Sistemas de Combustão de Combustíveis Sólidos
Tecnologia de combustão selecionada conforme o combustível, as emissões e as condições de operação: grelha (múltiplos tipos), BFB e CFB, com distribuição de ar de combustão e de combustível.
TECNOLOGIAS
Sistemas de Combustão de Combustíveis Sólidos
Espectro completo de tecnologias de combustão de combustíveis sólidos para serviço severo, selecionadas conforme o combustível, as emissões e as condições de operação.
Um estudo de seleção de tecnologia avalia os sistemas de combustão candidatos frente às propriedades específicas do combustível, aos requisitos de emissões e às condições de operação de cada projeto. A modelagem de desempenho gera uma comparação técnico-econômica que considera o custo de capital, o custo de operação, a flexibilidade de combustível e a conformidade de emissões. Para caldeiras existentes ou equipamentos de OEM de terceiros, a avaliação incorpora a geometria da fornalha e a altura da câmara de combustão disponível como restrições que regem e restringem o conjunto de tecnologias viáveis.
Escopo de fornecimento
- Modelagem de desempenho das propriedades do combustível e dos perfis de emissões
- Comparação técnico-econômica das tecnologias de combustão candidatas
- Análise das condições de operação e avaliação da faixa de carga
- Avaliação das restrições de geometria da fornalha e altura da câmara de combustão
- Estudos de viabilidade de retrofit para instalações de caldeiras existentes
- Avaliação e integração de equipamentos de OEM de terceiros
Os sistemas de grelha queimam combustível sólido sobre uma grelha mecânica na base de uma fornalha, entregando ar primário por baixo e ar de sobrefogo por cima para controlar a liberação de calor e as emissões. O tipo de grelha, o dimensionamento e a configuração das zonas de ar sob a grelha são adaptados ao teor de umidade, à distribuição de tamanho de partícula e às características das cinzas do combustível. Todos os componentes móveis da grelha são projetados por meio de modelagem dinâmica do limite de fadiga para garantir confiabilidade mecânica de longo prazo sob condições térmicas exigentes.
Escopo de fornecimento
- Projeto e dimensionamento de grelha rotativa
- Configurações de grelha vibratória (resfriada a ar e a água)
- Configurações de grelha inclinada de orifícios (resfriada a água)
- Configurações de grelha alternada (resfriada a ar)
- Configuração das zonas de ar sob a grelha adaptada às características do combustível
- Pacotes de retrofit, sistemas fornecidos a OEM e pacotes de caldeira integrados
- Modelagem do limite de fadiga para todos os componentes móveis e suas conexões
Um combustor de leito fluidizado borbulhante suspende o combustível e o material inerte do leito sobre uma corrente ascendente de bolhas de ar, criando uma zona de combustão turbulenta e bem misturada na parte inferior da fornalha. O projeto modular de fundo aberto permite otimizar o arranjo de campânulas de borbulhamento e tubos de aspersão para o material do leito, as propriedades das cinzas do combustível, a profundidade do leito e as condições de operação específicas. A localização dos pontos de alimentação de combustível é selecionada para garantir uma distribuição uniforme ao longo do leito, e a altura de separação de transporte é dimensionada para limitar o arraste de material do leito e de combustível não queimado.
Escopo de fornecimento
- Projeto de combustor BFB modular de fundo aberto
- Otimização do arranjo de campânulas de borbulhamento e tubos de aspersão
- Seleção da profundidade do leito e da distribuição de tamanho de partícula do material
- Análise da altura de separação de transporte (TDH)
- Determinação da quantidade e localização dos pontos de alimentação de combustível
- Projeto do sistema de alimentação, manuseio e recirculação do leito
- Projeto de campânula de borbulhamento otimizado para o material do leito e as propriedades das cinzas do combustível
- Projeto de modulação e controle de temperatura do leito
- Projeto da química do leito (captura de enxofre ou redução de aglomeração)
Um leito fluidizado circulante opera a velocidades de ar mais altas que um BFB, carregando os sólidos para cima através da fornalha e até um separador ciclônico, onde são coletados e devolvidos à zona de combustão. Esse laço contínuo de sólidos produz temperaturas relativamente uniformes, tempos de reação mais longos e emissões inerentemente mais baixas (que um BFB ou uma grelha). O dimensionamento do separador ciclônico, a configuração do selo de recirculação e a taxa de recirculação de sólidos são otimizados em torno da distribuição de tamanho de partícula das cinzas, do carbono fixo do combustível e do atrito de partículas para manter um inventário de leito estável e uma liberação de calor consistente.
Escopo de fornecimento
- Dimensionamento e quantidade de separadores ciclônicos (refratários ou resfriados a água)
- Configuração do selo de recirculação e otimização da recirculação de sólidos
- Especificação do revestimento refratário para alta temperatura e alto desgaste
- Análise da química das cinzas do combustível e do atrito de partículas
- Análise de partículas descendentes sobre as paredes da fornalha: projeto de resistência à abrasão
- Análise da liberação de calor da fornalha: projeto da superfície de troca térmica dentro da fornalha (evaporadores ou superaquecedores tipo wing-wall)
- Projeto de captura de enxofre no leito (injeção de calcário)
- Projeto do sistema de extração e resfriamento do material do leito
- Tipo e localização da alimentação de combustível determinados pelos combustíveis e pelos perfis de carga de operação do sistema
Os sistemas de dosagem e distribuição de combustível entregam o combustível sólido à zona de combustão a taxas controladas e em um padrão espacial uniforme. O tipo de equipamento de alimentação, o dimensionamento, o número de pontos de alimentação e a configuração da parede de alimentação são determinados conforme a tecnologia de combustão, a geometria da fornalha e as características físicas e químicas do combustível. Uma dosagem adequada estabiliza e reduz o perfil de emissões, previne a aglomeração/formação de escória, reduz o carbono não queimado e permite um acompanhamento de carga estável em toda a faixa de operação.
Escopo de fornecimento
- Estudo e análise de classificação de combustíveis (PSD, densidade aparente compactada e solta, faixa de teor de umidade, faixa de teor de cinzas, avaliação de escoabilidade)
- Análise dos perfis de operação e de mudança de carga do sistema: número e tipo de pontos de alimentação de combustível
- Projeto do equipamento de distribuição de combustível com sistemas auxiliares dentro da fornalha (pneumáticos, mecânicos ou por gravidade)
- Múltiplos tipos de projeto de sistema de dosagem de combustível (rosca de fundo móvel, empurrador hidráulico)
- Integração com sistemas de combustão de grelha, BFB e CFB
- Capacidade de acompanhamento de carga em toda a faixa de operação
- Projeto da alimentação da tremonha de dosagem de combustível (projetos de taxa variável ou de transbordo)
Os sistemas de ar de combustão entregam ar sob a grelha/UGA (primário) e ar de sobrefogo/OFA (secundário) à fornalha em proporções controladas. O arranjo dos dutos sob a grelha, a modelagem da distribuição de ar, o arranjo da caixa de vento e o dimensionamento dos bicos de OFA determinam em conjunto a eficiência de combustão, o burnout do carbono e o desempenho de emissões. Estão disponíveis múltiplos projetos próprios de bicos de OFA, cada um selecionado conforme a geometria da fornalha, o tipo de combustível e as metas de emissões específicas da instalação.
Escopo de fornecimento
- Projeto de sistemas de OFA para obra nova e retrofits
- Projetos próprios de bicos de OFA (de simples a complexos, conforme a aplicação)
- Zoneamento e controle do ar sob a grelha para melhorar a eficiência e as emissões
- Um modelo detalhado de desempenho da caldeira ou do equipamento de fogo direto orienta cada projeto
- Avaliação dos benefícios da recirculação de gases de combustão para aplicações de redução de NOx
- Seleção de ventiladores, dimensionamento de dampers e análise de perda de carga
- Projeto de sistema integrado com digitalização a laser 3D e modelagem
- Projeto de aquecedor de ar de combustão
- Sequência de controle de combustão atualizada com treinamento de operadores
Os sistemas de manuseio de cinza de fundo e material de leito removem os sólidos da parte inferior da fornalha e os resfriam e transportam para recirculação ou descarte. A configuração do sistema varia conforme a tecnologia de combustão: as instalações de grelha usam transportadores de corrente de arraste ou de rosca na descarga da grelha, enquanto os sistemas de leito fluidizado exigem circuitos de drenagem e recirculação do leito para manter um inventário de leito adequado. A geometria do chute/tremonha de cinzas, o dimensionamento do transportador e o equipamento de resfriamento são selecionados conforme o volume, a temperatura e as características de abrasão das cinzas.
Escopo de fornecimento
- Manuseio de cinza de fundo para sistemas de grelha, BFB e CFB
- Configuração e dimensionamento do chute ou da tremonha de cinzas
- Transportadores de arraste submerso e de rosca para grelhas
- Transportador de rosca de hélice oca para combustores CFB
- Transportadores de peneiramento vibratório resfriados a ar para BFB
Os sistemas refratários protegem os componentes estruturais em ambientes de combustão de alta temperatura. A filosofia de projeto favorece a minimização do conteúdo de refratário em favor da construção de parede membrana, que melhora a troca térmica e reduz a manutenção. Onde o refratário é necessário, a seleção de materiais, a espessura do revestimento e os detalhes de fixação são projetados para o perfil de temperatura e as excursões, o ambiente (oxidante ou redutor), a química dos gases de combustão e as cargas mecânicas. A gestão da expansão térmica e a proteção contra desgaste atendem às zonas propensas a erosão e corrosão.
Escopo de fornecimento
- Cálculos de fluxo de calor para determinar a resistência térmica necessária e atingir as temperaturas de pele
- Análise de opções de materiais conforme o espaço disponível, os requisitos de ancoragem, o peso do revestimento, o fluxo de calor, a resistência à abrasão, a resistência química, as curvas de aquecimento, a vida útil esperada do revestimento e os custos de instalação e manutenção
- Análise de deflexão estrutural
- Análise de expansão térmica (pele do invólucro, revestimento refratário, âncoras do refratário)
- Desenhos de detalhe de instalação do refratário e de juntas de expansão
- Desenhos de detalhe de âncoras e fixações do refratário
Os controles e a instrumentação de combustão monitoram e regulam todo o processo de combustão, da alimentação de combustível e do fornecimento de ar até a emissão de poluentes. A detecção de chama, a medição da vazão de ar de combustão, o monitoramento da temperatura do leito e os intertravamentos de alimentação de combustível trabalham em conjunto para manter uma operação segura e eficiente. A lógica do sistema de gerenciamento de queimadores (BMS) e dos controles de combustão é projetada em conformidade com a NFPA 85/86 e as normas de segurança aplicáveis, fornecendo proteção automatizada contra condições de operação inseguras.
Escopo de fornecimento
- Detecção de chama e monitoramento da combustão
- Medição e controle da vazão de ar de combustão
- Sistemas de monitoramento da temperatura do leito
- Intertravamentos de alimentação de combustível e lógica de segurança
- Projeto da lógica do sistema de gerenciamento de queimadores (BMS) e dos controles de combustão
- Conformidade com a NFPA 85/86 e as normas de segurança aplicáveis
- Controles de ajuste de oxigênio (trim) e de viés de emissões
- Desenvolvimento de soluções operacionais empíricas que permitem aos operadores selecionar uma condição e o sistema se ajustar a valores predefinidos (p. ex., alta vs. baixa umidade, verão vs. inverno, carga muito variável vs. carga estável, etc.)
Um estudo de seleção de tecnologia avalia os sistemas de combustão candidatos frente às propriedades específicas do combustível, aos requisitos de emissões e às condições de operação de cada projeto. A modelagem de desempenho gera uma comparação técnico-econômica que considera o custo de capital, o custo de operação, a flexibilidade de combustível e a conformidade de emissões. Para caldeiras existentes ou equipamentos de OEM de terceiros, a avaliação incorpora a geometria da fornalha e a altura da câmara de combustão disponível como restrições que regem e restringem o conjunto de tecnologias viáveis.
Escopo de fornecimento
- Modelagem de desempenho das propriedades do combustível e dos perfis de emissões
- Comparação técnico-econômica das tecnologias de combustão candidatas
- Análise das condições de operação e avaliação da faixa de carga
- Avaliação das restrições de geometria da fornalha e altura da câmara de combustão
- Estudos de viabilidade de retrofit para instalações de caldeiras existentes
- Avaliação e integração de equipamentos de OEM de terceiros
Os sistemas de grelha queimam combustível sólido sobre uma grelha mecânica na base de uma fornalha, entregando ar primário por baixo e ar de sobrefogo por cima para controlar a liberação de calor e as emissões. O tipo de grelha, o dimensionamento e a configuração das zonas de ar sob a grelha são adaptados ao teor de umidade, à distribuição de tamanho de partícula e às características das cinzas do combustível. Todos os componentes móveis da grelha são projetados por meio de modelagem dinâmica do limite de fadiga para garantir confiabilidade mecânica de longo prazo sob condições térmicas exigentes.
Escopo de fornecimento
- Projeto e dimensionamento de grelha rotativa
- Configurações de grelha vibratória (resfriada a ar e a água)
- Configurações de grelha inclinada de orifícios (resfriada a água)
- Configurações de grelha alternada (resfriada a ar)
- Configuração das zonas de ar sob a grelha adaptada às características do combustível
- Pacotes de retrofit, sistemas fornecidos a OEM e pacotes de caldeira integrados
- Modelagem do limite de fadiga para todos os componentes móveis e suas conexões
Um combustor de leito fluidizado borbulhante suspende o combustível e o material inerte do leito sobre uma corrente ascendente de bolhas de ar, criando uma zona de combustão turbulenta e bem misturada na parte inferior da fornalha. O projeto modular de fundo aberto permite otimizar o arranjo de campânulas de borbulhamento e tubos de aspersão para o material do leito, as propriedades das cinzas do combustível, a profundidade do leito e as condições de operação específicas. A localização dos pontos de alimentação de combustível é selecionada para garantir uma distribuição uniforme ao longo do leito, e a altura de separação de transporte é dimensionada para limitar o arraste de material do leito e de combustível não queimado.
Escopo de fornecimento
- Projeto de combustor BFB modular de fundo aberto
- Otimização do arranjo de campânulas de borbulhamento e tubos de aspersão
- Seleção da profundidade do leito e da distribuição de tamanho de partícula do material
- Análise da altura de separação de transporte (TDH)
- Determinação da quantidade e localização dos pontos de alimentação de combustível
- Projeto do sistema de alimentação, manuseio e recirculação do leito
- Projeto de campânula de borbulhamento otimizado para o material do leito e as propriedades das cinzas do combustível
- Projeto de modulação e controle de temperatura do leito
- Projeto da química do leito (captura de enxofre ou redução de aglomeração)
Um leito fluidizado circulante opera a velocidades de ar mais altas que um BFB, carregando os sólidos para cima através da fornalha e até um separador ciclônico, onde são coletados e devolvidos à zona de combustão. Esse laço contínuo de sólidos produz temperaturas relativamente uniformes, tempos de reação mais longos e emissões inerentemente mais baixas (que um BFB ou uma grelha). O dimensionamento do separador ciclônico, a configuração do selo de recirculação e a taxa de recirculação de sólidos são otimizados em torno da distribuição de tamanho de partícula das cinzas, do carbono fixo do combustível e do atrito de partículas para manter um inventário de leito estável e uma liberação de calor consistente.
Escopo de fornecimento
- Dimensionamento e quantidade de separadores ciclônicos (refratários ou resfriados a água)
- Configuração do selo de recirculação e otimização da recirculação de sólidos
- Especificação do revestimento refratário para alta temperatura e alto desgaste
- Análise da química das cinzas do combustível e do atrito de partículas
- Análise de partículas descendentes sobre as paredes da fornalha: projeto de resistência à abrasão
- Análise da liberação de calor da fornalha: projeto da superfície de troca térmica dentro da fornalha (evaporadores ou superaquecedores tipo wing-wall)
- Projeto de captura de enxofre no leito (injeção de calcário)
- Projeto do sistema de extração e resfriamento do material do leito
- Tipo e localização da alimentação de combustível determinados pelos combustíveis e pelos perfis de carga de operação do sistema
Os sistemas de dosagem e distribuição de combustível entregam o combustível sólido à zona de combustão a taxas controladas e em um padrão espacial uniforme. O tipo de equipamento de alimentação, o dimensionamento, o número de pontos de alimentação e a configuração da parede de alimentação são determinados conforme a tecnologia de combustão, a geometria da fornalha e as características físicas e químicas do combustível. Uma dosagem adequada estabiliza e reduz o perfil de emissões, previne a aglomeração/formação de escória, reduz o carbono não queimado e permite um acompanhamento de carga estável em toda a faixa de operação.
Escopo de fornecimento
- Estudo e análise de classificação de combustíveis (PSD, densidade aparente compactada e solta, faixa de teor de umidade, faixa de teor de cinzas, avaliação de escoabilidade)
- Análise dos perfis de operação e de mudança de carga do sistema: número e tipo de pontos de alimentação de combustível
- Projeto do equipamento de distribuição de combustível com sistemas auxiliares dentro da fornalha (pneumáticos, mecânicos ou por gravidade)
- Múltiplos tipos de projeto de sistema de dosagem de combustível (rosca de fundo móvel, empurrador hidráulico)
- Integração com sistemas de combustão de grelha, BFB e CFB
- Capacidade de acompanhamento de carga em toda a faixa de operação
- Projeto da alimentação da tremonha de dosagem de combustível (projetos de taxa variável ou de transbordo)
Os sistemas de ar de combustão entregam ar sob a grelha/UGA (primário) e ar de sobrefogo/OFA (secundário) à fornalha em proporções controladas. O arranjo dos dutos sob a grelha, a modelagem da distribuição de ar, o arranjo da caixa de vento e o dimensionamento dos bicos de OFA determinam em conjunto a eficiência de combustão, o burnout do carbono e o desempenho de emissões. Estão disponíveis múltiplos projetos próprios de bicos de OFA, cada um selecionado conforme a geometria da fornalha, o tipo de combustível e as metas de emissões específicas da instalação.
Escopo de fornecimento
- Projeto de sistemas de OFA para obra nova e retrofits
- Projetos próprios de bicos de OFA (de simples a complexos, conforme a aplicação)
- Zoneamento e controle do ar sob a grelha para melhorar a eficiência e as emissões
- Um modelo detalhado de desempenho da caldeira ou do equipamento de fogo direto orienta cada projeto
- Avaliação dos benefícios da recirculação de gases de combustão para aplicações de redução de NOx
- Seleção de ventiladores, dimensionamento de dampers e análise de perda de carga
- Projeto de sistema integrado com digitalização a laser 3D e modelagem
- Projeto de aquecedor de ar de combustão
- Sequência de controle de combustão atualizada com treinamento de operadores
Os sistemas de manuseio de cinza de fundo e material de leito removem os sólidos da parte inferior da fornalha e os resfriam e transportam para recirculação ou descarte. A configuração do sistema varia conforme a tecnologia de combustão: as instalações de grelha usam transportadores de corrente de arraste ou de rosca na descarga da grelha, enquanto os sistemas de leito fluidizado exigem circuitos de drenagem e recirculação do leito para manter um inventário de leito adequado. A geometria do chute/tremonha de cinzas, o dimensionamento do transportador e o equipamento de resfriamento são selecionados conforme o volume, a temperatura e as características de abrasão das cinzas.
Escopo de fornecimento
- Manuseio de cinza de fundo para sistemas de grelha, BFB e CFB
- Configuração e dimensionamento do chute ou da tremonha de cinzas
- Transportadores de arraste submerso e de rosca para grelhas
- Transportador de rosca de hélice oca para combustores CFB
- Transportadores de peneiramento vibratório resfriados a ar para BFB
Os sistemas refratários protegem os componentes estruturais em ambientes de combustão de alta temperatura. A filosofia de projeto favorece a minimização do conteúdo de refratário em favor da construção de parede membrana, que melhora a troca térmica e reduz a manutenção. Onde o refratário é necessário, a seleção de materiais, a espessura do revestimento e os detalhes de fixação são projetados para o perfil de temperatura e as excursões, o ambiente (oxidante ou redutor), a química dos gases de combustão e as cargas mecânicas. A gestão da expansão térmica e a proteção contra desgaste atendem às zonas propensas a erosão e corrosão.
Escopo de fornecimento
- Cálculos de fluxo de calor para determinar a resistência térmica necessária e atingir as temperaturas de pele
- Análise de opções de materiais conforme o espaço disponível, os requisitos de ancoragem, o peso do revestimento, o fluxo de calor, a resistência à abrasão, a resistência química, as curvas de aquecimento, a vida útil esperada do revestimento e os custos de instalação e manutenção
- Análise de deflexão estrutural
- Análise de expansão térmica (pele do invólucro, revestimento refratário, âncoras do refratário)
- Desenhos de detalhe de instalação do refratário e de juntas de expansão
- Desenhos de detalhe de âncoras e fixações do refratário
Os controles e a instrumentação de combustão monitoram e regulam todo o processo de combustão, da alimentação de combustível e do fornecimento de ar até a emissão de poluentes. A detecção de chama, a medição da vazão de ar de combustão, o monitoramento da temperatura do leito e os intertravamentos de alimentação de combustível trabalham em conjunto para manter uma operação segura e eficiente. A lógica do sistema de gerenciamento de queimadores (BMS) e dos controles de combustão é projetada em conformidade com a NFPA 85/86 e as normas de segurança aplicáveis, fornecendo proteção automatizada contra condições de operação inseguras.
Escopo de fornecimento
- Detecção de chama e monitoramento da combustão
- Medição e controle da vazão de ar de combustão
- Sistemas de monitoramento da temperatura do leito
- Intertravamentos de alimentação de combustível e lógica de segurança
- Projeto da lógica do sistema de gerenciamento de queimadores (BMS) e dos controles de combustão
- Conformidade com a NFPA 85/86 e as normas de segurança aplicáveis
- Controles de ajuste de oxigênio (trim) e de viés de emissões
- Desenvolvimento de soluções operacionais empíricas que permitem aos operadores selecionar uma condição e o sistema se ajustar a valores predefinidos (p. ex., alta vs. baixa umidade, verão vs. inverno, carga muito variável vs. carga estável, etc.)
EXEMPLOS DE PROJETOS
Engenharia de combustão
exemplos de projetos
Auditorias Energéticas
Auditoria Energética Identifica Grandes Oportunidades de Economia de Combustível em uma Indústria de Especialidades Químicas
A CPE avaliou sistemas interligados de caldeiras, vapor, condensado e recuperação de calor residual em uma indústria de especialidades químicas, identificando um potencial de economia de 17 MMBtu/h de gás natural e desenvolvendo estratégias práticas para projetos de eficiência térmica e redução de emissões de GEE.
Caldeiras de Potência
Caldeira BFB para biomassa de alta umidade — América do Sul
Projeto completo de caldeira BFB para uma usina de biomassa na América do Sul, com manuseio de combustíveis de alta umidade e engenharia de combustão e transferência de calor sob medida.
Desgargalamento
Desgargalamento e Expansão de Capacidade em Unidade de Biochar
Uma análise abrangente do rendimento de pirólise com balanço de massa e energia para identificar restrições de processo e equipamento e traçar o caminho para triplicar a capacidade de produção de biochar.
O DIFERENCIAL CPE
A combustão é onde
a CPE começou
A CPE foi fundada com base na engenharia de combustão e geração de vapor. A equipe projeta, soluciona problemas e ajusta os sistemas que cria, fechando o ciclo entre as premissas de projeto e o desempenho em campo.
Domínio da tecnologia central
A combustão é a disciplina fundadora da CPE. A equipe projeta fornalhas, sistemas de grelha, combustores BFB, sistemas de ar e alimentação de combustível, não como complementos, mas como a prática principal.
Modelos de desempenho sob medida
Ferramentas próprias de balanço de massa e energia e modelagem CFD, calibradas com dados reais de operação em sistemas de grelha, BFB, CFB e a gás/óleo.
Engenharia de flexibilidade de combustível
Experiência em projeto e retrofit com biomassa, bagaço, CDR (RDF), carvão, gás natural, misturas com hidrogênio e óleos combustíveis, incluindo projetos multicombustível e de conversão de combustível.
Ajuste e comissionamento em campo
Os engenheiros da CPE ajustam os sistemas que projetam. A otimização de combustão no local, a análise de gases de combustão e o benchmarking de desempenho fecham o ciclo entre o projeto e a operação.
Tem uma dúvida
sobre combustão?
Conte-nos sobre sua caldeira ou sistema de combustão e informaremos como a CPE pode ajudar.
NOSSOS SERVIÇOS
Profundidade de Engenharia em Todo o Ciclo de Vida do Projeto
Da avaliação inicial até entregas prontas para construção: caldeiras, sistemas de combustão, vapor e condensado, controle de emissões e infraestrutura de energia.
