Economizador em Usina Térmica | Economizador
O considerável aumento da demanda por eletricidade em todo o mundo resultou no aumento do tamanho das centrais elétricas. O processo de geração de energia elétrica, em uma central termelétrica a carvão, é um dos métodos mais difundidos e convencionais de geração de energia em larga escala em todo o mundo, pois atende amplamente à demanda de energia de uma população superior a 7 bilhões em todo o globo.
O aumento do tamanho requer um aumento na necessidade de combustível. Mas, como todos devemos saber, a disponibilidade de carvão sob a crosta terrestre não vai durar para sempre. Portanto, o processo de geração de energia está se tornando cada vez mais caro a cada dia que passa.
Além disso, todas as principais centrais termelétricas possuem centenas de instrumentos sofisticados, e cada um deles tem uma certa quantidade de perda de energia associada. Assim, o resultado final é que a eficiência da central fica limitada a apenas 20% a 26%, dependendo da capacidade da central.
As duas restrições mencionadas acima enfatizam o fato de que há uma grande necessidade de economizar o processo de geração de energia, e um economizador é um dispositivo que ajuda a fazer exatamente isso. Portanto, acredito que será valioso para todos nós analisarmos o processo de economização com maior detalhe.
O que é um Economizador?
Um economizador é um dispositivo mecânico usado como trocador de calor, pré-aquecendo um fluido para reduzir o consumo de energia. Em uma caldeira a vapor, é um dispositivo trocador de calor que aquece fluidos ou recupera o calor residual dos gases de combustão, ou seja, os gases de exaustão em uma central termelétrica antes de serem liberados pela chaminé. Os gases de exaustão são os gases de combustão produzidos nas centrais elétricas, compostos principalmente de nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água, fuligem, monóxido de carbono, etc.
Portanto, o economizador em centrais termelétricas, é usado para economizar o processo de geração de energia elétrica, como sugere o nome do dispositivo. O calor recuperado é, por sua vez, usado para pré-aquecer a água de alimentação da caldeira, que eventualmente será convertida em vapor superaquecido. Dessa forma, economiza-se no consumo de combustível e economiza-se o processo em grande medida, pois estamos essencialmente coletando o calor residual e aplicando-o onde é necessário. No entanto, atualmente, além disso, o calor disponível nos gases de exaustão pode ser economicamente recuperado usando um pré-aquecedor de ar, que é essencial em todas as caldeiras a carvão pulverizado.
Princípio de Funcionamento do Economizador
Como mostrado na figura acima, os gases de exaustão que saem do forno da caldeira a vapor carregam muito calor. A função do economizador em uma central termelétrica é recuperar parte do calor levado pelos gases de exaustão até a chaminé e utilizá-lo para aquecer a água de alimentação da caldeira. É simplesmente um trocador de calor com gases quentes de exaustão do lado do casco e água do lado dos tubos, com superfície de aquecimento estendida, como aletas ou guelras.
Economizadores em centrais termelétricas devem ser dimensionados para o volume e temperatura dos gases de exaustão, a pressão máxima de queda passando pela chaminé, o tipo de combustível usado na caldeira e a quantidade de energia que precisa ser recuperada.
Quando a água é fervida na caldeira a vapor, o vapor é produzido, que é então superaquecido, após o qual é passado para as turbinas. Em seguida, o vapor esgotado das pás da turbina é passado pelo condensador de vapor da turbina, onde o vapor é condensado, e essa água condensada é então pré-aquecida primeiro no aquecedor de água de alimentação e depois nele antes de ser re-alimentada na caldeira.
Ele é colocado no caminho dos gases de exaustão entre a saída da caldeira e a entrada da chaminé. Nisso, um grande número de tubos de pequeno diâmetro e paredes finas são colocados entre dois cabeçotes. Os gases de exaustão fluem fora dos tubos, geralmente em contracorrente.
Processo de Transferência de Calor no Economizador, Evaporador e Superaquecedor
A transferência de calor para a água no gerador de vapor ocorre em 3 regimes diferentes, conforme mostrado na figura abaixo. A água é inicialmente pré-aquecida sensivelmente no economizador na fase líquida sob uma certa pressão, do estado 4 ao estado 5 (veja o diagrama abaixo) até se tornar um líquido saturado.
Em seguida, é enviada para o evaporador, onde esse líquido saturado é fervido, associando uma mudança de fase de 5 a 6, absorvendo o calor latente de vaporização, nessa pressão específica.
Agora, esse vapor saturado no estado 6 é aquecido ainda mais no superaquecedor, para trazê-lo ao estado 1, ou seja, na forma gasosa ou de vapor. Para a unidade de massa de fluido, as equações de transferência de calor nos 3 tipos de trocadores de calor são dadas por,
QEconomizador = h5 – h4
QEvaporador = h6 – h5
QSuperaquecedor = h1 – h6
Dessas 3 principais componentes de trocadores de calor, apenas o economizador opera com zero consumo de combustível, e, portanto, é um dos equipamentos mais vitais e econômicos em uma central termelétrica.
Tipos de Economizador
Economizador de Tubo com Aletas de Ferro Fundido
Os economizadores de tubo com aletas são feitos de ferro fundido, fabricados com aletas de ferro fundido graduado, e possuem as seguintes características,
Alta eficiência ótima devido ao contato adequado das aletas com os tubos.
Comumente usado em plantas onde são gerados gases de exaustão intoxicados devido à qualidade do combustível queimado.
Economizador de Tubo com Aletas Redondas
Este é feito de aço suave, fabricado com aletas quadradas e redondas, soldadas em tubos sem costura de aço carbono, e possui a característica,
É garantido o contato adequado entre os tubos e as aletas para eficiência ótima.
Economizador de Tipo de Tubo Enrolado
Estes são usados principalmente em centrais termelétricas e grandes unidades de processamento. Esses economizadores de tipo de tubo enrolado são fabricados com tubos sem costura de aço carbono, e possuem as seguintes características,
São muito eficientes na recuperação de calor dos gases.
Ocupam muito pouco espaço.
Economizador de Tubo com Aletas Horizontais
Neste, o tubo sem costura de aço carbono é selado e soldado com aletas horizontais para formar um conjunto completo de economizador para transferência de calor, e possui as seguintes características,
É tomado o devido cuidado para garantir o contato das aletas com os tubos para uma transferência de calor perfeita.
Estes são principalmente usados em centrais termelétricas.
