O que é combustão de caldeira?

A combustão da caldeira é o estudo de como os combustíveis são queimados nas caldeiras que aquecem a água para o vapor. Existem muitas aplicações para caldeiras a vapor, incluindo aquecimento de processos químicos, calor a vapor para edifícios e água quente e vapor para acionar geradores de turbina elétrica. Combustão é a reação de combustíveis com oxigênio no ar para criar calor que é usado para a produção de vapor.

Uma variedade de combustíveis pode ser usada para a combustão da caldeira, incluindo gás natural, óleo combustível e biocombustíveis produzidos a partir de plantas ou resíduos de animais. Quando o combustível é pulverizado ou atomizado em uma caldeira com ar, uma bobina de ignição ou uma pequena chama piloto pode inflamar a mistura. A combustão libera uma grande quantidade de calor, alguns dos quais aquecem a água ao vapor, e alguns são perdidos devido às perdas de radiação e de combustão. A radiação é a perda de calor por infravermelho que ocorre de uma caldeira quente para uma sala mais fria. As perdas de combustão são gases aquecidos que são expelidos da caldeira através de sua combustão ou ventilação.

Proprietários e operadores estão interessados ​​em maximizar a eficiência da combustão da caldeira. Os principais problemas a serem considerados são a eficiência da combustão ou a queima de misturas de combustível e ar e como minimizar as perdas de calor. A perda de calor radiante pode ser minimizada com o isolamento adequado da caldeira e da tubulação de vapor. O design e os controles da caldeira podem ser usados ​​para maximizar a eficiência da combustão.

A área de combustão de uma caldeira normalmente possui tubos contendo água e vapor passando por uma caixa aberta que pode conter queimadores e controles. O design do tubo pode melhorar a eficiência usando sistemas de várias passagens. Os tubos de água que entram na caldeira podem passar primeiro pela zona de gases de combustão, que absorve parte do calor residual e pré-aquece a água. Os tubos podem então passar pela zona de combustão mais de uma vez para utilizar totalmente o calor da combustão, o que também melhora a eficiência.

A eficiência de combustão da caldeira para misturas de ar e combustível é fundamental para a operação adequada da caldeira. Uma molécula de combustível requer uma quantidade teórica de oxigênio para queimar completamente, mas, na realidade, é necessário excesso de oxigênio devido a várias perdas na zona de combustão. O ar é cerca de 21% de oxigênio; portanto, o nitrogênio não queimado no ar também deve ser aquecido na caldeira e ventilado pela chaminé. Isso afeta ainda mais a eficiência da caldeira e produz compostos de nitrogênio que foram conectados à chuva ácida e à formação de fumaça.

O excesso de oxigênio reduz a temperatura de combustão da caldeira, pode criar alguns poluentes indesejáveis ​​e requer combustível para aquecer oxigênio e nitrogênio que não são usados. A falta de oxigênio pode reduzir a eficiência da caldeira e criar fuligem e outros subprodutos que podem danificar a caldeira ao longo do tempo. Pesquisas descobriram que o monitoramento das concentrações de oxigênio e gás de combustão no gás de combustão, e a manutenção de uma temperatura adequada, podem otimizar o desempenho da caldeira.

Caldeiras menores podem ser ajustadas manualmente usando sensores de gases de combustão e termômetros de gases de combustão, mas muitas caldeiras podem se beneficiar de controles automáticos. As caldeiras podem não operar em um único ponto de operação, mas terão demandas de vapor ou condições operacionais variáveis, o que torna impraticáveis ​​as configurações manuais de eficiência. Caldeiras mais antigas podem ser adaptadas com controles eletrônicos que fornecem feedback às bombas de entrada de ar e combustível para fornecer a melhor taxa de combustão.