Análise Térmica e Ambiental da Queima do Lodo Primário da Fabricação de Papel e Celulose em

216 Pages·2006·3.36 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Análise Térmica e Ambiental da Queima do
Lodo Primário da Fabricação de Papel e
Celulose em Caldeira de Biomassa à Grelha.

Autor: Julio Cezar Ferreira Macedo
Orientador: Prof. Dr. Rogério José da Silva

Itajubá, Julho de 2006
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Análise Térmica e Ambiental da Queima do
Lodo Primário da Fabricação de Papel e
Celulose em Caldeira de Biomassa à Grelha.

Autor: Julio Cezar Ferreira Macedo
Orientador: Prof. Dr. Rogério José da Silva

Curso: Mestrado em Engenharia Mecânica
Área de Concentração: Conversão de Energia

Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica como
parte dos requisitos para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Mecânica.

Itajubá, Julho de 2006
M.G. – Brasil
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Análise Térmica e Ambiental da Queima do
Lodo Primário da Fabricação de Papel e
Celulose em Caldeira de Biomassa à Grelha.

Autor: Julio Cezar Ferreira Macedo
Orientador: Prof. Dr. Rogério José da Silva

Composição da Banca Examinadora:
Profº Dr. Marcelo Rodrigues de Holanda – EEL - USP
Profº Dr. Genésio José Menon - UNIFEI
Profº Dr. Rogério José da Silva - UNIFEI
Dedicatória
À minha esposa Patrícia
e a minha filha
Ana Carolina.
Agradecimentos
Ao meu Orientador, Prof. Dr. Rogério José da Silva, por todo o auxílio e apoio, para
iniciar, desenvolver e terminar este trabalho, sendo vital em todos estes processos.
A todos os professores do Instituto de Engenharia Mecânica da UNIFEI, quais
forneceram subsídios tecnológicos para entender os fenômenos ocorridos no dia-a-dia dentro
de minha profissão.
Aos amigos do curso de pós-graduação e funcionários da UNIFEI, por sua hospitalidade
e atenção nos momentos mais difíceis, e em especial ao grande amigo Milton Roberto de
Mattos Carreiro, que foi o protagonista da minha entrada neste curso e uma base sólida de
ajuda ao longo do mesmo.
Aos meus familiares, principalmente nas figuras de minha esposa Patrícia de Cássia
Barba Macedo, minha filha Ana Carolina Barba Macedo e minha mãe Maria Fernandina
Ferreira Macedo, por estarem ao meu lado quando mais precisei.
A Suzano Papel e Celulose pelo apoio dado ao projeto, bem como a liberação dos dados
da caldeira de biomassa para utilização no trabalho, o auxílio técnico e o incentivo oferecido
pelos companheiros de trabalho.
A maior herança de um homem é o conhecimento que este adquire.
Resumo
MACEDO, J. C. F. (2006), Análise Térmica e Ambiental da Queima do Lodo Primário da
Fabricação de Papel e Celulose em Caldeira de Biomassa à Grelha, Itajubá, 196p.
Dissertação (Mestrado em Conservação de Energia) - Instituto de Engenharia Mecânica,
Universidade Federal de Itajubá.
A falta de espaço físico para dispor os resíduos gerados pelo processo é um dos grandes
problemas da indústria de papel e celulose no Brasil e no mundo. O lodo primário da estação
de tratamento de efluentes é um resíduo derivado dos processos de polpação e branqueamento
das fibras celulósicas e dos processos de refino e formação da folha de papel, que é
depositado em aterros sanitários. A quantidade de resíduos gerados, cerca de 2 % de toda
produção de papel e celulose, é detalhada através dos processos de fabricação de papel e
celulose. Além disso, é feita uma comparação das características das indústrias papeleira
brasileira e mundial, bem como a legislação sobre resíduos vigente no Brasil. Esta dissertação
apresenta um estudo térmico e a análise de emissões para a queima do lodo primário da
estação de tratamento de efluentes da fabricação de papel e celulose diretamente em uma
caldeira de biomassa à grelha, além de mostrar outras tecnologias para queima de resíduo e
controle de emissões de poluentes. Através do estudo térmico e da coleta de dados reais de
trabalho da caldeira, se obtém dados de eficiência para operação real da caldeira, e uma
projeção para queima do resíduo em vários cenários de queima. O trabalho desenvolve um
estudo de caso para a caldeira de biomassa da indústria Suzano Papel e Celulose

Palavras-chave
Papel e Celulose, Lodo Primário, Emissões de Poluentes, Resíduos Industriais, Caldeira
de Biomassa, Combustão.
Abstract
MACEDO, J. C. F. (2006), Thermal and Environmental Analysis of the Pulp and Paper
Sludge Fired in Rotative Grate Boiler, Itajubá, 196p. MSc. Dissertation - Instituto de
Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Itajubá.
The lack of ground that is used like landfill where the wastes are deposited, it’s a great
problem in the pulp and paper mills in Brazil and in the world. Primary sludge is a waste
produced in the pulping and bleaching processes and the processes of formation of paper’s
sheet, nowadays these wastes are deposited in the landfills. The description of the processes
and the quantity of the mills in Brazil show the dimension of the problem, about 2,0% of the
pulp and paper are lost like the primary sludge, the fired in biomass boiler abides by the law
of the thermal treatment to sludge in Brazil. This work shows the thermal analysis, besides the
analysis of emissions of this waste fired in a grate boiler, it present the news technologies to
burn the biomass and the control of pollutants emissions. The thermal analysis and the real
parameters of operation get the dates of efficiency of the boiler. It introduces the case of the
Suzano Papel e Celulose.

Keywords
Paper and pulp sludge, Flame Adiabatic temperature, Grate Boiler, Gaseous Emissions.
ix
Sumário
DEDICATÓRIA___________________________________________________________IV
AGRADECIMENTOS_______________________________________________________V
RESUMO________________________________________________________________ VII
ABSTRACT ____________________________________________________________ VIII
SUMÁRIO________________________________________________________________IX
LISTA DE FIGURAS______________________________________________________XIV
LISTA DE TABELAS _____________________________________________________ XV
LISTA DE GRÁFICOS___________________________________________________XVII
SIMBOLOGIA_________________________________________________________XVIII
LETRAS LATINAS_____________________________________________________XVIII
LETRAS GREGAS _______________________________________________________XIX
ABREVIATURAS ________________________________________________________ XX
SIGLAS_________________________________________________________________ XX
CAPÍTULO 1 ______________________________________________________________ 1
INTRODUÇÃO ____________________________________________________________ 1
1.1 Motivação do Presente Trabalho--------------------------------------------------------------------1
1.2 Revisão da Literatura ---------------------------------------------------------------------------------4
1.3 Objetivo do Presente Trabalho ----------------------------------------------------------------------7
1.4 Contribuição do Presente Trabalho-----------------------------------------------------------------8
1.5 Desenvolvimento do Presente Trabalho------------------------------------------------------------8
CAPÍTULO 2 _____________________________________________________________ 10
RESÍDUO PRIMÁRIO DE EFLUENTE_______________________________________ 10
2.1 Processos de Produção de Celulose----------------------------------------------------------------10
2.2 Processo Industrial de Obtenção de Polpa Celulósica-------------------------------------------13
x
2.2.1 Pátio de Madeira-------------------------------------------------------------------------------15
2.2.2 Impregnação dos Cavacos--------------------------------------------------------------------15
2.2.3 Licor de Cozimento ---------------------------------------------------------------------------16
2.2.4 Processo de Cozimento-----------------------------------------------------------------------17
2.2.5 Processamento de Pasta Celulósica---------------------------------------------------------18
2.2.6 Branqueamento de Pastas Celulósicas------------------------------------------------------18
2.2.7 Recuperação dos Reagentes------------------------------------------------------------------20
2.3 Processos de Produção de Papel--------------------------------------------------------------------22
2.3.1 Matérias-Primas para Produção de Papel --------------------------------------------------22
2.3.2 Desagregação-----------------------------------------------------------------------------------24
2.3.3 Refinação ---------------------------------------------------------------------------------------25
2.3.4 Depuração---------------------------------------------------------------------------------------25
2.3.5 Colagem-----------------------------------------------------------------------------------------26
2.3.6 Adição de Pigmentos e Corantes------------------------------------------------------------27
2.3.7 Máquina de Formação da Folha de Papel--------------------------------------------------28
2.3.8 Prensagem Úmida da Folha de Papel-------------------------------------------------------28
2.3.9 Secagem de Papel------------------------------------------------------------------------------29
2.3.10 Utilização de Resíduos de Papéis----------------------------------------------------------29
2.4 Classificação dos Papéis-----------------------------------------------------------------------------29
2.5 Processos de Formação de Resíduos---------------------------------------------------------------30
2.5.1 Processo de Fabricação de Polpa------------------------------------------------------------31
2.5.2 Processo de Refinação das Fibras-----------------------------------------------------------31
2.5.3 Processo de Formação das Folhas-----------------------------------------------------------32
2.5.4 Processo de Reciclagem de Aparas ---------------------------------------------------------32
2.6 Caracterização do Resíduo--------------------------------------------------------------------------33
CAPÍTULO 3 _____________________________________________________________ 35
LEGISLAÇÃO E MERCADO _______________________________________________ 35
3.1 Legislação Sobre resíduos---------------------------------------------------------------------------35
3.2 Panorama da Indústria Brasileira de Papel--------------------------------------------------------37
3.2.1 Papéis de Embalagem-------------------------------------------------------------------------38
3.2.2 Papéis de Imprimir e Escrever---------------------------------------------------------------39
3.2.3 Papéis Cartão-----------------------------------------------------------------------------------39
3.2.4 Papéis Tissue-----------------------------------------------------------------------------------39
3.2.5 Papéis de Imprensa----------------------------------------------------------------------------40