mat al-1 caldeiras informações básicas

Caldeiras Caldeiras --11InformaInformaçções bões báásicassicas

Curso de inspeCurso de inspeçção de caldeirasão de caldeiras

•• GeraGeraçção de vaporão de vapor

•• UtilizaUtilizaçção do vaporão do vapor

•• Componentes do gerador de vaporComponentes do gerador de vapor

•• Tipo de geradores de vaporTipo de geradores de vapor

•• CirculaCirculaçção da ão da áágua e vaporgua e vapor

•• Transferência de calorTransferência de calor

•• Troca tTroca téérmicarmica

CaldeiraCaldeira--introduintroduççãoão

CaldeiraCaldeira

Utiliza a energia da queima de um Utiliza a energia da queima de um combustcombustíívelvelPara aquecer a Para aquecer a áágua e gerar vaporgua e gerar vapor


A energia do vapor serA energia do vapor seráá aproveitada:aproveitada:

No processo ouNo processo ou

GeraGeraçção de outras formas energiaão de outras formas energia


• O vapor pode ser gerado com apenas uma passagem da água pela caldeira

• ou• A água circula pela caldeira e

parte dela sai do sistema na forma de vapor


CirculaCirculaçção forão forççadaadaCirculaCirculaçção naturalão natural

Caldeira Caldeira –– outros componentesoutros componentes

•• EconomizadorEconomizador•• Aquece Aquece áágua antes de gua antes de

entrar no entrar no tubulãotubulão•• SuperaquecedorSuperaquecedor•• Superaquece o vapor Superaquece o vapor

saturado que sai da saturado que sai da caldeiracaldeira

Caldeira Caldeira –– outros componentesoutros componentes

•• ReaquecedorReaquecedor•• Reaquece o vapor apReaquece o vapor apóós s

primeira utilizaprimeira utilizaççãoão•• Aquecedor de arAquecedor de ar•• PrPréé--aquece o ar para os aquece o ar para os

queimadoresqueimadores

Tipos de caldeiraTipos de caldeira

•• FlamotubularFlamotubular•• Gases de combustão dentro dos tubosGases de combustão dentro dos tubos

•• ÁÁgua no lado externo dos tubosgua no lado externo dos tubos

CirculaCirculaçção dos gases de combustão pelos tubosão dos gases de combustão pelos tubos

•• 3 passes3 passes

Tipos de caldeiraTipos de caldeira

•• AquotubularAquotubular•• ÁÁgua no interior dos tubosgua no interior dos tubos

•• Gases no exterior dos tubosGases no exterior dos tubos

•• Modelo da BABCOKModelo da BABCOK

Tipos de caldeira Tipos de caldeira -- vista 3Dvista 3D

Queima frontal

Queima tangencial

Q ueim adores 1# 3# 5#

Q ueim adores 2# 4# 6#

S uper-aquec prim ário

S uper-aquec secundário

P arede trase ira da forna lha

B v d a fo rn lha

B v d o bank

B ank

Chicana superio r

Chicana inferio r

Cesto s frio

Cestos in term ediário

C estos quente

Co-geração – ou – HRSGCaldeira após descarga da turbina a gás

vertical

horizontal

Co-geração – ou – HRSGCaldeira após descarga da turbina a gás e com queimadores no duto

Co-geração associada a uma caldeira

Macchi - Itália

Caldeira compacta Construída na fábricaTransportada pronta

CaldeiraCaldeira--circulacirculaçção da ão da áágua e vaporgua e vapor

CaldeiraCaldeiracirculacirculaçção da ão da áágua e vaporgua e vapor

•• A A áágua de alimentagua de alimentaçção entra no ão entra no tubulãotubulão superiorsuperior•• Desce para o Desce para o tubulãotubulão inferior atravinferior atravéés de:s de:•• Parte dos tubos do BANK Parte dos tubos do BANK •• Parede traseira da caldeira eParede traseira da caldeira e•• Paredes laterais do BANK.Paredes laterais do BANK.


•• 11-- A A áágua do gua do tubulãotubulão inferior circulainferior circula•• pelo piso, parede frontal e teto da fornalhapelo piso, parede frontal e teto da fornalha•• retornando ao retornando ao tubulãotubulão superior superior •• para separapara separaçção da ão da áágua e vapor saturadogua e vapor saturado


•• 22-- A A áágua do gua do tubulãotubulão inferior circula inferior circula •• pelos coletores laterais inferiores, paredes laterais da pelos coletores laterais inferiores, paredes laterais da

fornalha,coletores laterais superiores efornalha,coletores laterais superiores e•• retorna ao retorna ao tubulãotubulão superior para separasuperior para separaçção da ão da áágua e vapor gua e vapor

saturadosaturado


•• 33-- A A áágua do gua do tubulãotubulão inferior circulainferior circula•• pelos tubos do screen e pelos tubos do screen e •• retorna ao retorna ao tubulãotubulão superior para separasuperior para separaçção da ão da áágua e vapor gua e vapor

saturadosaturado

Caldeira Caldeira circulacirculaçção da ão da áágua e vaporgua e vapor

•• O vapor saturado sai do O vapor saturado sai do tubulãotubulão superior, vai para o coletor de superior, vai para o coletor de entrada do entrada do superaquecedorsuperaquecedor e entra nas serpentinase entra nas serpentinas

•• O vapor superaquecido sai pelo coletor de saO vapor superaquecido sai pelo coletor de saíída do da do superaquecedorsuperaquecedor..


•• Quando hQuando háá dois dois superaquecedoressuperaquecedores•• Existe um Existe um dessuperaquecedordessuperaquecedor::•• Na saNa saíída do super primda do super primáário e entrada do super secundrio e entrada do super secundááriorio

Paredes da fornalha e do Paredes da fornalha e do bankbank

•• Nas paredes de fechamento da caldeira Nas paredes de fechamento da caldeira

•• os tubos são interligados por membranas ou os tubos são interligados por membranas ou aletasaletas

Caldeiras industriaisCaldeiras industriais

Caldeira a carvãoCaldeira a carvão

Caldeira de recuperaCaldeira de recuperaççãoãoutiliza os gases vindo do reator da UFCC aputiliza os gases vindo do reator da UFCC apóós s

gerageraçção de energia elão de energia eléétricatrica

Caldeira de recuperaCaldeira de recuperaçção ão utiliza gases das chaminutiliza gases das chaminéés dos fornos para gerar vapors dos fornos para gerar vapor

Caldeira de recuperaCaldeira de recuperaççãoão

Caldeira Caldeira àà óóleo e gleo e gááss

Caldeira de CO Caldeira de CO Queima o CO dos gases do Reator de UFCC Queima o CO dos gases do Reator de UFCC

(converte CO a CO2 e gera energia)(converte CO a CO2 e gera energia)

Caldeira de COCaldeira de CO

Queimador de CO, óleo e gás

ProteProteçção do super primão do super primáário da radiario da radiaçção direta da fornalhaão direta da fornalha

•• O vapor saturado circula pelos tubos da frente da O vapor saturado circula pelos tubos da frente da serpentina do super primserpentina do super primááriorio

Parede traseira da fornalha como screen e proteção do superaquecedor secundário

ProteProteçção do super primão do super primáário contra a rio contra a radiaradiaçção direta da fornalhaão direta da fornalha

•• O tubos do screen são posicionados na frente dos O tubos do screen são posicionados na frente dos tubos do tubos do superaquecedorsuperaquecedor

Resfriamento dos gases para a geraResfriamento dos gases para a geraçção do ão do vaporvapor

•• Quanto menor a temperatura dos gases maior a Quanto menor a temperatura dos gases maior a áárea necessrea necessáária para a troca tria para a troca téérmicarmica

O Maior consumo de energia O Maior consumo de energia éé verificado na mudanverificado na mudançça de a de estado.estado.

Ocorre principalmente na fornalhaOcorre principalmente na fornalha

A troca tA troca téérmica de resfriamento dos gases de combustão e rmica de resfriamento dos gases de combustão e aquecimento da aquecimento da áágua para geragua para geraçção de vaporão de vapor

Quanto menor a diferença de temperatura entre o gás e a água maior a área necessária para realizar o aquecimento ou mudança de estado da água

A troca tA troca téérmica de resfriamento dos gases de rmica de resfriamento dos gases de combustão e aquecimento da combustão e aquecimento da áágua para geragua para geraçção ão

de vaporde vapor•• AA--B:Na fornalha a temperatura dos gases B:Na fornalha a temperatura dos gases éé reduzida de 1982C reduzida de 1982C

para 1316C, enquanto,para 1316C, enquanto,•• 11--2:Tem in2:Tem iníício a ebulicio a ebuliçção no interior dos tubos das paredes da ão no interior dos tubos das paredes da

fornalha fornalha


de vaporde vapor•• BB--C:Na passagem pelo screen a uma queda de temperatura da C:Na passagem pelo screen a uma queda de temperatura da

ordem de 28C.ordem de 28C.•• Neste ponto o mais importante Neste ponto o mais importante éé a protea proteçção parcial dos tubos do ão parcial dos tubos do

superaquecedorsuperaquecedor da radiada radiaçção direta da fornalhaão direta da fornalha


de vaporde vapor

•• CC--D: Gases passam pelo superD: Gases passam pelo super--aquecedor e a temperatura reduz aquecedor e a temperatura reduz de 1288C para 954Cde 1288C para 954C

•• 55--4:Vapor saturado do 4:Vapor saturado do tubulãotubulão passa pelo superpassa pelo super--aquecedor e aquecedor e superaquece elevando a temperatura de 254C para 454Csuperaquece elevando a temperatura de 254C para 454C


de vaporde vapor•• DD--E: gases pelo BANK E: gases pelo BANK –– temperatura dos gases sofre uma queda temperatura dos gases sofre uma queda

de temperatura da ordem de 550 e reduz para 404de temperatura da ordem de 550 e reduz para 404•• 66--5:Passagem pelo BANK a temperatura da 5:Passagem pelo BANK a temperatura da áágua gua éé constante constante –– A A

temperatura temperatura éé funfunçção da pressão. Temperatura de saturaão da pressão. Temperatura de saturaççãoão


de vaporde vapor

•• 77--6:A 6:A áágua gua éé injetada diretamente no injetada diretamente no tubulãotubulão -- sua temperatura sobe sua temperatura sobe de 138C para 254C instantaneamente porque a vazão de circulade 138C para 254C instantaneamente porque a vazão de circulaçção ão na caldeira na caldeira éé da ordem de 25 vezes a vazão da da ordem de 25 vezes a vazão da áágua de gua de alimentaalimentaçção.ão.


de vaporde vapor•• Finalmente os gases são resfriados ainda maisFinalmente os gases são resfriados ainda mais•• aquecendo o ar utilizado na queima do combustaquecendo o ar utilizado na queima do combustíível da vel da

caldeira. caldeira.

•• Caldeira de circulaCaldeira de circulaçção naturalão natural

•• Taxa de vaporizaTaxa de vaporizaçção de 4 a 5 %ão de 4 a 5 %

•• Caldeira de passagem Caldeira de passagem úúnica e circulanica e circulaçção ão forforççadaada

•• Taxa de vaporizaTaxa de vaporizaçção de 80%ão de 80%

Injeção de poços e sopragem

Varginha MG

Passagem única circulação forçada

Troca tTroca téérmicarmicapor condupor conduççãoão

•• Gases condutividade desprezGases condutividade desprezíívelvel

•• Metais excelentes condutores de calorMetais excelentes condutores de calor

Troca tTroca téérmicarmicapor convecpor convecççãoão

•• ÉÉ grande o coeficiente de troca tgrande o coeficiente de troca téérmica da rmica da ááguagua

•• Gases tem mais dificuldade para troca de calorGases tem mais dificuldade para troca de calor

Troca tTroca téérmicarmica

•• A temperatura do metal A temperatura do metal éé muito prmuito próóxima da temperatura da xima da temperatura da ááguagua

Água em ebulição

254C

Gases na fornalha

1320 C min

Superfície externa do tubo da parede dágua da fornalha

260 C máx

Depósito de óxido internamente e fuligem externamente alteram a temperatura do metal

Formas de fluxo bifFormas de fluxo bifáásicosico

Fluxo bifFluxo bifáásico na parede da sico na parede da fornalhafornalha

•• A temperatura de metal A temperatura de metal éé muito muito prpróóxima da temperatura da xima da temperatura da áágua, gua, enquanto existe um filme de lenquanto existe um filme de lííquido na quido na parede do tuboparede do tubo

•• Ocorre aumento da temperatura de Ocorre aumento da temperatura de metal pela presenmetal pela presençça do vapor, ou a a do vapor, ou a ausência do filme de lausência do filme de lííquido, junto a quido, junto a parede do tuboparede do tubo

•• Para a condiPara a condiçção normal de operaão normal de operaçção ão na fornalha: na fornalha:

•• TempTemp do tubo do tubo ≈≈ TempTemp da da ááguagua•• TmTmááxx do tubo do tubo ≈≈ TempTemp da da áágua + (20 gua + (20

ou 30 C)ou 30 C)•• Para a condiPara a condiçção normal de operaão normal de operaçção ão

no no superaquecedorsuperaquecedor•• TempTemp do tubos do tubos ≈≈ TempTemp do vapor + (35 do vapor + (35

ou 40 C)ou 40 C)

Fluxo d calor atravFluxo d calor atravéés da parede s da parede da fornalhada fornalha

•• Quando o fluxo de calor Quando o fluxo de calor éé excessivo a temperatura de metal se excessivo a temperatura de metal se torna muito alta e pode ocorrer a falha do tubotorna muito alta e pode ocorrer a falha do tubo

Superaquecimento do vaporSuperaquecimento do vapor

•• Vapor separado no Vapor separado no tubulãotubulão

•• Enviado para o Enviado para o superaquecedorsuperaquecedor

Vapor separado do condensado no Vapor separado do condensado no tubulãotubulão

•• Possibilitar o superaquecimentoPossibilitar o superaquecimento

•• Evitar o efeito erosivo das Evitar o efeito erosivo das gotgotíículas de condensadoculas de condensado

•• Evitar arraste e sEvitar arraste e sóólidos lidos suspensossuspensos

•• Se a caldeira opera com Se a caldeira opera com áágua gua com elevado teor de scom elevado teor de sóólido ou lido ou com formacom formaçção de espuma no ão de espuma no tubulãotubulão , deve, deve--se prever limpeza se prever limpeza periperióódica dos internos do dica dos internos do tubulãotubulão

•• O O sujamentosujamento dos filtros aumenta dos filtros aumenta a velocidade do vapor atrava velocidade do vapor atravéés s dos mesmos e provoca arraste dos mesmos e provoca arraste de gotde gotíículas e sculas e sóólidoslidos

Vapor separado do condensado no Vapor separado do condensado no tubulãotubulão

•• Evitar arraste de sEvitar arraste de sóólidos que lidos que poderão depositar nas poderão depositar nas palhetas das turbinaspalhetas das turbinas

•• Evitar arraste de produtos Evitar arraste de produtos ququíímicos não volmicos não volááteis que teis que poderão provocar corrosão poderão provocar corrosão nas palhetas das turbinasnas palhetas das turbinas

•• Quanto maior a pressão Quanto maior a pressão menor a diferenmenor a diferençça de a de densidade entre densidade entre áágua e gua e vaporvapor

•• Ciclone utilizado para Ciclone utilizado para pressões elevadas pressões elevadas

•• Vista geral dos Vista geral dos internos do internos do tubulãotubulão de vaporde vapor

•• Falha no sistema de separaFalha no sistema de separaçção vaporão vapor--condensadocondensado

•• Arraste e acumulo de depArraste e acumulo de depóósito na turbinasito na turbina

•• Foi obrigada a sair de operaFoi obrigada a sair de operaçção apão apóós 3 meses de s 3 meses de campanhacampanha

•• TubulãoTubulão inferiorinferior

QueimadoresQueimadores para para óóleo e gleo e gááss

•• A funA funçção do ão do queimadorqueimadoréé Promover a rPromover a ráápida pida mistura do ar e mistura do ar e combustcombustíível para obter:vel para obter:

•• Chama estChama estáávelvel

•• Combustão completaCombustão completa

•• Minimizando emissão Minimizando emissão de de NOxNOx

QueimadoresQueimadores para para óóleo e gleo e gááss

QueimadoresQueimadores de de óóleo e gleo e gááss

Conhecer em detalhes o projeto do queimadorEfetuar inspeção dimensional

Atenção especial para o bico de atomização de óleo

Verificar se ângulos e diâmetros de furos estão dentro das tolerâncias de fabricação

resumoresumo•• A troca tA troca téérmica rmica éé intensa atravintensa atravéés da parede da fornalha.s da parede da fornalha.•• ÉÉ nesta região da caldeira onde ocorre a formanesta região da caldeira onde ocorre a formaçção de vapor.ão de vapor.•• Na fornalha, em condiNa fornalha, em condiçções normais de operaões normais de operaçção, a temperatura dos tubos ão, a temperatura dos tubos

éé da ordem da temperatura da da ordem da temperatura da áágua.gua.•• Esta temperatura Esta temperatura éé a temperatura de saturaa temperatura de saturaçção da ão da áágua na pressão de gua na pressão de

operaoperaçção da caldeira.ão da caldeira.•• A temperatura do metal dos tubos da fornalha pode se elevar se hA temperatura do metal dos tubos da fornalha pode se elevar se houver:ouver:•• --Incidência de chama nos tubos ouIncidência de chama nos tubos ou•• --Queima excessiva de combustQueima excessiva de combustíívelvel•• Que provoque vaporizaQue provoque vaporizaçção localizada da ão localizada da áágua junto a parede do tubo.gua junto a parede do tubo.•• No No superaquecedorsuperaquecedor, em condi, em condiçções normais de operaões normais de operaçção, a temperatura do ão, a temperatura do

tubo tubo éé da ordem de 40 C acima da temperatura do vapor.da ordem de 40 C acima da temperatura do vapor.•• No No superaquecedorsuperaquecedor, qualquer aumento na temperatura dos gases provoca , qualquer aumento na temperatura dos gases provoca

elevaelevaçção da temperatura do metal e do vapor.ão da temperatura do metal e do vapor.

resumoresumo

•• Os tubos do screen tem a funOs tubos do screen tem a funçção de proteger os tubos do ão de proteger os tubos do superaquecedorsuperaquecedor da a radiada a radiaçção direta da fornalhaão direta da fornalha

•• Os filtros do Os filtros do tubulãotubulão de vapor removem as gotde vapor removem as gotíículas de culas de áágua arrastadas gua arrastadas pelo vapor saturado para:pelo vapor saturado para:

•• Facilitar o superaquecimentoFacilitar o superaquecimento

•• Evitar o efeito erosivo das gotEvitar o efeito erosivo das gotíículas de condensadoculas de condensado

•• Evitar arraste de sEvitar arraste de sóólidos que poderão depositar nas palhetas das turbinaslidos que poderão depositar nas palhetas das turbinas

•• Evitar arraste de produtos quEvitar arraste de produtos quíímicos não volmicos não volááteis que poderão provocar teis que poderão provocar corrosão nas palhetas das turbinascorrosão nas palhetas das turbinas

•• O O queimadorqueimador deve promover a mistura do ar e combustdeve promover a mistura do ar e combustíível para obter:vel para obter:

•• Chama estChama estáávelvel

•• Combustão completaCombustão completa

•• Minimizando emissão de Minimizando emissão de NOxNOx

resumoresumo

•• Os tubos do piso da fornalha são protegidos por um piso de concrOs tubos do piso da fornalha são protegidos por um piso de concreto ou eto ou tijolo refrattijolo refratáário porque todo o vapor gerado, durante a troca trio porque todo o vapor gerado, durante a troca téérmica, tende a rmica, tende a ficar junto a geratriz superior do tubo. Sem a proteficar junto a geratriz superior do tubo. Sem a proteçção do refratão do refratáário os tubos rio os tubos do piso da fornalha ficam sujeitos a temperaturas elevadas e poddo piso da fornalha ficam sujeitos a temperaturas elevadas e podem em romperromper

Fim da primeira parteFim da primeira parte

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