Auditoria especializada da eficiência energética de sistemas de vapor industriais

As auditorias energéticas a equipamentos de processo de produção de vapor, válvulas, purgadores, sistemas de combustão e salas de caldeiras têm como objetivo otimizar o seu funcionamento e adequá-los à regulamentação correspondente, de acordo com as normas. Estas auditorias proporcionam uma visão global do perito auditor, através de um conhecimento aprofundado do funcionamento das instalações, o que permite definir as melhores propostas de acções de melhoria para poupança.

Por outro lado, a realização de uma auditoria energética do sistema de vapor permite avançar na implementação de um sistema energético eficiente, que é um elemento estratégico para a competitividade das instalações industriais.

Benefícios de uma auditoria de eficiência energética para caldeiras de combustão

Redução de custos:

• As caldeiras industriais são responsáveis por uma percentagem significativa do consumo de energia no sector industrial.
• As auditorias de eficiência energética podem identificar oportunidades para melhorar a eficiência das caldeiras, o que pode levar a reduções significativas nos custos de combustível.
• Em alguns casos, a redução de custos pode ser suficientemente significativa para pagar o custo da auditoria em menos de um ano.

Melhoria da eficiência:

• As auditorias de eficiência energética podem identificar as áreas onde se perde energia na caldeira.
• Podem ser implementadas medidas para melhorar a eficiência da caldeira, como a instalação de controlos de combustão mais eficientes ou a reparação de fugas de ar.
• A melhoria da eficiência das caldeiras pode levar a uma redução das emissões de gases com efeito de estufa.

Maior fiabilidade:

• As auditorias de eficiência energética podem identificar potenciais problemas com a caldeira antes que estes provoquem uma avaria.
• Podem ser implementadas medidas para evitar estas falhas, o que pode melhorar a fiabilidade da caldeira e reduzir o tempo de inatividade.

Melhor tomada de decisões:

• As auditorias de eficiência energética podem fornecer informações valiosas sobre o desempenho da caldeira.
• Esta informação pode ser utilizada para tomar decisões informadas sobre o funcionamento e a manutenção da caldeira.

CONTEÚDO ÚTIL - AUDITORIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS INDUSTRIAIS DE VAPOR

Exemplos de melhorias através de informações provenientes de uma auditoria à eficiência energética de caldeiras a vapor

• Uma empresa industrial que está a realizar uma auditoria à eficiência energética da sua caldeira de vapor descobre que a caldeira está a funcionar a 70% da sua eficiência potencial.
• A empresa implementa medidas para melhorar a eficiência das caldeiras, tais como a instalação de controlos de combustão mais eficientes e a reparação de fugas de ar.
• Como resultado destas medidas, a eficiência da caldeira aumenta para 85%.
• Este aumento de eficiência resulta numa redução anual do custo do combustível de $100.000.

As auditorias de eficiência energética podem proporcionar uma série de benefícios para as empresas que operam caldeiras de combustão. Estes benefícios incluem custos reduzidos, maior eficiência, maior fiabilidade e melhor tomada de decisões.

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Acções para melhorar a eficiência das caldeiras de vapor

Manter a caldeira limpa

Com exceção do gás natural, praticamente todos os combustíveis deixam uma certa quantidade de depósitos no lado da chama dos tubos. A isto chama-se fuligem e reduz drasticamente a transferência de calor. Os testes mostram que uma camada de fuligem tão fina como 0,8 mm (0,03 polegadas) reduz a transferência de calor em 9,5 por cento, e uma camada de 4,5 mm (0,18 polegadas) em 69 por cento! Como resultado, a temperatura do gás de combustão aumenta, assim como o custo da energia.

As caldeiras que queimam combustíveis sólidos (como o carvão e a biomassa) têm uma elevada tendência para sujar, enquanto as que queimam combustíveis líquidos (especialmente óleos refinados) têm uma baixa tendência para sujar. Para manter a caldeira com a máxima eficiência, é necessário manter as superfícies da caldeira tão limpas quanto possível. As caldeiras de grandes dimensões e as que queimam combustíveis com elevada tendência para incrustar têm sistemas de limpeza de fuligem que limpam as superfícies laterais da chama enquanto a caldeira está em funcionamento. Também podem ser utilizadas escovas manuais e lanças. As caldeiras pequenas, incluindo as que funcionam a gás natural e as que não têm sistemas de limpeza de fuligem, devem ser abertas regularmente para verificação e limpeza.

Os depósitos (designados por incrustações) no lado da água dos tubos da caldeira podem afetar a transferência de calor. Podem também reduzir a eficiência da caldeira, restringir a circulação da água e causar graves problemas mecânicos e operacionais. A incrustação provoca o aumento da temperatura do metal nos tubos, o que aumenta a temperatura dos gases de combustão. Em casos extremos, os tubos falham devido ao sobreaquecimento.

Lembre-se que um milímetro de incrustação pode aumentar o consumo de combustível em dois por cento.

Em vez de desligar e esvaziar as caldeiras para inspecionar visualmente a limpeza das superfícies da caldeira no lado da água, as condições no lado da água podem ser estimadas através de testes à água da caldeira enquanto esta está a funcionar. Em função dos resultados, podem ser injectados determinados produtos químicos para o tratamento da água. A água da caldeira é testada diariamente em pequenas instalações de caldeiras de baixa pressão e de hora a hora em grandes instalações de alta pressão. O programa de tratamento e teste da água é essencial para garantir a máxima eficiência e o funcionamento fiável de qualquer instalação de caldeira.

Uma tendência ascendente nas temperaturas dos gases de combustão ao longo de semanas ou meses indica normalmente que se acumulou um depósito no lado da chama ou no lado da água das superfícies de permuta de calor da caldeira. A caldeira deve ser inspeccionada imediatamente.

Manter o ar indesejado fora

O controlo eficaz do excesso de ar de combustão (discutido acima) também envolve a proteção contra a infiltração de ar indesejado na cavidade de combustão da caldeira ou no sistema de gases de combustão. O ar entra através de fugas na caixa, portas de observação, juntas defeituosas e outras aberturas.

Água de purga: dinheiro pelo ralo

Mesmo a água de alimentação da caldeira tratada ("desmineralizada") contém pequenas quantidades de sais minerais dissolvidos. A evaporação contínua da água nas caldeiras de vapor e a adição de água de alimentação fresca aumenta a concentração destes minerais e leva à formação de incrustações. Para evitar esta situação, a água da caldeira deve ser periodicamente purgada. Normalmente, a purga é excessiva, "só por precaução". A água purgada é aquecida, desperdiçando assim calor, água e produtos químicos para o tratamento da água. Como medida preventiva mínima, teste periodicamente a água da caldeira quanto a sólidos dissolvidos e ajuste a taxa de purga.

Quando a lavagem é efectuada uma vez por dia ou uma vez por turno, o teor de sólidos dissolvidos imediatamente após a lavagem é bastante inferior ao máximo aceitável. Se a lavagem puder ser efectuada com mais frequência e com menos água, ou continuamente, o teor de sólidos dissolvidos totais (TDS) pode ser mantido mais próximo do nível máximo de segurança desejado. Um bom controlo de TDS é a chave.

Considere uma caldeira de 23 t/h operando a 860 kPa (aproximadamente 50.000 lb./h a 125 psig). A água de purga contém 770 kJ/kg (330 Btu/lb.). Se o sistema de purga contínua for regulado para os habituais cinco por cento da capacidade máxima da caldeira, então o caudal de purga seria de 1150 kg/h contendo 885.500 kJ (cerca de 2500 lb./h contendo 825.000 Btu). Com uma eficiência da caldeira de 80 por cento, este calor requer aproximadamente 29,7 m3/h (1050 pés cúbicos/h) de gás natural, no valor de aproximadamente 32 100 € por ano (com base em 300 dias por ano a 0,15 €/m3).

Aumenta a taxa e a temperatura de retorno do condensado

A maximização da taxa de retorno e da temperatura dos condensados oferece uma série de benefícios, desde a redução das taxas de reposição de água fria até poupanças significativas nos custos de água, energia e tratamento. Uma vez que o condensado contém geralmente baixos níveis de sólidos dissolvidos, também facilita taxas de descarga mais baixas, levando a poupanças adicionais. A eficiência do projeto do sistema de vapor e a utilização do vapor determinam o volume de condensado que pode ser recuperado. Considerando que as poupanças potenciais excedem frequentemente 30 euros por 3,5 m3 de condensado, existe uma justificação económica convincente para investir no equipamento necessário para melhorar a recuperação de condensado. retorno de condensado em sistemas de vapor ou corrigir quaisquer falhas na rede que estejam a causar perdas de condensado.

Além disso, é fundamental otimizar o conteúdo energético do condensado devolvido. O retorno do condensado sob pressão atenua eficazmente as perdas de flash e aumenta a poupança global de energia. Além disso, o isolamento dos tubos de retorno minimiza a dissipação de calor no ambiente circundante, melhorando ainda mais a eficiência e a relação custo-eficácia.

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Seleção de tubos de vapor

A seleção incorrecta das dimensões e do traçado das tubagens pode causar muitos problemas no processo, tais como baixa pressão de vapor, baixa quantidade de vapor, distribuição irregular de vapor, acumulação de condensados e ruídos nas tubagens, entre outros.

Estas afectariam negativamente a eficiência e a produtividade da fábrica.

Considerar a velocidade do vapor e a potência da caldeira: Ao projetar a tubagem de vapor, ter em conta a velocidade do vapor e a potência da caldeira.

A velocidade deve ser mantida tão baixa quanto possível para minimizar a possibilidade de saltos do nível da água e de cortes de água frequentes.

Isto também permitirá uma margem de erro para condições químicas alteradas da água da caldeira com um nível elevado de sólidos totais dissolvidos na água da caldeira.

Distribuição de vapor

Um sistema de distribuição de vapor incorretamente concebido pode ter os seguintes efeitos:

• Pressão de vapor incorrecta em vários pontos.
• Disponibilidade insuficiente de vapor nas máquinas.
• Aumento da formação de condensados.
• Quedas de pressão mais elevadas.
• Custo inicial mais elevado para tubos, válvulas e acessórios.

É importante obter um projeto detalhado antes da instalação do sistema de tubagens. Este é baseado nos padrões de consumo de vapor na sua fábrica. Deve ser dada atenção a:

• Quantidade de vapor em diferentes pontos.
• Requisitos de pressão de vapor em diferentes pontos.

Uma cabeça de distribuição de vapor com um regulador de pressão de vapor pode ajudar na distribuição e utilização correctas do vapor.

Pré-aquecimento do ar de combustão

Qualquer perda de calor da superfície da caldeira para a sala da caldeira pode ser utilizada novamente para a combustão. Ao pré-aquecer o ar de admissão, a combustão na fornalha torna-se mais eficiente.

Mudança da atomização a vapor para a atomização a ar

Para queimadores com atomização de vapor, a mudança para a atomização de ar resultará naturalmente num menor consumo global de vapor e numa melhor eficiência da caldeira. Isto só é aplicável aos queimadores de fuelóleo pesado.

Mudança para combustíveis de baixo custo

Ao comparar o gás natural e o combustível de petróleo, se o custo for igual ou superior por BTU fornecido, mude para o combustível de petróleo.

A razão para isto é que, no processo de combustão, o hidrogénio combina-se com o oxigénio para formar água. O calor latente de vaporização perde-se quando o vapor de água sai da chaminé da caldeira.

Combustíveis como o gás natural, com um rácio hidrogénio/carbono mais elevado, perderão mais calor do que aqueles com um rácio hidrogénio/carbono mais baixo, como o fuelóleo.

No entanto, há que reconhecer também que haverá um aumento dos custos de manutenção e de funcionamento e uma maior necessidade de mais ar em excesso para conseguir uma combustão completa do fuelóleo. Além disso, os depósitos de fuligem e a combustão incompleta poderão também afetar os custos globais.