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Equipamentos e Operação da Caldeira de Recuperação

Introdução – Equipamentos e operação da caldeira de recuperação

Neste artigo, vamos explorar em detalhes os equipamentos e operação da caldeira de recuperação, e os desafios operacionais, com nível máximo de especificidade técnica.

A caldeira de recuperação é um equipamento essencial no equilíbrio de vapor e energia em fábricas de celulose, especialmente no processo Kraft.

Além de sua importância técnica, ela desempenha um papel crucial na viabilidade econômica das operações industriais.

Se você busca entender como otimizar a operação da caldeira de recuperação, está no lugar certo! Vamos mergulhar fundo nesse universo técnico e oferecer soluções práticas ao final.

O Papel da Caldeira de Recuperação no Processo Industrial

A caldeira de recuperação é muito mais do que um simples gerador de vapor. Ela integra o processo de recuperação química e geração de energia, queimando o licor preto e recuperando produtos químicos inorgânicos essenciais, como o sulfeto de sódio (Na₂S).

Esse processo não só reduz custos com insumos como também maximiza a eficiência energética da planta. Mas como ela funciona? Vamos detalhar os principais parâmetros e componentes.

"A pressão na fornalha é mantida em leve vácuo para evitar perdas de eficiência ou vazamentos de fogo pelas aberturas."

Parâmetros-Chave no Projeto da Caldeira de Recuperação

O projeto de uma caldeira de recuperação considera três parâmetros principais que definem as dimensões da fornalha:

Entrada de calor por área de planta: Determina a capacidade térmica da unidade.
Volume da fornalha por entrada de calor: Garante espaço suficiente para a combustão.
Temperatura do gás de combustão na saída da fornalha: Impacta diretamente o resfriamento e a eficiência.

Esses fatores influenciam a altura da fornalha, que deve ter área suficiente de paredes de água para resfriar os gases até a temperatura desejada.

Em caldeiras maiores, cortinas de água (screen) podem ser usadas para complementar o resfriamento, reduzindo o tamanho da fornalha.

Já em modelos mais antigos, a altura curta combinada com grandes cortinas resulta em desafios, como obstruções devido à queima incompleta do licor preto.

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Divisão da Fornalha: Inferior e Superior

A fornalha da caldeira de recuperação é dividida em duas zonas com funções distintas:

Fornalha inferior: Aqui, o licor preto é pulverizado, o ar de combustão entra, o leito de carvão se forma, e o fundido (smelt) é gerado para drenagem.
Fornalha superior: Proporciona tempo de residência para completar a combustão e resfria os gases.

Tradicionalmente, o nível de ar terciário marca essa divisão, mas a tendência atual de distribuição vertical de ar tem suavizado essa distinção.

A combustão eficiente depende da mistura adequada entre o licor e o ar, que entra por diferentes níveis (primário, secundário, terciário e até quaternário).

"A caldeira de recuperação é um equipamento projetado para reaproveitar a energia térmica presente nos gases de escape de processos industriais ou turbinas a vapor/gás."

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Sistemas de Ar e Gás na Operação da Caldeira de Recuperação

A operação da caldeira de recuperação depende de um controle preciso de ar e gases.

O ar é fornecido por ventiladores de tiragem forçada (FDF), enquanto os gases de combustão são removidos por ventiladores de tiragem induzida (IDF).

A pressão na fornalha é mantida em leve vácuo para evitar perdas de eficiência ou vazamentos de fogo pelas aberturas.

Ar primário: Entra próximo ao piso da fornalha.
Ar secundário: Acima do primário, abaixo dos queimadores.
Ar terciário e quaternário: Introduzidos acima dos queimadores, ajustando a combustão.

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Recuperação Química Inorgânica: O Coração do Processo

A caldeira de recuperação transforma os compostos inorgânicos do licor negro (sódio, potássio, enxofre e cloro) em um fundido chamado smelt, composto principalmente por Na₂S e Na₂CO₃. O Na₂S é essencial para a polpação Kraft, e sua produção depende de um ambiente redutor (baixa concentração de oxigênio).

A eficiência de redução mede o sucesso desse processo.

O fundido, em estado líquido, é drenado por bicas de smelt, enquanto partículas finas de Na₂SO₄ são capturadas por precipitadores eletrostáticos e recicladas.

Depósitos nas superfícies de transferência de calor são removidos por sopradores de fuligem.

Geração de Vapor: Equipamentos e operação da caldeira de recuperação

A geração de vapor superaquecido na caldeira de recuperação envolve três etapas térmicas:

Aquecimento da água de alimentação: Feito no economizador.
Vaporização: Ocorre nas paredes de água, banco gerador e cortinas.
Superaquecimento: Eleva a temperatura do vapor no superaquecedor.

A configuração pode variar entre caldeiras de um ou dois tambores, com fluxos de água e vapor otimizados para cada modelo.

Em caldeiras de dois tambores, o tambor de vapor separa água e vapor, enquanto o tambor de lama gerencia sedimentos.

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Equipamentos Periféricos da Caldeira de Recuperação

Além do núcleo da caldeira, diversos equipamentos da caldeira de recuperação são essenciais:

Ventiladores: FDF para ar e IDF para gases, com controle de tiragem.
Sistema de licor negro: Inclui queimadores, bombas e monitoramento de sólidos.
Combustível auxiliar: Queimadores de óleo ou gás para inicialização ou suporte.
Bicas de smelt e tanque de dissolução: Gerenciam o fundido e formam o licor verde.
Sopradores de fuligem: Removem depósitos das superfícies de calor.
Precipitador eletrostático: Controla emissões e recicla poeira.
Evaporador de contato direto: Concentra o licor preto em unidades mais antigas.

Perguntas Frequentes Sobre Equipamentos e Operação da Caldeira de Recuperação

O que é uma caldeira de recuperação?
É um equipamento que queima licor preto para recuperar químicos e gerar vapor em fábricas de celulose.
Por que a caldeira de recuperação é importante?
Ela reduz custos ao reciclar químicos e otimiza a energia da planta.
Quais os principais desafios na operação da caldeira de recuperação?
Obstruções na fornalha, controle de tiragem e eficiência de redução química.
Como funciona o sistema de ar na caldeira de recuperação?
Níveis de ar (primário, secundário, terciário) garantem a combustão completa do licor.
O que é o smelt na caldeira de recuperação?
É o fundido de sais inorgânicos, como Na₂S, essencial para o processo Kraft.
Como evitar entupimentos na caldeira de recuperação?
Manter temperaturas adequadas e usar sopradores de fuligem regularmente.

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Conclusão

A operação da caldeira de recuperação exige precisão técnica e manutenção constante para garantir eficiência e segurança.

Desde o controle dos níveis de ar até a gestão do fundido, cada detalhe conta. Se sua planta enfrenta desafios como obstruções, baixa eficiência de redução ou emissões elevadas, oferecemos soluções personalizadas.

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Sobre o Autor

Fábio Costa

Chemical Recovery and Utilities Coordinator

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