Moagem e Secagem de Combustíveis Sólidos 4

PROCESSOS

Processos de Moagem Moagem e Secagem de Carvo

Roteiro do Treinamento

MOAGem e SEcagem de CARVOParte 0 1 Parte 0 2 Parte 0 3 Conceitos sobre Moagem de Carvo Tipos de Moinhos Secagem do Carvo Grau de Finura Limites de Exploso / Explosibilidade Presses e Velocidades de Gases Temperaturas Ponto de Orvalho / Teor de Oxignio Disposio das plantas de moagem Filtros e Despoeiramento Instrumentao e Automao Princpio de combusto no moinhoVerso do Multiplicador/Aluno

Parte 0 4Parte 0 5 Parte 0 6 Parte 0 7 Parte 0 8 Parte 0 9 Parte 1 0

Parte 1 1Parte 1 2

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Descrio do TreinamentoMeta do Treinamento Ao final deste treinamento vocs sero capazes de descrever em detalhe o processo de moagem e secagem de combustveis slidos, em especial o carvo mineral 08 horas 1 hora avaliao auto-instrutiva. Nome: Ricardo Telles Telefone: 081 - 8729.1306 E-mail: [email protected]

Durao

Informaes

Pr-requisitosPr-requisitos 2o grau completo Mdulo Processo de Fabricao de Cimento Mdulo de Processos de Moagem CombustveisVerso do Multiplicador/Aluno

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Mtodo de AvaliaoComponentes Participao e interesse em sala de aula. Nota da Avaliao Final Nota de Aprovao Nota Mxima 60% 40%

Objetivos da LioAo final deste treinamento voc dever ser capaz de responder as seguintes perguntas: 1. 2. 3. Quais as finalidades de um processo de moagem e secagem de carvo. Quais os principais moinhos empregados neste processo e como funcionam. Quais os principais parmetros de processo a serem atingidos: umidade residual, finura, presses e temperaturas do sistema, ponto de orvalho, limites de exploso, teor de O2, etc. Quais so os principais tipos de lay-outs de plantas de moagem de carvo bem como sistemas de despoeiramento. Como controlar um circuito de moagem de carvo e como proceder em caso de combusto no interior do moinho.

4.

5.

Verso do Multiplicador/Aluno

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Roteiro do TreinamentoParte 1 Conceitos sobre Moagem de Carvo

1.

Introduo

A situao crtica na rea de combustveis, que vem durando h vrios anos tem obrigado os fabricantes de cimento a utilizar os mais variados materiais combustveis com menor custo possvel como fonte de energia trmica para o processo de queima do clnquer de cimento e entre estes esto:carvo mineral, petrocoque, carvo vegetal, moinha de carvo vegetal

Combustveis Slidos ao alto: carvo mineral abaixo: petrocoque


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1. IntroduoComo os combustveis slidos requerem uma certa quantidade de processamento antes que sua energia latente possa ser completamente explorada, instalaes industriais de queima de carvo ou outros so combinadas com unidades de moagem e secagem de tal produto.

Moinho de Bolas para moagem de carvo

Os critrios para seleo de uma planta de moagem podem ser subdivididos em quatro categorias principais: a) em relao natureza do carvo empregado e suas propriedades, devem ser considerados os seguintes pontos:

- a granulometria do carvo bruto, - seu teor de cinzas, - composio qumica do carvo bem como de suas cinzas, - consumo especfico de energia para a moagem (kWh/t), - contedo de volteis do carvo, - teor de umidade do carvo bruto - comportamento de desgaste (teor de slica livre). - perigo de explosibilidade.


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1. Introduob) em relao ao tipo de produto a ser suprido ao forno de cimento com sua energia trmica na forma desejada ser necessrio considerar (a serem detalhados na seqncia): - a produtividade da planta de moagem, levando em considerao o poder calorfico do carvo, - a finura do carvo modo, - a distribuio granulomtrica do produto modo, - o contedo de umidade residual.

c) com relao localizao da planta de moagem devem ser levadas em conta as seguintes alternativas:- uma planta situada em local central e que fornea carvo modo para vrias unidades consumidoras (fbricas), - uma planta menor que seja localizada dentro de uma fbrica, abastecendo vrios fornos, -unidades descentralizadas para cada fonte consumidora de energia trmica, que podem transportar e dosar o produto modo tambm segundo vrias alternativas. (tambm a serem detalhados na seqncia)

d) custos de construo e operao.


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1. Introduo

Avaliao ParcialO QUE NS APRENDEMOS NESTE TPICO ?

O QUE NS APRENDEMOS NESTE TPICO !!!

COMBUSTVEIS SLIDOS EMPREGADOS EM FORNOS DE CIMENTO NECESSIDADE DO PROCESSO DE MOAGEM CRITRIOS DE SELEO DE PLANTAS DE MOAGEMVerso do Multiplicador/Aluno

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2. Tipos de MoinhosOs equipamentos usados em todas plantas de moagem de carvo sempre so projetados e instalados de modo a cumprir normas extremamente.exigentes de segurana. Entretanto, as plantas podem se diferenciar consideravelmente na prtica devido a uma srie de fatores decisivos tais como a qualidade do carvo, fonte dos gases ou Moinho Vertical de Rolos ar quente para secagem, para moagem de carvo nmero de pontos de consumo de ser levados tipo do forno, Outros aspectos que devem combustvel,em considerao espao disponvel, etc. quando se planeja uma planta de moagem de carvo so os custos iniciais (investimento), custos de manuteno e confiabilidade operacional. Estes e outros fatores formam a base para as tomadas de decises a serem feitas com relao seleo dos equipamentos e alternativas operacionais, tais como: - moinho de bolas ou moinho vertical de rolos - sistema de injeo direta ou indireta. - locao da planta da moagem. - operao inerte ou no inerte. - filtro de mangas ou filtro eletrostticoVerso do Multiplicador/Aluno

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2. Tipos de MoinhosOs dois tipos principais de moinhos diferem-se em: a) um moinho vertical de rolos necessita de grandes quantidades de ar para o transporte e secagem do material, muito mais do que um moinho de bolas; isto significa que quando carvo modo em um moinho vertical de rolos uma quantidade de ar muito superior em relao a um moinho de bolas deve ser desempoeirada. b) na moagem, um carvo consome em mdia cerca de 9 kWh/t no motor do moinho de rolos e 8 kWh/t no ventilador, ou seja, um total de 17 kWh/t; nas mesmas condies, o moinho de bolas consome cerca de 17 kWh/t no motor e 4 kWh/t no ventilador, num total de 21 kWh/t; assim, um moinho vertical de rolos consome cerca de 20% menos energia que um moinho de bolas.o que corresponde cerca de 0,5 kWh/t de clnquer. c) a alimentao de um moinho de bolas deve ser britada a uma granulometria < 25 mm e sua capacidade de secagem limitada a um contedo de umidade de 8 a 12%; um moinho vertical de rolos pode operar com alimentao de at 85 mm, dependendo das dimenses do moinho, e remover umidade de at 20%.Verso do Multiplicador/Aluno

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2. Tipos de Moinhosd) moinhos de rolos so mais flexveis que moinhos de bolas e podem ser facilmente ajustveis a variaes de produtividade na faixa de 40-100% da capacidade nominal quando necessrio.

e) moinhos de bolas so normalmente preferidos para moagens de tipos de carves altamente abrasivos ou com alto contedo de cinzas (principalmente quartzo e piritas, particularmente na frao acima de 0,09 mm) por evitar o desgaste intenso e inerente s ferramentas de moagem de um moinho vertical de rolos.

2.1 Moinhos de Bolas

Um moinho de bolas tipicamente utilizado para moagem e secagem de carvo um moinho varrido a ar, ou seja, de forte ventilao e o produto modo transportado pneumaticamente para fora do moinho at o equipamento separador.Moinho de Bolas: vista interna do moinho exibindo o processo de moagem Verso do Multiplicador/Aluno

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2.1 Moinhos de Bolas

Moinho de Bolas para moagem de carvo

Devido s suas caractersticas simples de projeto e sistemas de mecanismos descomplicados, estes moinhos tem se comprovado como satisfatrios, especialmente no caso da moagem de carves abrasivos com alto contedo de cinzas.

Uma de suas vantagens mais importantes sua baixa susceptibilidade ao desgaste aliado ao baixo custo de peas de reposio que eventualmente venham ser necessrias.

Moinho de Bolas para moagem de carvo Verso do Multiplicador/Aluno

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2.1 Moinhos de BolasNormalmente neste tipo de moinho o material passa primeiro por uma cmara de secagem protegida por placas de revestimento, de ao fundido de alto cromo resistente ao desgaste e elementos levantadores em ao carbono.Moinho de Bolas: cmara de secagem com elementos levantadores

A primeira fileira destes transporta o material para o interior de modo a manter a entrada desimpedida enquanto as demais promovem o cascateamento do material fresco na corrente de gases quentes de forma a remover a umidade.Moinho de Bolas: cmara de secagem com elementos levantadores Verso do Multiplicador/Aluno

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2.1 Moinhos de BolasEm projetos antigos o moinho era dotado duas cmaras de moagem. Entretanto, a moagem com alta capacidade de produo atravs de gases inertes de baixa temperatura implica em uma velocidade interna no moinho muito mais alta que previamente, provocando em conseqncia uma alta perda de carga.

Moinho de Bolas: Moinho de projeto antigo com 02 cmaras de maogem

A soluo natural para esta questo foi resolvida com a adoo de um moinho monocmara que um moinho tipo tubular fabricado em ao de alta qualidade com uma sada cnica de ao fundida aparafusada ao casco do moinho. Projetado com grande rea de passagem o moinho permite que o fluxo necessrio de gases de secagem passe livremente Moinho de Bolas: atravs da cmara de secagem, Moinho de projeto moderno tipo monocmara de moagem e parede de cmara sada. Verso do Multiplicador/Aluno

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2.1 Moinhos de BolasA entrada dotada de um munho tipo anel deslizante, rigidamente Moinho de Bolas aparafusado ao casco do Ao alto: anel moinho, apoiada em um deslizante mancal de sapatas (munho) na entrada do deslizantes, auto alinhante moinho e de projeto robusto. Abaixo: detalhe A sada apoiada em da sapata deslizante de um mancal simples de apoio do anel sapatas deslizantes. Os mancais so lubrificados com leo em circulao forada e tambm possuem lubrificao de alta-presso para a fase da partida. O moinho tem seu casco protegido por placas de revestimento de ao fundido aparafusadas seguidas por um revestimento classificador tambm em placas aparafusadas de ao fundido, em material de alto cromo resistente ao desgaste. Este revestimento Moinho de Bolas mantm as bolas grandes Revestimento classificador na entrada e as pequenas na sada do moinho. Verso do Multiplicador/Aluno

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2.1 Moinhos de BolasComo totalmente varrido a ar o material fino produzido transportado at um separador pela prpria corrente de ar. Embora inicialmente se utilizassem separadores estticos, atualmente separadores dinmicos de alta eficincia permitem ajustem rpidos e eficazes da finura do produto. O material grosso rejeitado pelo separador transportado entrada do moinho atravs de uma rosca transportadora que o descarrega no mesmo chute que recebe o material fresco. Isto tambm permite que se evite um incio de ignio do material grosso e seco com os gases quentes da secagem.

Separador Dinmico de Alta Eficincia

Separador de Alta Eficincia processo interno de classificao das partculas


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2.2 Moinhos Verticais de RolosMoinhos verticais de rolos so fornecidos por inmeros fabricantes tais como Raymond, Pfeiffer, Polysius, Loesche, F.L.Smidth, etc., com pequenas variaes de projeto inerentes aos diferentes designes, mas com o mesmo princpio bsico Moinho Vertical de Rolos operacional. Estes moinhos tm sua carcaa cilndrica com uma seo superior em formato de domo como proteo contra o efeito de exploses. Alm disso, todas etapas necessrias so executadas para evitar superfcies internas horizontais nas quais o p de carvo possa ser coletado e depositado, Moinho Vertical de Rolos eliminando assim o risco de ignio espontnea. Verso do Multiplicador/Aluno

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2.1 Moinhos Verticais de Rolos 0,03*D0

A alimentao do carvo bruto deve ser inferior a 3% do dimetro do rolo de moagem D0

A alimentao do carvo bruto tem tamanho mximo limitado cerca de 3% do tamanho nominal do moinho ou o dimetro do rolo de moagem o que corresponde entre 30 e 90 mm, dependendo do tamanho do moinho. A moagem do carvo se d entre uma mesa rotativa e certo nmero de rolos de moagem (2, 3, 4, etc). O carvo fresco alimentado ao centro da mesa de moagem e desta passa pelo espao existente entre os rolos e a mesa quando comprimido hidraulicamente

Moagem do carvo bruto entre os rolos de moagem e a mesa rotativa. Verso do Multiplicador/Aluno

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2.2 Moinhos Verticais de Rolos

Capas do rolos e segmentos da mesa so fabricados em ligas especiais resistentes ao desgaste

Devido ao desgaste mais intenso pela abrasividade natural do carvo as peas de desgaste, capas de rolo e segmentos da mesa de moagem, so fabricadas em ligas especiais como Ni-hard ou ao fundido com alto teor de cromo. Cilindros hidrulicos ancorados no bloco da fundao do moinho geram a fora hidrulica necessria ao trabalho de moagem. A fora hidrulica transmitida extremidade dos eixos dos rolos via barras de tenso.

Cilindro hidrulico que transmite a fora necessria para que o rolo execute o trabalho de moagem. Verso do Multiplicador/Aluno

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2.2 Moinhos Verticais de RolosAps ter sido o material modo transportado at a borda da mesa de moagem onde penetra em uma corrente de gases quentes que flui verticalmente e admitida atravs de um anel de bocais distribudo na periferia da mesa de moagem.

Esquerda: fluxo interno de gases quentes carregando o material modo ao separador Direita: detalhe do anel de bocais por passam os gases quentes na periferia da mesa de moagem

Separador de Alta Eficincia para classificao das partculas finas e grossas.

O material modo ento transportado pneumaticamente at um separador localizado no topo do moinho. O separador acionado por um motor de velocidade varivel acoplado a um redutor apropriado. O rotor do separador gira no interior de uma coroa de gelosias fixas e o material modo penetra no rotor junto com os gases atravs desta coroa de gelosias.


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2.2 Moinhos Verticais de RolosO rotor rejeita as partculas grossas que sero coletadas pelas gelosias da coroa fixa e retornam a mesa de moagem por meio de um chute cnico disposto ao fundo do separador. Ao mesmo tempo, o produto fino deixa o separador atravs de seu rotor e um duto de sada juntamente com os gases quentes exauridos sendo finalmente coletado em ciclones ou em um filtro de mangas. A finura do produto final pode ser ajustada atravs da mudana da velocidade do rotor de forma que um aumento na velocidade resulta em produto mais fino e um decrscimo da mesma em um produto mais grosso.

Processo de classificao das partculas no interior do Separador.

O ajuste da finura do produto (farinha de carvo) feito principalmente pelo controle da velocidade do rotor.


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2.2 Moinhos Verticais de RolosUma desvantagem considervel deste tipo de moinho sua sensibilidade presena de corpos estranhos no material alimentado, especialmente quando estes materiais so constitudos por pedaos grandes de fragmentos metlicos. Por esta razo, detectores de metais e separadores magnticos so instalados, mas tambm existem limites para a eficcia destes dispositivos. Alm disso, estes moinhos sempre apresentam maior dificuldade de manuteno que os moinhos de bolas e requerem uma equipe adequadamente treinada para executar tais servios.


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2. Tipos de Moinhos

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CONCEITOS BSICOS SOBRE MOINHOS MOINHOS TUBULARES DE BOLAS MOINHOS VERTICAIS DE ROLOS


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3. Secagem do carvo

Carvo bruto contm naturalmente umidade.

O contedo de umidade de um carvo depende dos vrios existentes e pode variar dentro de amplos limites. Carves minerais sempre contm dois tipos principais de umidades: umidade livre e umidade higroscpica. A umidade superficial ou umidade livre a umidade retida mecanicamente na superfcie das partculas ou entre as mesmas. Esta umidade determinada atravs da perda de peso (em %) em certa massa de carvo aps permanecer ao ar na faixa de 22 a 25C durante 24 horas.

Coleta de amostra de carvo bruto para determinao da umidade. Verso do Multiplicador/Aluno

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3. Secagem do carvoA umidade higroscpica ou gua fixa (misturada mecanicamente, condensada em poros capilares, adsorvida s superfcies, combinada com molculas orgnicas e componentes inorgnicos formando os chamados hidratos. Esta umidade determinada em laboratrio atravs da quantidade de gua retirada do carvo pela perda atravs de evaporao forada durante um aquecimento entre 30 e 105C. O risco de ignio e exploso pode ser consideravelmente limitado se o carvo modo for produzido com um certo contedo de umidade residual. O contedo recomendado de umidade residual depende do contedo de umidade higroscpica no carvo bruto.

Rocha Carbontica (porosa) com os espaos ocupados por gua intersticial (azul) que vem a constituir a Umidade Higroscpica..

Relao entre umidade residual e umidade higroscpicUmidade Residual na Farinha de Carvo (%)

12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30

Umidade Higroscpica (%)


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3. Secagem do carvoAssim, o teor de umidade residual na farinha de carvo uma funo direta de sua umidade higroscpica e a temperatura necessria para a secagem, e este teor determinado em laboratrio, a partir da curva de desidratao do carvo utilizado.

Curvas de Desidratao para carves de origens diferentes10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Umidade (%)

Pensilvnia frica Sul Polnia Inglaterra Iugoslvia

Temperatura (C)

Carvo extremamente seco pode entrar em autoignio com alto risco de exploso.

Em concluso, o carvo deve ser suficientemente seco atravs da moagem para os processos de estocagem e queima. Entretanto, uma secagem excessiva acelera o processo de oxidao do carvo modo aumentando assim o risco de combusto espontnea deste produto quando estocado em silos ou acumulado em pontos inacessveis.


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3. Secagem do carvo

Na prtica, a necessidade para boas propriedades de processamento combinada com a necessidade de se manter um alto grau de segurana atravs da evaporao da umidade superficial mantendo, entretanto parte do contedo da umidade higroscpica. Como durante os processos de secagem e moagem do carvo processada a evaporao de umidade, extremamente importante manter uma temperatura correta no interior e sada do moinho. Normalmente um moinho de carvo operado com uma temperatura de sada de 60-70C, mas em certos casos esta faixa pode elevar-se at 80C. Para se evitar condensaes nos dutos e possivelmente no filtro, a temperatura aps o moinho deve ficar entre 15-25C acima do ponto de orvalho. Relaes entre o ponto de orvalho aps o moinho, quantidade e temperatura do ar de secagem e contedo de umidade do carvo bruto so vistas na figura seguinte.


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3. Secagem do carvo


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3. Secagem do carvoDeve-se notar que o ponto de orvalho somente dependente da temperatura do ar de secagem e uma funo crescente desta temperatura.Com relao ao ponto de orvalho, uma temperatura dos gases de secagem de 300C ou menos parece ser apropriada. Como exemplo da mesma figura, pode ser visto do diagrama que se o contedo de umidade do carvo bruto for 10% e ar de secagem for disponvel com 300C, sero necessrios 1,2 kg.ar secagem por kg. de carvo para a secagem e o ponto de orvalho aps o moinho ser de 52C. A quantidade de ar a ser exaurida da planta de moagem, incluindo o ar falso e o vapor de gua ser neste caso menos que 1,5 kg.ar por kg. de carvo, correspondendo a aproximadamente 17% do ar necessrio de combusto, baseado em um carvo com poder calorfico de 6.500 kcal/kg. A quantidade de ar necessrio para arrastar o carvo modo do moinho foi coletada em uma srie de dados operacionais de um grande nmero de plantas de moagem de carvo em moinhos de bolas, todos com temperatura nos gases quentes de secagem em torno ou excedendo a 300C. Com base nestes dados obtidos, pode ser concludo que a quantidade necessria de ar para arrastar o carvo modo de um moinho tubular de bolas em torno de 1,5 kg.ar por kg. de carvo.(F.L.Smidth) ou 1,7 Nm3.ar por kg. de carvo (Polysius; isto corresponde a uma carga de p de 600g/Nm3).Verso do Multiplicador/Aluno

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3. Secagem do carvoO nmero correspondente para moinhos verticais de rolos de cerca de 2,0 kg.ar por kg. de carvo (F.L.Smidth). Em casos especiais de carves com contedos extremamente elevados de umidade livre (25% a 30%, como por exemplo, a linhita de alto teor de volteis da Rennia, Alemanha) pode ser necessrio processar-se a secagem separadamente. Em casos particulares de carves extremamente midos tem sido utilizadas vrias solues. Uma delas um tambor de secagem com um compartimento simples, sem carga moedora e dotado de ps levantadoras fixadas em seu revestimento. A secagem efetuada pelos gases quentes exauridos de um forno de cimento ou de uma fornalha especfica. As ps levantadoras asseguram que o material mido seja erguido e misturado corrente de gases quentes.

Tambor de Secagem que efetua uma prsecagem do carvo muito mido antes da moagem. Verso do Multiplicador/Aluno

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3. Secagem de carvo

Secador Flash que efetua a pr-secagem do carvo com at 30% de umidade.

Gerador de Calor que produz gases quentes em alta temperatura para posterior secagem de carvo muito mido.

Gerador de Calor que produz gases quentes em alta temperatura para posterior secagem de carvo muito mido.

O secador tipo flash pode aumentar a capacidade de secagem do moinho atravs da alimentao do carvo por um tubo vertical, tambm chamado secador flash, onde h uma contra-corrente de gases quentes que efetua a prsecagem do carvo. Deste modo cerca de 50% da umidade livre pode ser retirada antes que o carvo alcance a entrada do moinho, podendo-se operar com materiais com at 30% de umidade. Geradores de Calor so equipamentos auxiliares que podem utilizar como combustvel tanto carvo, como leo ou gs natural. Normalmente tem uma cmara vertical de combusto em um projeto compacto que requer pouco espao para instalao. O combustvel suprido ao gerador pode ser controlado atravs de um painel de controle local ou no prprio gerador. Como mtodo alternativo de controle automtico o gerador pode estar ligado ao sistema e controle do moinho.Verso do Multiplicador/Aluno

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3. Secagem de carvo Avaliao ParcialO QUE NS APRENDEMO S NESTE TPICO ?


SECAGEM DO CARVO Tipos de Umidade: livre e higroscpica Riscos de exploso pelo teor de umidade Umidade residual funo da umidade residual Controle da temperatura de sada do moinho; ponto de orvalho Secadores Auxiliares e Geradores de Gases QuentesVerso do Multiplicador/Aluno

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4. Grau de finura

Carves Minerais apresentam amplas variaes em caractersticas como teores de cinzas, volteis, etc: em conseqncia, suas reatividades tambm so muito diferentes.

Carvo bruto deve ser finamente modo para obter reatividade adequada ao processo de combusto

Carves contm quantidades variveis de volteis, tanto combustveis como no combustveis.

Alm disso, todos tipos de carves possuem uma umidade inerente ou higroscpica bem como quantidades variveis de impurezas que so depositadas na forma de cinzas durante o processo de combusto. Em funo destas variveis a reatividade do carvo tambm pode variar amplamente. Desta forma, cada carvo deve ser modo uma finura que assegure um processo correto de ignio e combusto no forno e o grau de finura requerido depende do tipo de carvo usado Por outro lado, o consumo especfico de energia da moagem em um tipo particular de moinho tambm depende da finura requerida para o carvo modo (farinha de carvo) e da moabilidade do carvo bruto.


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4. Grau de finuraO tipo de combustvel slido tem importncia menor no comprimento da chama desde que este tenha sido modo em finura suficiente para assegurar um tempo relativamente pequeno de queima para as partculas individuais. A finura recomendada da farinha de carvo para a queima em um forno de cimento depende do contedo de volteis. Carvo com baixo contedo de volteis requer uma alta temperatura de ignio e deve ser modo finamente. Entretanto, carvo com alto contedo de volteis no precisa ser modo to fino, pois os gases podero ser expelidos muito rapidamente sem serem apropriadamente misturados com o ar de combusto. A tabela seguinte especifica os principais tipos de carves em ordem geolgica e a finura aproximada recomendada.

Petrocoques normalmente tem teores de volteis muito baixos e precisam ser modos bem finos para obterem boa reatividade no processo de combusto

Carves Betuminosos tem altos teores de volteis e no precisam ser modos muito finos para obterem boa reatividade no processo de combusto.


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4. Grau de finuraRELAES ENTRE TIPO DE CARVO, COMPOSIO E FINURA DE MOAGEMCarvo (tipo) antracita semi-antracita Teor de Teor de volteis cinzas (%) (%)

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