Manual caldeiras

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<ol><li> 1. 1 Manual de Administrao de Energia GOVERNO DO ESTADO DE SO PAULO SECRETARIA DE ENERGIA Coordenadoria de Planejamento e Poltica Energtica Rua Bela Cintra, 847 10o andar CEP 01415-000 So Paulo SP Telefones: 55 11 3138-7412 / 55 11 3138-7545 www.energia.sp.gov.br Reviso: Agncia para Conservao de Energia Fones: 11 289.9699 / 11 289.9095 Fax: 11 289.9045 ace@energiaracional.com.br </li><li> 2. Manual de Administrao de Energia 2 1 INTRODUO .........................................................................................................3 2 CALDEIRAS.............................................................................................................4 2.1. CALDEIRAS ELTRICAS...............................................................................................4 2.2. CALDEIRAS A COMBUSTVEIS ........................................................................................5 2.2.1 Caldeiras Aquatubulares ...........................................................................................5 2.2.2 Caldeiras Flamotubulares ..........................................................................................5 2.2.3 Estrutura de uma Caldeira ........................................................................................5 2.2.4 Poluio do ar .......................................................................................................6 2.2.5 Economia de Energia nas Caldeiras ..............................................................................7 2.2.5.1 Regulagem a Combusto ........................................................................................7 2.2.5.2 Controle da Fuligem e das Incrustaes ......................................................................7 2.2.5.3 Monitorao da Eficincia da Caldeira .......................................................................8 2.2.5.4 Reduo das Perdas de Calor ...................................................................................9 2.2.5.5 Ponto de Operao da Caldeira ................................................................................9 3 ISOLAMENTO TRMICO ............................................................................................ 10 4 COGERAO......................................................................................................... 16 4.1. Definio ............................................................................................................ 16 4.2. Viabilizao da Cogerao na Indstria ........................................................................ 16 4.3. Principais Atrativos da Cogerao na Indstria ............................................................... 16 4.3.1 Para o Usurio da Cogerao: .................................................................................. 16 4.3.2 Para o meio ambiente ........................................................................................... 16 4.4. Equipamentos Utilizados em Instalaes de Cogerao ..................................................... 17 4.4.1 Equipamentos de Transformao de Energia Trmica ..................................................... 17 4.4.2 Motores Alternativos de Combusto Interna ................................................................. 17 4.5.3 Turbinas a Vapor .................................................................................................. 18 4.4.4 A turbina a Gs .................................................................................................... 18 4.4.5 Equipamentos de Produo de Frio ............................................................................ 19 4.4.6 Caldeiras e Equipamentos de Transferncia de Energia Trmica ........................................ 20 4.4.6.1 Caldeiras para Queima de Combustveis e Produo de Vapor ......................................... 20 4.4.6.2 Caldeira de Recuperao de Calor........................................................................... 20 4.4.6.3 Trocadores de Calor............................................................................................ 20 4.4.6.4 Equipamentos Auxiliares ...................................................................................... 20 4.4.6.5 Alternador ....................................................................................................... 21 4.5. Tipos de Cogerao ................................................................................................ 21 4.6. Ciclos de Cogerao ............................................................................................... 21 4.7. Ciclo de Cogerao com Turbinas a Vapor ..................................................................... 21 4.8. Ciclos de Cogerao com Turbinas a Gs ...................................................................... 22 4.8.1 Energia na exausto das turbinas a gs ...................................................................... 22 4.8.2 Cogerao com Turbina a Gs .................................................................................. 22 4.8.3 Gerao Eltrica com Ciclo Combinado ....................................................................... 23 4.8.4 Cogerao com Ciclo Combinado .............................................................................. 23 4.9. Ciclos de Cogerao com Motores Alternativos de Combusto Interna ................................... 24 4.10. Ciclos de Cogerao com Produo de Frio .................................................................. 25 4.11. O Potencial de Cogerao ....................................................................................... 26 4.12. As Receitas da Cogerao ....................................................................................... 26 4.13. Concluso........................................................................................................... 26 SUMRIO </li><li> 3. 3 Manual de Administrao de Energia 1.INTRODUO Este o terceiro fascculo da srie Manuais de Administrao de Energia reeditada pela Secretaria de Energia. Seu contedo simples e didtico aborda os temas: Caldeiras, Isolamento Trmico e Cogerao. Trata-se de mais uma publicao voltada ao uso eficiente de energia enfocando principalmente os aspectos relacionados energia trmica, utilizada amplamente nos processos industriais e tambm em outros setores como o comercial e de servios. Constitui-se por isso em mais um instrumento til na busca da reduo de custos e tambm do aumento da competitividade. Boa leitura! </li><li> 4. Manual de Administrao de Energia 4 As caldeiras industriais empregadas na produo de vapor de gua ou aquecimento de fluidos trmicos e os sistemas associados de conduo e transferncia de calor podem apresentar desperdcios e elevadas perdas de energia, se no tiverem sido adequadamente dimensionados e se a operao e a manuteno no forem praticadas de acordo com certos critrios e cuidados. As caldeiras so muito utilizadas na indstria e, em geral, os custos dos combustveis representam uma parcela significativa da conta dos insumos energticos. As instalaes das caldeiras e de seus sistemas associados devem ser abordadas no mbito de qualquer programa de conservao e uso racional de energia. Quase sempre so detectadas oportunidades de reduo de consumo e melhorias de processos. A reduo dos desperdcios e as melhorias de processo podem contribuir para a reduo dos custos de produo industrial. Segundo a fonte energtica utilizada, as caldeiras podem ser dividias em dois grupos: caldeiras eltricas e caldeiras a combustveis. 2.1. Caldeiras eltricas As caldeiras eltricas foram muito utilizadas em uma poca em que havia excesso de oferta de energia eltrica de origem hidrulica, quando foram estabelecidos incentivos tarifrios para seu uso. So equipamentos de concepo bastante simples, sendo compostos basicamente por um vaso de presso onde a gua aquecida por eletrodos ou resistncias. As caldeiras eltricas so fceis de usar e de automatizar. A eficincia da transformao da energia eltrica em vapor sempre muita elevada, da ordem 95-98%, podendo atingir 99,5% em casos especiais. As caldeiras eltricas mais comuns, utilizam um dos dois processos de aquecimento: resistores ou eletrodos. Nas caldeiras com resistores, a gua aquecida atravs de resistncias eltricas blindadas imersas diretamente no lquido. A quantidade de energia eltrica requerida para vaporizar a gua : )(* hehsm Q = Q = quantidade de calor requerido, em (kJ/kg); hs= entalpia do vapor temperatura e presso desejadas (kJ/kg); he=entalpia da gua de alimentao da caldeira (kJ/kg); m=massa (kg) =eficincia da transformao (&gt;95%) , onde Existem dois tipos bsicos de caldeiras por eletrodo: Caldeira de Eletrodo Submerso; e Caldeira de Jato de gua. Em ambos os tipos o aquecimento da gua obtido pela passagem da corrente eltrica diretamente atravs da gua, que se aquece por efeito Joule 2. CALDEIRAS </li><li> 5. 5 Manual de Administrao de Energia 2.2 Caldeiras a combustveis As caldeiras que produzem vapor pela queima de combustveis podem ser classificadas em dois grandes grupos: Caldeiras aquatubulares; Caldeiras flamotubulares. 2.2.1 Caldeiras aquatubulares Nas caldeiras aquatubulares a gua a ser aquecida passa no interior de tubos que por sua vez so envolvidos pelos gases de combusto. Os tubos podem estar organizados em feixes como nos trocadores de calor e as caldeiras que os contm apresentam a forma de um corpo cilndrico ou em paredes de gua como nas caldeiras maiores. Uma caldeira aquatubular pode custar at 50% mais que uma caldeira flamotubular de capacidade equivalente. Apresenta, porm, algumas vantagens, entre elas a maior capacidade de produo de vapor por unidade de rea de troca de calor e a possibilidade de utilizao de temperaturas superiores a 450 o C e presses acima de 60 kgf/cm2 . A partida deste tipo de caldeira relativamente rpida, em razo do volume reduzido de gua que ela contm. A limpeza dos tubos mais simples que a flamotubular e pode ser feito automaticamente atravs de sopradores de fuligem e. A vida til destas caldeiras pode chegar a 30 anos. 2.2.2 Caldeiras flamotubulares Nas caldeiras flamotubulares (ou pirotubulares) os gases quentes da combusto circulam no interior de tubos que atravessam o reservatrio de gua a ser aquecida para produzir vapor. Esse tipo de caldeira, geralmente de pequeno porte, apresenta baixa eficincia e utilizada apenas para presses reduzidas. Ainda muito utilizada em razo do seu baixo valor de investimento comparado com as caldeiras aquatubulares, e da facilidade de manuteno. Utiliza qualquer tipo de combustvel, lquido, slido ou gasoso. muito comum o seu uso com leo e gs. 2.2.3 Estrutura de uma caldeira A caldeira constituda por trs partes principais: cmara de combusto, ou fornalha, onde o combustvel queimado; cmara de gua, que contm a gua a ser aquecida; O custo de operao de uma caldeira muito elevado em razo do custo da energia eltrica. Assim, embora as caldeiras eltricas sejam equipamentos de alta eficincia, dever ser analisada a viabilidade da sua troca por outro equipamento utilizando outros insumos energticos. </li><li> 6. Manual de Administrao de Energia 6 Monxido de Carbono (CO) Gs txico, incolor e inodoro, resultante da queima incompleta do carbono xidos de enxofre (SO2 e SO3) Formados pela oxidao do enxofre; reagem na atmosfera produzindo cido sulfrico xidos de nitrognio (NOX) Gases formados pelo nitrognio; so irritantes, participando da formao de azoto na atmosfera Fumaa Materiais slidos e gasosos produzidos pela queima incompleta do combustvel, apresentando cor varivel entre o cinza claro e o preto Particulados Partculas slidas de carbono e leo parcialmente queimados Hidrocarbonetos Combustvel parcialmente queimado Tabela 1 - Emisses de uma caldeira cmara de vapor, situada acima do nvel dgua, e que recebe vapor formado. As caldeiras eficientes geralmente so de trs passes, isto , os gases quentes so obrigados a cruzar por trs vezes o feixe de tubos que conduzem a gua a ser aquecida. A distribuio de fluxo se d na cmara de reverso. A temperatura dos gases na cmara de reverso atinge valores prximos a 1.000 o C. Atualmente d- se preferncia para as caldeiras conhecidas como de fundo mido, isto , nas quais a cmara de reverso montada no interior do corpo da caldeira. Esta disposio aumenta a eficincia da caldeira, embora o seu custo inicial se torne mais elevado. Devido ao maior volume de gua que envolve os tubos, a sua partida mais lenta do que nas caldeiras aquatubulares. A limpeza dos tubos exige a parada da caldeira e deve ser executada manualmente. A expectativa de vida til deste tipo de caldeira de cerca de 15 anos. 2.2.4 Poluio do ar A reduo do custo de operao de uma caldeira atravs da reduo do consumo de combustvel traz como conseqncia, melhoria da qualidade do ar, em razo da reduo da quantidade de poluentes emitidos. A queima de um combustvel produz gs carbnico e gua e as seguintes emisses gasosas que so poluentes: </li><li> 7. 7 Manual de Administrao de Energia Os poluentes emitidos pelas caldeiras dependem, fundamente, do tipo de leo queimado, das caractersticas das caldeiras e das condies de operao e do estado de manuteno dos equipamentos. Melhorando-se a eficincia e diminuindo-se a emisso de poluentes economiza-se tambm no consumo das reagentes necessrios lavagem dos gases para mant-los dentro dos padres exigidos pela legislao. 2.2.5 Economia de energia nas caldeiras Algumas medidas de economia de energia so fceis de serem executadas sem que sejam necessrias intervenes significativas nas instalaes das caldeiras. Como primeiras providncias para promoo de economia de energia, deve-se executar as seguintes medidas: 2.2.5.1 Regulagem da combusto Ajustar o ar de combusto para a combusto mais econmica. Na cmara de combusto, o combustvel misturado com o ar para promover a sua queima. Deve-se utilizar a menor quantidade possvel de ar para combusto, em geral um pouco mais que a quantidade suficiente para a reao estequiomtrica da combusto. Excesso de ar reduz a eficincia da caldeira. Quando queimado o leo combustvel usa-se o atomizador que um dispositivo que melhora a mistura do leo com o ar e o injet-lo no interior da cmara de combusto. O controle da quantidade de ar a ser injetado na cmara de combusto feito geralmente atravs da medio da percentagem de CO2 (dixido de carbono) e O2 (oxignio) remanescente nos gases, coletados na chamin. A boa combusto depende da operao correta do queimador, do seu ajuste e de uma manuteno adequada. Na utilizao de leos mais densos, a operao correta da atomizao pode se constituir no principal item para a obteno de uma combusto eficiente. fundamental controlar a vazo, a presso e a temperatura do leo, que melhor atenda s caractersticas do combustvel e do queimador empregado. 2.2.5.2 Controle da fuligem e das incrustaes Temperatura elevada na chamin da caldeira significa maiores perdas atravs dos gases de exausto. O acmulo de fuligem no circuito dos gases forma uma barreira isolante que prejudica a troca trmica, reduzindo a eficincia e...</li></ol>