Causas típicas de problemas de escória e incrustação em caldeiras

A escória e a incrustação da caldeira e a operação frequente resultante dos sopradores de fuligem são alguns dos principais fatores de operação e manutenção que podem afetar negativamente a confiabilidade e a eficiência da usina.

A escória e a incrustação da caldeira estão entre as causas mais comuns de problemas de manutenção em usinas de energia movidas a carvão. Embora você não possa eliminar totalmente o problema, seguir as práticas adequadas de operação e manutenção pode reduzir drasticamente o tempo e o trabalho de resolvê-lo.

Vamos revisar o que é escória antes de entrar nas causas e correções de escória e incrustação.

A escória é cinza derretida e subprodutos incombustíveis que permanecem após a combustão do carvão. Quando o material esfria a uma certa temperatura, ele pode aderir aos componentes do forno, como paredes de água, o que é chamado de escória.

Uma caldeira movida a carvão pulverizado é projetada com uma grande cavidade de forno que pode tolerar escória de fase líquida nas paredes de água. A saída do forno, no entanto, deve estar em uma temperatura baixa o suficiente para que a escória seja resfriada abaixo de sua temperatura de amolecimento.

Uma temperatura típica de fusão de cinzas de combustível betuminoso é determinada usando o padrão D1857 da American Society for Testing and Materials (ASTM). Para realizar o teste, um cone de cinza é colocado em um forno de laboratório e o forno é aquecido lentamente. A temperatura do forno é anotada em quatro pontos à medida que o cone de cinzas se deforma.

A temperatura do primeiro ponto - quando o ponto do cone de cinzas fica embotado - é chamada de "temperatura de deformação inicial". À medida que o forno é aquecido mais, a temperatura quando as cinzas ficam macias e a altura (H) do cone é igual à largura (W), é registrada. Este valor é referido como a "temperatura de amolecimento". O aquecimento continua, resultando na queda do cone de cinzas até H = 1/2 W. Essa temperatura é chamada de "temperatura hemisférica". Finalmente, quando o cone de cinzas se torna um líquido, a temperatura é anotada e referida como "temperatura do fluido" das cinzas.

Os laboratórios modernos usam fornos mais avançados do que quando o método foi desenvolvido pela primeira vez, mas o relatório das temperaturas de fusão das cinzas ainda é concluído usando os mesmos quatro níveis de fusão das cinzas: deformação inicial, amolecimento, hemisférico e fluido.

O objetivo do teste de laboratório é determinar a condição aproximada das cinzas quando estão em várias partes de um forno de caldeira. Para escória e incrustação, a questão mais importante é fazer com que os gases do forno ou "produtos de combustão" saiam do forno a uma temperatura de modo que as cinzas não fiquem muito pegajosas. Uma boa aproximação é ter os gases de saída do forno cerca de 100F a 150F mais frios do que a temperatura de amolecimento das cinzas.

Já vi fornos onde os gases de saída do forno estão acima da temperatura do fluido, sendo possível operar uma caldeira com cinzas em fase líquida fluindo pelo superaquecedor e reaquecedor, mas não é aconselhável por motivos de corrosão das cinzas de carvão e necessidade de sopro de fuligem retrátil longo quase contínuo para mitigar os depósitos de cinzas.

"Fouling" normalmente se refere a depósitos que ocorrem na passagem de convecção depois que os gases saem do forno. A incrustação é geralmente atribuída a cinzas e acumulações que se formam nas bordas dos tubos do superaquecedor e reaquecedor (Figura 1), especialmente nas pernas de saída, que estão acima da temperatura da superfície do metal de 1.000F. Os depósitos são desalojados por fuligem.

Quando os sopradores de fuligem retráteis longos são usados ​​para soprar os depósitos de cinzas, as partículas de cinzas são arrastadas para o fluxo de gás de combustão e criam cinzas, que podem bloquear os caminhos de fluxo do catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), obstruir as cestas do aquecedor de ar e formar uma ponte entre a tubulação da caldeira no passe de convecção. Normalmente, as áreas da caldeira que são designadas como suscetíveis à escória são desde a correia do queimador até a saída do forno.

O calor flui do mais quente para o mais frio e, portanto, para produzir vapor superaquecido de 1.000F a 1.100F e saídas de vapor reaquecido, a temperatura do gás de saída do forno (FEGT) deve estar acima de cerca de 1.500F na entrada do gás do reaquecedor para direcionar o fluxo de calor para o reaquecedor e superaquecedor para criar as temperaturas de vapor desejadas. Consequentemente, o ponto ideal para o FEGT de uma caldeira movida a carvão pulverizado deve ser de cerca de 2.150F a 2.250F para atingir as temperaturas de vapor desejadas sem formação de escória. Abaixo de 2.150F, torna-se difícil atingir as temperaturas de vapor projetadas. Acima de 2.250F em uma base de gás a granel, torna-se próximo à temperatura de fusão das cinzas em alguns combustíveis.