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7/12/2019 CRQ - Caldeira de Recupera__o - 2008
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Ciclo de Recuperação QuímicaCaldeira de Recuperação
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Caldeira
Vaso que trabalha com pressão maior que a pressão
atmosférica, que através da queima de um combustível
produz calor.
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Caldeira
Classificam-se de acordo:
Classes de pressão (Categoria):
o A = superior 20kgf/Cm²;
o C= inferior ou igual a 6,0 kgf./Cm²;
o B= outras
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CRQ - Caldeira de Recuperação
CaldeiraClassificam-se de acordo:
Automação:
o Manuais;
o Semi-automáticas;
o Automáticas.
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Caldeira
Classificam-se de acordo:
Energia empregada:
o Combustível sólido;
o Combustível líquido;
o Combustível gasoso;
o Caldeira elétrica.
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Tipos de caldeiras
Referente a localização da água/gases
Flamotubular ou fogotubular
Gases quentes da combustão circulam no interior dostubos, ficando por fora a água a ser aquecida ouvaporizada.
Aquatubular
Os gases da combustão circulam por fora dos tubos e aágua a ser vaporizada por dentro.
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Tipos de caldeirasMistas
São caldeiras flamotubulares que possuem ante-fornalha
com parede de água.
Elétrica
Transformam energia elétrica em térmica,gerandovapor.
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Flamotubular
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Fornalha
Chaminé
Tubos
Saída vaporH2O
Gases quentes
Caldeira Flamotubular
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Gases quentes
Vapor
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Vantagens:
• Custo de aquisição baixo;• Exigem pouca alvenaria;• Aumento instantâneos demanda de vapor
Desvantagens
• baixo rendimento térmico;• partida lenta devido ao volume de água;• limite de pressão ;• capacidade de produção limitada.
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Aquatubular
Vantagens
• Tamanho reduzido;• Não necessita de grandes tubulações;•
Rápida geração de vapor;• Pouca incrustações nos tubos.
Desvantagens
• Parada constantes, com alto custo de manutenção;• Alto custo capital.
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Caldeiras MistasVapor
aquatubular
flamotubular
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Caldeiras Elétricas
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Caldeira de recuperação
São caldeiras aquatubulares
Objetivo principal
Recuperar produtos químicos, ou seja,
Transformar o Sulfato de sódio emsulfeto de sódio
Na2SO4 Na2S
Redução química
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Objetivos secundários
• Recuperar energia , na forma de calor ;
• Abater e eliminar poluição ambiental.
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Constituição básica
Fornalha
Local onde ocorre a combustão do licor preto concentrado.
Para ter combustão devemos injetar :
Licor preto;Ar de combustão.
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Constituição básica
Fornalha22
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Saída de Smelt
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Injeção do licor
Ocorre através de maçaricos, que são projetados parapulverizar o licor na entrada da fornalha formando umleque de gotículas.
Introduzido acima da entrada do ar secundário.
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Injeção do licor
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Tamanho das gotas de LP
Gotas Pequenas
Secam rapidamente, podendo ser arrastadas pelos gases daCombustão,causando incrustações nos tubos da caldeira.
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CRQ - Caldeira de Recuperação
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CRQ C ld i d R ã
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Tamanho das gotas de LP
Gotas GrandesPodem cair úmida, causando resfriamento,perda decombustão por abafamento da camada.
O tamanho da gota é controlado pelapressão nos bicos, temperatura e sólidos do licor preto.
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CRQ C ld i d R ã
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CRQ - Caldeira de Recuperação
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CRQ C ld i d R ã
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Aquecimento do licor preto
Essencial para uma boa combustão;
Está relacionada com a concentração de sólidos.
Pode ser por trocadores de calor de :
• contato direto – perda na concentração de sólidos;- muito eficiente.
• contato indireto – não há perda de concentração;- entupimento dos trocadores de calor.
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CRQ C ld i d R ã
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Aquecedor de contato indireto
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CRQ Caldeira de Recuperação
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Quantidade de bicos
É de acordo com a capacidade de queima
da caldeira , normalmente expressa emtoneladas de sólidos secos (TSS).
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CRQ Caldeira de Recuperação
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Ar de combustão
Ar primário
- Introduzido com temperatura entre 140 -160 oC;
- Admitido com baixa pressão e velocidade ;
- Quantidade menor que a necessária para
combustão completa ( ambiente redutor).
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CRQ Caldeira de Recuperação
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CRQ - Caldeira de Recuperação
Ar de combustão
Ar primárioResponsável :
- Ambiente redutor:
Redução do sulfato para sulfetoNa2SO4 Na2S
- Queima dos sólidos que caem na camada;
- Temperatura da camada;- Confinamento e arraste das partículas da camada;- Forma da camada;- Qualidade do licor verde.
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CRQ Caldeira de Recuperação
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Ar de combustão
Ar Secundário
- Introduzido com temperatura entre 140 -160 oC;
- Admitido com média pressão e velocidade .
Responsável :
- Altura e simetria da camada;- Pirólise do licor;- Combustão dos compostos gasosos;- Arraste das partículas não queimadas.
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CRQ Caldeira de Recuperação
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CRQ Caldeira de Recuperação
Ar de combustão
Ar Terciário
- Introduzido com temperatura ambiente;
- Admitido com alta pressão e velocidade.
Responsável pela:
- Completa o processo de combustão;- Queima os compostos gasosos da pirólise;- Cria uma selagem na fornalha ( cortina);- Define o excesso de ar.
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CRQ Caldeira de Recuperação
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CRQ Caldeira de Recuperação
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C Q Ca de a de ecupe ação
Ar de combustão
Aquecedores de ar
Aquece o ar primário e secundário através da trocade calor com vapor saturado de baixa ou média pressão
EntradaVapor
SaídaCondensado
AR 53
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p ç
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CRQ - Caldeira de Recuperação
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Ar de combustão
Ar primário Ar secundárioAr terciário
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Ar de combustão
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1o 2o3o
Exaustor
Aquecedores
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Reações na queima
Desidratação:
• Evaporação das moléculas de água causada pelo
aquecimento do Licor Preto;
• Durante a desidratação, ocorre o desprendimentodos gases voláteis.
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H a r o l d o M a r i n h o d o s R e i s - 2 0 0 7
Reações na queima
Pirólise ( piro = calor , lise = quebra)
• Reações irreversíveis de degradação das moléculasCausadas por efeitos térmicos;
• Não requer oxigênio, somente um ambiente quente;
• Geração de gases voláteis de complexos orgânicos
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H a r o l d o M a r i n h o d o s R e i s - 2 0 0 7
Reações na queima
Queima dos compostos voláteis
• Combustão dos compostos voláteis produzidos pelaPirólise ;
• Reação muito rápida;
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H a r o l d o M a r i n h o d o s R e i s - 2 0 0 7
Reações na queima
Queima da camada
Após a pirólise : 75% de inorgânicos na camada
(Na2SO4 , Na2CO3 , Na2S e sais de K)
• Consiste em duas etapas
Primeiro
Conversão C fixo em CO e CO2 = fusão do smelt ;
Segundo
Troca do estado de oxidação dos compostos de enxofre
para Na2S .
62
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Reações na queima
Oxidação dos compostos Inorgânicos
Reação exotérmica; Ocorre prontamente quando o smelt
é exposto ao oxigênio.
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PRINCIPAIS REAÇÕES
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PRINCIPAIS REAÇÕES
Na2O+CO2 Na2CO3 (Smelt)
Na2CO3+H2SCO2+ H2O + Na2S (Smelt)
Zona Redutora
SO2+ ½ O2 SO3
H2S+ 3/2 O2 H2O+SO2Zona oxidante
Pirólise (Emissão de gases)
2Na+ ½ O2 Na
2O ( alta temperatura)
Zona de secagem
CO2+Na2ONa2CO3 (incrustação)
SO2+Na2ONa2SO4 (incrustação)Sulfatação
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Proteção especial na fornalha
Devido a alta temperatura da fornalha (1150oC), os tubosdessa região recebem tratamento especial para minimizarseu desgaste.
Revestimento especial pode ser através de:
• studs = Pinos de aço especial;
• Overlay weld = capa sobre o tubo do lado da queima ;
• Composite tube = tubos compostos.
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Proteção especial na fornalha
Studs = pinosPara caldeiras com pressão até 75 kgf/Cm2
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Proteção especial na fornalha
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Proteção especial na fornalha
overlay Caldeira de alta pressão
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Proteção especial na fornalha
Composite tube = tubos compostosCaldeiras de alta pressão
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Canaletas de fundido = Bicas de smelt
Encontram-se instaladas na região inferior da fornalha;
Saída do material inorgânico fundido (smelt );
São refrigeradas com água através de circulação por vácuoou por pressão;
Smelt escorre pelas bicas com temperatura ao redor de 850 oC
A quantidade de bicas varia de acordo com o tamanho daFornalha.
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Bicas de smelt
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Bicas de smelt 75
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Camada
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Tanque de dissolução de smeltTanque de Licor verde
O smelt (fundido inorgânico do LP) , é altamentesolúvel em água .
O tanque de LV , recebe o smelt (850oC) da fornalha,que e dissolvido em um liquido ( 50-60 oC);
Líquido= ( licor verde, branco fraco ou água)
O smelt é atomizado (pulverizado) com vapor antes detocar no liquido de dissolução;
( evitar choque térmico)
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Tanque de dissolução de smelt
Tanque de Licor verde
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o s R e i s - 2 0 0 7
Lavador de gases = scrubber
São lavadores de gases , que carregam consigo partículasque causam poluição ambiental.
Os gases que saem do tanque de LV , passam por essetipo de lavagem antes de serem descartados para atmosferaou serem re-introduzidos na caldeira (ar terciário).
A lavagem pode ser feita com água ou Licor branco fraco.
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Lavador de gases- scrubber
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o s R e i s - 2 0 0 7
Make-up de sulfato
Como a redução de sulfato para sulfeto de sódionão é 100%,é preciso repor essa perda para mantera sulfidez (Na2S) do licor cozimento.
Essa reposição ocorre pela remoção das partículasde sulfato de sódio incrustadas nos tubos da caldeirapelos sopradores de fuligem e pela captação dessapartículas no precipitador eletrostático.
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o s R e i s - 2 0 0 7
Circulação de água
Economizador
Região onde a água é alimentada na caldeira;
Recebe esse nome porque troca calor com os gasesquente que estão saindo da caldeira;
Sua função é aquecer a água para melhorar a eficiência
de troca térmica.
Construído por painéis de tubos lisos.
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o s R e i s - 2 0 0 7
Economizador86
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Circulação de água e vapor
Balão de vapor = balão superior = tambor de vapor
Recebe a água do economizador e o vapor gerado pelostubos da parede da fornalha;
Recebe esse nome porque 50% de seu volume é água eoutro 50% é vapor;
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o s R e i s - 2 0 0 7
Circulação de água e vapor
São construídos por vários tubos mandriados( banco da caldeira = tubos de convecção = feixe tubular).
Esses tubos interligam-se a outro balão (balão de água);
São divididos em feixes descendentes e ascendentes.
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Vista externa do balão de vapor 89
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Vista interna do balão de vapor90
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H a r o l d o M a r i n h o d
o s R e i s - 2 0 0 7
Circulação de água e vapor
Balão de água = balão inferior = tambor de água
Recebe a água do balão superior.
Está totalmente cheio de água.
Em caldeiras modernas , estão sendo descartados;
Dessa balão, a água desce para a constituir a fornalhaatravés dos tubos de descida ( dow-commers).
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Vista externa – balão de água 92
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H a r o l d o M a r i n h o d
o s R e i s - 2 0 0 7
Banco da caldeira
Gases da combustão
Tubos descendentes
Tubos ascendentes
Tambor de água
Tambor de vapor
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H a r o l d o M a r i n h o d
o s R e i s - 2 0 0 7
Visor de nível
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H a r o l d o M a r i n h o d
o s R e i s - 2 0 0 7
Circulação de água e vapor
Tubos de descida ( dow-commers)
São responsáveis por levar a água para os tubos que
constroem a parede e o fundo da fornalha.
Estão localizados na parte externa da caldeira.
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o s R e i s - 2 0 0 7
Tubos de descida 96
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H a r o l d o M a r i n h o d
o s R e i s - 2 0 0 7Tambor de vapor
Tambor de água
Tubos de descida
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Coletor 98
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o s R e i s - 2 0 0 7
Circulação de água e vapor
Fornalha
A água recebe calor radiante da combustão do licor preto,e retorna ao balão superior na forma de vapor.
99
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100
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Circulação de água e vapor
Balão de vapor
Recebe o vapor vindo das paredes e da fornalha e efetuaa separação mecânica do vapor / água, através de filtros.
101
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Circulação de água e vapor
Super-aquecedor
Recebe o vapor saturado do balão de vapor , que atravésde um conjunto de serpentinas ,recebe o calor da queima
do LP na fornalha,superaquecendo o vapor ;
Resfria os gases da fornalha;
Resfria as partículas que são arrastadas, para evitaracumulo nos tubos do banco da caldeira.
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Super-aquecedor
103
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Super-aquecedor 104
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Super-aquecedor 105
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Super-aquecedor 106
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Circulação de água e vapor
Nariz
São tubos que fazem proteção aos tubos do super-aquecedor,
contra a irradiação da fornalha e contra as partículas da
combustão do LP.
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ECONOMIZADOR
BALÃO DE VAPOR
BANCO
BALÃO DE ÁGUA
TUBOS DE DESCIDA
PAREDE E FORNALHA
BALÃO DE VAPOR
SUPER-AQUECEDOR
NARIZ
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112
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H a r o l d o M a r i n h o d o s R e i s - 2 0 0 7
Sopradores de fuligem
Efetuam a limpeza nos tubos da caldeira ,para melhorara eficiência na troca térmica.
Mecanismo
• Injeção de vapor através de um tubo com perfuraçõesna sua extremidade.
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Sopradores de fuligem
• Existem dois tipos de sopradores: fixos e retráteis.
•
O tubo faz movimento rotatório passando entre os tubosda caldeira, quebrando e desprendendo as incrustações, a
através de pressão de impacto e vibração dos tubos.
114
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Sopradores de fuligem
• A quantidade de sopradores de fuligem é determinada deacordo com a produção da caldeira (tamanho);
•As incrustações (Na2CO3 e Na2SO4) são removidas atravésde roscas sem fim ou válvulas rotativas;
• Essas são re-introduzidas como reposição de sulfato nolicor preto concentrado.
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Soprador de fuligem
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Soprador de fuligem
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Cinzas do PE
Tanque de mistura
EconomizadorEvaporador -Banco
Válvulasrotativas
Desvio de cinzas
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Circulação dos gases
São retirados da caldeira através de ventiladores detiragem induzida ( exaustores).
Os gases são removidos da fornalha, sofrem um desvio:
Nariz da caldeira;Super-aquecedores;Banco da caldeira / evaporador;
Economizadores;
Até entrarem no precipitador eletrostático.
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d o s R e i s - 2 0 0 7
Precipitador eletrostático
Tem como função, captar as partículas de sulfato desódio (Na2SO4) presentes nos gases de combustão.
Essas partículas devem ser retidas devido aspectosambientais e econômicos.
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d o s R e i s - 2 0 0 7
Precipitador eletrostático
Mecanismo de atuação
Se dá através de campo elétrico formado por eletrodos
Eletrodo de emissão (descarga) :carregadosnegativamente;
Eletrodo de coleta (placa): carregados positivamente.
Um precipitador é formado por três diferentescampos elétricos.
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Precipitador eletrostático
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Precipitador eletrostático
Mecanismo de atuação
As partículas de sulfato de sódio , ao passarem pelo campo
elétrico formado, são atraídas pelo eletrodo de coleta
(placas (+)) ;
Quando os gases saem desse campo, estão livres de 98 –
99,9% das partículas de sulfato de sódio.
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P i it d l t táti
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Precipitador eletrostático
Mecanismo de atuação
As partículas captadas pelo eletrodo + , são descarregadas
através de um sistema de pancadas (martelos);
Esse sal (Na2SO4) é removido do precipitador através de
um sistema de raspadores para o tanque de licor preto
Concentrado para repor as perdas de sulfato (make-up).
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Eletrodo coletor (placa) –
carregados (+)
Eletrodo coletor (placa) – carregados (+)
+ + + + + + +
+ + + + + + +
- - -Gases
GasescomNa2SO4
Eletrodo descarga
(-)
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Eletrodo de emissão
Eletrodo captor(placa)
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Martelo
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PrecipitadorPrecipitador
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Ch i é
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Chaminé
Tem a função de promover a dispersão dos
gases na atmosfera;
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