Operacao Caldeira

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  • Treinamento de segurana na operao de caldeiras

    Operao de caldeiras

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    Operao de caldeiras

    SENAI-SP, 1999

    Trabalho elaborado pela Diretoria Tcnica (DITEC) do Departamento Regional do SENAI-SP

    Coordenao Clio TorrecilhaElaborao Regina Clia Roland Novaes

    Contedo tcnico Amaurilho Santos dos Reis (CFP 1.19)Cludio de Carvalho Pinto (UNEM)Jos Roberto Moreira (CT 1.64)Lzaro Vieira Maciel (CFP 1.17)Srgio Jundi Ebesui (UNED 3)

    Ilustraes Jos Joaquim PecegueiroCapa Gilvan Lima da Silva

    Revisado 2004

    SENAI Servio Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional de So PauloAv. Paulista, 1313 - Cerqueira CesarSo Paulo - SPCEP 01311-923

    TelefoneTelefax

    SENAI on-line

    (0XX11) 3146-7000(0XX11) 3146-72300800-55-1000

    E-mailHome page

    senai@sp.senai.brhttp://www.sp.senai.br

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    Sumrio

    Processo de combusto 5 Combusto 5 Combustvel 6 Elementos qumicos na combusto 6 Comburente 7 Tipos de combusto 7 Poder calorfico 7 Excesso de ar na combusto 8 Parmetro de avaliao da combusto 8 Caractersticas da combusto de lquidos 11 Caractersticas da combusto de gases 11Operao das caldeiras 13 Pr-partida das caldeiras de combustveis slidos 13 Partida das caldeiras de combustveis slidos 14 Operao normal das caldeiras de combustveis slidos 14 Parada das caldeiras de combustveis slidos 15 Pr-partida das caldeiras de combustvel lquido e/ou gasoso 15 Partida das caldeiras de combustvel lquido e/ou gasoso 15 Operao normal das caldeiras de combustvel lquido e/ou gasoso 17 Parada das caldeiras de combustvel lquido e/ou gasoso 18Regulagem e controle 19 Controle do fornecimento de energia 21 Nvel de gua 21 Otimizao da combusto 22 Atomizao e queimadores 22 Segurana na construo de queimadores 25 Chamin 26 Tiragem 26 Operao de um sistema de vrias caldeiras 28 Roteiro de vistoria diria 29

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    Falhas de operao: causas e providncias 31 Procedimento em situaes de emergncia 38 Retrocessos 38 Nvel de gua baixo 39 Nvel de gua alto 40 Presso do vapor acima do normal 40 Falhas em partes sob presso 41Referncias bibliogrficas 43

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    Processo de combusto

    O fascculo Operao de Caldeiras considera que a caldeira foi entregue pelofabricante ou pela equipe de manuteno em condies adequadas para incio doprocesso de partida.

    Neste fascculo, falaremos inicialmente sobre os fatores presentes no processo decombusto, como ele acontece e como obter dele os melhores resultados. Falaremos,tambm dos processo de pr-partida, partida e parada dos diversos tipos de caldeira.

    Combusto

    Para produzir vapor necessria a gerao de calor. Para tal, uma das maneiras maisusuais utilizar-se os processos de combusto.

    A combusto o resultado de fenmenos fsicos e qumicos. Para que ela acontea, preciso que se disponha de um combustvel e do comburente adequadamentemisturados.

    Combustvel

    Podemos definir combustvel como sendo um material... usado para produzir calor porcombusto, ou ento: qualquer material que alimenta fogo. Dependendo de suadisponibilidade e da viabilidade econmica de seu uso, os combustveis utilizados nagerao de vapor podem ser slidos, lquidos ou gasosos.

    Os combustveis slidos foram os primeiros utilizados pelo homem. Lenha, carvomineral, bagao de cana e outros resduos vegetais diversos so exemplos desse tipode combustvel. Para que sua utilizao seja eficiente em nvel industrial, sonecessrios altos investimentos em equipamentos especficos.

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    Os combustveis lquidos so, em sua maioria, os de origem fssil, ou seja, o leodiesel e os leos combustveis nas classificaes de 1A / 1B at 9A/9B. Oscombustveis lquidos de fontes renovveis, como o lcool, so usados na gerao devapor apenas em aplicaes especficas como combustvel alternativo em usinas deproduo de lcool.

    Para a combusto, a propriedade mais importante do combustvel lquido, aviscosidade, que controlada pela temperatura: quanto mais viscoso for ocombustvel, maior dever ser sua temperatura para atingir a viscosidade ideal paracirculao e para a queima.

    Entre os combustveis gasosos, pode-se citar o gs liqefeito de petrleo (GLP), que o produto da destilao de petrleo, e o gs natural, originrio dos poos deexplorao de petrleo. Se estiverem disponveis, os gases gerados nos processosindustriais, como o gs do alto-forno ou gs de hulha, tambm podero ser usados.

    Elementos qumicos na combusto

    O combustvel, lquido ou gasoso, constitudo basicamente por carbono (C) ehidrognio (H), ou seja, os hidrocarbonetos. Alguns tipos de combustvelapresentam em sua composio, elementos como enxofre (S), vandio (V) e outrasimpurezas.

    Os hidrocarbonetos so formados por molculas de diversos tamanhos e formas quedefinem seu estado, a viscosidade e outras caractersticas presentes nos combustveise que so importantes para a combusto.

    Na combusto podem tambm estar presentes componentes inorgnicos como onitrognio (N2), o vandio (V), o ferro (Fe) e o nquel (Ni), que geram as cinzas.

    Comburente

    O comburente uma substncia que produz ou auxilia a combusto. Essa substncia o oxignio.

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    Por razes econmicas, na combusto usa-se o oxignio presente no ar, uma vez queele contm 21% dessa substncia em sua composio. O restante compostobasicamente por nitrognio que no participa das reaes de combusto, mas querepresenta um volume extra de gs a ser aquecido. Isso diminui o aproveitamentoenergtico da caldeira e esfria a chama.

    Para melhorar a combusto, em alguns tipos de queimadores feita a adio deoxignio do ar, e at mesmo oxignio puro no processo em alguns casos especficos.

    Tipos de combusto

    A combusto pode ser completa ou incompleta.

    Na combusto completa, a mxima gerao de energia obtida e os gasesresultantes desse processo so menos nocivos ao ambiente. Assim, dependendo dascaractersticas do combustvel, a gerao de material em partculas mnima, ou nula.No se pode eliminar a emisso de dixido de enxofre (SO2).

    Na combusto incompleta existe a presena de monxido de carbono (CO) e fuligem.Esses poluentes, alm de nocivos sade, diminuem o rendimento da combusto,com conseqente diminuio da gerao de energia.

    Poder calorfico

    A quantidade de calor obtido na combusto de determinada parcela de combustvel porunidade de massa denominada de poder calorfico.

    O poder calorfico de um combustvel pode ser definido como superior ou inferior emfuno da quantidade de gua que se origina a partir de sua combusto. A tabela aseguir mostra valores prticos do poder calorfico inferior para alguns combustveisusuais.

    Combustvel Poder calorfico inferior

    leo diesel 10.220 kcal/kg (8.670 kcal/l)leo combustvel 1A 9.660 kcal/kgleo combustvel 2A 9.300 kcal/kg

    gs natural 9.065 kcal/Nm3 (Comgs) 8.500 kcal/Nm3 (Bolvia)

    GLP 24.000 kcal/Nm3 (11.000 kcal/kg)

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    Excesso de ar na combusto

    Para que se obtenha o maior rendimento possvel no processo de combusto, deve-setrabalhar com a quantidade estequiomtrica de ar, ou seja, a quantidade de ar queconsidera, uma relao exata e correta entre comburente e combustvel, a fim de quetodo o combustvel seja queimado.

    Na prtica, porm, os equipamentos esto sujeitos a variaes de temperatura epresso do ar, bem como a variaes nas condies nas cmaras de combusto. Issoimpede a gerao do calor em condies ideais.

    Quando se opera a caldeira com excesso de ar, alm de dixido de carbono (CO2),gua (H2O), dixido de enxofre (SO2) formados na combusto e do nitrognio (N2),presente no ar, encontra-se, tambm, dentro da fornalha, oxignio que no reagiu como carbono.

    A quantidade de ar fornecida a um determinado queimador indicada numericamentecomo porcentagem da quantidade estequiomtrica. Por exemplo, em um queimadortrabalhando com ar de combusto a 110%, tem-se 10% de excesso de ar em relao quantidade estequiomtrica.

    O ar excedente, representa um volume extra a ser aquecido. Isso diminui oaproveitamento energtico e esfria a chama. Por causa disso, o excesso de ar deveser o menor possvel.

    Parmetros de avaliao da combusto

    Como o excesso de ar influi diretamente no aproveitamento energtico de umacaldeira, importante estabelecer parmetros para avaliar sua eficincia e controlar oprocesso de combusto.

    Para esse tipo de avaliao, os parmetros podem ser estabelecidos por meio demedio, que mais seguro e mais correto, ou onde no existir, por mtodos prticos,por meio da observao da chamin e da colorao da chama.

    Uma fumaa esbranquiada pode significar excesso de oxignio, enquanto que umafumaa escura pode significar falta de oxignio na fornalha.

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    A situao ideal, independente do combustvel utilizado (slido ou lquido), operar demodo que se obtenha uma colorao acinzentada nos gases da chamin.

    Pela medio, pode-se obter o teor de: Oxignio (O2); Dixido de carbono (CO2); Monxido de carbono (CO); Fuligem/elementos particulados da fumaa.

    A medio de gases existentes na combusto pode ser realizada por meio do aparelhoORSAT ou Fyrite, pela coleta de uma amostra dos gases gerados.

    Observaes1. ORSAT um aparelho que p