EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)

8/15/2019 EER0013 - Aula 13 - Geradores de Vapor (Parte 1)

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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#


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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.


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(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.


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● 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.


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● +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.


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● 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.


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●

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.


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● (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.


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(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


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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.


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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


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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.


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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.


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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


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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→ ?.


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● 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.


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● 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


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● &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


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● 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


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● 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.



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● 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.



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● /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.



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● 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.



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● 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.

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