crq - caldeira de recupera__o - 2008

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  Ciclo de Recuperação Química Caldeira de Recuperação

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7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

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Ciclo de Recuperação QuímicaCaldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

Caldeira

Vaso que trabalha com pressão maior que a pressão

atmosférica, que através da queima de um combustível

produz calor.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

Caldeira

Classificam-se de acordo:

Classes de pressão (Categoria):

o A = superior 20kgf/Cm²;

o C= inferior ou igual a 6,0 kgf./Cm²;

o B= outras

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CaldeiraClassificam-se de acordo:

Automação:

o Manuais;

o Semi-automáticas;

o Automáticas.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

Caldeira

Classificam-se de acordo:

Energia empregada:

o Combustível sólido;

o Combustível líquido;

o Combustível gasoso;

o Caldeira elétrica.

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Tipos de caldeiras

Referente a localização da água/gases

Flamotubular ou fogotubular

Gases quentes da combustão circulam no interior dostubos, ficando por fora a água a ser aquecida ouvaporizada.

Aquatubular

Os gases da combustão circulam por fora dos tubos e aágua a ser vaporizada por dentro.

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Tipos de caldeirasMistas

São caldeiras flamotubulares que possuem ante-fornalha

com parede de água.

Elétrica

Transformam energia elétrica em térmica,gerandovapor.

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Flamotubular

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Fornalha

Chaminé

Tubos

Saída vaporH2O

Gases quentes

Caldeira Flamotubular

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Gases quentes

Vapor

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Vantagens:

• Custo de aquisição baixo;• Exigem pouca alvenaria;• Aumento instantâneos demanda de vapor

Desvantagens

• baixo rendimento térmico;• partida lenta devido ao volume de água;• limite de pressão ;• capacidade de produção limitada.

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Aquatubular

Vantagens

• Tamanho reduzido;• Não necessita de grandes tubulações;•

Rápida geração de vapor;• Pouca incrustações nos tubos.

Desvantagens

• Parada constantes, com alto custo de manutenção;• Alto custo capital.

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Caldeiras MistasVapor

aquatubular

flamotubular

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Caldeiras Elétricas

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CRQ - Caldeira de Recuperação

Caldeira de recuperação

São caldeiras aquatubulares

Objetivo principal

Recuperar produtos químicos, ou seja,

Transformar o Sulfato de sódio emsulfeto de sódio

Na2SO4  Na2S 

Redução química

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Objetivos secundários

• Recuperar energia , na forma de calor ;

• Abater e eliminar poluição ambiental.

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Constituição básica

Fornalha

Local onde ocorre a combustão do licor preto concentrado.

Para ter combustão devemos injetar :

Licor preto;Ar de combustão.

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Constituição básica

Fornalha22

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Saída de Smelt

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Injeção do licor

Ocorre através de maçaricos, que são projetados parapulverizar o licor na entrada da fornalha formando umleque de gotículas.

Introduzido acima da entrada do ar secundário.

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Injeção do licor

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Tamanho das gotas de LP

Gotas Pequenas

Secam rapidamente, podendo ser arrastadas pelos gases daCombustão,causando incrustações nos tubos da caldeira.

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CRQ C ld i d R ã

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CRQ - Caldeira de Recuperação

Tamanho das gotas de LP

Gotas GrandesPodem cair úmida, causando resfriamento,perda decombustão por abafamento da camada.

O tamanho da gota é controlado pelapressão nos bicos, temperatura e sólidos do licor preto.

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CRQ C ld i d R ã

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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CRQ C ld i d R ã

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Aquecimento do licor preto

Essencial para uma boa combustão;

Está relacionada com a concentração de sólidos.

Pode ser por trocadores de calor de :

• contato direto  –  perda na concentração de sólidos;- muito eficiente.

• contato indireto  –  não há perda de concentração;- entupimento dos trocadores de calor.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

Aquecedor de contato indireto

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Quantidade de bicos

É de acordo com a capacidade de queima

da caldeira , normalmente expressa emtoneladas de sólidos secos (TSS).

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Ar de combustão

Ar primário

- Introduzido com temperatura entre 140 -160 oC;

- Admitido com baixa pressão e velocidade ;

- Quantidade menor que a necessária para

combustão completa ( ambiente redutor).

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Ar de combustão

Ar primárioResponsável :

- Ambiente redutor:

Redução do sulfato para sulfetoNa2SO4  Na2S

- Queima dos sólidos que caem na camada;

- Temperatura da camada;- Confinamento e arraste das partículas da camada;- Forma da camada;- Qualidade do licor verde.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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http://slidepdf.com/reader/full/crq-caldeira-de-recuperao-2008 48/140

   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

CRQ - Caldeira de Recuperação

Ar de combustão

Ar Secundário

- Introduzido com temperatura entre 140 -160 oC;

- Admitido com média pressão e velocidade .

Responsável :

- Altura e simetria da camada;- Pirólise do licor;- Combustão dos compostos gasosos;- Arraste das partículas não queimadas.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

http://slidepdf.com/reader/full/crq-caldeira-de-recuperao-2008 49/140

   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

CRQ Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

CRQ Caldeira de Recuperação

Ar de combustão

Ar Terciário

- Introduzido com temperatura ambiente;

- Admitido com alta pressão e velocidade.

Responsável pela:

- Completa o processo de combustão;- Queima os compostos gasosos da pirólise;- Cria uma selagem na fornalha ( cortina);- Define o excesso de ar.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

CRQ Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

CRQ Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

C Q Ca de a de ecupe ação

Ar de combustão

Aquecedores de ar

Aquece o ar primário e secundário através da trocade calor com vapor saturado de baixa ou média pressão

EntradaVapor

SaídaCondensado

AR 53

CRQ - Caldeira de Recuperação

7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

p ç

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

p ç

55

CRQ - Caldeira de Recuperação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

p ç

Ar de combustão

Ar primário Ar secundárioAr terciário

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CRQ - Caldeira de Recuperação

7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o

  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

p ç

Ar de combustão

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1o 2o3o

Exaustor

Aquecedores

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

Reações na queima

Desidratação:

• Evaporação das moléculas de água causada pelo

aquecimento do Licor Preto;

• Durante a desidratação, ocorre o desprendimentodos gases voláteis.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

Reações na queima

Pirólise ( piro = calor , lise = quebra)

• Reações irreversíveis de degradação das moléculasCausadas por efeitos térmicos;

• Não requer oxigênio, somente um ambiente quente;

• Geração de gases voláteis de complexos orgânicos

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CRQ - Caldeira de Recuperação

7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

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Reações na queima

Queima dos compostos voláteis

• Combustão dos compostos voláteis produzidos pelaPirólise ;

• Reação muito rápida;

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

Reações na queima

Queima da camada

Após a pirólise : 75% de inorgânicos na camada

(Na2SO4 , Na2CO3 , Na2S e sais de K)

• Consiste em duas etapas

Primeiro

Conversão C fixo em CO e CO2 = fusão do smelt ;

Segundo

Troca do estado de oxidação dos compostos de enxofre

para Na2S .

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Reações na queima

Oxidação dos compostos Inorgânicos

Reação exotérmica; Ocorre prontamente quando o smelt  

é exposto ao oxigênio.

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PRINCIPAIS REAÇÕES

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PRINCIPAIS REAÇÕES

Na2O+CO2  Na2CO3 (Smelt)

Na2CO3+H2SCO2+ H2O + Na2S (Smelt)

Zona Redutora

SO2+ ½ O2  SO3

H2S+ 3/2 O2 H2O+SO2Zona oxidante

Pirólise (Emissão de gases)

2Na+ ½ O2 Na

2O ( alta temperatura)

Zona de secagem

CO2+Na2ONa2CO3 (incrustação)

SO2+Na2ONa2SO4 (incrustação)Sulfatação

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   H  a  r  o   l   d  o   M  a  r   i  n   h  o   d  o  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

Proteção especial na fornalha

Devido a alta temperatura da fornalha (1150oC), os tubosdessa região recebem tratamento especial para minimizarseu desgaste.

Revestimento especial pode ser através de:

• studs = Pinos de aço especial;

• Overlay weld = capa sobre o tubo do lado da queima ;

• Composite tube = tubos compostos.

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Proteção especial na fornalha

Studs = pinosPara caldeiras com pressão até 75 kgf/Cm2

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Proteção especial na fornalha

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Proteção especial na fornalha

 overlay Caldeira de alta pressão

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Proteção especial na fornalha

Composite tube = tubos compostosCaldeiras de alta pressão

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Canaletas de fundido = Bicas de smelt

Encontram-se instaladas na região inferior da fornalha;

Saída do material inorgânico fundido (smelt );

São refrigeradas com água através de circulação por vácuoou por pressão;

Smelt escorre pelas bicas com temperatura ao redor de 850 oC

A quantidade de bicas varia de acordo com o tamanho daFornalha.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Bicas de smelt

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Bicas de smelt 75

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Camada 

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Tanque de dissolução de smeltTanque de Licor verde

O smelt (fundido inorgânico do LP) , é altamentesolúvel em água .

O tanque de LV , recebe o smelt (850oC) da fornalha,que e dissolvido em um liquido ( 50-60 oC);

Líquido= ( licor verde, branco fraco ou água)

O smelt é atomizado (pulverizado) com vapor antes detocar no liquido de dissolução;

( evitar choque térmico)

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Tanque de dissolução de smelt

Tanque de Licor verde

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Lavador de gases = scrubber

São lavadores de gases , que carregam consigo partículasque causam poluição ambiental.

Os gases que saem do tanque de LV , passam por essetipo de lavagem antes de serem descartados para atmosferaou serem re-introduzidos na caldeira (ar terciário).

A lavagem pode ser feita com água ou Licor branco fraco.

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Lavador de gases- scrubber

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 Make-up de sulfato

Como a redução de sulfato para sulfeto de sódionão é 100%,é preciso repor essa perda para mantera sulfidez (Na2S) do licor cozimento.

Essa reposição ocorre pela remoção das partículasde sulfato de sódio incrustadas nos tubos da caldeirapelos sopradores de fuligem e pela captação dessapartículas no precipitador eletrostático.

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Circulação de água

Economizador

Região onde a água é alimentada na caldeira;

Recebe esse nome porque troca calor com os gasesquente que estão saindo da caldeira;

Sua função é aquecer a água para melhorar a eficiência

de troca térmica.

Construído por painéis de tubos lisos.

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Economizador86

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Circulação de água e vapor

Balão de vapor = balão superior = tambor de vapor

Recebe a água do economizador e o vapor gerado pelostubos da parede da fornalha;

Recebe esse nome porque 50% de seu volume é água eoutro 50% é vapor;

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Circulação de água e vapor

São construídos por vários tubos mandriados( banco da caldeira = tubos de convecção = feixe tubular).

Esses tubos interligam-se a outro balão (balão de água);

São divididos em feixes descendentes e ascendentes.

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Vista externa do balão de vapor 89

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Vista interna do balão de vapor90

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Circulação de água e vapor

Balão de água = balão inferior = tambor de água

Recebe a água do balão superior.

Está totalmente cheio de água.

Em caldeiras modernas , estão sendo descartados;

Dessa balão, a água desce para a constituir a fornalhaatravés dos tubos de descida ( dow-commers).

91

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Vista externa – balão de água 92

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Banco da caldeira

Gases da combustão

Tubos descendentes

Tubos ascendentes

Tambor de água

Tambor de vapor

93

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Visor de nível

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Circulação de água e vapor

Tubos de descida ( dow-commers)

São responsáveis por levar a água para os tubos que

constroem a parede e o fundo da fornalha.

Estão localizados na parte externa da caldeira.

95

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Tubos de descida 96

CRQ - Caldeira de Recuperação

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  o  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7Tambor de vapor

Tambor de água

Tubos de descida

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Coletor 98

CRQ - Caldeira de Recuperação

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  o  s   R  e   i  s  -   2   0   0   7

Circulação de água e vapor

Fornalha

A água recebe calor radiante da combustão do licor preto,e retorna ao balão superior na forma de vapor.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Circulação de água e vapor

Balão de vapor

Recebe o vapor vindo das paredes e da fornalha e efetuaa separação mecânica do vapor / água, através de filtros.

101

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Circulação de água e vapor

Super-aquecedor

Recebe o vapor saturado do balão de vapor , que atravésde um conjunto de serpentinas ,recebe o calor da queima

do LP na fornalha,superaquecendo o vapor ;

Resfria os gases da fornalha;

Resfria as partículas que são arrastadas, para evitaracumulo nos tubos do banco da caldeira.

102

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Super-aquecedor

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Super-aquecedor 104

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Super-aquecedor 105

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Super-aquecedor 106

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Circulação de água e vapor

Nariz

São tubos que fazem proteção aos tubos do super-aquecedor,

contra a irradiação da fornalha e contra as partículas da

combustão do LP.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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ECONOMIZADOR

BALÃO DE VAPOR

BANCO

BALÃO DE ÁGUA

TUBOS DE DESCIDA

PAREDE E FORNALHA

BALÃO DE VAPOR

SUPER-AQUECEDOR

NARIZ

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Sopradores de fuligem

Efetuam a limpeza nos tubos da caldeira ,para melhorara eficiência na troca térmica.

Mecanismo

• Injeção de vapor através de um tubo com perfuraçõesna sua extremidade.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Sopradores de fuligem

• Existem dois tipos de sopradores: fixos e retráteis.

O tubo faz movimento rotatório passando entre os tubosda caldeira, quebrando e desprendendo as incrustações, a

através de pressão de impacto e vibração dos tubos.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Sopradores de fuligem

• A quantidade de sopradores de fuligem é determinada deacordo com a produção da caldeira (tamanho);

•As incrustações (Na2CO3 e Na2SO4) são removidas atravésde roscas sem fim ou válvulas rotativas;

• Essas são re-introduzidas como reposição de sulfato nolicor preto concentrado.

115

CRQ - Caldeira de Recuperação

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Soprador de fuligem

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Soprador de fuligem

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Cinzas do PE

Tanque de mistura

EconomizadorEvaporador -Banco

Válvulasrotativas

Desvio de cinzas

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Circulação dos gases

São retirados da caldeira através de ventiladores detiragem induzida ( exaustores).

Os gases são removidos da fornalha, sofrem um desvio:

Nariz da caldeira;Super-aquecedores;Banco da caldeira / evaporador;

Economizadores;

Até entrarem no precipitador eletrostático.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Precipitador eletrostático

Tem como função, captar as partículas de sulfato desódio (Na2SO4) presentes nos gases de combustão.

Essas partículas devem ser retidas devido aspectosambientais e econômicos.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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Precipitador eletrostático

Mecanismo de atuação

Se dá através de campo elétrico formado por eletrodos

Eletrodo de emissão (descarga) :carregadosnegativamente;

Eletrodo de coleta (placa): carregados positivamente.

Um precipitador é formado por três diferentescampos elétricos.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

Precipitador eletrostático

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Precipitador eletrostático

Mecanismo de atuação

As partículas de sulfato de sódio , ao passarem pelo campo

elétrico formado, são atraídas pelo eletrodo de coleta

(placas (+)) ;

Quando os gases saem desse campo, estão livres de 98  –  

99,9% das partículas de sulfato de sódio.

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CRQ - Caldeira de Recuperação

P i it d l t táti

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Precipitador eletrostático

Mecanismo de atuação

As partículas captadas pelo eletrodo + , são descarregadas

através de um sistema de pancadas (martelos);

Esse sal (Na2SO4) é removido do precipitador através de

um sistema de raspadores para o tanque de licor preto

Concentrado para repor as perdas de sulfato (make-up).

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Eletrodo coletor (placa) – 

carregados (+)

Eletrodo coletor (placa)  –  carregados (+)

+ + + + + + +

+ + + + + + +

- - -Gases

GasescomNa2SO4

Eletrodo descarga

(-)

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Eletrodo de emissão

Eletrodo captor(placa)

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Martelo

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PrecipitadorPrecipitador

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Ch i é

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Chaminé

Tem a função de promover a dispersão dos

gases na atmosfera;

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CRQ - Caldeira de Recuperação

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CRQ - Caldeira de Recuperação

7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008

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