Manual caldeiras

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  1. 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
  2. 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
  3. 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!
  4. 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 (>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
  5. 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