Projecto de Sistemas Energéticos 12007
Caldeiras
Notas das aulas da disciplinade
PROJECTO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS
Projecto de Sistemas Energéticos 22007
Geradores com câmara de combustãoCaldeiras
Tipo de combustível• sólido, líquido, gasoso, misto
Fluido quente• ar quente, água, vapor, óleo térmico
Permutador: • produtos combustão/fluido térmico – gastubular• fluido térmico/produtos da combustão - aquotubular
Equipamento/sistema de queima• grelhas, pulverizadores, leito fluidizado,
queimadores/injectoresModo de circulação do fluido térmico no gerador• natural, forçada
Projecto de Sistemas Energéticos 32007
Geradores com câmara de combustãoCaldeiras
Fonte de calor– combustão directa ou aproveitamento de gases
de escape de um motor de combustão internaPosição da câmara de combustão– interior ou exterior
Forma e posição dos tubos no interior do gerador– rectos, angulares, serpentina, direitos, inclinados,
verticaisMateriais de construção– aço, cobre, ferro fundido, ligas especiais,
refractários, lã mineral, alumínioLocalização– fixa ou móvel
Projecto de Sistemas Energéticos 42007
Caldeira gastubular
Caldeira gastubular ou tubo de fogo– tubo de fogo– passagem dos produtos de
combustão pelos tubos– forma cilíndrica com tampos
planos – fluido térmico à volta dos
tubos e do tubo de fogo– câmara de inversão com
espelho– grande volume de fluido
térmico
Projecto de Sistemas Energéticos 52007
Caldeira gastubular
Projecto de Sistemas Energéticos 62007
Caldeira gastubular
Projecto de Sistemas Energéticos 72007
Caldeira gastubular
Vantagens– são compactos– formato padrão»» tempo
de fabrico reduzido– fácil limpeza– fácil substituição dos
tubos– pouco sensível a
oscilações da carga»»ideal para períodos de pontas
– baratas para gamas de produção até 18 ton/h
Desvantagens– lentidão no arranque – funcionamento para
baixas e médias pressões– baixa/média produção de
fluido térmico– necessidade de 2 ou 3
queimadores p/ maiores produções e pressões
Projecto de Sistemas Energéticos 82007
Campo de operação das caldeiras gastubulares
Aplicações: pequenas e médias unidades industriais , aquecimento de edifícios públicos e particularesPressão máxima: – 12 a 13 bar com 1 tubo de fogo– 26 a 27 bar com 2 tubos de fogo– aproximadamente 30 bar com 3 tubos de fogo
Temperatura máxima– vapor sobreaquecido até cerca de 420 oC
Produção máxima e carga térmica:14 ton/h vapor , para 1 tubo de fogo; a que corresponde uma carga
térmica (CT) no tubo de fogo de cerca de 10,5 MW (Nota: CT=B*PCI)– carga térmica por superfície de aquecimento: 27,9 a 34,9 kW/m2
– produção por superfície de aquecimento: 40 a 50 kg/m2
Temperatura de saída dos produtos combustão da caldeira: - Fuel óleo » 180 a 200 oC- Gás natural » 80 a 100 ºC
Projecto de Sistemas Energéticos 92007
Caldeira aquotubular
Caldeira aquotubular– fluido térmico dentro dos
tubos– feixe de tubos ligados a
cilindros inferiores e a um superior , chamado barrilete
– produtos de combustão na área de passagem entre as paredes de tubos
– inversão dos gases em zona de interrupção de uma das paredes
– pequeno volume de fluido quente
Projecto de Sistemas Energéticos 102007
Caldeira aquotubular
Projecto de Sistemas Energéticos 112007
Instalação com caldeira aquotubular
Projecto de Sistemas Energéticos 122007
Caldeira aquotubular
Desvantagens– grandes dimensões – sensíveis às variações
bruscas de carga – grandes exigências na
qualidade da água de alimentação devido àelevada pressão de funcionamento
– elevado custo– grande complexidade de
montagem
Vantagens– grandes pressões
• P » 50 - 165 bar– grandes produções
• M » 40 - 150 ton/h– rapidez de arranque– fácil adaptação a
diferentes tipos de combustível
Projecto de Sistemas Energéticos 132007
Campo de operações das caldeiras aquotubulares
Aplicação: unidades industriais de maior dimensão diversas , centrais termoeléctricas, caldeiras de óleo térmicoGama de pressão :
– Até cerca de 120 bar » circulação natural– Acima de 120 bar » circulação forçada: com 1 ou 2 bombas– Até próximo da pressão crítica » circulação forçada (normalmente 1 só passagem -
monotubularesProdução máxima e carga térmica:
– produção: para médias pressões (60 a 100 bar) » 40 a 50 ton/h– carga térmica/volume da câmara de combustão:
• 0,23 a 0,93 MW/m3 (caldeiras terrestres); • 1,16 MW/m3 (caldeiras marítimas)• Em função do nº de queimadores:
– 0,4 a 0,7 MW/m3 » 1 queimador– 0,9 a 1,1 MW/m3 » 2 queimadores
Temperatura de saída dos produtos da combustão da caldeira: - Fuel óleo » 180 a 200 oC- Gás natural » 80 a 100 ºC
Projecto de Sistemas Energéticos 142007
Caldeiras de termofluidoPara temperatura do fluido até cerca de 350 ºC à pressão atmosféricaConstrução semelhante às caldeiras aquotubular- produtos da combustão - 1 só passagem
Posição dos tubos de termofluido:– Circular/espiral – câmara de combustão rectangular/tubular
Temperatura de saída dos produtos de combustão: T>250 oCCarga térmica por superfície de aquecimento:– câmara de combustão rectangular :
• 100 a 175 kW/m2 (0,3 a 0,8 MW/m3) »– velocidade de circulação dos gases 3,5 m/s
– combustão circular: 259 a 350 kW/m2 (1,1 a 1,56 MW/m3) »– velocidade de circulação dos gases 3,5 a 4,2 m/s
Projecto de Sistemas Energéticos 152007
Caldeiras de termofluido
Projecto de Sistemas Energéticos 162007
Caldeiras de termofluido
Vantagens da caldeira de termofluido:Não requer tratamento do fluido térmicoNão há condensados Operação automáticaUso económico para aquecimento e arrefecimentoNão apresenta problemas de corrosãoUma unidade é capaz de servir, ao mesmo tempo, diferentes utilizadores a diferentes temperaturas
Áreas de aplicação:Indústria químicaIndústria de plásticos e borrachasIndústria da madeiraIndustria têxtilIndústria alimentar
Projecto de Sistemas Energéticos 172007
Parâmetros de selecção
• Pressão máxima do fluido de trabalho• Temperatura máxima do fluido de trabalho• Produção máxima (Caudal máximo)• Potência requerida• Regime de funcionamento• Espaço disponível• Com ou sem câmara de combustão• Tipo de combustível• Com ou sem economizador associado
Projecto de Sistemas Energéticos 182007
Normas sobre fabrico de caldeiras gastubulares
CEN EN 12953-1:2002
Shell boilers – Part 1: General C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12953-2:2002
Shell boilers – Part 2: Materials for pressure parts of boilers and accessories
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12953-3:2002
Shell boilers – Part 3: design and calculation for pressure parts
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12953-4:2002
Shell boilers – Part 4: Workmanship and construction of pressure parts of the boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12953-5:2002
Shell boilers - Part 5: Inspection during construction, documentation and marking of pressure parts of boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12953-6:2002
Shell boilers – Part 6: Requirements for equipment of the boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12953-7:2002
Shell boilers – Part 7: Requirement for firing systems for liquid and gaseous fuels for the boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12953-8:2001
Shell boilers – Part 8: Requirements for safeguards against excessive pressure
C 71 of 2003-03-25
Projecto de Sistemas Energéticos 192007
Normas sobre fabrico de caldeiras aquotubularesCEN EN 12952-
1:2001 Water-tub boilers and auxiliary installations - Part 1: General
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12952-2:2001
Water-tub boilers and auxiliary installations – Part 2: materials for pressure parts of boilers and accessories
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12952-3:2001
Water-tub boilers and auxiliary installations – Part 3: Design and calculation for pressure parts
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12952-5:2001
Water-tub boilers and auxiliary installations – Part 5: Workmanship and construction of pressure parts of the boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12952-6:2002
Water-tub boilers and auxiliary installations – Part 6: Inspection during construction, documentation and marking of pressure parts of the boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12952-7:2002
Water-tub boilers and auxiliary installations – Part 7: requirements for equipment for the boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12952-8:2002
Water-tub boilers and auxiliary installations – Part 8: requirements for firing systems for liquid and gaseous fuels for the boiler
C 171 of 2002-07-17
CEN EN 12952-10:2002
Water-tub boilers and auxiliary installations – Part 10: requirements for safeguards against excessive pressure
C 71 of 2003-03-25
Projecto de Sistemas Energéticos 202007
Links• http://www.processregister.com/Flexible_Watertube_Boilers/Suppliers/pid2738.h
tm• http://www.contractor-
books.com/Mechanical_Trades.htm?source=overture&OVRAW=Steam%20Boilers&OVKEY=steam%20boiler&OVMTC=standard
• http://www.cbboilers.com/• http://www.jotexcaldeiras.pt/• http://www.morisa.pt/index.html• http://www.lgicaldeiras.com/• http://www.archiexpo.com/architecture-design-manufacturer/boiler-1127.html• http://www.cleaver-brooks.com• http://www.thomasnet.com/products/steam-boilers-6132807-1.html• http://www.power.alstom.com/home/equipment___systems/boilers/industrial_boi
lers/7404.EN.php?languageId=EN&dir=/home/equipment___systems/boilers/industrial_boilers/
• http://www.babcock-wanson.com/hi/index.htm• http://www.innoterm.hu/thermaloil.htm• http://www.pegop.com/central/dados_tecnicos.asp• http://www.danvic.com/caldeiras.htm• http://www.ipq.pt/custompage.aspx?modid=0&pagid=8