Perseguir a demanda da rede está matando sua grande caldeira de carvão? Aqui estão quatro preocupações a serem abordadas

A operação de caldeiras a carvão pulverizado em condições de baixa carga apresenta vários desafios. Este artigo oferece dicas para manter as unidades nas melhores condições operacionais possíveis.

No mercado de energia atual, com o aumento da penetração de energia renovável e usinas de ciclo combinado de alta eficiência, muitas das usinas de carvão pulverizado (PC) antes carregadas devem circular e/ou operar em baixa carga. Muitas fábricas de PCs estão operando em 25% a 50% de sua classificação contínua máxima durante os períodos em que o fornecimento de energia renovável atinge o pico. Isso está expondo novos desafios operacionais que afetam não apenas a eficiência da planta nessas cargas, mas também a confiabilidade da caldeira.

A estabilidade e a confiabilidade da rede dependem da frota de carvão para mudanças rápidas de carga à medida que as energias renováveis ​​aumentam ou diminuem. No verão e no inverno, durante o clima extremo, as usinas a carvão dependem da maior geração de eletricidade. A experiência da Storm Technologies com operação de baixa carga e os desafios que ela pode apresentar datam de antes das recentes características operacionais das usinas atuais. A maioria dos profissionais da indústria de energia está ciente das tensões adicionais que o ciclo ou a operação de baixa carga podem ter nos materiais da caldeira, soldas de metais diferentes e química da água, para citar alguns. Por outro lado, a Storm descobriu que há uma série de melhorias em operações e parâmetros controláveis ​​de manutenção que são de baixo custo comparável e muitas vezes negligenciadas. Essas mudanças, quando abordadas e monitoradas, podem melhorar a flexibilidade operacional e a confiabilidade da planta como um todo.

Durante o ciclo ou operação com carga baixa, os pulverizadores em algum ponto estão operando na extremidade inferior da rampa de ar primário ou o que é chamado de ponto de ajuste de ar mínimo (Figura 1). Neste ponto, o pulverizador é mais suscetível a rejeitos de carvão. Rejeitos de carvão são considerados uma penalidade de taxa de calor "furtiva" pela Storm Technologies; também é uma preocupação de segurança devido ao combustível bruto que está vazando pela garganta e é exposto ao fluxo de ar primário quente em um ambiente muito rico em ar.

1. Rampa de ar primário versus carregamento do pulverizador. Cortesia: Storm Technologies

Se rejeitos de carvão aparecerem ao operar em vazões mais baixas, isso geralmente está diretamente relacionado ao fluxo de ar primário mais baixo, resultando em uma velocidade de jato livre mais baixa através da garganta do pulverizador. Abordar quantos pulverizadores são necessários para operar em toda a faixa de carga de sua caldeira deve ser uma tarefa bastante fácil e algo para o qual as operações provavelmente têm um procedimento. No entanto, a Storm muitas vezes descobre que as plantas podem estar operando com menos pulverizadores em serviço, mas os operadores simplesmente optam por não desligar os pulverizadores de serviço. Isso reduz o rendimento através dos pulverizadores e, em muitos casos, resulta em pulverizadores operando na porção mínima de ar da curva de ar primário.

A Figura 1 ilustra um exemplo simplificado de que, removendo dois pulverizadores de serviço e operando com apenas dois pulverizadores, você aumenta efetivamente o fluxo de ar primário através dos pulverizadores em operação movendo-se para a parte inclinada da rampa de ar primário. Como resultado da remoção dos pulverizadores de serviço, você aumenta a velocidade através da garganta dos pulverizadores em serviço, o que na maioria dos casos elimina os rejeitos de carvão que podem prejudicar os pulverizadores no ponto de ajuste de ar mínimo.

Salvo um problema mecânico dentro do pulverizador, os rejeitos de carvão estão quase exclusivamente relacionados à geometria da garganta do pulverizador para um determinado conjunto de condições de entrada. Se a área aberta ao redor da garganta for dimensionada de forma que a velocidade do ar primário caia abaixo de 7.000 pés por minuto (fpm), o carvão bruto começará a vazar do pulverizador. Novamente, isso na maioria dos casos resulta em desperdício de combustível e aumenta o potencial para uma excursão.

Por muitos anos, a Storm vem aplicando soluções projetadas para aumentar as velocidades da garganta de modo que, no ponto de ajuste mínimo do ar, a velocidade da garganta do pulverizador seja de 7.000 fpm e não haja rejeitos de carvão instalando um conjunto de garganta rotativa e defletor projetado pela Storm (Figura 2) . Ao longo dos anos, houve uma preocupação que os engenheiros de fábrica tiveram com esse projeto comprovado, ou seja, ao reduzir a área aberta imediatamente ao redor da garganta, a queda de pressão na garganta aumenta à medida que o fluxo de ar primário aumenta. Como resultado, os engenheiros da Storm projetaram e patentearam uma garganta ajustável que alivia o aumento da queda de pressão em taxas de fluxo de ar primário mais altas, enquanto mantém as velocidades de garganta de 7.000 fpm necessárias no ponto de ajuste mínimo do fluxo de ar primário. Isso é feito efetivamente fornecendo um segundo caminho de ar primário para o pulverizador e controlando com precisão o fluxo de ar primário para cada zona por um venturi calibrado. No geral, tanto o design original quanto o novo patenteado da garganta Storm eliminarão os rejeitos de carvão associados à operação de um pulverizador em baixos rendimentos, o que pode melhorar a confiabilidade de sua usina de energia.