Desafio
Uma usina de energia de ciclo combinado 3x1, 885 MW, no leste dos EUA buscava melhorar a proteção dos ativos durante as operações de ciclagem e, ao mesmo tempo, maximizar a geração de energia por meio da eficiência aprimorada do condensador de superfície de vapor. O cliente procurou a Veolia para encontrar uma solução. A equipe recomendou o uso do inibidor de corrosão de película volátil patenteado da Veolia, Polyamine Plus*.
O Steamate* PAP7010 usa a química de filmagem de poliamina Plus da Veolia e forma uma película de barreira hidrofóbica em superfícies metálicas, protegendo todas as superfícies tocadas com água e vapor, incluindo tubulações, caldeira/evaporador e condensador de superfície. A tecnologia de filmagem minimiza as interrupções e os custos de manutenção, melhorando o controle de corrosão on-line e off-line e limitando o transporte de óxidos metálicos para a caldeira. O filme de barreira hidrofóbica desenvolvido pela PAP7010 também tem um impacto positivo no desempenho do condensador de superfície de vapor. O filme promove a condensação dropwise em oposição à condensação filmwise (Figura 1), que foi documentada para melhorar a transferência de calor. Nossa pesquisa em colaboração com o Departamento de Energia dos EUA (DOE) demonstrou esta aplicação em escala laboratorial (1), mas aplicações de campo ainda não haviam sido realizadas.
Solução
A equipe técnica da Veolia trabalhou em estreita colaboração com o cliente para desenvolver um plano para introduzir o Steamate* PAP7010 no sistema de condensado resultante da interrupção de mola da fábrica. Ao mesmo tempo, a equipe implantou o programa avançado de análise de condensadores Empower* da Veolia. O Empower seria utilizado como ferramenta crítica de monitoramento digital para avaliar a melhoria da eficiência do condensador durante o tratamento. O objetivo foi replicar os resultados laboratoriais observados durante o estudo DOE em uma aplicação de campo em escala real. A usina de energia melhora a eficiência do condensador por meio da condensação em gotas com película Polyamine Plus* ESTUDO DE CASO I Power 2.
Foram necessários aproximadamente 90 dias para que todo o circuito de vapor fosse completamente tratado com o filme, usando uma abordagem passo a passo e metódica para a introdução da nova química. Uma vez que o sistema foi totalmente passivado, a melhoria na eficiência do condensador foi mensurável e sustentada.
Resultado
A análise avançada Empower calculou uma melhoria de 1,6% em seu fator de limpeza do condensador (CCF), um indicador de desempenho padrão aprovado pela indústria. A melhora iniciou-se 3 meses após o início do tratamento com Poliamina Plus, quando o sistema estava totalmente passivado, como pode ser observado na Figura 1. Os ganhos de eficiência do condensador são impressionantes, considerando que foram realizados sob carga total durante o calor do verão, quando as temperaturas da água de resfriamento de entrada estavam em seu pico. A melhoria resultante na eficiência do condensador capturada pela Empower produziu uma economia anualizada de combustível excedente superior a US$ 50.000 por ano, utilizando US$ 2.50/MMBtu como custo médio de combustível para o gás natural. O ganho de eficiência da condensação em gotas também reduziu as emissões projetadas de dióxido de carbono da pilha da estação em ~4,200 lbs./h, ou mais de 16,500 MT CO2 por ano, se considerarmos a carga total.
Como mais uma prova de que a transição da condensação filmwise para gotas teve um impacto positivo no desempenho da geração de energia, a equipe plotou a contrapressão do condensador durante o ano anterior à adição de Polyamine Plus contra a contrapressão do condensador durante a aplicação. Em temperaturas e carga semelhantes à água de resfriamento de entrada, o condensador filmado PAP7010 demonstrou uma redução de 0,5 em Hg (abs) (0,25 psi) na contrapressão. Essa redução pode ser vista claramente na Figura 2. A redução da contrapressão diminui a entalpia da saída da turbina a vapor, permitindo que mais energia seja gerada.
A adição do Steamate PAP7010 ao circuito de vapor da usina de energia não apenas forneceu recursos aprimorados, mas também produziu melhorias mensuráveis na eficiência do condensador. Os ganhos de eficiência do condensador estão de acordo com estudos laboratoriais anteriores que validaram a capacidade do Polyamine Plus de facilitar a condensação gota a gota no condensador de superfície de vapor e, assim, melhorar a transferência de calor, proporcionando um valor operacional e ambiental significativo aos operadores.