Queimador e Combustão de Caldeira Marítima
- Tipos de queimador de caldeira marítima
- Manutenção e Inspeção do Queimador da Caldeira
- Ar de Combustão: Relação Combustível/Ar
Tipos de queimador de caldeira marítima
Em uma caldeira marítima, o queimador a óleo é normalmente usado com diesel ou óleo combustível pesado como combustível de queima. O combustível a ser utilizado deve estar limpo e com temperatura e viscosidade corretas para combustão rápida.
Isso é para garantir que o combustível esteja na atomização correta que transformará o combustível em micro gotículas para uma combustão eficiente.
A temperatura é um fator crítico durante a combustão, pois uma temperatura abaixo do normal levará ao aumento do tamanho das gotículas, resultando em má combustão e produção de fuligem e fumaça.
Se a temperatura do combustível estiver muito alta, as gotas serão muito pequenas, causando a queima rápida do combustível perto da ponta do queimador. Para uma caldeira marítima, são utilizados três tipos básicos de queimadores:
- Queimador de Jato de Pressão
- Atomizador de jato de ar ou vapor
- Queimador de copo rotativo
Queimador de Jato de Pressão
O principal objetivo do queimador da caldeira é quebrar o óleo em gotículas finas, ou seja, atomizar o combustível de maneira correta para que a combustão eficiente possa ser alcançada. No queimador de jato de pressão, um orifício ou bocal é instalado na extremidade de um tubo de pressão, que atomiza o combustível em gotículas finas.
A atomização do combustível também depende principalmente da taxa de fluxo do combustível da extremidade do queimador. A diferença na pressão do combustível antes e depois do bocal controla a vazão do combustível do queimador. Assim, se a vazão do combustível do queimador for reduzida para 50%, afetará a atomização em uma queda de 25%. Para contornar este problema, este tipo de queimador é fornecido com bicos de diferentes tamanhos (diâmetros de orifício diferentes), que podem ser intercambiados conforme a vazão do combustível e a carga de vapor da caldeira.
A pressão de combustível necessária para o queimador de jato de pressão pode variar de 7 bar a 15 bar, dependendo do projeto do queimador e da carga da caldeira. A viscosidade máxima exigida na entrada do queimador é normalmente de 15 cst e tanto o diesel quanto o óleo pesado podem ser usados como combustível.
Vantagens do queimador de jato de pressão:
- Simples na construção
- Econômico na manutenção
- Variedade de tamanhos disponíveis para diferentes cargas de caldeira
- Pode ser acomodado em todos os tipos de fornos
- Produz variedade de chama: curta e gorda, longa e fina
Desvantagens:
- Relação de abertura limitada para o mesmo tamanho de bico – 2:1
- Orifício do bico propenso a entupimento frequente
- O queimador requer o mais alto tratamento pré-térmico de óleo
- A limpeza do bocal deve ser feita com cuidado, pois pode ser danificada facilmente
- Requer manutenção frequente
- Ineficiente em carga de caldeira mais alta
Atomizador de jato de ar ou vapor
O funcionamento deste tipo de queimador é semelhante ao de um jato de pressão, com a adição de um arranjo de fornecimento de ar/vapor de alta pressão. O óleo é assim pulverizado no caminho do ar de alta pressão ou vapor que ajuda o combustível para a atomização. Normalmente, o ar é usado durante a partida inicial do queimador e, em seguida, o vapor assume a operação.
Um bico divergente é usado para converter a energia de pressão em energia cinética, o que resulta em um jato de vapor de alta velocidade e permite que o óleo atomizado seja pulverizado em seu caminho. O lado do vapor possui bico tangencial, que fornece movimento rotatório ao combustível para uma combustão eficiente.
A pressão de combustível necessária para o queimador de jato de pressão pode variar de 10 bar a 21 bar, dependendo do projeto do queimador e da carga da caldeira. A viscosidade máxima exigida na entrada do queimador é normalmente de 15 cst e tanto o diesel quanto os óleos pesados podem ser usados como combustível.
Vantagens:
- construção robusta
- Alta taxa de Abertura de 4:1
- Combustão eficiente em todo o campo de tiro
- A taxa de combustível do ar pode ser ajustada para alcançar maior eficiência
- Boa combustão de óleo combustível pesado
Desvantagens:
- A combustão depende do fornecimento de vapor/ar
- Manutenção adicional de conexões e tubulações de ar e vapor
Queimador de copo rotativo
Como o nome sugere, este queimador é composto por um bocal de queimador coberto por um cone de rotação rápida. O óleo combustível é transportado para um bocal localizado centralmente dentro do cone rotativo. À medida que o óleo combustível se move ao longo do copo, devido à ausência de força centrípeta, o filme de óleo torna-se mais fino em seu curso à medida que a circunferência do copo aumenta.
Por fim, o combustível é descarregado da ponta do cone rotativo na forma de spray atomizado fino.
A atomização alcançada no queimador de copo rotativo tem uma taxa de redução muito alta em comparação com a do queimador de jato de pressão, pois a atomização é obtida pelo copo rotativo em vez de pressurizar o suprimento de combustível para o bocal.
Vantagens:
- Boa relação de abertura de 4:1
- Boa atomização de óleos combustíveis pesados
- Menor temperatura de pré-aquecimento do óleo necessária para atomização
- Sem combustível de alta pressão na linha
Desvantagens:
- Complexo em construção
- Caro de manter
- Consumo elétrico e conexões necessárias para o acionamento do copo
Piloto ou queimador de ignição:
Em algumas caldeiras marítimas com queima do queimador principal em óleo combustível pesado, é muito difícil iniciar inicialmente a caldeira com o queimador principal. Para a partida dessa caldeira, é fornecido um piloto separado ou queimador de ignição que usa óleo diesel como combustível.
Isso permite que o queimador piloto acenda mesmo nas condições mais frias que o navio enfrenta no mar. O queimador piloto possui uma tubulação de óleo diesel separada e um arranjo de bomba. A fonte de calor é fornecida por dois eletrodos, que são usados para acender a chama piloto e são montados em um transformador de ignição de alta tensão. O queimador piloto é dotado de um tempo de acendimento limitado, durante o qual atua como fonte de calor para o queimador principal e, passado o tempo, a chama piloto se apaga.
Manutenção e Inspeção do Queimador da Caldeira
A manutenção do conjunto completo do queimador inclui inspeção do queimador principal, registro do queimador e estabilizador de chama, atomizador, queimador piloto e sistema de óleo combustível.
A manutenção depende das instruções do fabricante ou do estado das peças do queimador (manutenção de avaria); mas uma visão geral de quando e como a manutenção a ser feita para diferentes sistemas e peças associadas ao queimador da caldeira é explicada abaixo:
Uma rotina de duas semanas deve ser seguida para a manutenção dos seguintes
Sistema de abastecimento de óleo combustível
- Verifique o tubo de combustível quanto a vazamentos
- Verifique flanges, juntas e conexões quanto a vazamentos
- Verifique se as válvulas manuais estão funcionando corretamente
- Verifique se não há vazamento de qualquer parte da válvula (ou seja, gaxeta da válvula, etc.)
- Verifique a condição de atraso nos tubos de óleo pesado
- Verifique se as linhas de vapor de rastreamento estão funcionando bem
- Verifique se todos os purgadores de vapor nas linhas de rastreamento de vapor estão em condições de funcionamento
- Limpe e inspecione os filtros de óleo pesado fornecidos na linha
- Certifique-se de que as válvulas pneumáticas/solenóides instaladas antes do piloto e do queimador principal estejam funcionando corretamente
- Certifique-se de que a bomba de abastecimento de combustível esteja em modo de espera e que todos os parâmetros estejam na faixa de operação normal
- Certifique-se de que todos os filtros de linha estejam limpos
Queimador principal:
- Verifique a condição do bocal quanto a entupimento
- Verifique se não há vazamento ou gotejamento do queimador
- Verifique se todas as conexões estão apertadas e se a fiação está em boas condições
- Verifique se a válvula solenoide que controla o combustível no queimador principal está funcionando bem
- Certifique-se de que não haja vazamento na conexão da válvula solenoide
- Verifique e limpe o copo quanto a depósitos duros no queimador de copo rotativo
- Verifique se o tamanho do bico do queimador está de acordo com a demanda de carga do vapor
- Certifique-se de que o interruptor de limite de disparo na porta do queimador esteja funcionando bem, pois a caldeira não disparará até que a porta esteja devidamente fechada
- Verifique se a passagem de óleo no queimador está limpa com óleo diesel e se está livre de depósitos de HFO
- Certifique-se de que a entrada do ventilador seja mantida limpa de todos os depósitos e obstruções
- Certifique-se de que o registro do queimador seja mantido limpo
- Verifique a passagem de ar para registrar depósitos e poeira
- Certifique-se de que o estabilizador de chama seja inspecionado e mantido limpo de depósitos de carbono
- O estabilizador de chama deve ser verificado quanto à corrosão por calor
Atomizador:
- Limpe o atomizador antes da inspeção
- Use parafina para embeber o atomizador para soltar os depósitos de carbono duro e pegajoso
- Use raspador de metal macio para remover os depósitos duros (nunca use raspador endurecido, pois pode danificar a superfície do atomizador)
- Verifique se há danos na superfície
- Verifique e limpe todos os orifícios do atomizador
- Troque o O-ring toda vez que o atomizador for aberto
- Antes de trocar a porca de capa, certifique-se de que as roscas estejam cobertas com um composto de alta temperatura não endurecível
Queimador de Ignição:
- Verifique e limpe o bocal do queimador
- Verifique a atomização do combustível na oficina. Se a atomização for ruim mesmo após a limpeza do bico, substitua-o por um novo
- Limpe os eletrodos com solução de eletro limpeza
- Verifique os eletrodos quanto a danos
- Verifique o estado do isolamento cerâmico dos eletrodos quanto a danos
- Durante a manutenção, certifique-se de não alterar o ângulo dos eletrodos em relação ao bocal, pois isso pode causar problemas de ignição, instabilidade e acúmulo de depósitos de carbono
Ventilador de tiragem forçada
- Remova e revise o motor elétrico de acordo com o PMS
- Desmonte as porcas que fixam a placa frontal. Remova a placa frontal por meio de um dispositivo de elevação ou equipamento
- Desmonte o parafuso da extremidade e a placa do eixo e substitua o parafuso da extremidade por um parafuso curto semelhante
- Monte um extrator de rodas nos orifícios roscados localizados na placa do cubo. Aperte o extrator de rodas até que o impulsor esteja solto
- Desmonte o saca-rodas e o parafuso da extremidade assim que o impulsor estiver solto. O impulsor agora pode ser retirado da caixa em espiral
- Limpe o impulsor com cuidado, pois poeira ou depósitos causam desequilíbrio ou vibração
- Filtro de ar comprimido de alta pressão para ser usado para limpar os depósitos
- Se os depósitos forem duros, use uma ferramenta raspadora
- Verifique se há água na caixa em espiral e a mesma deve ser drenada
- Verifique se há acúmulo de combustível na carcaça e descubra a causa do mesmo
- Certifique-se de que o impulsor esteja devidamente limpo e equilibrado ao instalá-lo no eixo
- Durante a partida, verifique se há algum sinal de vibração
- Se houver vibração, abra a carcaça e verifique a causa da mesma
Ar de Combustão: Relação Combustível/Ar
A relação ar-combustível do queimador desempenha um papel crítico na obtenção da eficiência máxima de sistemas de aquecimento de processo a combustível, como fornalhas, fornos, aquecedores e caldeiras.
Se a quantidade de ar fornecida for menor que a necessária, o queimador funcionará “rico”, ou seja, nem todo o combustível queimará dentro do forno. Isso resultará em depósitos de fuligem na superfície de transferência de calor, o que reduz a eficiência geral.
Se a quantidade de ar for maior que a necessária, todo o combustível não será queimado, levando à redução da eficiência.
A maioria dos fornos de alta temperatura, tubos radiantes e caldeiras operam com cerca de 10% – 20% de excesso de ar de combustão em alta taxa de queima para uma combustão eficiente e para evitar o acúmulo de depósitos de fuligem nas superfícies de transferência de calor e dentro dos tubos radiantes.
O sistema de ar de combustão fornece ar ao queimador de acordo com as exigências do sistema de controle. A perda de tiragem do registro de ar do queimador é medida por um transmissor de pressão diferencial que converte o sinal em sinal de fluxo, que é usado pelo sistema de controle para controle automático da relação ar/óleo.
Um ventilador centrífugo acionado diretamente fornece o ar de combustão. O ventilador é montado em uma estrutura de cama comum com o motor, palhetas de entrada e unidade de servo-drive.
O impulsor do ventilador dentro da caixa em espiral é montado diretamente no eixo do motor. O fluxo de ar para o queimador é regulado por palhetas de entrada montadas no lado de sucção do ventilador.
As palhetas de entrada multilâminas são instaladas na passagem de ar próximo ao queimador, que normalmente é regulada por uma unidade servo-acionada composta por um cilindro de ar e um posicionador I/P. Um silenciador pode ser montado no lado de sucção do ventilador.
Pontos a serem observados ao definir a relação ar/combustível:
- A temperatura dos produtos de combustão à medida que saem do forno
- A porcentagem de excesso de ar ou oxigênio nos gases de combustão, na qual o forno agora opera
- A porcentagem de excesso de ar ou oxigênio nos gases de combustão, na qual o forno pode operar
- A relação ar/combustível deve ser reajustada para alcançar uma combustão eficiente com mudança no grau de combustível
- Uma vez que a atomização por ar tem efeito na taxa de excesso, a taxa de combustível de ar pode precisar ser alterada para a operação do sistema de gás inerte
Na era do vapor lento e das rígidas restrições de emissão para os navios, atender às demandas de vapor a bordo requer considerar fatores importantes, como redução do uso de energia e impacto ambiental.
Para um profissional de navios, entender os fundamentos da caldeira marítima, como construção e projeto, é tão vital quanto conhecer a operação e a solução de problemas.
Como a eficiência da caldeira depende muito do tipo de caldeira, projeto e disposição do sistema, é imperativo conhecer os fatores que afetam a operação geral da caldeira, tanto a curto quanto a longo prazo.
