Combustão Classificações de Queimadores

COMBUSTÃO

Classificações de Queimadores

FERNANDO CÖRNER DA COSTA

fcorner@uol.com.br

Doutor em Energia pela USP, Mestre em Engenharia de Processos Químicos e Bioquímicos pela Mauá, Eng. de Segurança pela UERJ e Eng. Mecânico pela PUC-RJ, consultor sênior da ULTRAGAZ. A partir deste artigo serão apresentados os principais tipos de queimadores, conforme solicitado por muitos leitores. Este primeiro artigo desta nova série apresenta as principais modalidades de classificação.

Queimadores são equipamentos destinados à geração de calor a partir da queima de combustíveis, forma de energia chamada “química”. Isso porque os combustíveis, compostos principalmente por átomos de carbono e hidrogênio, sofrem uma reação de oxidação com oxigênio (combustão) resultando em dióxido de carbono e vapor d’água superaquecido, além de outras reações secundárias. A liberação de calor pela combustão é a diferença entre a energia interna contida nos reagentes e nos produtos da combustão, também conhecida como variação da entalpia.

A primeira classificação refere-se ao combustível. Existem queimadores que somente podem usar um determinado combustível, como por exemplo, gás natural (GN) ou óleo combustível, os quais constituem a grande maioria destes equipamentos. Excepcionalmente encontram-se queimadores que operam com combustíveis sólidos pulverizados ou ainda em mistura com óleos combustíveis. E existem também, em menor número, queimadores que admitem dois ou mais combustíveis. Os mais conhecidos são os queimadores chamados duais, que admitem o uso de dois combustíveis, os quais evidentemente são bem mais caros devido à sua complexidade. Exemplos são os queimadores GN-GLP e os queimadores gásóleo.

A segunda classificação diz respeito ao comburente (oxigênio). Ele pode ser fornecido a partir do ar ambiente por conter 20,9% de oxigênio (base volumétrica), insuflado em baixas pressões por ventiladores ou em médias pressões por ar comprimido. Esses queimadores projetados para a queima com ar podem ainda suportar algum grau de enriquecimento com oxigênio, geralmente elevando o teor para 25% de oxigênio ou pouco mais. Outro tipo de queimador é aquele projetado para operar com oxigênio puro ou elevados teores, acima de 90%, geralmente aplicados a processos térmicos de alta temperatura (acima de 800°C). Existem ainda queimadores especiais, projetados para operar desde ar ambiente até oxigênio puro, denominados “oxy-air burners”, o que permite tirar o melhor proveito em todas as etapas dos processos térmicos. Por exemplo, usar a oxi-combustão na etapa da fusão de um metal, onde a demanda térmica é intensa possibilitando aumento de produtividade, e a queima com ar ambiente na etapa de refino e espera quando tal demanda é baixa.

A classificação seguinte refere-se à mistura do combustível com o comburente, exigindo a subdivisão em combustíveis gasosos e em combustíveis líquidos.

Os queimadores a gases combustíveis podem ser do tipo pré-mistura, onde o gás e o comburente já saem misturados no bocal dos queimadores, ou mistura na face quando a mistura ocorre a partir do bocal. Os queimadores de mistura na face tornam impossível o retrocesso de chama para o interior dos queimadores, mas torna-se difícil minimizar o excesso de ar de combustão. E existem ainda os queimadores de combustão estagiada, onde diferentes fluxos de comburente possibilitam alimentar a chama ao longo de seu comprimento, sendo um dos artifícios para reduzir as emissões de NOx.

Já os queimadores de combustíveis líquidos necessitam de dispositivos que venham atomizar o combustível de forma a possibilitar sua gaseificação e craqueamento no trajeto da chama, proporcionando a necessária intimidade

COMBUSTÃO

com o comburente para a reação de combustão. Os principais princípios aplicados para atomização são: súbita descompressão por jato de alta pressão, atomização centrífuga (copo rotativo), atomização por fluido auxiliar (ar ou vapor) e emulsão ar-óleo. O objetivo para uma boa atomização é gerar 10 milhões de gotículas para cada centímetro cúbico de combustível, associando uma intensa turbulência com o comburente.

Outra classificação refere-se à disposição dos conjuntos de partes (ou blocos) do queimador: • Queimadores tipo monobloco, onde todos os principais componentes como ventilador, cabeçote de queima e sistemas de controle mecânico e eletroeletrônico estão agrupados em único bloco. Esses queimadores são geralmente aplicados em processos de baixa e média temperatura, de modo que o calor liberado pela chama e pela câmara de combustão não venha a danificar ou reduzir a vida útil de seus componentes. • Queimadores tipo duobloco, no qual o ventilador e os sistemas de controle eletroeletrônico estão afastados do cabeçote de queima, o que permite sua instalação em processos de alta temperatura, inclusive possibilitando a utilização do ar de combustão preaquecido. • Queimadores tipo duto, onde o cabeçote de queima está instalado no interior de um duto com a finalidade de gerar gases quentes. A alimentação do ar de combustão pode ser feita pelo próprio ar que circula no duto, quando as condições possibilitem comburente suficiente, ou por alimentação independente com ventilador externo. Tais condições do ar se referem à velocidade e ao teor de oxigênio. Esses queimadores são geralmente modulados, permitindo diversas configurações geométricas na seção do duto. O sistema de controle de potência e demais componentes ficam instalados fora do duto. • Queimadores infravermelhos são do tipo pré-mistura gás-ar apresentando uma chama com formato de superfície, geralmente plana ou cilíndrica, que aquece uma malha metálica ou cerâmica tornando-se radiante/convectiva. É muito aplicada quando necessário o aquecimento de superfícies por radiação.

E, finalmente, a classificação dos queimadores pelos seus estágios operacionais, podendo ser: • Queimadores de estágio único, onde opera com potência fixa, do tipo “on-off” ou liga-desliga, geralmente unidades de baixa potência raramente superando 600 kW. • Queimadores de duplo estágio, operando em chama alta ou chama baixa, considerados como potências nominais da ordem de 800 a 2.000 kW. A seleção das potências ideais seria aquela onde a demanda térmica do processo variasse entre essas duas chamas, evitando o desligamento do queimador. • Queimadores modulantes, aqueles onde a alta potência varia continuamente entre os valores mínimos e máximos. As eficiências de combustão mais elevadas, para cada caso, exigem a modulação proporcional entre as vazões de combustível e de comburente em cada posição de potência, o que nem sempre se verifica na prática.

Vistas as principais classificações, nos próximos artigos será apresentado cada tipo de queimador, com descrição mais detalhada. Aguardem.

Inscreva-se no site aquecimentoindustrial.com.br, para receber todas quartas-feiras nossa news em seu e-mail, basta colocar nome, e-mail e sua área de interesse!