CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA OPERAÇÕES UNITÁRIAS II

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Figura 2 - Esquema de uma caldeira aquatubular.

3. Elementos de Caldeiras

Tubulação de água inferior: É o elemento de ligação dos tubos para possibilitar a circulação de água na caldeira, tem por função de acumular lama formada pela reação dos produtos químicos com a água da caldeira. A água que sai deste elemento é encaminhada para tratamento.

Tubulão de água superior : É um corpo cilíndrico contendo em seu interior água e vapor formado pela troca térmica entre os gases da combustão e a água em circulação na caldeira. Sua principal função é separar a água do vapor (ambos saturados). Estes tubos contém conexões para visores de nível, válvulas de segurança, instrumentos de indicação e controle, além de tubos de ligação com superaquecedor de vapor.

Tubos de alimentação de água: São distribuídos no tubulão superior através de furos dispostos em toda a extensão do tubulão. Este tubos são geralmente posicionados 45º para baixo e direcionados na parte traseira do costado do tubulação

Tubos de purga contínua: Localiza-se abaixo do nível de água aproximadamente, com furos em toda a extensão. É deste tubo que se faz coleta de água para análise de sólidos, fosfatos, dispersantes, ph, sulfito, alcalinidade, sílica,a qual é feito o controle químico da água da caldeira.

Defletor: É constituído de chapas, colocados no costado frontal do tubulão de vapor, formando uma câmara para receber o vapor dos tubos geradores.

Separadores de vapor: Consiste em chicanas e filtros que destinam-se a reter água do vapor, de maneira que esse entre seco no superaquecedor.

Tubos de circulação: São tubos traseiros do feixe tubular que conduzem a água do tubulão de vapor para o tubulão de água, chamadas de tubos descendentes.

Tubos geradores: São tubos dianteiros do feixe tubular ascendentes e descendentes, que conduzem a mistura água e vapor saturado para o tubulão de vapor. Estes tubos são que recebem maior quantidade de calor da fornalha e a caldeira propriamente dita.

Parede d água Tubulação da Caldeira: O resfriamento da fornalha é feito através do fluxo de água que circula pelos tubos que formam as paredes. A água do tubulão superior desce para o tubulão inferior, sendo os resíduos sólidos da evaporação conduzidos por gravidade para o tubulão inferior e qualquer vapor gerado sobe para o tubulão superior.

Parede d água Tubulação da Caldeira: A parede d água pode ser frontal, traseiro ou lateral. Quanto à construção, podem ser: Aletados ou membranados; Tangentes; Espaçados.

Superaquecedor: É destinado a aumentar a temperatura do vapor saturado, tornando este mais seco sem aumentar sua pressão. É constituído de tubos lisos/aletados resistentes a altas temperaturas, que aproveitam os gases de combustão para dar o devido aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido.

Economizador: O economizador tem a finalidade de aquecer a água de alimentação da caldeira. Normalmente está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos geradores de vapor, e os gases são obrigados a circular através dele, antes de saírem pela chaminé.

Pré-aquecedor de ar: O pré-aquecedor de ar é um equipamento (trocador de calor) que eleva a temperatura do ar antes que este entre na fornalha. O calor é cedido pelos gases residuais quentes ou pelo vapor da própria caldeira.A instalação desses equipamentos oferece a vantagem de melhorar a eficiência da caldeira pelo aumento da temperatura de equilíbrio na câmara de combustão.

- Queimadores

Os queimadores consistem de uma carcaça de ar (registro de ar), para controle de vazão de ar de combustão; e injetores de combustível, para controle da vazão de combustíveis gasosos ou líquidos. O queimador deve permitir o conhecimento da vazão (obtém-se pelo conhecimento da pressão), ao mesmo tempo que produz as características aerodinâmicas necessárias para o perfil e a estabilidade de chama, em conjunto com a distribuição espacial. O óleo combustível é finamente atomizado, para alcançar a eficiência de queima especificada.

O ar combustão é dividido em duas correntes básicas de vazão, a primária e a secundária. A vazão de ar primária passa pelo tubo central, sendo introduzidas através de um estabilizador de ar axial. O ar secundário passa através de uma seção anular, formada pela parede externa da seção primária e a parede interna do corpo do registro, e então através de aletas fixadas com ângulo pré-determinado, para ser introduzido em uma garganta convergente / divergente.

O conceito do projeto é de que a seção primária se mantenha em uma condição fixa, enquanto que a garganta secundária e o turbulador possam variar, para produzir o perfil de chama e a performance requeridos. A perda de carga no registro (Register Draught Loss – R.D.L) é a mínima possível, de forma a proporcionar a performance de combustão especificada.

O combustível é introduzido normalmente à corrente de ar por :

- Lança central com atomizador para Óleo combustível ou outros combustíveis líquidos.

- Lança de gás – Central ou periféricas situadas ao redor do turbulador de ar primário, ou uma combinação dos dois.

O queimador pode funcionar queimando unicamente um destes combustíveis ou, como alternativa, pode ser projetado como uma unidade dual, capaz de queimar ambos os combustíveis independentemente ou em combinação.

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Figura 3 - Representação de um queimador em funcionamento em uma caldeira.

Um queimador é um equipamento que mediante o processo de combustão, tem por fim realizar a transformação de energia química de um combustível em calor.

O combustível pode ser líquido, gasoso ou sólido. Para alem de providenciar o calor numa caldeira ou qualquer outro dispositivo de aquecimento, controla também a temperatura de saída e pressão da caldeira e é essencial que a queima de combustível seja eficiente para que o consumo de combustível seja reduzido.

Para além destas funções, o queimador tem também um papel preponderante na estabilização de chama, promovendo: