Caldeiras Industriais: Componentes, Corrosão e Tratamento de Água

Queimadores de Caldeiras: Funcionamento e Preparação

Os queimadores são peças destinadas a promover, de forma adequada e eficiente, a queima dos combustíveis em suspensão. Ao redor do queimador, existe um refratário de formato cônico que tem grande importância para uma queima adequada do combustível lançado pelo queimador. Esse refratário tem as seguintes finalidades:

• Auxiliar na homogeneização da mistura ar/combustível, graças ao seu formato;
• Aumentar a eficiência da queima, graças à sua característica de irradiar o calor absorvido;
• Dar forma à chama.

Ao contrário dos combustíveis gasosos, que já se encontram em condições de reagir com o oxigênio, os óleos combustíveis devem ser aquecidos e atomizados antes da queima. A preparação consiste em:

• Dosar as quantidades adequadas de ar e combustível;
• Atomizar o combustível líquido, ou seja, transformá-lo em pequenas gotículas (semelhante a uma névoa);
• Gaseificar as gotículas através da absorção do calor ambiente (câmara de combustão);
• Misturar o combustível com o oxigênio do ar;
• Direcionar a mistura nebulizada na câmara de combustão.

Para combustíveis sólidos pulverizados, a introdução de combustível na fornalha pode ser feita através de dispositivos de atomização que garantem a granulometria e a dispersão para queima dentro da fornalha.

Superaquecedor: Aquecimento do Vapor Saturado

O superaquecedor é constituído de tubos lisos ou aletados de aço resistente a altas temperaturas, distribuídos em forma de serpentina, que aproveitam os gases de combustão para aquecer o vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido. Quando instalados dentro das caldeiras, podem estar localizados, dependendo da concepção de projeto da caldeira:

• Atrás do último feixe de tubos;
• Entre dois feixes;
• Sobre os feixes;
• Na fornalha.

Existem alguns tipos de caldeiras nas quais o superaquecedor é instalado separadamente da caldeira. Por isso, ele depende de outra fonte de calor para o aquecimento. A transmissão de calor para os superaquecedores pode ocorrer por convecção, radiação ou de forma mista, em função de sua configuração na construção da caldeira. Os superaquecedores correm o risco de ter seus tubos danificados, se não forem tomados alguns cuidados relativos à garantia de circulação de água/vapor na superfície interna, nas partidas e paradas da caldeira. A regulagem da temperatura do vapor superaquecido normalmente é feita atuando nos queimadores, no sentido da chama ou no controle dos gases de combustão, por meio da abertura ou fechamento de uma válvula by-pass, ou seja, de derivação, instalada no circuito dos gases.

Equipamentos Periféricos de Caldeiras

São considerados também como parte integrante de uma caldeira, outros equipamentos denominados como auxiliares ou periféricos, cujo bom desempenho e controle ajudam a boa operação de uma caldeira. Eles são:

• Economizador;
• Pré-aquecedor de ar;
• Sopradores de fuligem.

Economizador: Aquecimento da Água de Alimentação

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. Existem vários tipos de economizadores e em sua construção podem ser empregados tubos de aço ou tubos de aço fundido com aletas.

Tipos de Economizadores

Os economizadores podem ser de dois tipos: em separado ou integral.

Economizador em Separado

O economizador em separado é usado nas caldeiras de baixa pressão (25 kgf/cm²). É construído geralmente de tubos de aço ou ferro fundido com aletas. No seu interior circula a água e por fora circulam os gases de combustão.

Economizador Integral

O economizador integral é empregado nas caldeiras de maior capacidade de produção, apesar de requerer mais cuidados que o economizador em separado. Todo o dióxido de carbono e o oxigênio devem ser retirados da água de alimentação, porque quando estes elementos são aquecidos aumentam a corrosão pelo lado interno dos tubos. A corrosão nos tubos de economizadores pode ocorrer tanto na superfície interna quanto na externa. Internamente, a corrosão pode ser causada por impurezas contidas na água ou por deficiência no tratamento. Externamente, a corrosão pode ser causada pelos gases que carregam elementos contaminantes provenientes do processo de combustão.

Pré-aquecedor de Ar em Caldeiras

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.

Sopradores de Fuligem (Ramonadores)

Os sopradores de fuligem (ramonadores) permitem uma distribuição rotativa de um jato de vapor no interior da caldeira e têm por finalidade remover a fuligem e depósitos formados na superfície externa da zona de convecção das caldeiras. A figura a seguir mostra como é feita esta sopragem. Os tubos sopradores são providos de orifícios e distribuídos em pontos convenientes de modo a garantir jateamento na maior área de aquecimento possível. Um outro tipo de ramonador consiste de um dispositivo que introduz o tubo de sopragem no interior da zona de convecção, sendo acionado manual ou automaticamente.

Qualidade da Água em Caldeiras

Corrosão em Caldeiras: Causas e Prevenção

A corrosão em caldeiras é geralmente causada pela presença de gases dissolvidos (principalmente o oxigênio) e sua reação com o ferro presente no aço do equipamento. Como medida preventiva, é feita a desaeração na água de alimentação da caldeira, através de métodos mecânicos (desaeradores) complementados quimicamente pela adição de sequestrantes de oxigênio, tais como o sulfito de sódio ou hidrazina. Para caldeiras de altas pressões, a corrosão torna-se a principal preocupação do tratamento, uma vez que as etapas de pré-tratamento de água dessas caldeiras são obrigatórias e as incrustações normalmente presentes são originadas justamente pelos produtos de corrosão (tais como óxido de ferro). Nessas caldeiras, outros processos peculiares de corrosão são também observados, tais como o ataque cáustico, fragilização por hidrogênio, entre outros.

Mecanismos de Corrosão do Lado da Água

A corrosão do lado da água das caldeiras pode ocorrer de três maneiras:

• Pelo ataque de um ácido;
• Pela ação eletrolítica;
• Por oxidação.

Sendo também possíveis a combinação desses três processos. A água é uma fonte constante de ácidos, pelos sais que contém, especialmente o cloreto de magnésio, que pode reagir com a água, formando ácido. A forma de evitar este tipo de corrosão ácida consiste em manter a água da caldeira alcalina. A corrosão do lado da água da caldeira é um caso particular da corrosão eletrolítica. O ferro em contato com a água tende a se dissolver e, sob a influência de uma corrente elétrica, o grau de dissolução é mais rápido no ânodo (polo positivo). As transformações químicas e físicas, inevitáveis na superfície do metal da caldeira, produzem alterações nas características elétricas da mesma, de tal modo que a superfície metálica, em contato com a água, fica formada por uma série de pequenas pilhas, cada uma com seu ânodo e cátodo. O ferro se desloca dos ânodos para a solução e o hidrogênio atômico é depositado no cátodo. Não se pode evitar esta corrosão eletrolítica, mas ela pode ser reduzida a um mínimo tolerável, criando-se condições que mantenham uma camada de hidrogênio atômico, que é um isolante elétrico, sobre as partes da caldeira que formam cátodos. Isto se consegue mantendo a alcalinidade da caldeira dentro dos limites prefixados e, ao mesmo tempo, eliminando o oxigênio dissolvido na água da caldeira e na água de alimentação.

Tratamento da Água de Caldeiras

A fim de contrabalançar os efeitos da contaminação, a água de alimentação da caldeira deve ser tratada quimicamente para controlar:

• A formação de incrustação no lado da água das caldeiras;
• A corrosão;
• A formação de espuma e projeção;
• Mecanicamente e pelo aquecimento e desaeração, para reduzir o oxigênio dissolvido.

Objetivos do Tratamento Químico da Água

A explicação que se segue diz respeito ao emprego, em primeiro lugar, do tratamento químico. Uma mistura de produtos químicos, conhecida como composição desincrustante (boiler compound), é usada na água de alimentação de todas as caldeiras com os seguintes objetivos:

• Neutralizar os sais que formam ácidos na água da caldeira, isto é, mantê-la levemente alcalina;
• Assegurar a remoção das incrustações e fornecer meios químicos para limitá-las;
• Precipitar as impurezas internas sob a forma de lama, que pode ser removida pelas extrações de fundo e superfície;
• Evitar a corrosão pela oxidação.

Produtos Químicos para Tratamento de Água

Os produtos químicos usados na preparação da composição desincrustante (boiler compound) são:

• Fosfato de sódio;
• Carbonato de sódio;
• Amido.

Testes da Água de Caldeiras

São feitos os seguintes testes:

• Alcalinidade;
• Salinidade;
• Dureza;
• Oxigênio dissolvido.

Diagrama: Soldagem a Arco Elétrico

Este diagrama ilustra os componentes da soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido:

1. Revestimento de Fluxo
2. Vareta (Alma)
3. Gás de proteção
4. Poça de fusão
5. Metal base
6. Metal de solda
7. Escória solidificada

Caldeiras Aquatubulares: Tipos e Características

Caldeiras aquatubulares são também chamadas caldeiras de paredes de água ou de tubos de água. São as mais comuns em plantas termelétricas ou geração de energia elétrica em geral, exceto em unidades de pequeno porte. As caldeiras flamotubulares têm o inconveniente de apresentar uma superfície de aquecimento muito pequena, mesmo com o aumento do número de tubos. A necessidade de caldeiras de maior rendimento, rapidez de geração de grandes quantidades de vapor com níveis de pressão mais elevados, levou ao surgimento da caldeira aquatubular. Nesse tipo de caldeira, os tubos que, nas caldeiras flamotubulares, conduziam gases aquecidos, passaram a conduzir a água, o que aumentou muito a superfície de aquecimento, aumentando bastante a capacidade de produção de vapor. A seguir, serão abordados alguns tipos de caldeiras aquatubulares e suas principais partes constituintes.

Tipos de Caldeiras Aquatubulares

• Caldeiras aquatubulares de tubos retos, com tubulão transversal ou longitudinal;
• Caldeiras aquatubulares de tubos curvos, com diversos tubulões transversais ou longitudinais utilizados na geração (máximo 5);
• Caldeiras aquatubulares de circulação positiva;
• Caldeiras aquatubulares compactas.

Embora as normas brasileiras (NR-13, NBR 12177 e NBR 11096) denominem esse tipo de caldeira de “aquotubular”, por contaminação do nome da caldeira flamotubular, a palavra correta que identifica esse tipo de caldeira é aquatubular.

Caldeiras Aquatubulares de Tubos Retos

As caldeiras aquatubulares de tubos retos consistem de um feixe tubular de transmissão de calor, com uma série de tubos retos e paralelos, interligados a uma câmara coletora. Essas câmaras comunicam-se com os tubulões de vapor (superiores), formando um circuito fechado por onde circula a água.