Conservação de Energia em Caldeiras

Uma parcela considerálvel do custo de operação de caldeiras envolve o gasto com combustível. Independente do tipo utilizado (óleo combustível, gás natural, carvão, madeira, entre outros), a adoção de medidas efetivas para minimizar o consumo de combustível contribui de forma considerável para a redução de gastos em uma indústria.

Dentre as medidas para economizar energia em sistemas de geração de vapor, podem ser destacadas as seguintes:

✓ redução nas purgas de caldeira (aumento do ciclo de concentração);
✓ recuperação de condensado;
✓ tratamento químico adequado para evitar a formação de depósitos;
✓ recuperação de calor de água da purga de caldeira;
✓ evitar vazamentos de vapor.

A seguir são detalhadas algumas destas medidas.

 

1. Redução nas Purgas de Caldeira

As purgas de fundo e de nível nas caldeiras são indispensáveis para manter a concentração de sólidos dissolvidos na água de caldeira dentro dos limites de controle e evitar problemas de corrosão/arraste de água para o vapor.

As maneiras mais efetivas de assegurar a operação da caldeira com uma quantidade mínima de purgas (e consequentemente valor máximo de ciclo de concentração) são:

✓ pré-tratamento adequado de água de reposição;
✓ aproveitamento máximo de condensado, melhorando assim a qualidade da água de alimentação;
✓ utilização de produtos químicos adequados no tratamento de manutenção.

 

2. Recuperação de Condensado

A recuperação de condensado é o método mais efetivo de economia de energia para sistemas de geração de vapor. No calor total (entalpia total) do vapor, o calor latente é aproveitado praticamente de forma integral, enquanto o calor sensível é pouco aproveitado.

Como o calor remanescente no condensado equivale a 20 e 30% do calor total do vapor, a recuperação do condensado resulta em considerável economia de combustível.

As vantagens da recuperação de condensado são:
– economia de combustível;
– economia de água de reposição;
– redução da vazão de purgas na caldeira.

A qualidade do condensado é similar à de uma água desmineralizada. Assim, a recuperação de condensado como água de alimentação proporciona uma redução das purgas, através do aumento do ciclo de concentração.

Um cuidado especial deve ser tomado para que o condensado não apresente altos teores de ferro, o que pode invibializar seu reaproveitamento. Altas concentrações de ferro no condensado podem levar, caso alimentado diretamente na caldeira, à formação de depósitos nas superfícies de troca térmica e ocorrência de corrosão sob depósito.

Um método eficaz de redução na concentração de ferro no condensado é aplicar um produto inibidor de corrosão eficaz para a parte de vapor e condensado.

 

3. Tratamento Químico Adequado

Para caldeiras de baixa pressão, por vezes não há qualquer processo de remoção de dureza para a água que vai ser alimentada para o gerador de vapor. Em outros casos, existe um abrandador para a remoção da dureza, porém o mesmo pode estar subdimencionado ou operando de forma deficiente, ocasionando escape de dureza para a caldeira.

Em qualquer dos casos acima, a presença de dureza na água da caldeira pode gerar a formação de depósitos nas superfícies de troca térmica. Estes depósitos prejudicam de forma considerável a passagem de calor, pois a condutividade dos mesmos é de 20 a 100 vezes menor que o do aço carbono, conforme pode ser verificado no quadro a seguir.

Quadro 01”
Condutividade Térmica dos Componentes de Depósitos e de Metais

Substância Condutividade Térmica (Kcal/m.h.ºC)
Depósito de Sílica 0,2 ~ 0,4
Depósito de Carbonato de Cálcio 0,4 ~ 0,6
Depósito de Sulfato de Cálcio 0,5 ~ 2,0
Depósito de Fosfato de Cálcio 0,5 ~ 0,7
Óxido de Ferro (Hematita) 3 ~ 5
Óxido de Ferro (Magnetita) 1
Aço Carbono 40 ~ 60
Cobre 320 ~ 360

 

Admitindo-se uma condutividade térmica de depósito de 0,5 Kcal/m.h.ºC, têm-se que a cada 0,3 mm de incrustação gera um aumento de 1% no consumo de combustível, conforme pode ser observado no gráfico a seguir.

“Relação entre Espessura de Depósito e Aumento no Consumo de Combustível”

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4. Recuperação de Calor da Água da Purga de Caldeira

A troca de calor entre a água de alimentação e a água de blow dawn contínuo para caldeiras aquatubulares utilizando um trocador de calor recupera a energia da purga de caldeira e promove a redução do consumo de combustível. A figura a seguir ilustra esta afirmação.

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5. Evitar Vazamento de Vapor

A corrosão em linhas de vapor e condensado podem causar vazamentos de vapor em qualquer ponto do sistema pós-caldeira.Também recomenda-se a manutenção adequada dos purgadores de condensado das linhas de vapor, com a mesma finalidade de evitar vazamento de vapor indesejados. Medidas de controle adequadas devem ser tomadas, pois vazamentos de vapor geram perda considerável de energia.

O gráfico a seguir mostra a relação entre a pressão de vapor e a quantidade de vapor perdida, para vários diâmetros de furos.

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Elaborado por: Antonio R. P. Carvalho