Tecnologia Industrial – Para uma indústria moderna qual o melhor tipo de caldeira?

Independentemente do modelo, usinas e fabricantes têm buscado melhoria contínua destes equipamentos a fim de atender as diferentes necessidades de cada unidade

Alisson Henrique

As caldeiras, equipamentos feitos para geração de vapor, são instrumentos térmicos que possuem a finalidade de transformar água em vapor, utilizando para isso a queima de qualquer tipo de combustível. Quando o assunto é cana-de-açúcar, esses equipamentos fazem toda a diferença.

A evolução das tecnologias em caldeiras vem mostrando que é possível chegar a um percentual elevado de eficiência nas operações dentro da indústria sucrenergética. A evolução mais significativa nos últimos anos no segmento foi a introdução da tecnologia de leito fluidizado, que permitiu um significativo aumento de capacidade – acima de 300 t de vapor por hora, além de um incremento na eficiência energética. “Esta tecnologia já era empregada em outros segmentos há bastante tempo, porém, não era (e ainda não é) competitiva para capacidades de produção inferiores a 200 t de vapor por hora”, afirma Ricardo Buso, representante da empresa Outotec na área de caldeiras.

Este tipo de caldeira é projetado para queimar resíduos de biomassa em um leito de areia fluidizada. A velocidade de fluidização e o volume de fornalha devem ser adequados para completar a combustão na área livre acima do leito. Buso explica que o controle da temperatura do leito é fundamental e varia de 760 a 870°C. “A área do leito deve ser determinada para a maior umidade do combustível, que corresponde a maior velocidade de fluidização. A combinação do ajuste da estequiometria do leito e da recirculação de gases permite uma faixa muito ampla de combustíveis úmidos que podem ser queimados e um elevado turndown da caldeira.”

O leito atua como um “capacitor térmico”, fornecendo uma grande quantidade de calor para combustíveis úmidos que absorvem por condução ou convecção dentro do leito e são rapidamente secos. A rápida absorção de calor do leito de areia é capaz de secar combustíveis úmidos sem afetar a temperatura da fornalha, seu controle de tiragem ou a combustão. A queima no leito é sub-estequiométrica, sendo completada na região acima do leito com o ar secundário. Isto contribui para uma alta taxa de conversão com baixo teor de incombustos.

LEITO FLUIDIZADO: A MELHOR OPÇÃO?

Se não for levado em consideração o custo de implantação, que é bem maior, explica Antonio Carlos Viesser, consultor da Viesser Consultoria & Treinamentos Industriais, o modelo de caldeira que aceita mais desaforos e se ajusta para as variações do processo de geração de vapor é a de leito fluidizado. “A opção pelo leito fluidizado pode ser considerada uma boa decisão na forma de converter a energia da biomassa em energia processo/motriz/elétrica. Operando com menor temperatura de combustão, eficiência mais elevada, menor emissão de poluentes e com aceitação de um mix de combustível mais intenso”, explica.

No entanto, esta opção também tem desvantagens. Como, por exemplo, os problemas operacionais relacionados as cinzas que dão a formação de escórias e aglomeração do material do leito, prejudicando à desfluidização e, consequentemente, causando a parada do processo de combustão e o aumento dos custos de manutenção.

Tarcísio Mascarim, do departamento de Engenharia de Aplicação e Vendas de Energia da Dedini, defende que as tecnologias de grelhas, tradicionais no setor, ainda atendem muito bem as usinas atuais. “No quesito umidade da biomassa, que é um dos argumentos para a recomendação do leito fluidizado, pode-se atender altas umidades da biomassa (acima de 54% em peso) em caldeiras tradicionais (grelha) considerando aplicação de queimador para combustível auxiliar (etanol, gás natural ou óleo), solução essa que possuímos em nosso histórico de fornecimento. O queimador a que nos referimos é equivalente ao obrigatoriamente utilizado nas caldeiras de leito fluidizado”, acrescenta.

A evolução das caldeiras acontece através de melhorias que são realizadas no produto para atender, basicamente, três situações:

– Solicitações dos clientes;

– Observações da equipe de assistência técnica;

– Fornecimento de produto de qualidade com menor custo que a concorrência.

cio. A unidade tem apenas que saber qual será a tecnologia que melhor vai atende-la”, conclui.

Segundo Viesser, as empresas têm buscado uma melhoria contínua nesses equipamentos, entretanto, uma evolução em todo conjunto não é uma realidade no setor devido a matéria-prima utilizada não ser padronizada, ocasionando assim uma variação constante em sua qualidade e estrutura

Neste sentido, a engenharia das fabricantes tem tido um papel fundamental, se capacitando e implementando softwares como CFD (Fluido Dinâmica Computacional), que trata da simulação numérica de escoamentos de fluidos, transferência de calor e fenômenos relacionados, como reações químicas, combustão, aeroacústica etc. “Sempre trabalhamos com o intuito de agilizar e assegurar os resultados previstos no projeto. A Dedini conseguiu em seu último lançamento, a caldeira Dedini modelo AT-SD “Single-Drum Bottom-Supported” – único tambor e suportada pela base – apresentar um produto de menor custo de investimento e com as mesmas vantagens de sua antecessora, a caldeira AT-SD “Single-Drum Top-Supported” (único tambor e suportada pelo topo)”, destaca.

Para Viesser, as empresas têm buscado uma melhoria contínua nesses equipamentos. No entanto, uma evolução em todo conjunto só não é uma realidade no setor devido a matéria-prima utilizada não ser padronizada, ocasionando assim uma variação constante em sua qualidade e estrutura. “O setor de açúcar e etanol, apesar do empenho e constantes melhorias, é muito prejudicado pela qualidade da matéria-prima que chega na indústria. A cana, quando era colhida manualmente, tinha vantagens e desvantagens desde a lavoura até a indústria. Com a mecanização agrícola, em alguns momentos, inverteu-se a ordem, mas continua sendo um dos maiores desafios para as usinas.”

Ainda de acordo com ele, outro desafio é o fato da cana-de-açúcar estar distribuída em diversas regiões do país, com diferentes tipos de solos, cultura e legislação. “Quando o bagaço da cana chega nas caldeiras, apesar de já estar numa condição próxima do ideal (granulometria) para queima e transformação de biomassa em energia, ainda sofre variações na sua estrutura (umidade, fibra, palha, terra) quase que a todo momento, fazendo com que as caldeiras sejam muito dependentes da automação.”

EFICIÊNCIA

A Tereos, um dos maiores grupos do setor sucroenergético brasileiro conta hoje com 22 caldeiras, sendo seis somente na unidade Cruz Alta. As caldeiras existentes utilizam tecnologias de combustão com grelhas e a tecnologia do leito fluidizado. De acordo com Luiz Fabiano de Azevedo, gerente Corporativo de Planejamento e Controle de Processos da empresa, as caldeiras da companhia atingem eficiência de combustão acima de 86%, sendo que as de leito fluidizado ultrapassam os 90%.  Ele explica que as tecnologias existentes foram projetadas para o bagaço de cana, com baixa flexibilidade para queimar outros tipos de biomassas como, por exemplo, cavaco de madeira, palha de cana, palha de milho e outros.

Especialistas afirmam que ao abrir mão da eficiência, aumentando consumo de combustível quando se trabalha com palha, pode se ter ganhos de disponibilidade dos equipamentos, com menos paradas para reparos; na continuidade de geração e exportação de energia; e nos custos de manutenção. “Hoje, antes de projetar uma caldeira de boa eficiência deve-se ponderar a região que esta tecnologia irá operar, a qualidade da biomassa e a especificação do material de construção das caldeiras” acrescenta Viesser.

Ainda de acordo com ele, em função da biomassa ser o principal combustível das caldeiras, a questão da eficiência em alguns momentos deve ser melhor ponderada. “Alguns gases gerados pela combustão da palha da cana são prejudiciais aos equipamentos internos das caldeiras, provocando corrosões severas nas tubulações e periféricos”, conta.

Mascarim: “no quesito umidade da biomassa, que é um dos argumentos para a recomendação do leito fluidizado, pode-se atender altas umidades da biomassa em caldeiras tradicionais considerando a aplicação de queimador para combustível auxiliar”

Normalmente caldeiras de biomassa, segundo Mascarim, apresentam eficiência ao PCI (Poder Calorífico Inferior) de 87% a 89% com grelha e de 88% a 90% com leito fluidizado. “A caldeira de leito fluidizado é a tecnologia que permite a maior eficiência de queima de praticamente todo o carbono presente no combustível, além de uma redução no excesso de ar. Assim conseguimos reduzir as perdas por incombustos e no aquecimento do ar de combustão, o que permite eficiências acima de 90%. Nas caldeiras convencionais com grelha, estamos limitados a valores de eficiência ao redor de 88%.”

 Apesar disso, ele defende que a caldeira do tipo “Single-Drum” (único tambor) com grelha “flat pin-hole” (fixa, resfriada à água) é a melhor opção para as usinas, pois apresenta a melhor relação custo-benefício. Já Buso, diz que para se chegar a um denominador comum e saber qual modelo trará maior eficiência ao processo, deve-se analisar uma série de parâmetros, tais como, capacidade, condições locais, condições do bagaço, características do vapor a ser produzido (pressão-temperatura), nível de automação, sistema de limpeza dos gases de combustão e sistema de retirada de cinzas, para somente assim definir qual tecnologia deve ser utilizada para construção da caldeira no melhor custo-benefício para cada usina.

INOVAÇÕES

A busca por inovações vem sendo constante tanto por parte das usinas quanto das fabricantes das tecnologias em caldeiras. Segundo Viesser, essa sinergia tem feito com que o setor cresça neste quesito e melhore de forma global em prol da configuração de caldeira mais adequada para cada aplicação/combustível.

Para o gerente Corporativo de Planejamento e Controle de Processos da Guarani, ainda há oportunidades de aplicação de novas tecnologias de automação e controle, tais como controle avançado de processos e uso de instrumentos inteligentes com diagnósticos em tempo real. “Tecnologias de limpeza dos gases a seco com precipitadores eletrostáticos ainda são pouco empregadas no setor sucroenergético e possibilitam um grande avanço na redução de emissões. Além disso, há oportunidades de combinar o ciclo de geração térmica atual com biogás. Este ano, a Tereos está concluindo um investimento de R$ 174 milhões para a inauguração de uma nova caldeira para o último trimestre de 2018, na unidade Cruz Alta”, revela.

Buso ressalta que o segmento sucroalcooleiro no Brasil, apesar de sofrer com todas as crises como os demais setores, sempre buscou inovações e as empresas fornecedores tem buscado trazer soluções para manter a liderança mundial. “Na maioria das vezes as empresas tem conseguido isso por meio de parcerias internacionais, que fornecem uma base para o desenvolvimento da nossa própria engenharia, que seguramente conta com excelente mão de obra e vem respondendo a todos os desafios que surgem a cada ano.  Acredito que as tecnologias atuais atendem bem as necessidades das usinas, porque para cada capacidade e condições de bagaço existem alternativas construtivas com o melhor custo benefício. A unidade tem apenas que saber qual será a tecnologia que melhor vai atende-la”, conclui.