Uma planta canadense, que processa areias betuminosas, produzindo vapor de 900 psig sofria períodos de escassez de vapor no inverno devido ao aumento da demanda. Essas dificuldades não permitiam maximizar a geração de energia e as operações da planta, obrigando a restrição de atividades importantes.
A planta estava em busca de soluções para prevenir a perda de produção, o que representava um custo elevado, mas, se possível, sem grandes projetos de capital ambiciosos e sem aumentar o consumo de água ou de combustível.
A Veolia acompanhou a equipe de engenheiros da planta para propor a redução da pressão de três desaeradores da planta, de 40 a 20 psig, para diminuir as demandas de vapor nessas unidades durante o ano.
Os desaeradores são unidades térmicas empregadas para remover oxigênio da água de alimentação das caldeiras a vapor. A remoção do oxigênio é necessára para evitar que ele corroa o aço carbono de todo o sistema de caldeira e provoque falhas graves. Em um desaerador, o vapor de baixa pressão se mistura com água de alimentação de entrada, e o processo permite evacuar o oxigênio dissolvido na água. A quantidade de vapor necessário para o processo não é insignificante, pois pode representar de 5% a 15% da vazão total no desaerador.
Eles detectaram que a pressão na qual os desaeradores operavam era superior à necessária, exigindo mais vapor do sistema de caldeira. Se fosse possível reduzir a pressão, haveria mais vapor disponível para outros usos.
Mediante um trabalho conjunto com as equipes técnias e operacionais do cliente, o sistema foi monitorado enquanto a pressão era reduzida gradativamente para assegurar que o oxigênio dissolvido se ajustava às especificações. Se a temperatura da água de alimentação da caldeira caiu em cerca de 15 °C nos desaeradores, a eficiência dos economizadores permitiu que a temperatura da água de alimentação que entrava nas caldeiras não sofresse alterações.
Resultado
Durante 6 meses, a pressão de todos os 3 desaeradores foi reduzida de 40 a 20 psig (figura 1). Nesse período, o nível de oxigênio presente na água de alimentação de saída foi controlado com o uso de um analisador de oxigênio dissolvido on-line e contínuo e, ainda, pelos métodos de validação regulares usando testes de bancada. Os níveis de oxigênio se mantiveram estáveis e muito baixos (<10 ppb O2) durante o teste, o que indicava sua remoção eficiente mesmo com a redução da pressão operacional.
Depois do período de teste, foi determinado que as operações com pressões modificadas dos desaeradores haviam sido positivas e não colocavam em risco a confiabilidade do sistema.
A redução do uso de vapor derivada da menor pressão do desaerador resultou na disponibilidade direta de 2,68 milhões de lbs de vapor para aumentar a geração de energia e a produção da planta.
Em base anual, esse aumento na disponibilidade de vapor gerou:
• Economias de 322,7 milhões de USG de água por ano devido à redução de vapor
• Diminuição extra de 16.3 milhões de USG de água por ano ao reduzir os efluentes do pré-tratamento da caldeira
• Economia de energia e combustível de 3,55 milhões de GJ
• Economia anual de US$ 23,4 milhões proveniente de menores custos de energia e de combustível, e da incidência no imposto de carbono.
• Foram eliminadas 182,465 megatoneladas de emissões de CO2 anualmente
Além disso, ao aumentar a produção de vapor disponível, o cliente pôde assegurar o cumprimento dos requisitos de vapor durante os meses mais frios do inverno e a maximização da geração de eletricidade e da produção da planta.
Figura 1: Amostra dos dados operacionais do desaerador 1 durante o teste de redução de pressão com 6 meses de duração