Tipos Diversos de Caldeiras, Economizadores e Superaquecedores

Uma explicação sobre tipos de caldeiras especializados e outros recursos especializados.

Geradores de vapor

Em muitas aplicações:

A quantidade de vapor necessária é pequena demais para justificar uma caldeira de casco, ou seja, menos de 1 000 kg/h.
O pequeno processo que requer vapor opera apenas no turno diurno, significando que a planta seria iniciada todas as manhãs e desligada todas as noites.
O custo de capital de uma caldeira de casco convencional afetaria negativamente a viabilidade econômica do processo.
O nível de especialização no local, no que diz respeito a caldeiras, não é tão alto quanto seria necessário em um sistema de vapor maior. Para atender a essas demandas específicas, dois tipos de caldeiras foram desenvolvidos. Caldeira de bobina Estes são um tipo de caldeira tubular ‘de passagem única’, e referidos em algumas regulamentações como ‘caldeiras sem nível de água discernível’. O suprimento de água para a caldeira será geralmente de 10 a 15% acima da taxa de geração de vapor para:
Garantir que nem toda a água seja evaporada, assegurando assim que o vapor superaquecido não seja produzido.
Fornecer um veículo para o TDS da água de alimentação ser transportado. Se esse veículo não estivesse disponível, os sais na água de alimentação seriam depositados nas paredes internas dos tubos e prejudicariam a transferência de calor, levando ao superaquecimento e eventualmente à falha do tubo. Obviamente, um separador é um componente essencial desse tipo de caldeira para remover essa água contaminada. Sendo do tipo tubular, podem produzir vapor a pressões muito altas. As aplicações típicas para geradores de vapor e caldeiras de bobina incluem lavanderias e fabricação de vestuário, onde a demanda é pequena e a taxa de mudança de carga é lenta.

Caldeira vertical sem tubos pré-montada

Vários modelos estão disponíveis com saídas na faixa de 50 a 1 000 kg/h, e pressões de até 10 bar g. As alturas das caldeiras variam tipicamente de 1,7 m a 2,4 m para saídas de aproximadamente 100 kg/h a 1 000 kg/h respectivamente. Uma seção transversal do projeto é mostrada na Figura 3.4.2. Observe o caminho descendente da chama, e a ação de turbilhonamento. O caminho do calor é invertido na parte inferior da caldeira e os gases quentes sobem, liberando calor para as aletas. Observe também a pequena quantidade de água na caldeira. Isso permite que a caldeira seja aquecida à temperatura de operação muito rapidamente, tipicamente 15 minutos. No entanto, essa pequena quantidade de água significa que apenas uma pequena quantidade de energia é armazenada na caldeira, consequentemente ela não consegue lidar facilmente com mudanças súbitas e mantidas na carga. Se a mudança de carga ocorrer mais rápido do que a caldeira pode responder, a pressão dentro da caldeira cairá e, em última instância, a caldeira sofrerá priming com água de alimentação. Isso é agravado pela pequena área superficial da água, que proporciona altas velocidades de liberação de vapor. No entanto, o caminho do vapor é verticalmente para cima e longe da superfície da água, em oposição a horizontalmente sobre a superfície da água (como em uma caldeira de casco), e isso minimiza o efeito.

Economizadores

Os gases de exaustão, após passarem pela caldeira principal e pelo superaquecedor, ainda estarão quentes. A energia nesses gases de exaustão pode ser usada para melhorar a eficiência térmica da caldeira. Para alcançar isso, os gases de exaustão são passados através de um economizadores. O economizador é um trocador de calor através do qual a água de alimentação é bombeada. A água de alimentação, portanto, chega à caldeira a uma temperatura mais alta do que seria o caso se nenhum economizador fosse instalado. Menos energia é então necessária para gerar o vapor. Alternativamente, se a mesma quantidade de energia for fornecida, mais vapor é gerado. Isso resulta em uma eficiência mais alta. Em termos gerais, um aumento de 10°C na temperatura da água de alimentação fornecerá uma melhoria de eficiência de 2%. Nota: Como o economizador está no lado de alta pressão da bomba de alimentação, temperaturas da água de alimentação superiores a 100°C são possíveis. Os controles de nível de água da caldeira devem ser do tipo ‘modulante’ (ou seja, não ‘liga/desliga’) para garantir um fluxo contínuo de água de alimentação através do trocador de calor. O trocador de calor não deve ser tão grande que:

Os gases de exaustão sejam resfriados abaixo de seu ponto de orvalho, pois o líquido resultante pode ser ácido e corrosivo.
A água de alimentação ferva no trocador de calor.

Superaquecedores

Qualquer que seja o tipo de caldeira usada, o vapor sairá da água em sua superfície e passará para o espaço de vapor. O vapor formado acima da superfície da água em uma caldeira de casco é sempre saturado e não pode se tornar superaquecido no casco da caldeira, pois está constantemente em contato com a superfície da água. Se o vapor superaquecido for necessário, o vapor saturado deve passar por um superaquecedor. Este é simplesmente um trocador de calor onde o calor adicional é adicionado ao vapor saturado. Em caldeiras tubulares, o superaquecedor pode ser um duto adicional suspenso na área da fornalha onde os gases quentes fornecerão o grau de superaquecimento necessário (ver Figura 3.4.4). Em outros casos, por exemplo, em esquemas de CHP onde os gases de exaustão da turbina a gás são relativamente frios, um superaquecedor com queima separada pode ser necessário para fornecer o calor adicional. Se o controle preciso do grau de superaquecimento for necessário, como seria o caso se o vapor for usado para acionar turbinas, um attemperador (ressuperaquecedor) é instalado. Este é um dispositivo instalado após o superaquecedor, que injeta água no vapor superaquecido para reduzir sua temperatura.