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Combustão de combustíveis líquidos

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Combustão de combustíveis líquidos

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a) Preparação do óleo

a.1)Filtragem:Remover partículas sólidas em suspensãoEvitar obstrução de:Tubulação, aquecedores, queimadoresReduzir volume de resíduo de combustão depositado nos tubos da caldeira

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• a.2)Regulagem:• Controle da quantidade de combustível injetada na fornalha• Para obter relação adequada de combustível e ar

necessários à combustão• a.3)Atomização ou pulverização:• Aumentar a superfície de contato entre óleo e ar para:• Reduzir o excesso de ar ao mínimo• Aumentar a velocidade de queima• Aumentar eficiência de queima (reduzir resíduo de óleo não

queimado)

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• a.4)Pré-aquecimento do óleo:• Para reduzir viscosidade e tensão superficial e

obter atomização adequada• Elevar a temperatura para próximo do ponto

de inflamação (ignição)

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• b) Preparação do ar:• b.1)Fornecimento do ar necessário:• Dimensionamento adequado dos sopradores de ar• b.2)Pré-aquecimento do ar com os gases de queima:• Para melhorar rendimento térmico• b.3)Projeto adequado dos difusores dos queimadores:• O fluxo de ar pelos difusores dos queimadores deverá ser

adequado para promover• Uma boa queima e • Acelerar a remoção e renovação dos gases inertes

produzidos na combustão e oriundos do comburente

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Vapor p/ atomização do óleo

Ar é necessário p/ queima do gás ou óleo atomizado

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• c) Ignição e combustão do óleo na fornalha• c.1)Mistura das partículas de óleo atomizado com o ar

insuflado na fornalha• c.2)Vaporização das partículas ou gotículas com o calor• c.3)Combustão liberando calor• d) Transmissão do calor da combustão• Através dos tubos que constituem as partes da caldeira• O calor é transmitido simultaneamente por condução,

convecção e radiação• e) Descarga dos gases de combustão• Após cederem calor os gases são conduzidos pelos dutos e

chaminé até a atmosfera

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• Combustão• Reação química de natureza gasosa e exotérmica• Para efetuar queima eficiente os derivados de petróleo devem

ser previamente levados a uma condição praticamente gasosa e

• A uma temperatura igual ou superior a sua temperatura de inflamação (ou ignição)

• Para que os vapores emitidos entrem imediatamente em combustão

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• Óleo• Mistura complexa de hidrocarbonetos• Hidrocarbonetos = Combinação em proporções variáveis de

C e H e mais compostos sulfurados, nitrogenados e oxigenados

• A combustão produz:• produtos intermediários• Metano (CH4), acetileno (C2H2) e benzol (C6H6)• Produtos finais• CO2 , H2O , N2

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• A combustão com excesso de ar tem ainda como produto final O2

• Como a maioria dos óleo contem enxofre, SO2 e SO3 também aparecem como produto finais

• Na combustão incompleta entre os gases de combustão aparecem combustíveis como CO e H2

• Na combustão incompleta ocorrem– depósitos de carvão e fuligem– grande desprendimento de fumaça– combustão é de baixo rendimento térmico

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• Sistema de combustão• O óleo para os queimadores deverá ser fornecido a uma

taxa constante• Para que a ignição seja mantida ininterrupta• O ar necessário à combustão deverá ser regulado de acordo

com a quantidade de combustível injetado• A temperatura no tanque de óleo deverá ser tal que óleo

possa fluir livremente• As linhas deverão ser:– Isoladas– Aquecidas com traço de vapor

• Deverá ter um sistema de controle de temperatura do tanque de óleo de forma a manter uma temperatura que resulte na viscosidade recomendada pelo projeto do sistema

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Sistema típico para queimar óleo pesado em pequenas instalações

Anel de óleo – uma tubulação que conduz o óleo até o queimador e uma tubulação de retorno para o tanque. Neste sistema o óleo circula constantemente

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Sistema de queima de óleo pesado para grandes instalaçõesEquipamentos duplicados para permitir limpeza sem parar o

gerador de vapor

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• Para os combustíveis normalmente utilizados– A temperatura recomendada é da ordem de 35 C e– A viscosidade é mantida entre 4000 a 7000 SSU

• Manter rotina de limpeza dos filtros instalados no sistema de tubulação de óleo

• Quando se utiliza óleos mais leves não há necessidade de aquecimento

• Para queima de óleos pesados, como resíduo asfáltico (RASF) e resíduo de vácuo (RV), deverá ser previsto:– Aquecedores ao longo do sistema– Manter temperatura que garanta viscosidade de 150 a

400 SSU(Obs:RASF , RV , temperatura do combustível poderá ser

superior a 300C)– A atomização deverá ser do tipo mecânica ou a vapor

• Para os casos específicos verificar as recomendações de projeto

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• Problemas na queima de resíduo• Vapor de atomização com temperatura inferior a necessária

para garantir a viscosidade necessária• O vapor de atomização esfriava o óleo

• Acompanhamento de temperatura era no coletor geral• Não havia informação sobre a temperatura do óleo e

do vapor na entrada de cada queimador• O isolamento e aquecimento (steam trace) das linhas eram

deficiente junto dos queimadores• Na chegada do queimador ocorria condensação do

vapor e resfriamento do óleo• Em muitos casos a Engenharia e a Manutenção não

conseguiram colocar o forno elétrico em operação• A grande quantidade de metal no óleo produzia resíduo da

queima que obstruía a caldeira e era de difícil remoção

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Incrustação de difícil remoção causando obstrução da

caldeira

Superaquecedor primário

Superaquecedor secundário

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• Depósito incrustado na chicana do BANK

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• As caldeiras industriais queimam óleo combustível que é

• Resíduo remanescente após extração das frações leves do petróleo

• Os queimadores devem atomizar o combustível ante de injetá-lo na fornalha

• A atomização é feita por pulverização mecânica• A atomização é feita para obter a máxima superfície

de contato possível, exposta às reações de combustão

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• Formas de pulverização mecânica– Ar pressurizado ou Vapor– Forçar o combustível sob pressão através de

pequenos orifícios– Separar a película de óleo em partículas através

da força centrifuga• Atomização com ar ou vapor é simples e barata• Os queimadores de atomização por vapor podem

trabalhar praticamente com– Óleos de qualquer viscosidade e – A qualquer temperatura

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Mistura interna – o óleo é aquecido por contato direto com o vapor ante de pulverizar

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Mistura externa – o óleo flui para o bico através de uma passagem anular central, sendo o fluxo regulado mediante uma base roscada

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Ar primário

Ar secundário

Bico do queimador de óleo

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• Bico do queimador de óleo obstruído por matéria suspensa no óleo

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• Filtro do sistema de óleo impregnado de material suspenso no óleo

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• Queimador de gás natural

Ar primário

Ar secundário

Bicos queimadores de gás

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• A pulverização com vapor permite obter combustões mais perfeitas

• Possibilitando a queima de resíduos de petróleo mais viscosos

• O petróleo a ser pulverizado entra em contato com o vapor• O vapor além de possuir muita energia que se desenvolve

durante a expansão• Possui temperatura elevada, que aumenta a fluidez do

combustível• O vapor tem um efeito químico que reduz a formação de

fuligem e fumaça– Devido ao equilíbrio que se estabelece sob alta

temperatura entre o C, CO e vapor dágua

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• A conservação dos bicos atomizadores , e juntas é imperativo para assegurar o bom funcionamento do queimador

• Bicos reserva devem ser conservados em óleo diesel ou querosene

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• As lanças retiradas de serviço devem ser inspecionadas e os bicos removidos para limpeza

• Verificar a calibração dos bicos atomizadores após 3 meses de uso

• Quando o sistema de queima for retirado de serviço, recomenda-se lavá-lo com diesel ou querosene e conservá-lo limpos

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Exemplo – 1caldeira queimando óleo

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Caso 1 -Incrustação resultante da queima de óleo pesado com finos

de catalisador

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Incrustação provocada pela queima de óleo contendo

finos de catalisador

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Além da incrustação a caldeira estava operando

com dois queimadores apagados por estarem

danificados

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Conseqüência – oxidação da chicana do bank

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Furo na primeira curva na entrada do superaquecedor

secundário

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Corrosão dos tubos do BANK

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Exemplo 2Acompanhamento após troca de óleo

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Caso 2 -Trocou de óleo e passou a observar perda de

rendimento da caldeira em espaço de tempo menor

A perda de rendimento estava associada a maior formação de incrustação

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A caldeira parava a cada 12 meses para limpeza.

Com a troca de óleo, passou a parar para limpeza a cada 6

meses