e inspeção na entressafra.
Envie os dados da sua planta
Combustível, capacidade da caldeira, vazão de gases, emissão atual e o limite a atender. Um engenheiro da Arrow responde com uma base de avaliação técnica — não com um folheto.