Como os economizadores de caldeiras reduzem o consumo de energia e os custos de combustível

Como os economizadores de caldeiras reduzem o consumo de energia e os custos de combustível

Todas as caldeiras industriais mostram uma porcentagem de sua energia de combustível diretamente acima da pilha de exaustão como gás de combustão quente Em muitas plantas, esse excesso de energia é responsável por 10-151TP3 T da entrada total de combustível Um economizador de caldeira ou unidade de recuperação de calor de gás de combustão pega essa energia deixada para trás e a recicla na água de alimentação antes de entrar no tambor da caldeira Resultado: menos combustível queimado para cada quilo de vapor; temperaturas mais baixas da pilha; e uma redução mensurável nos custos operacionais.

Nesta seção, discutimos a operação de economizadores de caldeira, as diferenças entre os tipos de condensação e não condensação, a economia de combustível observada nos testes do Departamento de Energia dos EUA, considerações de dimensionamento, problemas típicos de manutenção e como um economizador pode aproveitar as vantagens dos tubos de água. sistemas de caldeira a vapor para uma recuperação ideal de calor.

O que é um economizador de caldeiras e como funciona?

Um economizador de caldeira é simplesmente um trocador de calor colocado no duto de gases de escape entre a cabeça da caldeira e a pilha O gás de escape quente flui através da câmara de combustão passando por uma série de tubos aletados que transportam a água de alimentação recebida, onde transfere energia térmica para aquecer a água antes que ela atinja o tambor da caldeira A transferência de calor ocorre à medida que o economizador ou trocador de calor de gases de combustão resfria o gás de alta temperatura para uma temperatura de saída mais baixa, melhorando sua condição antes de entrar na caldeira Como a caldeira agora recebe uma água de alimentação mais quente, menos energia de combustível é necessária para transformar essa água após a temperatura de ebulição e convertê-la em vapor Em usinas de energia com sistemas de turbina, os economizadores (também soletradores economizadores escritos) também ajudam a estabilizar as condições de água de alimentação a montante da seção do superaquecedor, da mesma forma que um HRSG captura a entalpia de exaustão em configurações de ciclo combinado.

A recuperação de calor depende da diferença de temperatura entre o gás de exaustão (350-600 F dependendo do tipo de caldeira e carga) e a água de alimentação de entrada (muitas vezes 180-230 F).Quanto mais largo o delta, mais energia recuperável Em uma instalação comum em uma caldeira a vapor a gás, o economizador é instalado entre a última passagem da caldeira e a chaminé de exaustão, seja diretamente no flange de saída da caldeira ou montado independentemente na conduta.

Tipos de economizadores de caldeiras: não condensação versus condensação

Os economizadores de caldeira classificam-se em dois tipos gerais, dependendo da extensão do resfriamento dos gases de escape. A seleção entre eles influencia o potencial de resfriamento e os requisitos de manuseio de condensado corrosivo.

Economizadores não condensados (convencionais)

Os economizadores sem condensação mantêm a saída de gás de combustão acima do ponto de orvalho (temperatura geralmente acima de 250 F) para combustão de gás natural Isso limita a condensação de umidade na superfície de transferência de calor dentro do escape e elimina problemas de corrosão ácida Esses economizadores diminuem a temperatura de saída do gás da pilha 100-150 F mais do que uma caldeira não equipada, mas nunca abaixo da área segura acima do ponto de orvalho A construção padrão de aço carbono ou ferro fundido é apropriada Essas unidades aumentam a água de alimentação em 20-30 F e fornecem economia de combustível de 3-51TP3 T na maioria dos processos de caldeiras industriais.

Economizadores Condensadores

Um economizador de condensação é projetado para resfriar o gás de combustão abaixo do ponto de orvalho (cerca de 135 F para produtos de combustão de gás natural, conforme referenciado no Folha de dicas de vapor DOE #26A).Quando as unidades caem abaixo deste nível, o vapor de água no escape começará a condensar, derramando o calor latente que de outra forma sairia da pilha da caldeira A acumulação do calor latente adiciona à eficiência total mais do que uma recuperação de calor sensível pode.

Uma compensação: os economizadores de condensação devem usar metais resistentes à corrosão Os usos típicos incluem superfícies com aletas de alumínio em tubos de aço inoxidável, pois a água de enxágue condensada de gás de combustão levemente ácida pode então passar sem ser afetada Qualquer condensado coletado é ligeiramente ácido (pH 3-4) e precisa ser neutralizado e drenado.

Para caldeiras alimentadas com óleo, com um nível mais alto de enxofre no combustível, estará dentro de um ponto de orvalho ácido ainda mais alto (até 275-300 F).Os projetos sem condensação são então a melhor escolha, a menos que haja tubulação de liga de bobina economizadora padrão para suportar o ácido sulfúrico.

Quanto combustível um economizador de caldeiras pode economizar?

De acordo com o Folha de dicas de vapor do Departamento de Energia dos EUA #3 um economizador de água de alimentação pode diminuir o uso de combustível em 51TP3 T para 101TP3 T, e é pago dentro de 2 anos em média Para cada 40 F seu gás de combustão pode cair, uma eficiência de caldeira aumenta em cerca de 1%.

Considere uma perspectiva real: uma caldeira a vapor a gás de 20 t/h usará cerca de $1,4 M em combustível anualmente, com 8.000 horas/ano, a um preço de gás natural de $8/MMBtu. Essa quantidade de energia, aproximadamente uma redução de 61TP3 T no uso de combustível com um economizador, se traduz em economia de cerca de $84.000 por ano no custo de energia Os custos de retrofit do economizador de condensação para esse tamanho variam em cerca de $80.000 a $150.000, pagando em 2 anos ou menos, pelos critérios DOE.

Fica melhor com um economizador de condensação Como o Folha de dicas de vapor DOE #26A mostra, um economizador de condensação equipado com um dissipador de calor de baixa temperatura alcança uma possível melhoria de 201TP3 T no consumo de energia, incluindo recuperação de calor sensível e latente.

Os alvos ideais para retrofits de economizadores, nos benchmarks do DOE, são caldeiras com mais de 100 cavalos de potência, com mais de 75 psig, com uma enorme proporção de carga ao longo do ano A carga parcial ou caldeiras sazonais têm menos a ganhar porque muito menos calor residual do escape da caldeira faz o seu caminho através da caldeira, e a perda de calor para a pilha mal vale a pena recuperar.

Dimensionamento e instalação: fatores-chave para sua sala de caldeiras

Dimensionar um economizador de pilha de caldeiras corretamente não é combinar uma unidade com a capacidade nominal Há todo um conjunto de fatores que influenciam o tamanho das superfícies de transferência de calor, a colocação na casa da caldeira e a escolha do material.

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  Caudal e temperatura dos gases de combustão 1 Os volumes e temperaturas de exaustão significam mais calor recuperável Medir as temperaturas reais da pilha sob carga normal, não apenas os valores nominais.
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  Temperatura da água de alimentação entrando no economizador 0 menor a temperatura da água de alimentação de entrada, maior a diferença de temperatura e o potencial de transferência de calor Sistemas com desaeradores fornecem água de alimentação a 225 °F, limitando o delta recuperável.
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  Tipo de combustível e teor de enxofre ~135 °F do ponto de orvalho ácido baixo, dando mais espaço para resfriar os gases quentes sistemas alimentados a óleo com maior empurrar o ponto de orvalho ácido até 275 °F do ponto de orvalho ácido, restringindo o quão longe você pode diminuir as temperaturas da pilha.
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  Espaço disponível 0 s de os utilizadores adicionam altura ou comprimento ao caminho de escape Medir a folga entre a saída da caldeira e a pilha ou penetração do telhado antes de encomendar.
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  Limites de contrapressão 100 Um economizador aumenta a resistência do gás de combustão Verifique se o seu ventilador de tiragem induzida (ou tiragem natural) pode lidar com a queda de pressão adicional sem reduzir o fluxo de ar de combustão.
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  Tubo de água vs tipo de caldeira de tubo de fogo (como as caldeiras tubulares SZS tipo D) normalmente produzem exaustão em temperaturas mais altas em pressões mais altas, tornando-as excelentes candidatas para retrofits de economizadores. Unidades de tubos de fogo em pressões mais baixas podem se beneficiar menos dependendo do perfil de carga.

Problemas comuns e melhores práticas de manutenção

Economizadores são equipamentos confiáveis eficazes, desde que sejam devidamente combinados com o sistema de caldeira Existem alguns modos de falha que podem se desenvolver à medida que o economizador é usado, e precisam de manutenção regularmente, o que pode permitir que a planta evite uma substituição dispendiosa do tubo ou tempo de inatividade não planejado.

Corrosão ácida do ponto de orvalho

Quando a taxa de calor dos gases de combustão cai abaixo do ponto de orvalho ácido, ocorre a formação de ácido sulfúrico ou carbônico nos tubos economizadores Este é um importante modo de falha do tubo externo para um economizador usando matérias-primas de óleo ou combustível com alto teor de enxofre, fazendo com que os tubos economizadores de combustão de gás natural produzam um potencial de corrosão de ácido carbônico abaixo do ponto de orvalho do vapor de água, mas em um nível de magnitude muito menor.

Prevenção: manter as temperaturas mínimas de saída dos gases de combustão acima do ponto de orvalho para os economizadores sem condensação Para os economizadores de condensação, instalar ligas resistentes à corrosão, e utilizar sistemas de neutralização de condensado.

Poço de oxigênio (à beira da água)

A má remoção de oxigênio na água de alimentação da caldeira leva a danos localizados no interior dos tubos economizadores, que causam perfuração ao longo do tempo. O modo de corrosão primária à beira-mar em conjuntos economizadores pode ser evitado usando desaeração adequada e eliminação química de oxigênio, conforme definido pelo programa de tratamento de água de alimentação.

Incrustação de fuligem e perda de calor (ao lado da lareira)

Acumulação de fuligem e cinzas nas superfícies das aletas aplica uma camada isolante para a exaustão da caldeira e é um sintoma clássico de que o economizador está diminuindo em eficiência Para evitar a redução de eficiência, a superfície de transferência de calor deve ser regularmente fuligem-soprado quer mecanicamente ou com vapor Uma queda de temperatura gradualmente crescente através do economizador é provavelmente o primeiro sintoma de que um problema de incrustação está presente, e deve ser corrigido precocemente.

Recuperando o calor residual: por que emparelhar um economizador com sua caldeira de tubo de água SZS

As caldeiras de tubo de água são particularmente compatíveis com o uso de economizadores devido à sua maior temperatura operacional dos gases de escape e maior pressão operacional existente do que os estilos de tubo de fogo A série de caldeiras de tubo de água tipo SZS D fabricada pela Taiguo Boiler, com sua faixa de eficiência líquida de 92-981TP3 T, já está operando com sucesso alguns dos mais eficientes em termos energéticos, alimentados a gás e óleo caldeira vapor sistemas no planeta; quando adaptado a uma caldeira SZS, a instalação de um economizador concebido para recuperar o calor residual pode aumentar a eficiência de uma instalação já eficaz em mais 5-8%.

A série SZS tem uma faixa de saída que se estende de 2-100 t/h, e cada caldeira pode ser fornecida com um economizador integrado para recuperar o calor residual dos gases quentes sem causar problemas de contrapressão ou condensação em superfícies de aço carbono Para matérias-primas alimentadas a gás natural, um economizador instalado em uma caldeira SZS também pode atingir níveis de eficiência acima de 9%, alguma aplicação real para economizar energia em operações de alto rendimento.

Nosso departamento de engenharia pode fornecer cálculos de dimensionamento de economizador como parte dos serviços normais de cotação de caldeira Podemos combinar a área de superfície de transferência de calor e configuração da bobina com sua carga real, combustível real escolhido e temperatura da água de alimentação para que você obtenha o economizador certo para sua planta, não um palpite padrão pronto para uso.

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Perguntas frequentes