Circuito de Água de Alimentação e Vapor da Caldeira

Existem diferentes componentes presentes no circuito de água de alimentação e vapor da caldeira, e devemos conhecer alguns componentes essenciais desses circuitos, que são Economizador, tambor da caldeira, tubos de água e superaquecedor.

Economizador

• O economizador é um trocador de calor que retira o calor dos gases de exaustão e aumenta a temperatura da água de alimentação vinda do cabeçote comum de água de alimentação para aproximadamente a temperatura de saturação correspondente à pressão da caldeira.

• Descartar os gases de exaustão de alta temperatura na atmosfera envolve grandes perdas de energia. Ao utilizar esses gases para aquecer a água de alimentação, pode-se alcançar maior eficiência e melhor economia, e, por isso, o trocador de calor é chamado de “economizador”.

• Estruturalmente, o economizador é uma coleção de elementos tubulares ocos curvados pelos quais a água de alimentação passa. O exterior dos tubos é aquecido pelos gases de exaustão. Quanto mais tubos de água, maior será a superfície de troca de calor. O número de tubos e a seção transversal dos tubos são pré-projetados conforme os parâmetros necessários da caldeira.

• No gráfico T-S acima, a parte sombreada ilustra a zona do economizador. O calor absorvido pela água de alimentação é denotado por ‘Qeco’.

Outro componente essencial do circuito de água de alimentação e vapor

é o tambor da caldeira.

Tambor da Caldeira

Existem dois tipos de tambor da caldeira usados em todos os tipos de caldeiras, que são o tambor de vapor e o tambor de lama. Ambos os tambores têm funções específicas.

Tambor de Vapor

As funções do tambor de vapor no circuito de água de alimentação e vapor são:

1. Armazenar água e vapor suficientemente para atender às demandas variáveis de carga.

2. Fornecer uma cabeça e, assim, auxiliar a circulação natural da água através dos tubos de água.

3. Separar o vapor ou vapor da mistura água-vapor, descarregada pelos risers.

4. Ajudar nos tratamentos químicos para remover o O2 dissolvido e manter o pH necessário.

Separando vapor das misturas bifásicas no tambor de vapor:

• O vapor deve ser separado da mistura antes de sair do tambor, porque:

1. Qualquer umidade levada junto com o vapor contém sais dissolvidos. No superaquecedor, a água evapora e o sal permanece depositado na superfície interna dos tubos, formando uma escala. Essa escala reduz a vida útil dos superaquecedores.

2. Alguns dos impurezas na umidade (como sílica vaporizada) podem causar depósitos nas pás da turbina.

• Uma das funções importantes do tambor de vapor é separar o vapor da mistura água-vapor. Em baixa pressão (abaixo de 20 bar; 1 bar = 1,0197 kg/cm2) é usado o método de separação por gravidade. Nesse método, as partículas de água se desengajam do vapor devido à sua densidade superior.

• À medida que a pressão dentro do tambor da caldeira aumenta, a densidade do vapor também aumenta, pois o vapor é muito comprimível. Portanto, a diferença entre as densidades do vapor e da água diminui. Assim, a separação por gravidade torna-se ineficiente.

• Portanto, no tambor de vapor das caldeiras de alta pressão, existem alguns arranjos mecânicos (conhecidos como internos do tambor ou arranjos antipriming) para separar o vapor da água.

• A imagem a seguir ilustra diferentes arranjos antipriming usados em usinas termelétricas:
  

• Os separadores são barras que separam a mistura quente de vapor-água do vapor seco e fornecem um caminho guiado para o vapor seco.

• No separador centrífugo, a mistura bifásica de vapor-água é permitida a mover-se em um caminho helicoidal e, devido às forças centrífugas, as partículas de água se separam da mistura bifásica. As pequenas aletas dentro do separador centrífugo coletam as partículas de água depositadas.

• No scrubber, a mistura bifásica é permitida a mover-se em um caminho ziguezague e isso fornece a etapa final de secagem do vapor.

• Após o scrubber, o vapor é permitido a mover-se para o superaquecedor através de uma tela perfurada.

Tambor de Lama

O tambor de lama é outro cabeçote situado na parte inferior da caldeira e geralmente ajuda na circulação natural da água através dos tubos de vapor. O tambor de lama geralmente contém água à temperatura de saturação, bem como os sais e impurezas precipitados conhecidos como lamas. É lavado periodicamente para remover a lama, abrindo a válvula de descarga.

Tubos de Água

Estes também são essenciais para o circuito de água de alimentação e vapor da caldeira
Os tubos de água são tubos ocos retos ou curvos através dos quais a mistura de vapor-água circula. Existem dois tipos de tubos de água, a saber, down-comer e riser. Este conjunto de down-comer e riser também é conhecido como evaporador (ou caldeira propriamente dita). No evaporador, ocorre a mudança de estado real de água para vapor. No diagrama T-S ao lado, a zona do evaporador é ilustrada. 'Qeva' é o calor absorvido pelo evaporador. É principalmente o calor latente de vaporização da água.

Down-comers Tubos de Água

Como o nome sugere, os down-comers são os tubos de água pelos quais a água desce do tambor de vapor para o tambor de lama (veja a figura). Não deve haver bolhas de vapor fluindo juntamente com a água saturada do tambor para os down-comers. Isso reduzirá a diferença de densidade e a cabeça de pressão para a circulação natural.

Risers Tubos de Água

Os risers são os tubos de água pelos quais a mistura bifásica de vapor-água à temperatura de saturação sobe do tambor de lama para o tambor de vapor. Os risers geralmente estão próximos aos fornos, enquanto os down-comers estão afastados dos fornos.

Superaquecedores

O superaquecedor é outra parte importante do circuito de água de alimentação e vapor da caldeira

Gorjeta