EFICIÊNCIA EM PROCESSOS DE COMBUSTÃO À GÁS. Apresentação Eng Wagner Branco

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1 EFICIÊNCIA EM PROCESSOS DE COMBUSTÃO À GÁS Apresentação Eng Wagner Branco

2 Principais atividades da Zetec Tecnologia Ambiental Engenharia de Combustão Diagnósticos energéticos. Cursos e treinamentos em controle de combustão industrial e emissões. Medições e correções em sistemas de queima a óleo combustível, gás, madeira, biomassa. Engenharia Ambiental Controle de emissões nos processos de combustão. Treinamentos em detecção de gases tóxicos e Inflamáveis. Serviços de pesquisa de vazamentos de gás. Consultoria para implantação de equipamentos anti-poluentes. Produtos para Controle de Combustão Analisadores de gases de combustão. Instrumentos para controle e medição de temperatura e pressão. Detectores de chama. Produtos para tratamento de óleo combustível, óleo Diesel, biodiesel, carvão e biomassa. Zetec Tecnologia Ambiental Ltda Rua Cesar Marengo 34 Campo Grande São Paulo SP Tel

3 Você conhece seu equipamento de queima?. Como você controla a combustão?. Qual é a capacidade térmica de seus equipamentos?. Qual o volume de ar que entra pelos queimadores?. Qual a melhor relação ar/combustível para seus queimadores?. Como você controla a qualidade do combustível?. Seus fornos ou caldeiras estão parametrizados?. Qual o consumo específico em sua planta térmica?

4 Balanço de Massa e de Energia nos Processos de Combustão Primeiros passos para avaliação de eficiência em um forno ou caldeira:. Determinação das massas envolvidas.. Determinação das entradas de energia.. Determinação das saídas e perdas de energia.

5 BALANÇO DE MASSA DA COMBUSTÃO COMBURENTE O 2 + N 2 (ar atmosférico) COMBUSTÍVEL C + S + H 2 + N + HC Óleos dest. petróleo Gases Biomassa Produto final PROCESSO Perdas de calor ou de produto PRODUTOS DA COMBUSTÃO CO 2 CO H 2 O N 2 O 2 SO 2 NOx HC Cinzas MP

6 Fluxo de energia em um forno

7 Balanço de massa e energia de uma caldeira Q i Q U Q d Q U Q i Q i

8 Quando compramos um combustível, nós compramos energia Por este motivo, precisamos conhecer o valor energético do combustível, e possuir um histórico de fornecimento, registrando suas características, qualidade e corrigindo seus valores quando necessário para realização dos balanços de massa e de energia.

9 Principais energéticos no Brasil Combustível Bagaço de cana (50% umidade) Lenha (eucalipto 40% umidade) Serragem (20% umidade) Carvão mineral (Charqueadas RS) Óleos pesados (1A, 2A) Óleo de xisto (Petrobrás Six) Gás natural (Gasbol) GLP (médio) PCI kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg a kcal/kg kcal/kg kcal/m³ kcal/kg Estes valores podem sofrer variações.

10

11 Tabela de equivalência de combustíveis baseado no PCI Combustível GN (m³) GLP (kg) BPF (kg) LENHA (kg) GN (m³) 1 0,79 0,92 3,55 GLP (kg) 1,26 1 1,17 4,50 BPF (kg) 1,08 0,85 1 3,83 LENHA (kg) 0,28 0,22 0,26 1 Ex: A lenha necessita de 4,5 kg para se equivaler à 1 kg de GLP

12 Capacidade térmica de um equipamento Dado pela capacidade de consumo de energia térmica Q = D. PCI Onde: Q = potencia térmica referente a vazão/consumo de combustível em kcal/h D = Consumo de combustível por hora PCI = poder calorífico do combustível (kcal/kg, kcal/m³) Todos os cálculos de rendimento, eficiência de queima, são dados com base no PCI de um combustível. Expressar Q em MW ou em KW

13 Produção de Calor por Combustão Correção do PCI Q = mc. (PCI + c p + t c ) Onde: Q = energia da combustão mc = massa de combustível PCI = poder calorífico do combustível C p = calor específico do combustível T c = temperatura do combustível Calores típicos para c p : Combustíveis líquidos 2,1 kj/kg ºC GLP 2,5 kj/kg ºC Carvão 1,3 kj/kg ºC

14 Consumos Específicos Unidade de energia consumida referida à massa, quantidade de peças produzidas ou outra unidade. Alguns exemplos na indústria

15 Combustível Consumo específico na cerâmica estrutural Consumo específico (kcal/kg argila queimada) Óleo BPF GLP Gás Natural Lenha Forno Valores de referência em alguns fornos Consumo específico (kcal/kg argila queimada) Forno Túnel a G.N. 380 Forno túnel a lenha 400 Hoffman a G.N. 470 Hoffman a lenha 500 Reversível a G.N. 500 Reversível a lenha 750

16 Fornos de torrefação de café Combustível Gás natural GLP Consumo específico 0,04 Nm³/kg café torrado 0,03 kg/kg café torrado Fornos da indústria de cimento Combustível Gás natural Coque verde petróleo Óleo 7A Consumo específico 0,086 Nm³/kg de clínquer 0,105 kg/kg de clínquer 0,086 kg/kg de clínquer

17 Consumo específico em fogão domestico, 4 bocas e forno convencional Modo do fogão aceso Fogo baixo Fogo médio Fogo alto Consumo de gás GLP 0,200 kg/h 0,225 kg/h 0,250 kg/h Fonte: Liquigás Consumo pode variar conf. modelo fogão, fabricante

18 Consumo específico em fornos a rolo revestimento cerâmico

19 Cálculo teórico da produção para uma caldeira com pressão de 10 kg/cm², água de alimentação a 80 ºC. Combustível PCI Ƞ Produção teórica de vapor GN kcal/m³ 90% 10,5 GLP kcal/kg 90% 13,7 BPF kcal/kg 85% 11,9 LENHA (40% umidade) BAGAÇO CANA (50% umidade) kcal/kg 65% 2, kcal/kg 65% 2,0

20 O que é o GLP? Mistura gasosa de hidrocarbonetos obtidos pelo fracionamento do gás natural ou pela destilação do petróleo. Mistura de hidrocarbonetos leves e pesados Butano - C 4 H 10 Propano C 3 H 8 Impurezas: óleos condensáveis (oleínas) Poder Calorífico Inferior : kcal/nm³ ou kcal/kg Dados do GLP para combustão com ar atmosférico Necessidades de ar para combustão estequiométrica: em massa: 17 kg ar/kg em volume: 28 Nm³ ar / Nm³ gás CO 2 estequiométrico: 13,7% Relação CO/CO 2 = 0,000 (qualidade da mistura)

21 Dimensões de chama deve ser compatível com dimensões da fornalha.

22 Seleção de um queimador em função das dimensões de fornalha

23 Conversão de unidades Normalmente, a potência térmica de um queimador a gás está expresso em KW. KW unidade de potência usada pela norma DIN 1 KW = 860 kcal 1 kcal = 3,968 BTU 1 KW = 0,736 CV

24 Dimensões de Fornalhas/Câmaras de Combustão Carga de fornalha

25 Câmaras de Combustão Fornalhas Projeto Requisitos de projeto:. Deve possuir volume apropriado ao tipo e à quantidade de combustível a ser queimado.. Dimensões compatíveis para evitar contato direto da chama com as paredes ou com tubos d água.. Dimensões apropriadas para a grelha no caso de queima de combustíveis sólidos.. Forma da câmara para favorecer e queima e garantir o fluxo regular dos gases de combustão..temperaturas compatíveis com o equipamento e com o próprio combustível que se deseja queimar.

26 Carga térmica de fornalha é dada por: C f = Kcal m³ Expressar a carga de fornalha em MW

27 Volume de fornalha Volumes pequenos Pode ocorrer combustão parcial, esbarros de chama nas paredes, altas temperaturas, alta emissão de gases não queimados material particulado, acelerada fadiga térmica. Volumes grandes Pode ocorrer temperaturas localizadas, má distribuição de calor, baixa transferência de troca térmica, alto consumo energético. Projeto adequado

28 Cargas térmicas adotadas por alguns fabricantes nacionais de caldeiras Caldeiras com capacidades de 2 a 30 ton/v a óleo pesado ou gás Carga de fornalha típica entre 1,35 a 1,55 MW ( kcal/m³) O que representa um consumo de 154 m³gn/m³ de fornalha ou 140 kg de óleo combustível/m³ de fornalha.

29 Anomalias decorrentes de cargas térmicas elevadas - Superaquecimentos - Fluência - Grafitização -Trincas

30 Medida dos parâmetros/variáveis de operação

31 Roteiro para levantamento inicial das condições de combustão 1 Determinação do consumo de combustível 2 Capacidades térmicas 3 Volumes de combustão (m³ fornalha) 4 Superfícies de aquecimento 5 Dimensões (chaminés, dutos) 6 Vazão de queimadores 7 Vazão de ar em ventiladores/exaustores

32 O que medir? Controle da combustão O 2 + CO + CO 2 + temp. gases exaustão Controle de emissões MP + NOx + SO 2 + HC Variáveis do processo Temperatura de fornalha e de fundo. Pressão de fornalha, pressão de tiragem, pressão do ar de combustão /gás/vapor de atomização. Vazão mássica ar/gases

33 Com o que medir? Anemômetro Manômetro digital Analisador de gases Analisador fixo de oxigênio Transdutores

34 O que nos informam os gases da combustão? O2 : excesso de ar utilizado na combustão. CO2 : Taxa de conversão do carbono. O conteúdo de CO2 deve ser próximo ao valor estequiométrico para baixos teores de excesso de ar. CO: Indica falta de ar, excesso de combustível, funcionamento inadequado ou defeito de combustão. (combustão incompleta).

35 Eficiência na combustão e na transmissão de calor Controle visual da chama: evitar contato (incidência) da chama com paredes, Esbarros na fornalha, ponta chama no fundo de caldeiras ou aquecedores ou chama para fora da fornalha no caso de fornos. Adequar características do queimador e de chama ao processo. Controle pelos resultados: Controlar consumo específico, qualidade do material, qualidade vapor. Controle por instrumentos: Medir e controlar todas as variáveis do processo, como temperaturas, pressões,

36 Parâmetros da combustão

37 Problemas em instalações a gás: a presença de CO no ambiente

38 Cálculo do rendimento de combustão pela determinação das perdas de calor sensível.

39 Perda de Calor Através dos Gases de Combustão A perda de calor pelos gases da combustão se deve à: Temperatura dos gases Produtos de combustão parcialmente queimados CO, HC, H 2 Elemento combustível não queimado Carbono Excesso de ar aplicado

40 Determinação das perdas de calor sensível nos gases da combustão P gs = (Tgas Tamb ) A1 CO 2 + B onde: P gs = T gas = T amb = A1/B = CO 2 = perdas de calor sensível nos gases da combustão com base no PCI do combustível utilizado temperatura dos gases no duto de saída temperatura do ar de combustão/ambiente fatores característicos do tipo de combustível CO 2 medido na chaminé Combustível CO 2 máx A1 B Óleos pesados 15,8 0,5000 0,007 Gás natural 11,8 0,3700 0,009 GLP 14,0 0,4200 0,008

41 Rendimento de combustão Dado por: Ƞ = 100 P gs Onde: Ƞ = rendimento da combustão, % PCI P gs = Perda de calor sensível, % PCI

42 Perdas devida ao CO nos gases da combustão

43 Algumas ações que visam otimização energética Caldeira Forno Pré-ar X X Economizador Controle de purgas Controle nível X X X Pré-aquecimento de carga Otimização dos processos de combustão Controle excesso de ar X X Controle vazão de ar X X X

44 Agradeço a atenção de todos e me coloco à disposição. Tel

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