caldeiras, superaquecedores e reaquecedores - formatado.pptx

5/23/2018 Caldeiras, superaquecedores e reaquecedores - FORMATADO.pptx

1/43

CALDEIRAS,

SUPERAQUECEDORES EREAQUECEDORESDCIO GERMANO XAVIER REBOUAS JNIOR

NGRID HELOISA DA SILVA ALVESKTIA NASCIMENTO DE SOUZAVICTOR HUGO CAVALCANTE ALVES


2/43

INTRODUO

Num gerador de vapor moderno, vrios componentes estodispostos de modo a absorver eficientemente o calor dosprodutos da combusto e fornecer vapor temperaturanominal, presso e capacidade.

Componentes: Caldeira;

Superaquecedor;

Reaquecedor;

Pr-aquecedor;

Economizador;

Aquecedor de ar;

Separadores;

Controle.

2


3/43

CALDEIRAS

Empregadas na produo de vapor de gua ou aquecimento defluidos trmicos;

A energia para vaporizao pode ser obtida atravs da queimade combustvel slido, lquido ou gasoso, ou ainda por

converso de energia eltrica e at fisso nuclear; Fceis de usar e de automatizar;

Classificam-se em dois grandes grupos:

Caldeiras flamotubulares;

Caldeiras aquatubulares.

3


4/43

CALDEIRAS FLAMOTUBULARES

Gases quentes da combustocirculam no interior de tubos queatravessam o reservatrio degua a ser aquecida para produziro vapor.

Muito utilizada em pequenasindstrias, hospitais e hotis.

Pequeno porte, baixo valor deinvestimento e facilidade demanuteno.

Destaque em dois tipos decaldeiras: vertical e horizontal.

4


5/43


5


6/43


Componentes de uma caldeira flamotubular:a) Cinzeiro: em caldeiras de combustveis slidos, o local onde se depositam as cinzas ou

pequenos pedaos de combustvel no queimado.

b) Fornalha:com grelha ou queimadores de leo ou gs.

c) Seo de irradiao: so as paredes da cmara de combusto revestidas internamente por

tubos de gua.d) Seo de conveco:feixe de tubos de gua, recebendo calor por conveco forada; pode

ter uma ou mais passagens de gases.

e) Superaquecedor: trocador de calor que aquecendo o vapor saturado transforma-o emvapor superaquecido.

f) Economizador: trocador de calor que atravs do calor sensvel dos gases de combustosaindo da caldeira aquecem a gua de alimentao.

g) Pr-aquecedor de ar:trocador de calor que aquece o ar de combusto tambm trocandocalor com os gases de exausto da caldeira.

h) Exaustor: faz a exausto dos gases de combusto, fornecendo energia para vencer asperdas de carga devido a circulao dos gases.

i) Chamin: lana os gases de combusto ao meio ambiente, geralmente a uma alturasuficiente para disperso dos mesmos.

6


7/43


Vantagens:

Construo fcil, com relativamente poucos custos;

So bastante robustas;

No exigem tratamento de gua muito cuidadoso;

Exigem pouca alvenaria; Utilizam qualquer tipo de combustvel, lquido, gasoso ou slido.

Desvantagens:

Presso limitada em torno de 15 atm, devido espessura da chapa dos corposcilndricos crescer com o dimetro;

Partida lenta, em funo de se aquecer todo o volume de gua; Baixa capacidade e baixa taxa de produo de vapor por unidade de rea de

troca de calor;

Circulao de gua deficiente;

Dificuldades para instalao de superaquecedores, economizadores epreaquecedores de ar.

7


8/43

CALDEIRAS AQUATUBULARES

A gua a ser aquecida passa nointerior de tubos que soenvolvidos pelos gases decombusto.

Utilizadas nos projetos industriais

modernos, produzindo grandesquantidades de vapor a elevadastemperaturas.

Produo de vapor pode atingir at750 ton/h.

8


9/43


Componentes de uma caldeira aquatubular:a) Cmara de combusto: regio onde se d a queima do combustvel, gerando o gs de

queima aquecido.

b) Tubulao de vapor: tambor horizontal localizado na parte superior da caldeira,onde gua e vapor esto em equilbrio na temperatura de saturao correspondente

presso do mesmo.c) Tubulao de gua: tambor horizontal localizado na parte inferior da caldeira,

normalmente com dimenses menores do que o anterior, ficando sempre cheiodgua.

d) Feixes de tubos: tubos que interligam os tambores de vapor e de gua.

e) Isolamento e refratrios: isolam a cmara de combusto dos elementos estruturaisirradiando o calor no absorvido pelos tubos de volta para dentro da cmara, o que

evita perdas de calor para o exterior e protege a carcaa metlica.f) Estrutura e carcaa metlica: envolvem a caldeira, sustentam o isolamento e os

refratrios, alm de todos os internos, garantindo a estanqueidade.

g) Sada de gases e chamins: promovem a exausto dos gases de combustoprovenientes do interior da caldeira, regulando a tiragem necessria.

9


10/43


Vantagens:

Maior taxa de produo de vapor por unidade de rea de troca de calor.

Possibilidade de utilizao de temperaturas superiores a 450C e pressesacima de 60 atm.

Partida rpida em razo do volume reduzido de gua nos tubos. A limpeza dos tubos mais simples que na flamotubular e pode ser feita

automaticamente.

A vida til destas caldeiras pode chegar a 30 anos.

Desvantagens:

Uma caldeira aquatubular pode custar at 50% mais que uma caldeiraflamotubular de capacidade equivalente.

Construo mais complexa.

Exigem tratamento de gua muito cuidadoso.

10


11/43


11


12/43

CRITRIOS DE PROJETO PARA CALDEIRAS

1. Definir a entrada de energia com base nos requisitos de fluxo de vapor, a temperaturada gua de alimentao, e uma eficincia trmica da caldeira assumida ou especificada.

2. Avaliar a absoro de energia necessria na caldeira e outros componentes detransferncia de calor.

3. Realizar clculos de combusto para estabelecer combustvel, ar e requisitos de fluxo degs.

4. Determinar o tamanho e a forma do forno.

5. Determinar a colocao e configurao de superfcies de aquecimento por conveco.

6. Fornecer superfcies saturadas suficientes para a caldeira gerar o restante do vapor nogerado nas paredes do forno.

7. Projetar peas de presso de acordo com os cdigos aplicveis, utilizando materiaisaprovados.

8. Fornecer um ambiente de caldeira a gs estanque.

9. Projetar suportes de presso e configurao para a expanso e as condies locais.

12


13/43

SUPERAQUECEDORES E AQUECEDORES

Turbinas- Superaquecimento e reaquecimento:

A utilizao de vapor saturado na turbina resulta em uma perda deenergia;

Formao de umidade excessiva na p da turbina (Fator limitante nosprojetos de turbinas);

Vantagem do superaquecimento:

A turbina transforma a energia de superaquecimento no trabalho semformao de umidade;

Diagrama Temperatura- entropia do Ciclo de Rankine Ideal;

No aplicvel para presso de vapor igual ou superior a presso critica;

Superaquecimento: reduz a taxa de ciclo de calor e aumenta a eficincia.

13


14/43


Tipos de Superaquecedores

Superaquecedor de Conveco: Para temperaturas de gs;

Transferncia de calor por radiao reduzida;

Depende da quantidade e velocidade do fluxo de gs; Resultados elevados de absoro de calor saindo do superaquecedor.

Superaquecidor Radiante: Pouca energia de transferncia de calor por conveco;

Depende das temperaturas elevadas produzidas na combusto; A temperatura do vapor sai do superaquecedor radiante menor em

cargas mais elevadas.

14


15/43


Geometria do tubo:

Tubos Cilndricos com dimetros de 44,5-63,5 mm

Dimetros pequenos: queda de pressoelevada e alinhamento mais complexo;

Superaquecedores e aquecedores possui,geralmente, tubos lisos.

Superfcie prolongada nos tubos pode

ocasionar aumento de temperatura eestresse trmico.

15


16/43


Parmetros que deve ser considerado para um projeto deum superaquecedor:

Temperatura de sada do vapor;

A carga da caldeira responsvel por controlar a temperaturado vapor;

Superfcie;

Zona de temperatura de gs;

Material para a superfcie e suportes;

Taxa de fluxo de vapor; O arranjo da superfcie;

Concepo fsica e estrutura.

16


17/43


Otimizao dos parmetros:

1. Requer uma liga de menor custo,

2. D uma queda de presso de vapor mais razovel, semcomprometer as temperaturas do metal do tubo,

3. D um maior fluxo de massa de vapor ou de velocidade do tubo atemperaturas mais baixas,

4. D os espaamentos de tubo que minimizam o acmulo de cinzase potencial de eroso,

5. Permite menor espaamento dos tubos, tornando assim umarranjo mais econmico para um fornecimento de combustvel

favorvel,6. D um arranjo de tubos que reduz a perda de projeto,

7. Permite a superfcie superaquecedor para ser localizado numazona de maior temperatura do gs, com uma reduo subsequenteda superfcie necessria.

17


18/43


Projeto Reaquecedor

Analise critica da perda de presso;

O fluxo de massa de vapor deve ser suficiente para manter adiferena de temperatura entre vapor de massa e o metal dasuperfcie 83C;

A queda de presso, normalmente, de 4 a 5% da presso deentrada.

18


19/43


Materiais de tubo:

Resistncia a oxidao;

Tenso admissvel;

Economia.

Suportes:

Localizados fora do fluxo degs;

19


20/43

AJUSTE E CONTROLE DE TEMPERATURA DEVAPOR

Importncia do controle e ajuste:

Para evitar falhas devido a temperaturas excessivas do metal no

superaquecedor, reaquecedor, ou turbina; Para evitar que expanso trmica reduza perigosamente as

folgas da turbina;

Para evitar a eroso excessiva da umidade nos ltimos estgiosda turbina.

20


21/43


Variveis operacionais importantes que afetam atemperatura do vapor:

Taxa de disparo,

Quantidade total da superfcie,

Relao de transmisso de calor para a superfcie de absororadiante,

Excesso de ar,

Temperatura da gua de alimentao,

Alteraes no combustvel que afetam caractersticas de queima,

Depsitos de cinza nas superfcies de aquecimento

E uma especfica combinao do queimador de servio.

21


22/43


Definies importantes

Regulao: adio ou retirada de superfcie componente ou da

superfcie de caldeira frente do sobreaquecedor e/oureaquecedor.

Controle: operao de atemperadores, de amortecedoresdosadores de gs e de ventiladores de recirculao de gs.

Atemperador

22


23/43


Definies importantes

Vlvula dosadora de gs: divide o fluxo de gs de combusto

quente entre o superaquecedor e reaquecedor.

Ventoinha de recirculao de gs: extrao de gases decombusto a partir do economizador, injetando-os paradentro do forno.

23


24/43


24


25/43


Efeitos de variveis deoperao:

Carga

25

Carga = Temperatura Quantidade


26/43


Efeitos de variveis de operao:

26

TemperaturaExcesso de ar =

TemperaturaTemperatura de gua de alimentao =

Limpeza da superfcie em frente ao superaquecedor = Temperatura

Limpeza da superfcie do superaquecedor = Temperatura


27/43


Efeitos de variveis de operao:

Uso de vapor saturado =

Purga =

O funcionamento do queimador

Combustvel

27

Temperatura

Temperatura


28/43


Controle

Meios de controle:

Uso de atemperador,

Uso de amortecedores dosadores gs, Recirculao dos gases,

Excesso de ar,

Seleo de queimadores,

Queimadores mveis,

Forno dividido com diferencial de aquecimento, e superaquecedores separadamente disparados.

28


29/43


Meios de controle:

Uso de atemperador: Contato direto De superfcie

Vdeo

Localizao Entre duas sees do superaquecedor Sada do aquecedor Entrada do reaquecedor

29


30/43


Localizao

30


31/43


Localizao

31


32/43


Meios de controle:

Uso de atemperador:

Mecanismos:1. Atemperador de um nico estgio

2. Tandem atemperador

3. Atemperador de mltiplos estgios

32


33/43


Meios de controle:

Amortecedores de dosagemde gs

33


34/43


Meios de controle: Amortecedores de dosagem de gs

Consideraes para o projeto:

Amortecedores devem ser colocados em uma zona de gs frio paragarantir o mximo de confiabilidade.

A perda atravs da unidade pode aumentar para alguns projetos,especialmente com combustveis alternativos , de modo que esteparmetro deve ser otimizado.

Projetos de sistemas de controle e ajuste so essenciais porque a respostade controle do amortecedor mais lenta do que com atemperador de

pulverizao. Sob condies mximas de polarizao, quando um amortecedor quase

completamente fechado, e o outro aberto, as temperaturas dos gases nosamortecedores e as superfcies de transferncia de calor mais prximasdos amortecedores estaro no seu mximo. Estas temperaturas definiroento os requisitos de concepo do tubo de metal.

34


35/43


Meios de controle:

Recirculao de gs

Gs de recirculao Gs de tmpera

35


36/43


Meios de controle:

Excesso de ar =

Seleo de queimador

Queimadores mveis

Fornos divididos diferencialmente separados

Superaquecedores separadamente disparados

36

Absoro de calor do forno


37/43

SISTEMAS DE BYPASS E DE INICIALIZAO

Tambores de alta presso e Caldeiras de passagem nicadevem ser: Rpidos;

Terem confiveis sistemas de inicializao;

Mudanas rpidas de carga.

Afim de fornecer uma melhor economia eltrica durante a operao.

Durante a inicializao ou em baixas cargas (inferiores a 20%), a temperaturaem cada sada de vapor tendem a acompanhar a temperatura dos gases decombusto.

ATENPERAO: apenas uma pequena quantidade necessria para baixascargas, tornando-a invivel.

As disposies devem ainda serem feitas para coincidir com as diferentesnecessidades de fluxo, presso e temperatura da turbina e caldeira.

37


38/43


Para atender essas necessidades especiais, uma variedade de sistemas dedesvio e de inicializao foram desenvolvidas para os tambores e as caldeirasde passagem nica.

Requisitos:

Projeto de circulao de fluxo nos circuitos de absoro de alto calor,arrefecendo-os antes da unidade ser disparada;

Fornecer um desvio da turbina at que as presses do vapor e temperaturassejam as mesmas;

Reduzir o desvio do fluxo de presso e temperatura antes de atingir ocondensador e o equipamento de admisso de vapor auxiliar;

Recuperar calor durante a inicializao e fornecer gua limpa para ainicializao completa;

Acelerar os processos de inicializao;

Fornecer maior eficincia atravs da caldeira de presso dupla.

38


39/43


Trs sistemas de UP (Universal Pressure) estodisponveis:

Um para operao de presso na fornalha constante sobre a faixade carga;

Dois para presso de fornalha varivel sobre a faixa de carga.

39


40/43

SISTEMA DE INICIALIZAO DE PRESSOVARIVEL EM ESPIRAL

Equipado com tubos, vlvulas,separadores de vapor e tanquescoletores de gua;

O sistema de inicializao controla aoperao no incio, no desligamento e

na operao onde a carga for mnima. SWUP (Caldeira de passagem nica de

presso universal em espiral)necessita de um fluxo mnimo nocircuito de fornalha antes que ela sejaacionada.

O sistema de inicializao seencarrega de manter o fluxo de vapormnimo na turbina, atravs da caldeirae dos circuitos de abastecimento devapor.

40


41/43

SISTEMAS DE INICIALIZAO DE FORNALHAS APRESSO CONSTANTE

Para fornalhas a presso constante, o sistema de inicializao tem o separadorde vapor localizado em um desvio (by-pass) isolado da caldeira, durante ofuncionamento normal.

O Sistema de by-pass tambm usado para aliviar o excesso de presso nacaldeira durante o trajeto da carga.

41


42/43

SISTEMA DE DESVIO EM CALDEIRAS DE TAMBOR

O sistema de desvio em caldeiras proporciona:

Reduo do tempo de inicializao;

Controle dos desligamentos antecipando reinicializaes;

Fornecimento do controle de temperatura do vapor para combinar com atemperatura da turbina de metal;

Permite a operao de presso dupla na caldeira e turbina para uma melhorcarga final.

Esses recursos reduzem as tenses na turbina para aumentar a vida til ereduzirem os custos de manuteno.

Sistema de desvios flexveis esto em conformidade com a maioria das mudanasque surgem nas operaes.

EX: adaptam-se a uma turbina em mau funcionamento, ajustando a temperaturado vapor e fluxo atravs de qualquer faixa de carga da sincronizao para pontosde carga elevada.

Embora o sistema de desvio melhore a unidade de operao, a caldeira pode seroperado como uma unidade convencional, em qualquer momento, fechando-sevlvulas.

42


43/43

REFERNCIAS

Steam/its generation and use. 41st edition. Editors: John B.Kitto and Steven C. Stultz. The Babcock & Wilcox Company,Barberton, Ohio, U.S.A. 2005

caldeiras, superaquecedores e reaquecedores - formatado.pptx

Documents