O documento discute a combustão de combustíveis líquidos em caldeiras industriais. Descreve os processos de preparação do combustível e ar, ignição e combustão, transmissão de calor, e descarga dos gases. Inclui detalhes sobre filtragem, atomização, pré-aquecimento do combustível e ar, e projeto dos queimadores para promover boa combustão. Também aborda problemas relacionados à queima de óleos pesados e a formação de incrustações.

1. Combustão de combustíveis líquidos

2. a) Preparação do óleo
a.1)Filtragem:
Remover partículas sólidas em suspensão
Evitar obstrução de:
Tubulação, aquecedores, queimadores
Reduzir volume de resíduo de combustão
depositado nos tubos da caldeira

3. • a.2)Regulagem:
• Controle da quantidade de combustível injetada na fornalha
• Para obter relação adequada de combustível e ar
necessários à combustão
• a.3)Atomização ou pulverização:
• Aumentar a superfície de contato entre óleo e ar para:
• Reduzir o excesso de ar ao mínimo
• Aumentar a velocidade de queima
• Aumentar eficiência de queima (reduzir resíduo de óleo não
queimado)

4. • a.4)Pré-aquecimento do óleo:
• Para reduzir viscosidade e tensão superficial e
obter atomização adequada
• Elevar a temperatura para próximo do ponto
de inflamação (ignição)

5. • b) Preparação do ar:
• b.1)Fornecimento do ar necessário:
• Dimensionamento adequado dos sopradores de ar
• b.2)Pré-aquecimento do ar com os gases de queima:
• Para melhorar rendimento térmico
• b.3)Projeto adequado dos difusores dos queimadores:
• O fluxo de ar pelos difusores dos queimadores deverá ser
adequado para promover
• Uma boa queima e
• Acelerar a remoção e renovação dos gases inertes
produzidos na combustão e oriundos do comburente

6. Vapor p/ atomização do óleo
Ar é necessário p/ queima do
gás ou óleo atomizado

7. • c) Ignição e combustão do óleo na fornalha
• c.1)Mistura das partículas de óleo atomizado com o ar
insuflado na fornalha
• c.2)Vaporização das partículas ou gotículas com o calor
• c.3)Combustão liberando calor
• d) Transmissão do calor da combustão
• Através dos tubos que constituem as partes da caldeira
• O calor é transmitido simultaneamente por condução,
convecção e radiação
• e) Descarga dos gases de combustão
• Após cederem calor os gases são conduzidos pelos dutos e
chaminé até a atmosfera

8. • Combustão
• Reação química de natureza gasosa e exotérmica
• Para efetuar queima eficiente os derivados de petróleo
devem ser previamente levados a uma condição
praticamente gasosa e
• A uma temperatura igual ou superior a sua temperatura de
inflamação (ou ignição)
• Para que os vapores emitidos entrem imediatamente em
combustão

9. • Óleo
• Mistura complexa de hidrocarbonetos
• Hidrocarbonetos = Combinação em proporções variáveis de
C e H e mais compostos sulfurados, nitrogenados e
oxigenados
• A combustão produz:
• produtos intermediários
• Metano (CH4), acetileno (C2H2) e benzol (C6H6)
• Produtos finais
• CO2 , H2O , N2

10. • A combustão com excesso de ar tem ainda como
produto final O2
• Como a maioria dos óleo contem enxofre, SO2 e SO3
também aparecem como produto finais
• Na combustão incompleta entre os gases de
combustão aparecem combustíveis como CO e H2
• Na combustão incompleta ocorrem
– depósitos de carvão e fuligem
– grande desprendimento de fumaça
– combustão é de baixo rendimento térmico

11. • Sistema de combustão
• O óleo para os queimadores deverá ser fornecido a uma
taxa constante
• Para que a ignição seja mantida ininterrupta
• O ar necessário à combustão deverá ser regulado de acordo
com a quantidade de combustível injetado
• A temperatura no tanque de óleo deverá ser tal que óleo
possa fluir livremente
• As linhas deverão ser:
– Isoladas
– Aquecidas com traço de vapor
• Deverá ter um sistema de controle de temperatura do
tanque de óleo de forma a manter uma temperatura que
resulte na viscosidade recomendada pelo projeto do
sistema

12. Sistema típico para queimar óleo pesado em pequenas instalações
Anel de óleo – uma tubulação que conduz o óleo até o
queimador e uma tubulação de retorno para o tanque. Neste
sistema o óleo circula constantemente

13. Sistema de queima de óleo pesado para grandes instalações
Equipamentos duplicados para permitir limpeza sem parar o
gerador de vapor

14. • Para os combustíveis normalmente utilizados
– A temperatura recomendada é da ordem de 35 C e
– A viscosidade é mantida entre 4000 a 7000 SSU
• Manter rotina de limpeza dos filtros instalados no sistema
de tubulação de óleo
• Quando se utiliza óleos mais leves não há necessidade de
aquecimento
• Para queima de óleos pesados, como resíduo asfáltico
(RASF) e resíduo de vácuo (RV), deverá ser previsto:
– Aquecedores ao longo do sistema
– Manter temperatura que garanta viscosidade de 150 a
400 SSU
(Obs:RASF , RV , temperatura do combustível poderá ser
superior a 300C)
– A atomização deverá ser do tipo mecânica ou a vapor
• Para os casos específicos verificar as recomendações de
projeto

15. • Problemas na queima de resíduo
• Vapor de atomização com temperatura inferior a necessária
para garantir a viscosidade necessária
• O vapor de atomização esfriava o óleo
• Acompanhamento de temperatura era no coletor geral
• Não havia informação sobre a temperatura do óleo e
do vapor na entrada de cada queimador
• O isolamento e aquecimento (steam trace) das linhas eram
deficiente junto dos queimadores
• Na chegada do queimador ocorria condensação do
vapor e resfriamento do óleo
• Em muitos casos a Engenharia e a Manutenção não
conseguiram colocar o forno elétrico em operação
• A grande quantidade de metal no óleo produzia resíduo da
queima que obstruía a caldeira e era de difícil remoção

16. Incrustação de difícil remoção
causando obstrução da
caldeira
Superaquecedor
primário
Superaquecedor
secundário

17. • Depósito incrustado na chicana do BANK

18. • As caldeiras industriais queimam óleo combustível
que é
• Resíduo remanescente após extração das frações
leves do petróleo
• Os queimadores devem atomizar o combustível
ante de injetá-lo na fornalha
• A atomização é feita por pulverização mecânica
• A atomização é feita para obter a máxima
superfície de contato possível, exposta às reações
de combustão

19. • Formas de pulverização mecânica
– Ar pressurizado ou Vapor
– Forçar o combustível sob pressão através de
pequenos orifícios
– Separar a película de óleo em partículas através
da força centrifuga
• Atomização com ar ou vapor é simples e barata
• Os queimadores de atomização por vapor podem
trabalhar praticamente com
– Óleos de qualquer viscosidade e
– A qualquer temperatura

20. Mistura interna – o óleo é aquecido por contato direto
com o vapor ante de pulverizar

21. Mistura externa – o óleo flui para o bico através
de uma passagem anular central, sendo o fluxo
regulado mediante uma base roscada

24. Ar primário
Ar secundário
Bico do queimador de óleo

25. • Bico do queimador de óleo obstruído por
matéria suspensa no óleo

26. • Filtro do sistema de óleo impregnado de material
suspenso no óleo

27. • Queimador de gás natural
Ar primário
Ar secundário
Bicos
queimadores
de gás

28. • A pulverização com vapor permite obter combustões mais
perfeitas
• Possibilitando a queima de resíduos de petróleo mais
viscosos
• O petróleo a ser pulverizado entra em contato com o vapor
• O vapor além de possuir muita energia que se desenvolve
durante a expansão
• Possui temperatura elevada, que aumenta a fluidez do
combustível
• O vapor tem um efeito químico que reduz a formação de
fuligem e fumaça
– Devido ao equilíbrio que se estabelece sob alta
temperatura entre o C, CO e vapor dágua

29. • A conservação dos bicos atomizadores , e juntas é
imperativo para assegurar o bom funcionamento
do queimador
• Bicos reserva devem ser conservados em óleo
diesel ou querosene

30. • As lanças retiradas de serviço devem ser
inspecionadas e os bicos removidos para
limpeza
• Verificar a calibração dos bicos atomizadores
após 3 meses de uso
• Quando o sistema de queima for retirado de
serviço, recomenda-se lavá-lo com diesel ou
querosene e conservá-lo limpos

31. Exemplo – 1
caldeira queimando óleo

32. Caso 1 -Incrustação
resultante da queima de
óleo pesado com finos
de catalisador

33. Incrustação provocada pela
queima de óleo contendo
finos de catalisador

34. Além da incrustação a
caldeira estava operando
com dois queimadores
apagados por estarem
danificados

35. Conseqüência – oxidação da chicana do bank

36. Furo na primeira curva na
entrada do superaquecedor
secundário

37. Corrosão dos tubos do BANK

38. Exemplo 2
Acompanhamento após troca de óleo

39. Caso 2 -Trocou de óleo e
passou a observar perda de
rendimento da caldeira em
espaço de tempo menor
A perda de rendimento
estava associada a maior
formação de incrustação

40. A caldeira parava a cada 12
meses para limpeza.
Com a troca de óleo, passou
a parar para limpeza a cada 6
meses