Sistema de geração de vapor

O gerador de vapor é um conjunto de equipamentos responsáveis pela produção de vapor com pressão acima da pressão atmosférica através da absorção de calor pela água de alimentação da caldeira. Os geradores de vapor podem ser divididos em: caldeiras de vapor (utilizadas para produção de vapor), caldeiras de recuperação (aproveitam o calor residual de processos industriais), caldeiras de água quente (a água não vaporiza durante o aquecimento) e geradores de reatores nucleares (utilizam calor liberado por combustíveis nucleares) (MARTINELLI JUNIOR, [s.d.]).

A água utilizada para alimentar a caldeira deve possuir boa qualidade, de acordo com as características do material da caldeira e especificações da turbina. Por essa razão, independente da fonte de captação ser água subterrânea ou água superficial, é necessário que seja realizado um tratamento físico-químico e, as vezes biológico, para evitar a formação de incrustações e corrosão.

2.4.1. Água para o gerador de vapor

O tratamento da água da caldeira pode ser dividido em: tratamento externo, que é realizado antes da água entrar na caldeira, e tratamento interno, que é o tratamento da água de alimentação da caldeira. A água de alimentação da caldeira entra com vazão constante, sendo adicionada no sistema devido à necessidade da realização de purgas para controle da concentração de agentes químicos na água em circulação.

O tratamento externo é realizado através dos seguintes processos:

 Clarificação: é realizada através de três etapas: coagulação, floculação e decantação (BLACK & VEATCH, 1996; GE POWER & WATER, 2012a). O objetivo dessa etapa é remover os sólidos suspensos da água.

 Filtração: após as partículas se agruparem como flocos e decantarem, a água é filtrada para remoção dos sólidos suspensos (ZARPELON; AZZOLINI, 2015).

 Abrandamento: remoção de cálcio e magnésio, tanto por tratamento químico (utilizando cal e cal sodada quente ou fria) ou por troca iônica (resinas de troca catiônica, atualmente os mais utilizados nas termelétricas) (BLACK & VEATCH, 1996; ZARPELON; AZZOLINI, 2015).

 Remoção de ferro e manganês: são removidos como sólidos suspensos através de clarificação e filtração; porém, se oxidarem, tornam-se quelatos com matéria orgânica, o que torna a remoção mais difícil (BLACK & VEATCH, 1996).

 Desmineralização: remoção de íons presentes na água, realizada através de troca iônica e processos envolvendo membranas de dessalinização (osmose reversa, eletrodiálise e eletrodiálise reversa) (BLACK & VEATCH, 1996).

 Desaeração: remoção do oxigênio e outros gases dissolvido na água, sendo térmico (realizado através da diferença de temperatura entre vapor e condensado) ou químico (através da utilização de um sequestrante químico) (ZARPELON; AZZOLINI, 2015).

O tratamento interno consiste na adequação da água de alimentação da caldeira, além de preservar as características do vapor e do condensado. Nesse caso, são realizados tratamentos químicos, tais como:

 Sequestradores de oxigênio: além da remoção de oxigênio e gases dissolvidos, esse processo também tem por finalidade aumentar a temperatura da água de alimentação da caldeira. É comum o armazenamento da água nos equipamentos (desaeradores), além de complementação química (GE POWER & WATER, 2012b).

 Tratamento quelante: tem por finalidade dissolver o cálcio e magnésio na água para evitar a formação de incrustação, com a vantagem de reduzir a quantidade de purgas. No entanto, os agentes quelantes não devem ser utilizados em excesso pois podem causar corrosão na caldeira, além de não ser indicado o uso em sistemas que contenham cobre, pois os agentes quelantes tem afinidade com cobre (KEMMER, 1988).

 Controle de fosfato: o controle é feito com fosfato dissódico, trissódico ou monossódico para atingir um pH ótimo sem que haja OH- _{livre (KEMMER, 1988).}

 Dispersantes polímeros e aminas neutralizantes: os dispersantes são utilizados em conjunto com quelantes e fosfato, para limpeza interna das tubulações. As aminas neutralizantes (aminas fílmicas) são utilizadas para formação de um filme protetor de corrosão na superfície metálica (KEMMER, 1988).

O controle de concentração de produtos químicos na água da caldeira é realizado através de descargas periódicas de parte da água em circulação no sistema, ou seja, das purgas. Essa medida é necessária, pois os tratamentos de água não são capazes de remover todas as substâncias presentes na água, além da ocorrência de contaminação da água condensada devido a vazamentos no condensador.

Existem dois tipos de purga no sistema: uma para o descarte de água e outra para o descarte de sólidos. A descarga de parte da água é feita para o controle de substâncias dissolvidas, podendo ser contínua ou intermitente. A purga é contínua quando a válvula de descarga permanece aberta durante a operação e intermitente quando a válvula de descarga é aberta periodicamente, conforme a água em circulação atinge determinados níveis de concentração (KEMMER, 1988).

A outra forma de purga é a descarga intermitente dos resíduos, ou lama, cujo objetivo é reduzir a quantidade de sólidos decantados no fundo da caldeira (mass blowdown). Dessa

forma, um condicionador de lama desse ser utilizado para evitar que a aderência da mesma nas paredes do equipamento(KEMMER, 1988).

A vazão de purga é calculada através do ciclo de concentração, que indica a relação entre a concentração de uma determinada substância na água em circulação em comparação com a concentração dessa mesma substância na água de reposição. A determinação do ciclo de concentração é feita através da análise de total de sólidos dissolvidos, alcalinidade, sílica ou sólidos suspensos. A determinação ainda pode ser feita indiretamente, através de inspeção de equipamentos, teste de pureza do vapor ou outros critérios de qualidade da água (GE POWER & WATER, 2012c). A Tabela 2.4 apresenta os valores admitidos para a água de alimentação de acordo com a pressão da caldeira.

Tabela 2.4. Qualidade da água de alimentação da caldeira e da água da caldeira para diferentes pressões Parâmetro Pressão (MPa) 0 a 2,07 2,08 a 3,10 3,11 a 4,14 4,15 a 5,17 5,18 a 6,21 6,22 a 6,89 6,90 a 10,34 10,35 a 13,79 Ág ua de a lim ent a çã o ppm de O2 < 0,004 < 0,004 < 0,007 < 0,007 < 0,007 < 0,007 < 0,007 < 0,007 ppm de Fe ≤ 0,1 ≤ 0,05 ≤ 0,03 ≤ 0,025 ≤ 0,02 ≤ 0,02 ≤ 0,01 ≤ 0,01 ppm de Cu ≤ 0,05 ≤ 0,025 ≤ 0,02 ≤ 0,02 ≤ 0,015 ≤ 0,01 ≤ 0,001 ≤ 0,001 ppm de CaCO3 ≤ 0,3 ≤ 0,3 ≤ 0,2 ≤ 0,2 ≤ 0,1 ≤ 0,05 ND ND pH a 25 °C 7,5 a 10 7,5 a 10 7,5 a 10 7,5 a 10 7,5 a 10 8,5 a 9,5 9,0 a 9,6 9,0 a 9,6 Carbono Orgânico Total (ppm) < 1 < 1 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Óleo e graxas < 1 < 1 < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Ág ua na ca ldeira Sílica (mg/L SiO2) ≤ 150 ≤ 90 ≤ 40 ≤ 30 ≤ 20 ≤ 8 ≤ 2 ≤ 1 Alcalinidade total (mg/L CaCO3) ≤ 350 ≤ 300 ≤ 250 ≤ 200 ≤ 150 ≤ 100 ND ND Condutividade 5,4 - 1,1 4,6 – 0,9 3,8 – 0,8 1,5 – 0,3 1,2 – 0,2 1,0 – 0,2 ≤ 0,105 ≤ 0,048 STD 4,32 – 0,88 3,68 – 0,63 3,04 – 0,56 1,2 – 0,21 0,96 – 0,14 0,7 – 0,14 ≤ 0,105 ≤ 0,048 Fonte: GE POWER & WATER, 2012c; ZARPELON; AZZOLINI, 2015

A vazão de purga é usualmente expressa como porcentagem da vazão de alimentação da caldeira, variando entre 1% e 8%, em alguns casos podendo chegar a 20%, dependendo da

qualidade da água de alimentação da caldeira. Em caldeiras de alta pressão pode ser utilizada uma substância-traço para determinação da porcentagem de purgas (US DEPARTMENT OF ENERGY, 2012).