Avaliação do uso do coque breeze em lugar do carvão como combustível

A utilização do coque trouxe vantagens à usina da Vale, reduzindo o consumo de gás natural. Fase seguinte é realizar testes de longa duração

Com o objetivo de realizar avaliação econômica e operacional do uso de coque breeze no processo, a Vale apresentou o trabalho “Análise operacional do teste de utilização do coque breeze”. O estudo, aplicado na Usina de Pelotização Vargem Grande, foi um dos contemplados pelo 18° Prêmio de Excelência da Indústria Minero-metalúrgica Brasileira da revista Minérios & Minerales.

O teste industrial de utilização operacional do coque breeze como combustível sólido foi realizado em 2 etapas, compreendendo 2 períodos entre os dias 14/11 e 19/11/14 e 28/01 a 31/01/15. Segundo os autores, esta interrupção foi necessária, pois a elevada umidade do coque breeze levou à queda da taxa de produção e do rendimento operacional da moagem de insumos. Consequentemente, restringiu a taxa de produção da usina pelo baixo estoque de mix. A 2ª etapa foi realizada quando o material atingiu umidade adequada. Ao todo, foram consumidos 3.183 t de coque breeze.

Em siderúrgicas, a fim de garantir o bom desempenho do AF, o coque produzido nas coquerias geralmente apresenta teor de matéria volátil inferior a 2%, teores de cinza de no máximo 11,5% e por consequência teores de carbono fixo acima de 85%. Como era de se esperar, o antracito (carvão mineral rico em carbono) apresentou granulometria mais grossa que o coque breeze, pois o coque já é adquirido do fornecedor numa granulometria mais fina.

A análise macroscópica das pelotas com coque breeze mostrou que ambas possuem características similares. Por outro lado, a proporção de pelotas com trincas finas diminuiu enquanto que a quantidade de pelotas com trinca grossa aumentou em comparação com uma pelota AF40 referência.

A proporção de fragmentos na pelota com coque breeze também é menor se comparada com a pelota AF40 referência. Para os períodos analisados o uso do coque breeze, levou em média, a maiores resultados de compressão, abrasão e finos, o que era esperado pelo perfil de combustão do coque breeze mais favorável.

De acordo com os autores do projeto, com a utilização do coque breeze foi alcançada uma dosagem média de 1,17% de carbono fixo. Com antracito, a dosagem de carbono fixo é menor pelo impacto na compressão. No período analisado, a taxa de alimentação da grelha média com coque foi pouco maior que antracito.

No período analisado, o PPC do pellet feed prensado foi considerado similar para efeito de comparação entre coque breeze e antracito. Além disso, uma redução do consumo de gás foi observada com uso do coque como resultado da elevação da dosagem de combustível sólido e conversão de parte da sobra de qualidade em economia de gás. Nas amostras de coque analisadas no laboratório de VGR o poder calorífico médio foi similar ao do antracito e com grande variação entre as amostras realizadas.

Mesmo com a queda da taxa de alimentação, a moagem de insumos é capaz de atender a demanda de mix (coque breeze/calcário) para 7Mta de produção apenas com o Moinho MO-03, se for utilizado a proporção percentual de coque breeze/calcário em 50/50 (isto considerando um rendimento operacional de 85%). Caso seja operado com a proporção coque breeze/calcário em 40/60, isto implica em complementar a quantidade necessária de mix operando com o Moinho MO-04.

Caso necessário, o Moinho MO-04 tem disponibilidade para moer mix, porém com redução da taxa de alimentação que fica em torno de 33 t/h, por limitação do sistema de transporte. Ainda assim, a moagem de insumos é capaz de atender a produção de 7Mta pois atualmente a capacidade ociosa dos moinhos é alta. Se for considerado somente os dados com a produção nominal da planta (produção horária líquida >= 1000t/h) existe um potencial para redução do consumo de gás natural para valores próximos de 10,8 Nm3/t).

Resultados

Pelas análises efetuadas, o coque breeze apresenta-se contaminado com antracito e/ou carvão betuminoso, o que pode ter impacto negativo na avaliação do uso de coque breeze.

om o objetivo de realizar avaliação econômica e operacional do uso de coque breeze no processo, a Vale apresentou o trabalho “Análise operacional do teste de utilização do coque breeze”. O estudo, aplicado na Usina de Pelotização Vargem Grande, foi um dos contemplados pelo 18° Prêmio de Excelência da Indústria Minero-metalúrgica Brasileira da revista Minérios & Minerales.

O teste industrial de utilização operacional do coque breeze como combustível sólido foi realizado em 2 etapas, compreendendo 2 períodos entre os dias 14/11 e 19/11/14 e 28/01 a 31/01/15. Segundo os autores, esta interrupção foi necessária, pois a elevada umidade do coque breeze levou à queda da taxa de produção e do rendimento operacional da moagem de insumos. Consequentemente, restringiu a taxa de produção da usina pelo baixo estoque de mix. A 2ª etapa foi realizada quando o material atingiu umidade adequada. Ao todo, foram consumidos 3.183 t de coque breeze.

Em siderúrgicas, a fim de garantir o bom desempenho do AF, o coque produzido nas coquerias geralmente apresenta teor de matéria volátil inferior a 2%, teores de cinza de no máximo 11,5% e por consequência teores de carbono fixo acima de 85%. Como era de se esperar, o antracito (carvão mineral rico em carbono) apresentou granulometria mais grossa que o coque breeze, pois o coque já é adquirido do fornecedor numa granulometria mais fina.

A análise macroscópica das pelotas com coque breeze mostrou que ambas possuem características similares. Por outro lado, a proporção de pelotas com trincas finas diminuiu enquanto que a quantidade de pelotas com trinca grossa aumentou em comparação com uma pelota AF40 referência.

A proporção de fragmentos na pelota com coque breeze também é menor se comparada com a pelota AF40 referência. Para os períodos analisados o uso do coque breeze, levou em média, a maiores resultados de compressão, abrasão e finos, o que era esperado pelo perfil de combustão do coque breeze mais favorável.

De acordo com os autores do projeto, com a utilização do coque breeze foi alcançada uma dosagem média de 1,17% de carbono fixo. Com antracito, a dosagem de carbono fixo é menor pelo impacto na compressão. No período analisado, a taxa de alimentação da grelha média com coque foi pouco maior que antracito.

No período analisado, o PPC do pellet feed prensado foi considerado similar para efeito de comparação entre coque breeze e antracito. Além disso, uma redução do consumo de gás foi observada com uso do coque como resultado da elevação da dosagem de combustível sólido e conversão de parte da sobra de qualidade em economia de gás. Nas amostras de coque analisadas no laboratório de VGR o poder calorífico médio foi similar ao do antracito e com grande variação entre as amostras realizadas.

Mesmo com a queda da taxa de alimentação, a moagem de insumos é capaz de atender a demanda de mix (coque breeze/calcário) para 7Mta de produção apenas com o Moinho MO-03, se for utilizado a proporção percentual de coque breeze/calcário em 50/50 (isto considerando um rendimento operacional de 85%). Caso seja operado com a proporção coque breeze/calcário em 40/60, isto implica em complementar a quantidade necessária de mix operando com o Moinho MO-04.

Caso necessário, o Moinho MO-04 tem disponibilidade para moer mix, porém com redução da taxa de alimentação que fica em torno de 33 t/h, por limitação do sistema de transporte. Ainda assim, a moagem de insumos é capaz de atender a produção de 7Mta pois atualmente a capacidade ociosa dos moinhos é alta. Se for considerado somente os dados com a produção nominal da planta (produção horária líquida >= 1000t/h) existe um potencial para redução do consumo de gás natural para valores próximos de 10,8 Nm3/t).

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Resultados

Pelas análises efetuadas, o coque breeze apresenta-se contaminado com antracito e/ou carvão betuminoso, o que pode ter impacto negativo na avaliação do uso de coque breeze.

• Foi observado industrialmente um ganho médio nos resultados de compressão de 20 daN.

• Foi possível elevar dosagem de carbono fixo até 1,25% sem prejuízo para qualidade com produção alta e PPC em torno de 2,3 a 2,4%.

• Avaliação econômica (redução consumo de gás versus custo adicional do coque breeze) mostrou-se positiva quando se avalia resultados obtidos com a dosagem de carbono fixo acima de 1,2%.

• Seria ideal obter dados de produção elevada com PPC elevado para uma avaliação mais adequado dos ganhos nesta condição de processo.

• Apesar da queda de produtividade, a moagem de insumos é capaz de manter quantidade de insumos necessário para produção da usina na capacidade nominal. A elevada umidade do coque causou queda do rendimento operacional da moagem de insumos.

• Existe viabilidade técnico-econômica neste teste suficiente para a realização de um novo lote experimental com maior duração para explorar todo o potencial de ganho da utilização do coque breeze nos parâmetros de qualidade e consumo.

• Sugere-se que a especificação de compra do coque breeze seja mais rígida, principalmente em termos de teor de voláteis, carbono fixo e umidade.

Conheça os autores do projeto

Camila Luzia Lira Duarte, engenheira química, bacharel, engenheira de processo, Departamento de Pelotização da Vale em Nova Lima (MG)

Frederico Mayerhofer, engenheiro metalurgista, bacharel, gerente de Processo, Departamento de Pelotização da Vale em Vitória (ES)

Gleison Vinicius Ricardo, técnico em mineração, técnico em Controle de Processo, Departamento de Pelotização da Vale em Nova Lima (MG)

Luis Torres Dantas, engenheiro metalurgista, bacharel, engenheiro de processo, Departamento de Pelotização da Vale em Nova Lima (MG)

Marcos Barros, engenheiro de minas, bacharel, engenheiro de processo, Departamento de Pelotização da Vale em Nova Lima (MG)

Silvio Maranha, engenheiro metalurgista, bacharel, engenheiro master, Marketing e Vendas de Minério de Ferro da Vale em Nova Lima (MG)

Tiago Gonçalves da Silva, técnico em metalurgia, técnico em Controle de Processo, Departamento de Pelotização da Vale em Nova Lima (MG)

Leia na íntegra o trabalho “Análise operacional do teste de utilização do coque breeze”.

Fonte: Revista Minérios & Minerales

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