2- caldeiras de vapor

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL UNIDADE ACADÊMICA CENTRO DE TECNOLOGIA – CTEC CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA AUTOR: JOSÉ AUGUSTO DE MOURA NEVES AMAURI BRUNO AMORIM DIAS ANDRÉ DE ALBUQUERQUE DUARTE CALDEIRAS

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Page 1: 2- Caldeiras de Vapor

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL

UNIDADE ACADÊMICA CENTRO DE TECNOLOGIA – CTEC

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

AUTOR: JOSÉ AUGUSTO DE MOURA NEVES

AMAURI BRUNO AMORIM DIAS

ANDRÉ DE ALBUQUERQUE DUARTE

CALDEIRAS

Page 2: 2- Caldeiras de Vapor

Histórico – Surgimento das Caldeiras

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Haycock, 1720

Savery’s Engine, 1700

Page 3: 2- Caldeiras de Vapor

Quanto ao Fluido que Passa Pelos Tubos:

Caldeiras Flamotubulares

Caldeiras Aquotubulares

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 4: 2- Caldeiras de Vapor

FLAMOTUBULARES

São utilizadas apenas para a produção de vapor saturado pois a troca de calor é feita sempre entre o tubo com gás quente na parte interna envolvido completamente com água na forma líquida.

Caldeiras de fornalha lisa.

Caldeiras de fornalha corrugada (tipo sanfonada). Aumenta de forma considerável a área de transferência

de calor

Caldeiras com um ou múltiplos passes para o percurso dos gases.

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 5: 2- Caldeiras de Vapor

Flamotubulares

Caldeiras de parede traseira seca.

Caldeiras de parede traseira molhada.

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 6: 2- Caldeiras de Vapor

AQUOTUBULARES

Água a ser vaporizada circula no interior dos tubos de troca térmica, o calor proveniente da queima do combustível circula na parte externa.

As caldeiras de grande porte que operam em altas e médias pressões.

Apresentam um importante inovação: a elevação de sua temperatura acima da de saturação, ou seja o seu superaquecimento.

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 7: 2- Caldeiras de Vapor

AQUOTUBULARES

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 8: 2- Caldeiras de Vapor

QUANTO À FONTE DE CALOR

Caldeiras Elétricas

Resistências elétricas aquecem o fluido

Caldeiras com Câmaras de Combustão

Com câmara de combustão que produz o calor para aquecer o fluido

Caldeiras de Recuperação

Usa gases quentes oriundos de outros processos para aquecer o fluido

Caldeiras de Fluido Térmico

Fluido aquecido e transportado para um sistema que utiliza energia para um outro processo térmico. O fluido retorna à caldeira para ser aquecido novamente em circuito fechado.

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 9: 2- Caldeiras de Vapor

Caldeira Elétrica

Aplicabilidade bastante reduzida no setor industrial.

Em locais onde há pouca oferta de combustíveis e facilidade de obtenção de eletricidade.

Vaso de pressão não sujeito a chama com sistema de aquecimento elétrico e sistema de água de alimentação.

O rendimento é bastante elevado: troca de calor ocorre no interior da massa líquida.

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 10: 2- Caldeiras de Vapor

Quanto à Movimentação da água nos Tubos

Caldeiras de Circulação Natural

Caldeiras de Circulação Forçada

Quanto à Pressão da Câmara de Combustão

Caldeiras de Pressão Positiva

Caldeiras de Pressão Negativa

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 11: 2- Caldeiras de Vapor

QUANTO À TIRAGEM

Caldeiras de Tiragem ForçadaUso de Ventiladores para entrada de ar na fornalha Caldeiras de tiragem InduzidaUso de exaustor de gases na chaminé Caldeiras de tiragem BalanceadaCombina as anteriores

QUANTO À PRESSÃO DE OPERAÇÃO

Caldeiras SubcriticaMédia e Baixa Pressão Caldeiras SupercriticasVapor superaquecido

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 12: 2- Caldeiras de Vapor

QUANTO AO TIPO DE COMBUSTÍVEL

Caldeiras a Combustíveis Líquidos Óleo combustível Óleo diesel Resíduo de vácuo

Caldeiras a Combustível Sólido Sólidos Naturais Sólidos Derivados

Caldeiras a gás Gás combustível (Refino) Gás Natural

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 13: 2- Caldeiras de Vapor

As caldeiras são construídas de acordo com o tipo de combustível que irá utilizar.

Instalações adequadas para recebimento e manuseio do combustível, incluindo tanques para armazenamento com capacidades adequadas ao consumo e oferta do produto no mercado.

Instalações de aquecimento para elevar a temperatura do combustível previamente a sua entrada na caldeira, facilitando desta forma sua atomização e queima.

Possuir sistemas para aquecimento prévio do ar destinado a queima, conhecidos como pré - aquecedores de ar.

TIPOLOGIAS DAS CALDEIRAS

Page 14: 2- Caldeiras de Vapor

Os queimadores utilizados nestas caldeiras devem ser compatíveis com as características do óleo em uso.

As fornalhas para combustíveis líquidos devem possuir dimensões suficientes para que o processo de transformação para o estado gasoso ocorra, assim como toda a queima em seu interior sob qualquer condição de carga.

Nas caldeiras de combustível líquido as tubulações e equipamentos do sistema de manuseio devem ser isoladas termicamente.

CALDEIRA DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS

Page 15: 2- Caldeiras de Vapor

Combustíveis Sólidos Naturais Madeira Turfa Carvão mineral Bagaço de cana, etc.

Combustíveis sólidos Derivados Carvão vegetal Coque de carvão Coque de petróleo, etc.

CALDEIRA DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS

Page 16: 2- Caldeiras de Vapor

Gás Natural

O gás natural é encontrado em reservatórios subterrâneos naturais, associado ou não ao petróleo, de onde é extraído através da perfuração de poços.

Após ser produzido, antes de ser enviado para consumo como combustível, geralmente, passa por UPGNs que retiram deste gás as frações mais pesadas que podem ser incorporadas às correntes de GLP e NAFTA.

CALDEIRA DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS

Page 17: 2- Caldeiras de Vapor

PARTES DE UMA CALDEIRA

Saída de vapor saturado

Saída de vapor Superaquecido

Gases Exautos

Superaquecedor

Tubos de água do Bank

Água

Tubulão de Lama

Válvula de Segurança

Vapor saturado

Tubulão de Vapor

Água em ebulição

Tubos da Parede d’ água

Queimador

Combustível

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QUEIMADORES

PARTES DE UMA CALDEIRA

Turbulador

Lança de gás

Entrada de gás

Entrada de Ar

Ignitor Lança

de óleo

Regulagem do Damper

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Tubos da Parede D'água

Tubos dispostos verticalmente, um ao lado do outro, circundando toda a fornalha.

Pode ser membranada: tubos são aletados e/ou soldados uns aos outros, formando uma parede estanque.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 20: 2- Caldeiras de Vapor

Tubulão de vapor

Separa a água do vapor gerado nas paredes da fornalha (tubos das paredes d’água) e controla a quantidade de sólidos dissolvidos na água da caldeira.

A separação da água do vapor em estágios, ou através de turbo separadores ou através de chapas corrugadas, ou por meio de conjunto de telas.

Estes separadores são instalados na parte superior do tambor.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 21: 2- Caldeiras de Vapor

Tubulão de lama

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 22: 2- Caldeiras de Vapor

Fornalha

A fornalha é a região da caldeira em que se desenvolve a combustão e a maior parte do calor é transferido.

Requisitos:Ter um volume capaz de garantir que toda a queima se efetuará no seu interior.

O posicionamento dos queimadores e das superfícies de transferência de calor deve tal que não haja contato entre a chama e os tubos.

A superfície dos tubos para absorção do calor gerado deve suficiente para que não ocorra vaporização nos tubos de subida.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 23: 2- Caldeiras de Vapor

Fornalha

As fornalhas podem ser classificadas em três tipos principais:

Fornalha de Queima Frontal - Os queimadores são horizontais, montados paralelamente em uma das paredes da fornalha.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 24: 2- Caldeiras de Vapor

Fornalha de Queima Tangencial - Os queimadores são horizontais, montados nas arestas verticais da fornalha, com suas linhas de centro tangenciando um circulo no meio da fornalha.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 25: 2- Caldeiras de Vapor

Fornalha de Queima Vertical - neste caso os queimadores são verticais, montados no teto da fornalha.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 26: 2- Caldeiras de Vapor

Bank

Feixe de tubos que ligam os dois tubulões.

Trocam calor por convexão com os gases da fornalha.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 27: 2- Caldeiras de Vapor

Indicadores de pressão

Analógicos de leitura direta

Transmissor de leitura remota

PARTES DE UMA CALDEIRA

Page 28: 2- Caldeiras de Vapor

Dispositivos de segurança

PARTES DE UMA CALDEIRA

PSV

Page 29: 2- Caldeiras de Vapor

Visores de nível;

PARTES DE UMA CALDEIRA

Imagens retiradas de m.albernaz.sites.uol.com.br/caldeiras.htm www.tutorgig.com/ed/Boiler

Page 30: 2- Caldeiras de Vapor

Sistema do controle de nível;

PARTES DE UMA CALDEIRA

As mudanças bruscas de demanda de vapor provocam alterações no nível.

Estas alterações na demanda de vapor causam no nível de água no tubulão a expansão e a contração.

O controle de nível deve responder rapidamente a essa mudança amenizando os distúrbios no controle de combustão.

Imagens retiradas de m.albernaz.sites.uol.com.br/caldeiras.htm www.tutorgig.com/ed/Boiler

Page 31: 2- Caldeiras de Vapor

Superaquecedores de vapor

Superfícies trocadoras de calor com a finalidade de elevar a temperatura do vapor produzido no tambor a um valor superior ao valor de saturação.

Podem ser classificados como de convecção ou de radiação.

PARTES DE UMA CALDEIRA

Imagens retiradas de m.albernaz.sites.uol.com.br/caldeiras.htm www.tutorgig.com/ed/Boiler

Page 32: 2- Caldeiras de Vapor

Economizador

Trocador de calor tubular instalado na região de passagem dos gases de uma caldeira.

Propicia o aproveitamento de energia térmica contida nesses gases, transferindo-a para a água de alimentação que está sendo introduzida no tambor.

PARTES DE UMA CALDEIRA

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OBJETIVOS DO TRATAMENTO DE ÁGUA DAS CALDEIRAS

 

O tratamento químico interno de água das caldeiras e também as operações de tratamento preliminar visam atender os seguintes objetivos: • Evitar a formação de incrustações• Evitar os processos corrosivos• Eliminar as ocorrências de arrastes de água

Page 34: 2- Caldeiras de Vapor

CLARIFICAÇÃO/ FILTRAÇÃO  

Operação realizada normalmente em uma estação de tratamento de água (ETA), responsável pela eliminação de material suspenso na água.

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PROCESSOS DE TROCA IÔNICA  

É um tratamento complementar que visa a remoção dos íons dissolvidos na água causadores de problemas, tais como cálcio, magnésio, sílica, etc. Este processo faz uso das chamadas resinas de troca iônica, que são pequenas esferas porosas de material plástico em cuja superfície estão ligados os íons que serão usados na troca.

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ABRANDAMENTO

 Consiste na remoção de cálcio e magnésio da água. Faz uso de resinas que trocam íons sódio (Na+) ou hidrogênio (H+).

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PROCESSO DE OSMOSE REVERSA

 

Consiste em fazer a água previamente filtrada passar por dispositivo normalmente cilíndrico denominado “permeador”, onde os sais presentes na água são retidos por membranas seletivas especialmente fabricadas. A água pura é eliminada radialmente pelo permeador, enquanto que a parcela de água não permeada é descartada a uma concentração mais elevada de sais.