eer0013 - aula 13 - geradores de vapor (parte 1)
TRANSCRIPT
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
1/24
Universidade Federal da Integração Latino-Americana
Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Território e Infraestrutura
Engenharia de Energia
Prof Fa!"o Lui# Pereira [email protected]
UNILA – ILATTI – EE Foz do Iguaçu / PR
Aula ! – "eradore# de $apor %Par&e '
EER((! – )*+uina# T,r-ia#
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
2/24
EER0013 – Máquinas Térmicas 2 / 24
Tó$icos da Aula
● %eradores de &a$or'● Principais componentes:
● Fornalha.
● Caldeira.
● Superaquecedor.
● Atemperador.
● Economizador.
● Aquecedor de ar.
● Classifcação de caldeiras:
● Aquotubulares.
● Flamotubulares.
● Elétricas.
● ipos de Fornalhas:
● !e queima em suspensão.
● !e queima em "relha.
● !e queima em leito #uidizado.
● Fornalhas:
● $olume da %ornalha.
● &ueimadores.
● Ar de combustão.
● a'a de carre"amento.
● ecnolo"ias de queima de combust()eis:
● &ueima de *leo.● &ueima de car)ão pul)erizado.
● &ueima em "relha.
● &ueima em leito #uidizado.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
3/24
3 / 24
(om$onentes de um %erador de &a$or A)uotu!ular
● (om$onentes de um %erador de &a$or A)uotu!ular'● Fornalha ou C+mara de combustão.
● Caldeira:
● Paredes d,-"ua.
● ambor.
● Superaquecedor:
● adiante.
● Con)ecti)o.
● /isto 0radiante 1 con)ecti)o2.
● Atemperador.
● eaquecedor 0opcional2.● Economizador 0opcional2.
● Aquecedor de ar 0opcional2.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
4/24 4 / 24
(om$onentes de um %erador de &a$or A)uotu!ular
● Fornalha ou (*mara de (om!ustão'● 3 onde ocorre a con)ersão da ener"ia qu(mica do
combust()el em ener"ia térmica.● &ueimadores sopram a mistura de car)ão pul)erizado e ar.
● Cinzas pesadas caem por "ra)idade no %undo.
● Cinzas le)es são arrastadas pelos "ases.
●
(aldeira'● 3 onde ocorre a mudança de %ase da -"ua l(quida para )apor.
● Composta pelas paredes d,-"ua e pelo tambor.
● Paredes d,-"ua: ubos dispostos lado a lado nas paredes.
●
ambor:● Acumula o )apor saturado %ormado ap*s a -"ua circular
por di%erença de densidade nas paredes d,-"ua.
● Possui a %unção de separar o )apor do l(quido saturado.
●
4 )apor sai do tambor e se"ue aos superaquecedores.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
5/24 5 / 24
(om$onentes de um %erador de &a$or A)uotu!ular
● +u$era)uecedor'● São trocadores de calor que ob5eti)am aumentar a
temperatura do )apor saturado )indo do tambor6
trans%ormando7o em )apor superaquecido6 que é então
en)iado 8 turbina a )apor.
● Composto por um ou mais %ei'es tubulares.
● Absor)em ener"ia por radiação e con)ecção.
● Atem$erador'● 4b5eti)a controlar a temperatura fnal do )apor
superaquecido que é en)iado 8 turbina a )apor.● 4 controle é %eito in5etando -"ua l(quida ou )apor saturado6
quando o )apor superaquecido possui uma temperatura
maior que a dese5ada.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
6/24 6 / 24
(om$onentes de um %erador de &a$or A)uotu!ular
● ea)uecedor'● São trocadores de calor que possuem a mesma %unção do
superaquecedor.
● 9sado quando a turbina a )apor possui mais de um est-"io6
sendo necess-rio ele)ar a temperatura do )apor para o
est-"io se"uinte.
● Economi#ador'● São trocadores de calor que ob5eti)am pré7aquecer a -"ua
l(quida de alimentação.
● nstalado ap*s os superaquecedores6 absor)endo o
calor residual dos "ases de combustão.
● Aumenta o rendimento térmico da instalação.
● /inimiza o choque térmico.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
7/24 7 / 24
(om$onentes de um %erador de &a$or A)uotu!ular
●
A)uecedor de ar'● São trocadores de calor que ob5eti)am pré7aquecer o ar de combustão6 atra)és
da absorção do calor residual contido nos "ases de combustão ap*s passar pelo
superaquecedor6 reaquecedor e economizador.
●
Contribui para aumentar a efci;ncia ener"ética da planta.● emperatura fnal dos "ases de combustão:
● Fator determinante do real apro)eitamento térmico das unidades "eradoras
de )apor.
● !e)e fcar entre a ?>>oC.
● @eralmente se localiza depois do economizador.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
8/24 8 / 24
(om$onentes de um %erador de &a$or A)uotu!ular
● (orrentes Paralelas (orrentes .$ostas'● rocadores de calor que operam com correntes opostas 0ou contra7corrente2 são
mais )anta5osos que aqueles que operam com correntes paralelas6 pois:
● Possuem maior efci;ncia.
● Apresentam menores super%(cies de aquecimento.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
9/24 9 / 24
(lassi/cação de (aldeiras
● (lassi/cação de caldeiras'● A)uotu!ulares'
●
"ua circula pelos tubos 0"ases de combustão circulam por %ora2.● 9so abran"ente6 atendendo desde pequenas %-bricas a "randes centrais.
● Produzem )apor superaquecido 0até =B /pa2.
● $apor é usado para acionamento mec+nico 0turbinas a )apor2.
●
Flamotu!ulares'● @ases de combustão circulam pelos tubos 0-"ua circula por %ora2.
● 9so limitado a instalaçes de pequeno porte.
● Produzem )apor saturado 0p D
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
10/24 10 / 24
Fornalhas
● Fornalhas de )ueima em sus$ensão'● Possuem aplicação abran"ente.
●
Permitem a queima de *leo6 car)ão pul)erizado6 casca dearroz6 "-s natural6 serra"em6 res(duos industriais6 etc.
● Fornalhas de )ueima em leito 1uidi#ado'● Aplicação restrita a car)es com alto teor de cinzas.
● Consomem combust()eis s*lidos como car)ão.
● Fornalhas de )ueima em grelha'● estrita a unidades de pequeno e médio porte.
● Consomem combust()eis s*lidos como car)ão
mineral6 car)ão )e"etal e lenha.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
11/24 11 / 24
Fornalhas
● &olume da Fornalha'● !e)e ser sufciente para "arantir uma combustão efciente.
● $olumes pequenos: Combustão parcial com presença de incombusto nos "ases.
● $olumes "randes: /enores temperaturas da %ornalha 0maior -rea superfcial26
difcultando a i"nição.
● Car"a térmica )olumétrica:
● !epende do tipo de combust()el6 capacidade do "erador6 processo de
queima e caracter(sticas da c+mara de combustão.
● Pode ser determinada por:
̄q= q̇
V cc
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
12/24
12 / 24
Fornalhas
● 2ueimadores'● Equipamentos compactos instalados em %ornalhas de queima em suspensão.
●
Promo)em o insu#amento e combustão da mistura ar 1 combust()el na %ornalha.● !e)em "arantir chama est-)el e trans%er;ncia de calor homo";nea para as
paredes d,-"ua.
● Seu nGmero depende da capacidade indi)idual e da car"a térmica da c+mara.
●
!isposição dos queimadores:● Posição frontal' /ais comum para queima de
car)ão pul)erizado e praticamente em todas as
%ornalhas a *leo.
●
Posição vertical' Con)eniente para %ornalhas acar)ão pul)erizado com %undo Gmido.
● Posição tangencial' &ueimadores nos cantos da
%ornalha6 que pro)ocam um mo)imento rotacional
de alta turbul;ncia sobre o nGcleo da chama.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
13/24
13 / 24
Fornalhas
● Ar de (om!ustão'
●
Prim3rio'● 9sado para nebulização do *leo6 transporte de part(culas de combust()el
pul)erizado ou na destilação preliminar de hidrocarbonetos.
● +ecund3rio'●
Hançado de encontro 8 nu)em de mistura ar 1 combust()el.● Asse"ura uma combustão completa e est-)el.
● Terci3rio'● aramente usado.
●
/esmo ob5eti)o do ar secund-rio.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
14/24
14 / 24
Fornalhas
● Taa de (arregamento'● !efne preliminarmente as dimenses de uma "relha para queima de
combust()eis s*lidos.● !epende:
● !o tipo de "relha.
● !o tipo de combust()el.
●
!a tira"em dos "ases de combustão.● Pode ser determinada por:
m̄cb= ṁcb
A g
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
15/24
15 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● 2ueima de 5leo'● @eralmente é utilizada para dar a partida em %ornalhas de queima em suspensão.
● !ensidades de pot;ncia:
● Caldeiras #amotubulares Até =.>>> IJm→ ?.
● Caldeiras aquatubulares /enores que K>> IJm→ ?.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
16/24
16 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● Ti$os de 2ueimadores de 5leo'
Nebulização mecânica de pressão direta. Nebulização mecânica de pressão direta
com retorno de óleo.
Nebulização mecânica com fuido auxiliar. Nebulização mecânica por copo rotativo.
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
17/24
17 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● 2ueima de (arvão Pulveri#ado'● 4 uso de car)ão e'i"e cuidados com:
● Estabilidade da chama.
● Preparação 0esteiras6 silos6 moinhos2.
● E'i"e in)estimentos adicionais.
● Ar de combustão:
● Pré7aquecido pelos "ases de
combustão no aquecedor de ar.
● 9ma parte é des)iada para classifcar6
pré7secar e transportar o car)ão pul)erizado dos moinhos até os
queimadores.● Car)ão pul)erizado:
● @ranulometria é )ari-)el.
● Loa pul)erização M> a N>O do car)ão tem "ranulometria in%erior a MB→ m.
l i d i d ! 4 i
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
18/24
18 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● &antagens do Uso de (arvão Pulveri#ado'● Atendem a caldeiras de "rande porte.
● Alta efci;ncia térmica.
● Combinadas com queimadores a *leo ou a "-s.
● Fle'ibilidade de operação 0resposta r-pida2.
● &ueimadores:
● !i)ersos tipos estão dispon()eis.● !e#etores causam mo)imento 0turbul;ncia2 de rotação nos dois 5atos.
● Problema constante:
● /anter as condiçes de operação dese5adas.
●
&ualquer #utuação na demanda de )apor altera a temperatura de sa(da dos"ases no topo da c+mara de combustão.
● &ueimadores inclin-)eis ou em di)ersos n()eis )iabilizam o
reestabelecimento das condiçes dese5adas de %orma r-pida e se"ura.
T l i d 2 i d ( ! t4 i
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
19/24
19 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● Ti$os de Fornalhas de (arvão Pulveri#ado'
Fornalha de undo seco. Fornalha de undo úmido. Fornalha tipo ciclone.
Comparação de porcentaem de cinzas retidas em unidades de !"" #$.
T l i d 2 i d ( ! t4 i
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
20/24
20 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● 2ueima em %relha'● Atendem a caldeiras de pequeno e médio porte.
● Se adaptam ao consumo de )-rios tipos de combust()eis 0car)ão6 lenha6 ba"aço
de cana6 res(duos industriais6 etc2.
● &ueima de combust()el é parcial Presença de carbono incombusto no cinzeiro.→
● rea da "relha é determinada pela ta'a de carre"amento6 que depende:
● !o tipo de "relha.● !o "rau de automação.
● !a %orma de alimentação e
e'tração de cinzas.
●
ipo de combust()el6 quantidadede cinzas e teor de )ol-teis.
● Flu'o de ar e tira"em dos "ases
de combustão.
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
21/24
21 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● Ti$os de Fornalhas de %relha'
Fornalha de relha %xa ou estacion&ria.
Fornalha de relha móvel rotativa. Fornalha de relha móvel de placas paralelas e oscilantes.
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
22/24
22 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● /uitas )ezes6 a queima de combust()eis s*lidos e'i"e a instalação de queimadores
a *leo ou a "-s para6 quando necess-rio6 "arantir a sustentação da chama ou au'iliar
no acendimento.
● E'emplo ?.? 0p" KM2.
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
23/24
23 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● 2ueima em Leito Fluidi#ado'● &ueima em "relha e queima em suspensão demandam sempre in)estimentos
adicionais para compensar a m- qualidade de al"uns combust()eis 0car)ão com
alto teor de cinzas e en'o%re2.
● Sistemas de controle e remoção destes compostos en)ol)em altos custos e
apenas minimizam o problema.
● Fornalhas de leito #uidizado:● Alternati)a )i-)el para contornar todos estes problemas.
● 4peram efcientemente com combust()eis menos nobres e a bai'o custo.
● 4 combust()el permanece em suspensão no leito6 sob ação de uma corrente
ascendente de ar6 o tempo sufciente para que a combustão se complete.● A concentração de combust()el no leito é "eralmente in%erior a BO.
● A remoção das cinzas é necess-ria sempre que hou)er e'cesso de material
inerte no leito.
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
-
8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)
24/24
24 / 24
Tecnologias de 2ueima de (om!ust4veis
● Ti$os de leito 1uidi#ado'
Fornalha de leito fuidizado estacion&rio ou borbulhante.
Fornalha de leito fuidizado circulante.
● /o)imentação cont(nua do leito "arante:
● a'as de trans%er;ncia de calor muito acima das de outros tipos de %ornalhas.
● Presença m(nima de carbono incombusto nas cinzas.
● @rande )anta"em: A absorção do calor liberado che"a a ser maior que B>O.
● E'emplo ?.K 0p" B?2.