Otimização do Funcionamento de Caldeiras Aquatubulares em Indústria de Processo Químico

O presente trabalho centrou-se na otimização do rendimento térmico de duas caldeiras aquatubulares da empresa RAR- Refinaria de Açúcar Reunidas, com a finalidade de identificar onde ocorrem perdas de energia e, desta forma, propor soluções para a sua minimização. Para tal, realizaram-se ensaios em duas caldeiras da empresa providas de queimadores mistos, ou seja podem operar com fuelóleo e gás natural, tanto individualmente, como simultaneamente, sendo que para a realização dos ensaios apenas se utilizou o fuelóleo devido ao seu menor custo. Na caldeira designada por 1 realizaram-se ensaios para os caudais de 300, 500, 800, 1000, 1200, 1400 e 1600 kg/h de fuelóleo. A gama de rendimentos térmicos obtida foi entre 88,3 e 91,2%. Na caldeira designada por 3, efetuaram-se ensaios para os caudais de fuelóleo de 300, 500, 700, 900, 1000, 1200, 1400, 1500 e 1800 kg/h e os rendimentos térmicos obtidos foram entre 85,2 e 88,0%. Em ambas as caldeiras e para caudais baixos verificou-se que a quantidade de ar introduzida no processo de combustão era superior à necessária, conduzindo a uma diminuição dos valores de rendimento térmico. Para 500 kg/h de fuelóleo, por exemplo, a quantidade de ar utilizada foi cerca de duas vezes superiores ao valor estequiométrico. Tendo em conta estes factos, foi proposto ao gestor de energia a implementação de uma nova relação de ar/combustível vs caudal de combustível no sistema de controlo das referidas caldeiras. Após alguns testes (excluindo 300 kg/h de fuelóleo devido a questões de operação), considerou-se como caudal mínimo de operação os 500 Kg/h de fuelóleo nas respetivas caldeiras 1 e 3. Verificou-se que os rendimentos térmicos aumentaram, no caso da caldeira 1, para valores entre os 90,1 e 91,3% e, na caldeira 3, para valores entre 89,0 e 90,9%. Por fim, efetuou-se uma breve análise económica com o intuito de se avaliar e quantificar o que a empresa pode poupar com esta medida. O lucro anual pode oscilar entre 14.400 e 62.640€ ou 104.400 e 136.800€, para as caldeiras 1 e 3, respetivamente.

This master thesis goal was the characterization and thermal efficiency optimization of two steam boilers in RAR- Refinaria de Açúcar Reunidas, SA in order to identify energy losses and propose solutions to minimize them. The boilers have mixed burners and can operate with fuel oil and natural gas, individually or simultaneously. For the trial it was only used fuel oil. In aquatubular boiler number one, some assays were performed for the flow rates of 300, 500, 800, 1000, 1200, 1400 and 1600 kg/h using fuel oil as fuel. The range of thermal efficiencies obtained was between 88.3 and 91.2%. The aquatubular boiler three was tested for fuel oil mass flowrates of 300, 500, 700, 900, 1000, 1200, 1400, 1500 and 1800 kg/h. Regarding the range of thermal efficiencies this boiler had values between 85.2 and 88.0%., it was verified that The amount of air introduced in the combustion chamber for both boilers with low fuel flow rates was much higher than what it was theorically indicated, leading to a decrease in thermal efficiencies. For example, 500 kg/h of fuel oil leads to two times more the amount of stoichiometric air. Then it was proposed to the energy manager to implement a new relation between air/fuel vs fuel oil mass flow into the boilers control system. After some tests it was concluded that thermal efficiencies increased to a range of 90.1 to 91,3% and 89.5 to 90.9% in case of boiler one or three, respectively. Finally it was made an economic analysis in order to assess and quantify how much the company could profit with this correction. The values were 14,400 to 62,640€ and 104,400 and 136,800 € for the boiler one and three, respectively.