05. caldeira a lenha

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05. caldeira a lenha

  1. 1. Caldeiras Todo o vapor utilizado para aquecimento dos equipamentos é gerado por Caldeiras, uma a lenha e outra a óleo BPF (Óleo de baixo ponto de fluidez), ambas com capacidade de geração de vapor de 20.000 Kg/h de vapor. A água utilizada na geração do vapor é tratada com produtos químicos e através de aparelhos para reduzir sua dureza e a presença de oxigênio dissolvido. A dureza da água esta relacionada com a presença de Cálcio e Magnésio, os quais formam depósitos muito duros, similares a pedras nos equipamentos (FIGUEIREDO, 1996). Essa dureza da água é retirada através do equipamento chamado desmineralizador, depois desse equipamento a água é direcionada até o desaerador antes de entrar na caldeira para geração de vapor. Para remoção do oxigênio dissolvido faz-se uso do desaerador, que também remove outros gases não condensáveis como, dióxido de carbono e amônia da água de alimentação da caldeira. A remoção destes gases da água de alimentação reduz a corrosividade dos equipamentos, protegendo os sistemas de alimentação, geração de vapor e condensado (FIGUEIREDO, 1996). Depois de utilizado o vapor de aquecimento condensa e vai para o Tanque de Condensado, esse vapor, agora condensado, é bombeado até o desaerador, entrando novamente no processo de geração de vapor. Descrição do Processo de ar O sistema de tiragem é balanceado por dois ventiladores, um para recalque do ar de combustão para o interior da caldeira, e outro, para retirar os gases de combustão (MANUAL CALDEIRA). Ar Primário
  2. 2. É o ar aquecido que entra pelo cinzeiro e passa através das grelhas e da camada de cavaco destilando, secando e iniciando a combustão. A temperatura máxima permitida para o primário é de 185ºC para evitar superaquecimento das grelhas, o posicionador funciona com uma pressão de 1,8 Kgf (MANUAL CALDEIRA). Ar Secundário Este entra na caldeira logo acima da camada de cavaco. Sua função é efetuar a combustão e provocar turbulência dos gases resultantes da destilação e do ar primário juntamente com o cavaco espargindo para o interior da fornalha (MANUAL CALDEIRA). Supre a quantidade de ar necessário e promove a turbulência nas zonas de combustão da fornalha no sentido de completar a queima dos voláteis e das partículas em suspensão minimizando a formação de fumaça e o escape de combustível sem queimar (MANUAL CALDEIRA). Ar Quente Tem a função de complementar à perda de caloria devido a tiragem da caldeira, perda essa de aproximadamente 30% (MANUAL CALDEIRA). O cavaco ao ser lançado no interior da fornalha sofre a ação do ar quente em sentido perpendicular de baixo para cima. A temperatura provoca o início da secagem e queima em suspensão das partículas menores do combustível sendo que as maiores assentar-se-ão sobre as grelhas onde sofrerão a destilação, redução do carbono residual e posteriormente a cinza (MANUAL CALDEIRA). O tamanho das partículas é importante, pois, quanto menor a partícula maior será a área de contato entre o combustível e o comburente (MANUAL CALDEIRA).
  3. 3. Regulagens dos Ventiladores de Ar Primário e Secundário A pressão interna da fornalha deverá ser mantida na faixa de 10 m.m.c.a a 16 m.m.c.a. A pressão negativa interna da fornalha é fundamental ao bom funcionamento e rendimento do equipamento. Havendo pressão positiva na fornalha que é caracterizada pelo excesso de ar nos ventiladores, apresentará sérios problemas ao equipamento, tais como: • Perda no rendimento • Retrocesso de gases e fogo através das portas • Retrocesso de cinzas para a caixa de ar • Superaquecimento das grelhas • Danificação dos equipamentos (MANUAL CALDEIRA). Regulagem da Quantidade de Combustível A quantidade de combustível na fornalha é outro fator importante ao bom desempenho do equipamento. Esta regulagem é feita através do moto-variador de velocidade de alimentação de acordo com o tipo e PCI do combustível utilizado (MANUAL BREMER). A quantidade ideal de combustível no combustor é de aproximadamente 30 a 40 mm sobre as grelhas, ficando todas as grelhas cobertas de material, o que garantirá a pressão homogênea do ar em toda a grelha (MANUAL BREMER). Regulagem da Pressão de Trabalho e Fluxo
  4. 4. Em caldeiras automáticas esta regulagem é feita através de um pressostato, localizado na garrafa de nível, o qual irá comandar o fechamento ou abertura do regulador de fluxo (damper) quando se atingir a pressão determinada pelo mesmo (MANUAL BREMER). Para uma caldeira que trabalha com 10 Kgf/cm2, quando chegar a esta pressão, o termostato atuará e o regulador de fluxo de ar deverá se fechar para que o fogo se abafe e reduza a chama, para que não ultrapasse a pressão de trabalho. Se a regulagem de pressão mínima for de 9 Kgf/cm2, ao se atingir estar pressão, o regulador de fluxo irá novamente se abrir e fogo se ativará novamente (MANUAL BREMER). Durante este processo, o exaustor sempre ficará ligado para a tiragem dos gases formados pela combustão, e evitar possíveis explosões de gases ao retomar a tiragem (MANUAL BREMER). Válvulas de Segurança Para que o gerador de vapor esteja protegido contra pressões acima da máxima permitida, o mesmo é dotado de válvulas de segurança. Sistema de Alarme contra Incêndio Para evitar que haja retrocesso de chama através do duto que conduz o cavaco para o interior da fornalha o combustor está protegido com um sistema de controle de incêndio. O sensor fica localizado no tubo da rosca do alimentador, que consiste num termostato com sonda capilar, que deverá ser ajustado para uma temperatura máxima de 70ºC e mínima de 50ºC (MANUAL BREMER). Se houver elevação da temperatura acima de 70ºC no local da sonda, o termostato acossará uma solenóide que permitirá a entrada de água no interior do cabeçote alimentador, extinguindo o fogo e rebaixando a temperatura até 50ºC, quando a solenóide
  5. 5. fechará interrompendo o fluxo de água. Ao mesmo que aciona a solenóide acionará um alarme audiovisual sem que seja interrompido o funcionamento da caldeira e combustor (MANUAL BREMER). Retirada de Cinzas Um sistema de combustão completa a formação de cinzas é mínima e quase a totalidade de cinzas que se formará será succionada pelo exaustor indo se depositar no depurador de gases ou em um multiciclone. Uma pequena parte irá se depositar atrás da ultima camada da grelha. Esta cinza deverá ser retirada através das portas para esta finalidade. Dependendo da umidade do combustível esta limpeza deverá ser mais freqüente. É recomendável fazer esta retirada para evitar que se formem escórias (cinza fundida) que aos poucos fecharão as grelhas, não permitindo a entrada de ar. Causas prováveis de formação de escória: • Excesso de combustível • Insuficiência de ar primário, borboletas muito fechadas. • Combustíveis úmidos e com excesso de serragem. Sensor de Rotação
  6. 6. O sensor de rotação faz parte de um sistema de segurança instalado junto à válvula rotativa do combustor que aciona o sensor desligando o motor do acionamento da válvula quando esta travar por motivos de entrada de lascas, ferros, arames, etc (MANUAL CALDEIRA). Injetor de Emergência O injetor é usado num caso de emergência quando, as bombas não funcionam. Para que este equipamento esteja sempre em condições de perfeito funcionamento é necessário que pelo menos uma vez por dia funcione o mesmo para que não venha a travar por falta de uso. Sempre lembrando que o injetor não funciona com água quente e que o reservatório de água fria estará acima do injetor (MANUAL CALDEIRA). Função do Transmissor de nível O transmissor de nível envia um sinal para o controlador de nível do painel, e o mesmo manda um sinal para o posicionador abrir ou fechar a válvula pneumática que da passagem de água para alimentar a caldeira, funciona com 2,5 Kgf de pressão (MANUAL CALDEIRA). Alimentação de Água da Caldeira A alimentação é comandada eletricamente através dos eletrodos existentes dentro da garrafa de nível. Eletrodo número 5 – eletrodo de nível máximo de trabalho, desliga as bombas.
  7. 7. Eletrodo número 4 - eletrodo de nível mínimo de trabalho, ligar as bombas. Eletrodo número 3 - eletrodo de alarme de nível baixo. Eletrodo número 2 – eletrodo de emergência nível mínimo de operação, desliga automaticamente todo equipamento, menos os alarmes, equipamentos de segurança e bombas d’água. Controle de Depressão da Fornalha É o transmissor que envia um sinal para o controlador “PIC 01-03” que compara com o sinal do set-point, e caso ocorra um desvio será enviado um sinal corretivo ao posicionador do damper do ventilador, o mesmo funciona com 1,8 Kgf de pressão (MANUAL CALDEIRA). Função do Pressostato Comandar o fechamento ou abertura do regulador de fluxo (damper) quando se atingir a pressão determinada pelo mesmo (MANUAL CALDEIRA).
  8. 8. Figura 1.0 Caldeira a Lenha Fonte: Manual Caldeira
  9. 9. Regulagem e Controle Temperatura Em uma caldeira são importantes, dentre os controles de temperatura, os seguintes: Temperatura do Vapor Em termos de vapor saturado é diretamente proporcional à pressão de operação da caldeira. As condições de regulagem da relação combustível x ar tem que ser suficientes para que o vapor gerado atinja o nível de temperatura requerido pelo consumidor. Temperatura do Ar O controle de temperatura no pré-aquecedor de ar, tem por finalidade aumentar o rendimento da caldeira em termos energéticos e o equilíbrio na câmara de combustão. O pré-aquecedor pode ser definido com um trocador de calor que eleva a temperatura do ar antes que este entre na fornalha. O calor é cedido pelos gases residuais quentes da própria caldeira. Esse aumento da temperatura na fornalha exige tijolos refratários de melhor qualidade e maior consumo de energia para acionamento dos ventiladores, em função do aumento na perda de carga no circuito do ar/gás de combustão. Temperatura dos Gases O aparecimento de temperaturas altas na saída dos gases de combustão pode ser sintoma de alguma anormalidade operacional, dentre as quais: • Caldeira esta suja, com deficiência de troca térmica. • Ocorrência de queda de material refratário, mudando caminho preferencial dos gases.
  10. 10. • Juntas de amianto não dão perfeita vedação. • Tamanho de chama maior que o aceitável. • Excesso de ar na fornalha, causando aumento de velocidade dos gases. A temperatura dos gases é um indicativo da forma pela qual a transferência de calor se processa no interior da caldeira. Para obter-se um controle mais rigoroso de temperatura o termômetro deverá ser fixado através de um orifício, rosqueado na chaminé. Pode-se se considerar como uma regra básica (salvo exceções), que a temperatura dos gases deve ser de 40 a 60ºC a mais do que a temperatura do vapor saturado produzido na caldeira. Se a temperatura dos gases na chaminé for elevada, salvo exceções, estará havendo perda de calorias e consequentemente desperdício de combustível. E se a temperatura for muito inferior pode causar a formação de H2SO4. A elevada temperatura dos gases pode indicar incrustações tanto no lado dos gases, como no lado da água, outro motivo pode ser a tiragem dos gases. Temperatura da água de alimentação O controle de temperatura da água de alimentação se preocupa principalmente em garantir uma faixa de temperatura ideal para favorecer a desgaseificação da água. Tiragem Tiragem é o processo pelo qual se garante a admissão de ar na fornalha e a circulação dos gases de combustão através de toda a caldeira, até a sua saída para a atmosfera. A tiragem deve vencer a perda de carga do sistema e o ventilador/exaustor deverá ser dimensionado para tal. O controle de tiragem é feito através de registros (dampers) colocados nos dutos de circulação de gases de combustão, podendo ser automático ou manual. A velocidade do ar no processo de combustão é um ponto que deve ser considerado. È possível obter uma combustão completa e perfeita e não se obter da mesma o melhor
  11. 11. rendimento. Não se deve esquecer que o contato do calor com o material a ser aquecido deverá ter uma duração mínima para que esta transferência seja eficiente. A tiragem pode influenciar significativamente no processo de combustão. Quando excessivamente alta ocasiona o aumento da velocidade de saída dos gases de combustão, portanto diminui o tempo de troca térmica, fazendo com que a temperatura dos gases na chaminé seja elevada, outra conseqüência que podemos Ter é o arraste das partículas, do combustível pulverizado, antes que as mesmas sofram combustão completa. Quando for baixa pode provocar o abafamento da fornalha prejudicando sensivelmente a combustão. Pressão Os controles de pressão mais importantes de uma caldeira são: Pressão da água Faz parte do controle de desarme da caldeira por baixa pressão de água de alimentação, que pode ser causado por parada da bomba, problemas mecânicos com a bomba. Pressão do ar O controle de pressão de ar é executado, regulando a ventilação/exaustão de modo a evitar-se pressão muito acima ou muito abaixo dos recomendados no interior da fornalha. Pressão na fornalha O controle de pressão na fornalha é muito importante no sentido de se evitar vazamentos de gases para o ambiente de trabalho, ou a ocorrência de infiltrações de ar “falso” que vai alterar o rendimento da caldeira. Pressão de vapor
  12. 12. A regulagem de controle de pressão deve ser executada no vapor de modo a que seja atendida a pressão requerida pelos consumidores. Deve-se tomar especial atenção para que a pressão de vapor não suba a níveis acima da pressão de trabalho pois irá gerar perdas de insumos (água tratada, produtos químicos, combustível, etc) através da abertura das válvulas de alívio e segurança do sistema. Alimentação de Água A água de alimentação de uma caldeira influi diretamente na vida útil dos equipamentos, corrosão, incrustação, sedimentação, arraste de sólidos para linhas de vapor e corrosão da seção pós-caldeira (MANUAL BREMER). Para assegurar um bom desempenho e longa vida do equipamento, torna-se necessário fazer a análise química da água por um laboratório, o qual irá fornecer as informações necessárias sobre a necessidade e o tipo de tratamento a ser aplicado (MANUAL BREMER). Os limites máximos toleráveis para água de alimentação são dados abaixo: Limites máximos toleráveis para água de alimentação da caldeira pH 10,5 a 11,5 Alcalinidade Total Máximo 600 ppm Alcalinidade Hidróxida 200 ppm – 300 ppm Dureza (CaCO3) Zero Fosfatos (PO4) 30 ppm – 50 pmm Sulfitos (SO3) 30 ppm – 50 pmm Sílica (SiO2) Máximo 150 ppm Sólidos Totais Dissolvidos Máximo 3.000 ppm Sólidos Suspensos Máximo 300 ppm Tabela 1.0 Limites máximos toleráveis para água de alimentação da caldeira. Fonte: Manual de Caldeiras Bremer. O depósito de água de alimentação deve ser alimentado na proporção de 2,5 vezes do consumo de água da caldeira, e sua capacidade de armazenagem deve ser no mínimo igual ao volume de vapor horário gerado pela caldeira. Exemplo para uma caldeira com consumo de vapor de 4.000 Kgv/h, o depósito deve ser de no mínimo 4.000 litros de água (MANUAL BREMER).
  13. 13. Composição Básica dos Combustíveis Os elementos químicos mais importantes dos combustíveis são: Carbono (C), Hidrogênio (H2), enxofre (S), nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). Impurezas dos Combustíveis • Enxofre: Ao reagir com o oxigênio forma SO2 e SO3. Estes gases tendem a combinar- se com a água formada na reação ou com a umidade presente no combustível, resultando em ácido sulfúrico (H2SO4). Ocorrendo o resfriamento destes gases, em temperaturas próximas a 170ºC (ponto de orvalho), os mesmos irão se condensar provocando problemas de corrosão. Outra desvantagem de combustíveis com enxofre é o que diz respeito à poluição do meio ambiente. • Água: Quanto maior a umidade de um combustível, menor a eficiência da queima, pois uma parte do calor liberado será usado para evaporar a água. • Cinzas: Matérias incombustíveis presentes em pequenas quantidades em alguns combustíveis (óleos, carvão mineral). Ocasionam a formação de resíduos sólidos na câmara de combustão ou sob a forma de finos, se incrustam nas superfícies de troca de calor do equipamento, prejudicando a eficiência térmica. Lenha • Denominação dada à madeira quando destinada ao uso como combustível. • Possui teor de cinzas e enxofre desprezíveis. • É de baixo custo em relação aos combustíveis derivados do petróleo. • Problemas de fornecimento: transporte, manuseio e estocagem. • Ocasiona o desmatamento, obrigando a criação de florestas energéticas. • Umidade prejudica sua qualidade.
  14. 14. • Poder calorífico da lenha (20% de umidade) é de aproximadamente 3.300 Kcal/Kg. • Com a queima de lenha o teor de CO2 deve ficar entre 14-18%, abaixo disso tem muito ar na caldeira. • A relação de lenha e oxigênio é de 1Kg de lenha- 13,6 Kg de O2 Óleo BPF • Obtido através de destilação fracionada do petróleo • Alto teor de enxôfre (S) SO2 H2O H2SO4 SO3 • Necessidade de pré-aquecimento para queima: Quanto menor a viscosidade melhor a queima. Para isso adiciona-se aditivos. • O poder calorífico para óleos combustíveis é de aproximadamente 10.090 Kcal/Kg. • Com a queima de óleo BPF o teor de CO2 deve ficar entre 12-14%, abaixo disso tem muito ar na caldeira. Processo de Combustão A definição de combustão é a reação de oxidação dos constituintes de um combustível. Reações Químicas Básicas C + O2 ⇒ CO2 + calor liberado (aproximadamente 8.100 Kcal/Kg de C) C + ½ O2 ⇒ CO + calor liberado (aproximadamente 2.400 Kcal/Kg de C) 2H2 + O2 ⇒ 2 H2O + calor liberado (aproximadamente 34.000 Kcal/Kg de H) S + O2 ⇒ SO2 + calor liberado (aproximadamente 2.200 Kcal/Kg de S)
  15. 15. Eficiência da Combustão A eficiência da combustão está intimamente ligada a três fatores básicos: • Temperatura: mantida em função da queima do combustível na fornalha. • Tempo: ligado ao projeto da fornalha e ao tipo e volume de combustível utilizado. • Turbulência: fator mais difícil de ser alcançado para assegurar uma adequada combustão. Condições para obtenção de uma boa combustão Uma boa combustão é obtida com uma perfeita dosagem de ar e combustível e pela perfeita mistura entre estes elementos. Reação com a quantidade de ar exata Combustível + ar → gases de combustão + N2 + Calor liberado No processo de combustão industrial é quase impossível obter uma combustão completa com a quantidade estequiométrica de ar, sendo necessário introduzir um excesso de ar. Reação com excesso de ar Para que a combustão seja completa, devido a vários fatores, é necessário que sempre haja excesso de ar. Combustível + ar → gases de combustão + N2 + O2 + Calor liberado
  16. 16. O excesso de ar deverá ser criteriosamente controlado durante a combustão para se saber qual a quantidade ideal mínima possível de excesso de ar a ser introduzido na queima, para evitar: • Resfriamento da fornalha • Perdas térmicas (maior consumo de combustível) A porcentagem de excesso de ar, ideal, varia de acordo com o tipo de combustível; observe as considerações a baixo: • Lenha: 11 a 43% de excesso de ar. • Óleo BPF: 10 a 36% de excesso de ar. Reação com falta de ar Nesta reação a quantidade de ar será insuficiente para promover a queima completa do combustível. Combustível + ar → gases de combustão + N2 + CO + Calor liberado Uma parte do combustível não irá queimar (mau aproveitamento) e consequentemente a quantidade de calor liberada será menor. Controle visual da Combustão Existem algumas formas, não muito precisas, para se conseguir um controle visual da combustão na caldeira. Características Excesso de ar Falta de ar Boa combustão Cor da chama Muito branca Vermelho fuliginoso Laranjada clara Fumaça Branca acinzentada Escura Acinzentada
  17. 17. Fuligem Desprezível Existente Desprezível Teor de CO Inexistente Alto grau Inexistente Teor de CO2 Baixo teor Alto teor Baixo teor 12-13% para lenha e 13 a 14% para óleo BPF Tratamento de Água da Caldeira A água utilizada para o abastecimento de caldeiras possui elementos e características próprias que normalmente afetam no seu rendimento e eficiência e comprometem sua segurança. Deste modo, tem-se a necessidade de se fazer um tratamento da água de alimentação a fim de evitar problemas devido a presença destes componentes e impurezas. De uma maneira geral as principais impurezas da água são: Nome Problemas provocados Dureza (sais de cálcio e magnésio) Incrustações pH/Aucalinidade (bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos) Causa corrosão se muito alta ou baixa (fragilidade cáustica no ferro). A alcalinidade em excesso provoca espuma e arraste de sólidos com o vapor. O bicarbonato e o carbonato produzem gás carbônico, causador de corrosão na linhas de vapor e de condensado. Dióxido de carbono Corrosão em dutos de água e linhas de vapor e de condensado. Cloretos Se concentra abaixo de depósitos porosos provocando corrosão Oxigênio Corrosão Sílica Volatiliza-se a altas pressões causando depósitos (cumulativos) em tubos do superaquecedor e turbinas. Óleos e graxas Depósitos internos sujeitos a carbonização (superaquecimento). Sólidos totais. Em excesso, causam espuma, sedimentos e arraste. Finalidades do tratamento de água Os três principais objetivos do tratamento de água para caldeiras são: • Impedir a formação de incrustações
  18. 18. • Controlar e reduzir a corrosão • Impedir o arraste de água Incrustação Trata-se da formação de depósitos duros e aderentes sobre as superfícies de troca térmica, sendo mais graves nas áreas onde ocorrem maiores taxas de transferência de calor. As incrustações depositadas nas superfícies dos tubos causam uma redução no coeficiente de transmissão de calor, afetando o rendimento da caldeira, causando uma menor produção de vapor e um aumento no consumo de combustível. Isto porque a condutividade térmica das crostas é muito inferior a do material dos tubos e logo tem efeito isolante. Com o aumento da espessura da incrustação o problema agrava-se. Para manter a produção de vapor, é necessário uma temperatura dos gases de combustão cada vez mais alta para vencer esta camada isolante. Assim, o aço dos tubos da caldeira fica cada submetido a uma temperatura muito alta, prejudicando sua resistência e existindo a possibilidade de deformação plástica do material ou até o rompimento. A incrustação é geralmente devida a compostos que possuem solubilidade decrescente com o aumento da temperatura, normalmente sais de cálcio e magnésio que se precipitam nas superfícies metálicas. Outro elemento que pode causar incrustação é a sílica. Também poderá ocorrer a formação de depósitos porosos, o que facilita a migração de soda cáustica e cloretos para baixo deles provocando corrosão. Corrosão É o processo de desgaste das superfícies metálicas. A corrosão não somente danifica o material como também produz contaminações de óxidos metálicos que pode se depositar em outros locais. Os principais fatores da corrosão são: • Valores baixos de pH
  19. 19. • Presença de oxigênio (pitting): Pode ser de dois tipos, 1) Aeração diferencial; e 2) fratura da magnetita protetora. No primeiro caso uma pilha pode se estabelecer devido a deposição de material em suspensão, sob o depósito teremos o ânodo (corrosão) e a parte limpa será o cátodo. No segundo caso, a ação do vapor d’água sob o ferro em meio alcalino forma uma camada protetora de magnetita Fe3O4 que impede a corrosão do oxigênio quando a pressão for inferior a 12 Kgf/cm2 . Em pressões maiores o oxigênio rompe este filme protetor originando Fe2O3 , que oferece proteção, e ao ser removido pela água, se estabelece uma pilha onde, as partes com magnetita são os cátodos e os locais descobertos os ânodos (corrosão). • Presença de gás carbônico e dióxido de carbono: Causam a corrosão nas linhas de condensado devido a presença destes gases no vapor. O dióxido de carbono é formado no interior da caldeira pela decomposição de carbonatos e bicarbonatos, deixando a caldeira na fase vapor e passando ao sistema de distribuição de vapor. Quando o vapor se condensa parte dele se dissolve no condensado e forma ácido carbônico (baixando o pH). Arraste É a contaminação do vapor com gotículas de água que carregam sólidos em suspensão. O arraste pode ser 1) Arraste mecânico ou 2) Arraste Químico: 1. Arraste Mecânico: Quando provocado por motivos operacionais. Por exemplo, caldeira com nível de água alto, flutuações de carga (períodos com aumento na demanda de vapor). 2. Arraste químico: Quando em concentrações excessivas de produtos químicos as bolhas de vapor formadas irão resistir a coalecência, e em vez de se quebrarem para liberar o vapor, irão se juntar umas sobre as outras, causando a formação de espuma a tal ponto que serão arrastadas junto com o vapor provocando depósitos e corrosão e erosão. Os componentes que aumentam essa formação de espuma são: alcalinidade, alta taxa de sólidos em suspensão e dissolvidos, e presença de sílica. Sistema de Tratamento da Água
  20. 20. Eliminar a dureza Com o objetivo de evitar incrustações devido ao cálcio e magnésio, adiciona-se à água sais de fósforo, sendo o mais comum o fostato trissódico (Na3PO4). Deve-se manter em média um excesso de 10 a 30 ppm de PO4 em caldeiras de baixa e média pressão (controle da análise de dureza deve ser de 0 mg CaCO3/l). Os sais de cálcio e magnésio se precipitam mais convenientemente, formando compostos menos aderentes as superfícies, se o pH do meio estiver entre 10,5-11,5 (o sucesso deste tratamento esta associado as descargas de fundo para remoção da lama). Muitas vezes associa-se ao tratamento com fosfatos, agentes dispersantes poliméricos. Esses produtos são conhecidos como polieletrólitos e existem no estado natural (taninos, alginatos) ou sintéticos. Ajuste do pH Para previnir a corrosão ácida nas caldeiras, adiciona-se o hidróxido de sódio (soda cáustica) ou fosfatos a fim de se ajustar o pH entre 10 e 11,5. Além disso um pH nessa faixa auxilia a precipitação do cálcio e magnésio e amolece as borras e depósitos, bom como protege o aço (ajuda a formação da magnetita protetora). Remoção do Oxigênio Usam-se os seguintes produtos a fim de remover o oxigênio: • Sulfito de sódio Na2SO3 + ½ O2 → Na2SO4 O sulfito acarreta constante aumento na taxa de sólidos dissolvidos na água, devido a formação de sulfato de sódio. Para acelerar a reação do sulfito de sódio com o oxigênio usam-se catalisadores (sais de cobalto). Deve-se manter um excesso, em média, de 10 a 30
  21. 21. ppm de SO3. Em caldeiras operando com pressões maiores que 42 Kgf/cm2 , surgirão reações que decompõem o sulfito em SO2 e H2S que são corrosivos. • Hidrazina: N2H4 + O2 → N2 + 2 H2O Evita o aumento da taxa de sólidos dissolvidos na água. A hidrazina não reage totalmente com o oxigênio, quando a água se encontra a temperatura ambiente, sendo entretanto a reação completa nas temperaturas das caldeiras em operação. A altas pressões e temperaturas a hidrazina se decompõem formando amônia. Em termos de excesso de produto na água de caldeira, deverá ser de 0,1 a 0,5 ppm em N2H4 para caldeiras de baixa e média pressão, para se evitar a possível decomposição em amônia. Prevenção do Arraste • Evitar as causas mecânicas; • Controlar os teores de alcalinidade, sólidos suspensos e sólidos dissolvidos abaixo dos limites permitidos para a água da caldeira (estes limites variam de acordo com a faixa de pressão de trabalho das caldeiras) estabelecendo um correto ciclo de descargas de fundo (no caso das caldeiras aquotubulares, a descarga contínua também é utilizada com esta finalidade). Quando estes teores estiverem acima do permitido, o ciclo dessas descargas deverá ser aumentado. A alcalinidade é devida a presença de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos. É controlada através de valores denominados VP (valor fenolfetaleína) e VM (valor metilorange). A tabela a seguir, permite avaliar a alcalinidade da água de caldeira em relação a esses valores: Alcalinidade Hidróxido (OH-) Carbonato (CO3=) Bicarbonato (HCO3) P=0 0 0 M
  22. 22. P=M M 0 0 P= ½ M 0 M 0 P < ½ M 0 2P M-2P P > ½ M 2P - M 2(M-P) 0 • Limitar a concentração de sílica na água de modo a diminuir sua contaminação no vapor. Deve ser removida ao máximo pelo tratamento externo com resinas de troca iônica, limitando-se seus teores na água de alimentação (mesmo com este tratamento sua remoção não é total). Caso não exista este tratamento, seu controle também será via descarga de fundo ou descarga contínua. Outros Tratamentos Prevenção da Corrosão nas linhas de Condensado Utilizam-se inibidores de corrosão para neutralizar o ácido carbônico formado nas linhas de condensado. Esses produtos são conhecidos como aminas neutralizantes (morfolina, deitiletanolamina, ciclohexilamina) e elevam o valor do pH. Desmineralização Processo através do qual os sais dissolvidos na água, tanto sob a forma de ânios, como sob a forma de cátios, são retirados do meio, restando água de alta pureza. O processo consiste na passa da água por um ou mais leitos catiônicos (resina no ciclo hidrogênio) e um ou mais leitos aniônicos (resina no ciclo hidróxido). Existe uma série de dispositivos de desmineralização com diferentes e variados equipamentos. As diferenças são devidas as necessidades de se obter a qualidade da água do efluente do processo a que se deseja chegar. Existem equipamentos onde as resinas catiônicas e aniônicas estão intimamente misturadas em um único leito (leito misto). Após um determinado tempo as resinas estarão com sua capacidade de troca esgotada, e necessitarão um tratamento regenerante. Resinas catiônicas do ciclo hidrogênio
  23. 23. são regeneradas com ácido sulfúrico (H2SO4) ou ácido clorídrico (HCl) e as resinas aniônicas com hidróxido de sódio (NaOH) ou hidróxido de amônio (NH4OH). Desaeração Destina-se a eliminar os gases dissolvidos na água, principalmente oxigênio e gás carbônico causadores de corrosão. Isto é conseguido através do aumento da temperatura da água através do contato com o vapor (“a solubilidade de um gás em um líquido é inversamente proporcional a temperatura”), em equipamentos chamados desaeradores. É necessário pulverizar a água para aumentar sua superfície de contato com o vapor e gerar desprendimento dos gases, que são expulsos do desaerador por um vent. A válvula pneumática que aquece com vapor o desaerador trabalha com aproximadamente 800 Kgf. Desaerador O Desaerador não foi projetado para suportar vácuo total. Portanto devem ser tomadas precauções durante as operações de partida e parada do equipamento para impedir a ocorrência de condições que possam produzir vácuo e, possivelmente, causar um colapso no tanque. Tipos de ocorrências de vácuo total: • Quando o suprimento de vapor é fechado e a água fria continua entrando na unidade, o vapor se condensa, o ar não pode entrar na unidade em velocidade suficiente, pela linha de respiro, resultando na formação de vácuo. • Durante paradas do desaerador, pode ocorrer à presença de vapor na unidade durante um período de tempo considerável, devido ao isolamento do tanque. Quanto da recolocação em serviço, se a água fria for admitida antes do vapor, poderá ocorrer à formação de vácuo. Portanto, ao colocar o desaerador em operação, assegurar-se de que o vapor entre antes e então admitir a água vagarosamente de
  24. 24. forma a manter uma pressão positiva de vapor, dentro da unidade durante todo tempo. Paradas Temporárias Para paradas temporárias, o procedimento sugerido é permitir que a água, permaneça na seção de armazenamento do desaerador, mantendo a pressão do vapor na unidade: fechar as válvulas de saída e entrada de água. Partida depois de parada temporária Pressuriza o desaerador e depois abre-se gradativamente a válvula de entrada de água até a obtenção da vazão desejada. Abrir então a válvula de saída. Paradas Prolongadas Para períodos inativos mais longos, o desaerador pode ser parado completamente, e despressurizado. A água no desaerador pode ficar na seção de armazenamento. Fecham-se as válvulas de entrada de água, antes de despressurizar, pois caso contrário, a entrada de água fria na unidade condensará o vapor e provocará vácuo. Partida depois de paradas prolongadas Nas partidas após paradas prolongadas e com o desaerador despressurizado abre-se a válvula de drenagem da câmara de contato, após isso, fecha o dreno e segue aos procedimentos de partida. Manutenção do Desaerador • Semanalmente: Limpar vidros dos visores e conferir todos os controles, lubrificar partes móveis.
  25. 25. • Mensal: Verificar as válvulas spray e materiais estranhos que podem estar fixados nela. • A cada seis meses: 1) Inspesionar as válvulas spray e a câmara de pré-aquecimento, quanto à presença de incrustações e sujeiras; 2) Limpar o purador do separador de óleo e 3) Verificar a operação da válvula de alívio e da válvula quebra-vácuo. • Anualmente: 1) Drenar e limpar a câmara de armazenamento e abrir a boca de inspeção; 2) Certificar se de que as linhas de sucção das bombas e as entradas das mesmas estão limpas; 3) Inspecionar o “esfregador”, verificar se a abertura anelar esta livre de incrustações e 4) Inspecionarem todos os mecanismos de controle de água, vapor e outros acessórios. Figura 1.0 Desaerador modelo Fonte: NALCO, 1996.
  26. 26. Figura 2.0 Desaerador modelo Fonte: NALCO, 1996. Descargas de Fundo A descarga de fundo de uma caldeira tem como objetivo limitar a concentração de sólidos totais na água e remover a lama resultante do tratamento. A lama formada na caldeira devido à presença de sólidos dissolvidos e sólidos em suspensão são de consistência mole e podem ser facilmente removidas através das descargas de fundo. A formação desta lama também esta associada a utilização de anti- incrustantes, que são produtos utilizados para reagir com os sais de cálcio e magnésio que provocam as incrustações. Estes produtos formam compostos que ficam em suspensão na água de caldeira até o seu ponto de saturação, para depois se precipitarem na forma de lama. O correto ciclo de descargas de fundo deve ser determinado através da análise da água da caldeira, obtendo-se assim a frequência e o tempo de descarga mais adequados. A lama caso não seja eliminada, e estando sujeita a altas temperaturas poderá endurecer e expor a caldeira a riscos de deformação.
  27. 27. O sistema mais recomendado é com duas válvulas de bloqueio em série. A primeira de abertura lenta (válvula gaveta) e a segunda de abertura rápida (válvula macho). Alimentação de Produtos Químicos A alimentação de produtos químicos é feita através de tanques dotados de bombas dosadoras. Normalmente, os produtos químicos (fosfatos, soda cáustica, dispersantes, sulfatos, etc,) são adicionados diretamente na água de alimentação das caldeiras, sendo colocados num ponto após o desaerador e antes da caldeira. Tais produtos devem permitir que as reações químicas ocorram fora da caldeira. Assim, a hidrazina, utilizada como sequestrante de oxigênio, deve ser adicionada de forma contínua na água de alimentação, porém, distante da caldeira, a fim de dar tempo necessário para que a reação se processe. Também os dispersantes, antiincrustantes e condicionadores de lama deverão ser dosados continuamente. A dosagem dos produtos químicos é baseada na impureza da água de alimentação, no volume da água adicionada e considerando-se o residual de produtos a ser mantido na água, no interior das caldeiras. Classificação das Caldeiras Quanto a Pressão • Categoria A: Caldeira cuja pressão de operação é superior a 19,98 Kgf/cm2 • Categoria C: Caldeiras com pressão de operação igual ou inferior a 5,99 Kgf/cm2 e o volume interno é igual ou inferior a 100 litros. • Categoria B: Caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

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