Visão geral do forno de cal em plantas de celulose kraft

FORNO DE CAL
VISÃO GERAL
Luciano Oliveira
lramosoliveira@yahoo.com.br
2013-07

Localização no processo

Ciclo de recuperação kraft
madeira celulose

Introdução
• A produção de celulose utiliza o digestor como um
equipamento-chave para efetuar o cozimento dos
cavacos de madeira.
• Os agentes químicos principais de cozimento no
digestor são o hidróxido de sódio (NaOH) e o
sulfeto de sódio (Na2S), e estes encontram-se na
forma de licor branco.
• Após o cozimento, o NaOH e Na2S são segregados, e
vão para a caldeira de recuperação, a fim de iniciar
o processo de regeneração.

Introdução
• Na saída da caldeira de recuperação, o NaOH e o Na2S a
serem recuperados encontram-se na forma de licor
verde bruto.
• Para se converter licor verde em licor branco, a cal é um
componente essencial. Ela é misturada à água, e então
adicionada ao licor verde, reagindo e transformando-o
em licor branco.
• A cal adicionada não é perdida, pois ela será regenerada
no forno de cal.
• Os caustificadores, juntamente com os equipamentos
da queima da lama, formam o chamado ciclo da lama.

Diagrama básico
Para digestor
Da caldeira de
recuperação

Planta de licor branco e caustificação

Objetivo principal da calcinação
• Regenerar a cal.
CaCO3 -> CaO + CO2
A cal regenerada servirá de químico auxiliar no
processo de regeneração da hidróxido de sódio (NaOH)
e sulfeto de sódio (Na2S).

Zonas do forno de cal
Zona de
secagem
Zona
intermediária
Zona de
resfriamento e
descarga
Zona de
calcinação
(queima)
Zona de secagem Evaporação da água existente na lama
Zona intermediária Aquecimento da água até a temperatura de calcinação
Zona de calcinação Conversão química do carbonato de cálcio. Lama
acima de 760oC.
Zona de resfriamento Resfria a cal para descarga e armazenamento

O Forno de Cal
• Tubo de aço de grandes dimensões, revestido internamente com tijolos
refratários.
• Possuem leve inclinação (de 1,5o - 3o), que facilita o movimento do fluido no
interior do tubo.
• Temperatura interna na zona de queima acima de 1000 oC.
• Velocidades típicas: 0,5 a 2 RPM, com controle de velocidade.
• Possui sistema de emergência para evitar parada do forno quando quente.
• Tempo de retenção do fluido dentro do forno entre 2 a 4 horas.

Combustíveis:
• Óleo
• Gás natural
• Metanol
• Hidrogênio
Ar
• Primário
• secundário
Fluxograma básico da calcinação
Saída de cal
queimada (CaO)
Saída de CO2
Entrada de
carbonato de cálcio
(CaCO3), na forma
de lama de cal.

Partes principais da calcinação
Precipitador
eletrostático
Queimador
Rolos de
apoio
Rolo de escora
Silo de cal
queimada
Transportador de
cal queimada
Descarga
Resfriador
de cal
Zona de entrada
de lama
Secador
de lama
Acionamento
Anel de
rodamento
Forno

Secador de lama e precipitador
eletrostático

Secador de lama
Lama entra sai do
filtro de lama de 20%
a 30% de umidade.
A lama secada a 75 –
80% é conduzida à
alimentação do forno.
Os gases de combustão
aquecidos transportam a
lama úmida para o ciclone,
evaporando parte da
umidade.
Os gases de combustão são
conduzidos para o
precipitador eletrostático.
Fluxo de lama de cal
A pré-secagem da lama aproveita o
calor dos gases de combustão para
reduzir a energia necessária no
processo de queima. Torna o
processo mais eficiente, e o forno
de cal mais curto.

Precipitador eletrostático

Precipitador eletrostático
O material particulado, em
quantidade aproximada de
5-15% da produção do
forno, retorna ao processo.
Os gases que saem do
forno secam a lama, e o
arraste de particulado é
precipitado eletro-
estaticamente, num
precipitador de placas e
martelos.
ID Fan – ventilador de
tiragem. Controla a
produção.
Chaminé

Zona de alimentação de lama
• Chapas helicoidais para
transportar a lama para
dentro do forno.
• Correntes que aumentam a
taxa de transferência de
calor para o leito de cal.
– Em sistemas com pré-
secagem de lama, as
correntes não são
fundamentais, e
normalmente não usadas.

Rolos de apoio e acionamento
• Coroa segmentada.
• O forno nunca poderá parar
aquecido, sob o risco de
danificar o costado.
• Necessário motores de
emergência para acionar o
forno numa falha elétrica,
evitando assim qualquer
dano.

Rolo de escora
• Objetivo principal é servir
como calço mecânico, caso
o forno se mova axialmente
além dos limites.
• O correto funcionamento é
que o forno esteja em
ligeiro contato com o rolo
de escora, sendo que todo o
peso do equipamento seja
distribuído nos rolos de
apoio.

Queimador
• Fonte de calor para
provocar a reação
térmica.
• Possui diversas
configurações,
conforme o combustível
a ser queimado.
Ar primário

Queimador

Queimador
• O comprimento e largura da chama são
fundamentais para a correta operação do processo.
Chamas muito longas causam
queda da eficiência e produção.
Chamas muito pequenas são
muito quentes, e podem causar
danos no refratário, além de lama
excessivamente queimada.
Uma chama adequada tem
comprimento de cerca de 3 vezes o
diâmetro do forno.

Queimador
• A chama nunca deverá tocar o refratário.
• Deve sempre ser direcionada ao leito de cal.

Revestimento refratário
• O forno possui de 2 a 3 tipos de diferentes revestimentos
refratários em suas regiões, composto basicamente de sílica
e alumina, a fim de resistir ataques químicos e alta
temperaturas.
• Adições típicas de alumina:
– Zona de queima: tijolos com 70% de alumina
– Zona intermediária: tijolos com 40% de alumina
– Zona de alimentação: tijolos comuns

Resfriador de cal
• Utiliza o ar secundário
induzido, que é aquecido
pelo contato com a cal
queimada. Isto facilita a
combustão no queimador,
economizando energia.

Descarga de cal
Grelhas Dutos de descarga

Silo de cal queimada
• Armazena a cal recuperada
no forno de cal.
• Recebe do transportador de
cal, e é dosada no slaker
(apagador), de acordo com
a taxa definida pela planta.
• Devido a perdas de
processo, lama virgem tem
que ser usada para
reposição.

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