As primeiras tentativas para queimar resíduos não foram bem sucedidas, devido, fundamentalmente, aos seus elevados teores de humidade. É importante sublinhar o uso do termo “queimar”, em vez de “incinerar”, uma vez que estes primeiros fornos não foram construídos de raiz para o tratamento de resíduos. Eles resultaram da tentativa de adaptação dos fornos para queima de carvão, à queima destes materiais com características diferentes daquele. O objectivo principal desta prática era o de eliminar resíduos e de obter vapor de água, utilizando-se todavia uma tecnologia inadequada aos resíduos que se tentava queimar.
Tal como indica o Professor Baldasano (2001), esta prática não poderá ser considerada como incineração de resíduos, mas sim como uma operação de queima destes materiais, uma vez que não existia uma adequação da tecnologia àqueles materiais. Os resultados obtidos foram, no mínimo, desoladores, dado que os resíduos eram mantidos em combustão lenta, com a consequente emissão de intensos odores desagradáveis e com a produção de escórias que apresentavam uma elevada quantidade de inqueimados.
Chandler et al. (1997) referem que a primeira unidade de incineração de RSU, totalmente funcional e construída de raiz para a eliminação daqueles resíduos, foi criada na cidade de “Manchester” (Inglaterra), em 1876. Esta unidade incluía um sistema de ventilação forçada que facilitava a manutenção de temperaturas elevadas no interior do forno. Este sistema funcionou durante 27 anos e produziu escórias que eram utilizadas como materiais para construção. Baldasano (2001) indica a existência de uma unidade de incineração de RSU anterior a esta, na cidade de “Nottingham” (Inglaterra), construída em 1874.
Após a construção das primeiras unidades de incineração de RSU, os trabalhos seguintes centraram-se no controlo dos odores emitidos pelos gases resultantes da combustão dos resíduos. Este problema foi inicialmente resolvido pela passagem forçada dos gases, provenientes dos fornos, através de sistemas adicionais de queima, nos quais se utilizava carvão como combustível. O problema da emissão de odores foi definitivamente resolvido
quando se estabeleceu a relação existente entre a temperatura do forno e a qualidade dos gases emitidos. Estes trabalhos permitiram observar que quanto mais elevada era a temperatura do forno, menos odores eram emitidos. Era, por isso, necessário manter a temperatura do forno em valores elevados e com reduzidas variações.
Nos estudos posteriores, determinou-se a quantidade de energia libertada a partir da combustão dos RSU. Registou-se, nessa altura, que 1 kg de RSU permitia gerar cerca de 1,5 kg de vapor. Esta razão de produção de vapor conduziu à construção do primeiro sistema combinado de incineração de resíduos, com produção de energia eléctrica, o qual foi construído no município de “Shoreditch” (Londres), em 1897.
Uma vez que a totalidade destes sistemas de incineração de RSU eram operados manualmente e alimentados de forma descontínua, os esforços seguintes foram dirigidos para o desenvolvimento de sistemas mecânicos de alimentação e de remoção das escórias formadas. Segundo Tanner (1967), um dos primeiros sistemas automatizados de incineração de resíduos mais bem sucedidos foi desenvolvido pela “Horsefall Destructor Company of Leeds” e posteriormente modificado pela companhia “Heenan & Froude Ltd” (Fig. 2.15).
Figura 2.15 Forno de incineração de RSU em módulos celulares, desenvolvido pela Horsefall Destructor Company of Leeds (1 – Porta de alimentação; 2 – Porta de carga; 3 – Grelha de recepção dos RSU; 4 – Grelha de recepção de escórias; 5 – Canal de escórias; 6 – Câmara de combustão; 7 – Rampa de recolha de escórias) (adaptado de Tanner, 1967)
Esta unidade era constituída por um sistema prévio de separação mecânica de materiais, constituído por tambores, por um sistema de separação de metais, recorrendo a separadores
magnéticos, e por uma linha de selecção e separação manual de materiais. Os resíduos eram depois dirigidos para a unidade de incineração. A câmara de combustão era alimentada por uma grade móvel que recebia os resíduos a partir das diferentes células de alimentação, colocadas sequencialmente, na parte superior da grade. As escórias eram removidas através de uma grade, para um canal inferior destinado à eliminação deste sub-produto.
Embora este sistema não dispusesse de arejamento forçado, que permitisse manter a temperatura do forno dentro de limites relativamente estreitos de variação, algumas unidades deste sistema mantiveram-se em funcionamento até ao final da década de 60, devido a inúmeras vantagens. As duas principais vantagens eram as seguintes:
a) O sistema possuía uma alimentação semi-contínua, ao longo do tempo, o que permitia manter uma temperatura, no interior do forno, com flutuações menores do que as que se registavam nos sistemas com alimentação descontínua;
b) Os resíduos eram acumulados na porta de alimentação do sistema, o que permitia criar uma zona impermeável aos gases e reduzir, deste modo, a perda de calor pela zona de carga.
O sucesso deste sistema é, assim, facilmente explicado pelo controlo das características fundamentais à manutenção da temperatura, no interior do forno, em valores elevados e com variabilidade reduzida, bem como a uma mais completa combustão dos gases resultantes da incineração dos resíduos. A manutenção da temperatura em valores elevados, o seu controlo entre limites de variação relativamente reduzidos e a combustão completa dos gases primários de incineração são alguns dos parâmetros considerados como fundamentais nos correctos dimensionamento e operação das modernas centrais de incineração de RSU.
O sistema Horsefall, embora com inúmeras vantagens, foi progressivamente substituído por outros sistemas de incineração com características que permitiam aumentar consideravelmente a temperatura no interior do forno e mantê-la num intervalo de variação ainda mais estreito. Esses sistemas combinavam a alteração da grelha interna de combustão com a injecção forçada de ar no forno, ou, até mesmo, com a modificação da estrutura física da câmara de combustão.
Uma das primeiras alterações realizadas na grelha de combustão consistiu na modificação da sua linha de desenvolvimento no interior do forno, no aumento da sua mobilidade e na sua automatização funcional. A grelha de Martin (Fig. 2.16), patenteada em 1926, é um bom
exemplo de uma das primeiras grelhas automatizadas que combinaram estes três factores, sendo ainda hoje utilizada nos modernos sistemas de incineração de RSU.
Figura 2.16 Grelha de Martin, com movimentos alternados de retroacção, patenteada em 1926 (desenho original de Martin, 1926)
Esta grelha é colocada no interior dos fornos com um ângulo de inclinação no sentido do canal de recepção de escórias, sendo constituída por dentes paralelos retro-inclinados, com movimentos opostos e recíprocos de retroacção, relativamente ao movimento dos resíduos no interior do forno. Os movimentos da grelha foram automatizados, por forma a reduzir-se a acção humana sobre o funcionamento do forno. Estas características da grelha de combustão permitiram aumentar significativamente a temperatura no interior do forno e manter a combustão em condições de equilíbrio dinâmico, devido à melhor distribuição do ar primário, injectado no forno, pela massa de resíduos, motivada pelo seu revolvimento automático e contínuo.
O sistema de incineração de Vølund (Fig. 2.17) é outro exemplo dos primeiros sistemas de combustão de resíduos, em que a preocupação principal de dimensionamento se centrou na modificação da estrutura do forno, no sentido de promover uma combustão mais completa dos resíduos e dos gases resultantes da combustão. As suas características principais eram as seguintes:
a) Pré-secagem dos resíduos, através da passagem forçada dos gases, a elevada temperatura, pela massa de resíduos a incinerar;
b) Mistura mais eficiente dos resíduos, pela acoplagem, ao forno com grelha de Martin, de uma forno rotativo, o qual tinha como objectivo completar a combustão da fracção de inqueimados, provenientes da câmara de combustão principal;
c) Combustão mais eficiente dos gases, através da sua recirculação para a câmara de combustão principal.
Figura 2.17 Esquema do forno de Vølund, instalado em Bâle, em 1942, mostrando o sistema originalmente instalado, com recirculação de gases (A), e o sistema posteriormente modificado, sem recirculação de gases (B). As setas indicam o circuito de gases no interior do sistema. (1 – Porta de carga dos resíduos; 2 – Grelha de combustão do forno principal; 3 – Grelha de injecção de ar; 4 – Circuito de recirculação de gases; 5 – Conduta de exaustão de gases do forno principal; 6 – Câmara de post combustão; 7 – Forno rotativo de afinação; 8 – Descarga de escórias) (adaptado de Le Goux e Le Douce, 1995)
A primeira geração de sistemas de incineração de RSU, que se caracteriza, essencialmente, pelo aparecimento de sistemas com características técnicas consideravelmente diferentes dos antecedentes, considera-se concluída com o aparecimento do sistema Von Roll. Este sistema de incineração foi inicialmente instalado em Lausane (1950), em Berna (1954) e em Bruxelas (1957). O princípio da utilização de duas câmaras de combustão, acopladas em série, desenvolvido no sistema Vølund, foi também aplicado neste sistema (Fig. 2.18). Todavia, o forno rotativo foi substituído por dois fornos com grelhas de travessas, em ferro fundido, as quais apresentavam uma resistência térmica teórica de 1050 a 1100ºC, substancialmente superior à resistência térmica dos materiais utilizados nas grelhas antecedentes.
Para além do novo material aplicado na grelha do forno e da alteração introduzida na câmara de afinação, os sistemas de incineração instalados em Lausane, Berna e Bruxelas possuíam ainda outras características particulares, das quais se destacam as seguintes:
a) Sistema de comando hidráulico, equipado com um sistema de paragem automático, no caso de se verificar um bloqueio por acção de inertes de grandes dimensões (metais, pedras, ou outros);
b) Sistema de eliminação de escórias por comando hidráulico;
Figura 2.18 Esquema do sistema de incineração Von Roll, instalado em Berna, em 1954 (1 – Tremonha de carga; 2 – Grelha de secagem dos resíduos, através da recirculação dos gases provenientes da câmara de combustão secundária; 3 – Grelha de combustão secundária ou de afinação; 4 – Escórias; 5 – Câmara de recepção e arrefecimento das escórias; 6 – Injecção de ar primário; 7 – Captação dos gases da câmara de combustão secundária para o sistema de recirculação; 8 – Câmara de pós-combustão; 9 – Câmara de combustão primária; 10 – Sistema de ventilação de ar primário; 11 – Queimador; 12 – Caldeira; 13 – Garra; 14 – Transportador automático de escórias, em cinta) (adaptado de Le Goux e Le Douce, 1995)
c) Sistema de combustão construído no interior de um corpo termicamente hermético, que permitia reduzir as perdas de calor para o exterior e, simultaneamente, proteger, das poeiras, o sistema de comandos da grelha.
Apesar destas características inovadoras, estas unidades apresentaram alguns problemas de funcionamento que tiveram que ser resolvidos através de alterações posteriores. Por exemplo, na unidade de Bruxelas, o circuito de eliminação dos gases, resultantes da câmara de combustão secundária, realizava-se pela mesma conduta de transporte dos resíduos da primeira para a segunda câmaras de combustão. Este facto originava um elevado teor de
partículas nos gases de exaustão da unidade. Para além disso, a temperatura das câmaras de combustão era difícil de controlar, especialmente, a da câmara primária. O desenvolvimento de temperaturas muito variáveis conduziu ao aparecimento de escórias compactas, no interior das câmaras, que originavam o aparecimento de blocos de grande dimensão e com elevada resistência mecânica que impediam o funcionamento do sistema de remoção de escórias.
Para além destes problemas relacionados com o dimensionamento das unidades de incineração, que foram sendo progressivamente superados, foram também identificados outros problemas relacionados com a composição dos resíduos a incinerar. Para estes, as soluções técnicas não pareciam ser fáceis. Por exemplo, na mesma unidade de Bruxelas, a incineração dos resíduos era difícil, devido ao elevado teor em inertes que continham. Também na central de incineração de Hamburgo, a qual foi renovada por Von Roll, entre 1957 e 1958, marcando a transição para a geração das modernas centrais de incineração de RSU, os resíduos apresentavam uma fraca inflamabilidade, devido ao elevado teor de humidade, à presença de materiais inertes e à variabilidade sazonal da composição dos RSU (Le Goux e Le Douce, 1995). Esta situação viria apenas a ser ultrapassada com a alteração dos estilos de vida das populações no post-Segunda Guerra Mundial, em particular, no fim da década de 50 e princípio da década de 60 do século XX.