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Silo de alimentação

Por causa do alto grau de imprevisibilidade da biomassa este é um ponto que merece atenção. Geralmente, em muitas caldeiras, esse é o ponto mais crítico e susceptível a quebra e, se isto acontecer, sua caldeira poderá ficar parada por horas. Portanto , investir em um silo dosador mais robusto vale cada centavo. Pensando nisso, a Burntech desenvolveu dois modelos principais de silos de alimentação, ambos projetados para condições críticas de combustível e operação. Os dois modelos são:

 

Silo dosador de rosca e silo dosador fundo móvel,também conhecido como silo gaveta.

Silo dosador de rosca

  • Destinado ao uso de combustíveis úmidos e de baixa qualidade, com muitos detritos, pedaços de madeira e cascas. Dotado com um sistema hidráulico com força suficiente para cisalhar pequenas toras de madeira, sendo esta a principal vantagem sobre o silo dosador de rosca.
  • Toda a parte inferior deste silo, inclusive as gavetas, é construída com chapas com espessura 5/8” (16mm).
  • A faca e contra-faca de corte são em aço especial de alta dureza.
  • Diferente dos silos de gaveta tradicionais, neste modelo, a gaveta avança até dentro do início do túnel de alimentação mantendo-o sempre cheio de combustível semi-compactado que cumpre a função de garantir a vedação da fornalha.
  • O túnel de alimentação é equipado com um transmissor de temperatura que, em caso de incêndio, abre a válvula automática de injeção de água e para a gaveta (êmbolo) na posição avançada de forma a bloquear mecanicamente a ligação entre silo e fornalha.
  • Este tipo de silo não é o mais indicado para combustíveis secos devido a maior propensão a incêndios.

Silo dosador fundo móvel (Gaveta)

  • Destinado ao uso de combustíveis úmidos e de baixa qualidade, com muitos detritos, pedaços de madeira e cascas. Dotado com um sistema hidráulico com força suficiente para cisalhar pequenas toras de madeira, sendo esta a principal vantagem sobre o silo dosador de rosca.
  • Toda a parte inferior deste silo, inclusive as gavetas, é construída com chapas com espessura 5/8” (16mm).
  • A faca e contra-faca de corte são em aço especial de alta dureza.
  • Diferente dos silos de gaveta tradicionais, neste modelo, a gaveta avança até dentro do início do túnel de alimentação mantendo-o sempre cheio de combustível semi-compactado que cumpre a função de garantir a vedação da fornalha.
  • O túnel de alimentação é equipado com um transmissor de temperatura que, em caso de incêndio, abre a válvula automática de injeção de água e para a gaveta (êmbolo) na posição avançada de forma a bloquear mecanicamente a ligação entre silo e fornalha.
  • Este tipo de silo não é o mais indicado para combustíveis secos devido a maior propensão a incêndios.

Grelha

  • Grelha WVT fixa-móvel, de combustão pirolítica, tecnologia adquirida da Alemanha em 1986, transforma resíduos orgânicos em energia térmica, sem produzir fumaça ou contaminar o meio ambiente, mesmo que esses combustíveis tenham alta porcentagem de umidade.
  • É o sistema mais versátil para queima de biomassa e ainda é utilizado como solução em modernas plantas WTE.
  • Na Alemanha a tecnologia WVT passou por inúmeros testes de segurança e medições sobre a sua forma de funcionamento e níveis de poluição, recebendo aprovação do TÜV (Sociedade de Controle Técnico).
  • O controle do tempo de retenção do combustível sobre a grelha quase que independe da gravidade e da injeção do ar, ou seja, é dado totalmente pelo movimento de avanço e recuo da grelha.
  • A quantidade de movimento pode ser distinta nas diferentes zonas de queima.
  • A cada movimento o combustível é revolvido proporcionando um ótimo contato com o ar.
  • Permite ajuste na extensão do movimento para compensar a sua frequência. Logo, se é necessário mais tempo de permanência na grelha, podemos reduzir o curso do movimento e aumentar a sua frequência, de modo a melhorar o contato ar/combustível sem reduzir o tempo de permanência do combustível.
  • Totalmente refrigerada pelo próprio ar de combustão (não possui tubos de água na grelha).
  • Teor de não queimados menor que 2%.
  •  

Fornalha

Ao contrário do que muitos pensam não é a superfície de transferência de calor o principal fator a ser considerado, mas, sim o volume. Uma fornalha para queima de biomassa deve ter volume suficiente para garantir um tempo de residência de, no mínimo, 2s aos gases. O ideal é trabalhar com valores bem maiores do que este.

O segundo fator mais importante a considerar é a área revestida por refratário. O refratário atua como um volante térmico que garante altas temperaturas de combustão. Quanto mais úmido o combustível, mais refratário. De um modo geral, melhor ter mais refratário do que menos.   Mas atenção ao ponto de fusão das cinzas.

Uma boa fornalha não pode ter pontos de acúmulo de cinzas. Ser obrigado a parar a caldeira para limpar a fornalha frequentemente certamente lhe custará mais do que a quantia que se paga a mais para ter uma fornalha isenta deste problema.

Por último, avalia-se a superfície de transferência de calor e ela só tem uma função: transferir calor o suficiente para garantir que as cinzas volantes deixem a fornalha numa temperatura inferior ao ponto de fusão, de modo a não impregnar os trocadores imediatamente posteriores.

  • Maior fornalha vertical do mercado, totalmente vertical de 01 passe de gases; (VRT); 
  • Cálculo do volume da fornalha considerando apenas área plana em projeção; 
  • Fornalha com passe ascendente de baixa velocidade e baixo arraste; 
  • Tempo maior de residência dos gases na fornalha maior; 
  • Todas paredes refrigeradas; 
  • Refratário em toda a câmara de combustão.

Tambor de Vapor

Do ponto de vista da combustão, é um item específico para caldeiras flamotubulares.

A queima de biomassa produz uma boa quantidade de cinzas volantes que são bastante abrasivas. Neste ponto, o cuidado a ser tomado na escolha da caldeira é a velocidade de entrada dos gases nos tubos de chama. Há valores que, se ultrapassados, implicam na erosão destes tubos e, frequentemente, a caldeira terá que parar para fazer a troca destes tubos. Além disso, a alta velocidade vai gerar maior resistência para o fluxo dos gases limitando a capacidade de resposta da caldeira e aumentando o consumo de energia elétrica pelo exaustor de tiragem.

A superfície de transferência de calor afeta, em primeira instância, o rendimento da caldeira e, depois, a sua capacidade. Geralmente, caldeiras a biomassa tem capacidade limitada pelo subdimensionamento do aparato de combustão e não pela pouca superfície de transferência.

  • Tambor de vapor com um ou mais passes de gases de baixa velocidade;
  •  O tambor de 01 passe tem perda de carga 4 vezes menor em comparação às caldeiras convencionais; 
  • Modelos que permitem operar a 120% da carga em modo contínuo e picos de 140% sem risco de erosão nos tubos de chama.

Economizador

Toda biomassa contém algum teor de enxofre. Em função deste teor podemos determinar a temperatura de orvalho do enxofre em cada parte da caldeira. É importante que a temperatura de metal dos tubos do economizador seja calculada tal que, fique sempre acima do ponto de orvalho.

O economizador Burntech é composto por tubos lisos. Portanto, de fácil limpeza feita pelos sopradores de fuligem e de fácil manutenção e aquisição de tubos novos no futuro.

Evitamos economizadores aletados. Mesmo com os melhores sistemas de sopragem de fuligem, é impossível mantê-los limpos e os depósitos de cinzas aumentam a corrosão, obstruem o fluxo e reduzem a transferência de calor.

  • Dispositivo com serpentina no tubulão de vapor previsto quando a temperatura de água de alimentação é menor que 95°C;
  • Com 1 passe de gases na descendente, sem moega e sem ponto de acúmulo de cinzas; 
  • Proteção contra condensação e corrosão por um dispositivo termodinâmico que garante que quanto menor a carga da caldeira maior é a temperatura de metal dos tubos; 
  • Pré aquecimento de água, evitando condensação e corrosão.

Pré-ar

O ar pré-aquecido é de suma importância para quem pretende queimar combustíveis com umidade superior a 35%.

A problemática é parecida com a do economizador. Desta forma empregamos o fluxo de ar/gás em paralelo, arranjo que garante que a temperatura de metal dos tubos seja sempre maior do que o ponto de orvalho do enxofre protegendo os tubos da corrosão. Além disso exclui-se a necessidade de tubos de aço inox.

Quando uma caldeira a biomassa migra de um combustível extremamente úmido para um combustível extremamente seco, ou trabalha por um longo período em baixa carga (ex:30% da carga nominal) o ar pré-aquecido pode se tornar um problema. 

Problema que não ocorre mais nos pré-aquecedores da Burntech, pois o pré-ar é equipado com um dispositivo que oferece a possibilidade de controle da temperatura dos gases de saída.

  • Garantia de temperatura de metal fora da faixa de condensação garantido a vida útil dos tubos;
  • Apenas 1 passe de gases na descendente, sem moega e sem ponto de acúmulo de cinzas;
  • Arranjo com fluxo ar/gás em paralelo garantido maior temperatura de metal em todos os tubos evitando o ponto de orvalho enxofre protegendo os tubos da corrosão;
  • By-pass proporcional automático no lado ar garantindo boa temperatura de metal do tubos do pré-ar mesmo com a caldeira em baixa carga ou queimando combustível seco.

Controle de Emissões (Filtros)

A limpeza dos gases, no quesito retenção de material particulado, é feita por ciclones de alta eficiência de última geração que fazem uso de tecnologia de ponta como o modelamento matemático do fenômeno da aglomeração de partículas. Um sistema robusto, de baixíssima manutenção, sem necessidade de mecanismos de limpeza, como jatos pulsantes, que consomem ar comprimido e energia. 

Outra opção é o uso do filtro mangas. O filtro mangas Burntech é especialmente projetado para lidar com as peculiaridades da combustão da biomassa. Menor velocidade de ascensão, branda razão ar/pano, entre outros, eliminam o risco de saturação e garantem menor consumo de ar comprimido para limpeza.  

Outros sistemas disponíveis são: 

Precipitador Eletrostático Via Úmida (10mg/Nm3); 

Precipitador Eletrostático Via Seca (25mg/Nm3); 

Filtro Mangas (50mg/Nm3);

Ciclones de Alta Eficiência (70mg/Nm3); 

Microciclones Tangenciais (240mg/Nm3);

Multiciclones Axiais.

Ventiladores

Os ventiladores são os pulmões da caldeira. Se eles forem mal dimensionados a caldeira não “respira” bem e não conseguirá garantir boas retomadas. O ideal é que a potência instalada seja de aproximadamente 2x a potência consumida quando a caldeira estiver operando em carga nominal com o pior combustível.

Ventiladores são uma especialidade. Dificilmente um fabricante de caldeiras conseguirá desenvolver e produzir ventiladores com a eficiência, qualidade e durabilidade de um fabricante especializado. Por isso, a Burntech opta por fornecer a caldeira com ventiladores de fabricantes especializados.

Uma caldeira com um circuito de gases de baixa resistência (baixa perda de carga) pode reduzir em até 40% o consumo de potência do exaustor de tiragem e isso é economia de energia elétrica.

Ventiladores com transmissão por polias e correias podem se tornar mais baratos pelo uso de motores de maior rotação (menor número de pólos). No entanto, esse tipo de transmissão pode absorver mais de 5% da potência e exige mais manutenção.            O ideal é que o cliente gaste um pouco mais para investir em ventiladores com transmissão direta que são mais confiáveis

A Burntech opta por instalar em suas caldeiras somente ventiladoras de alta eficiência e com garantia de desempenho. 

Dutos projetados com geometria extremamente simples e circuito de gases de secções amplas e sem pontos de acúmulo de cinzas, para perda de carga mínima; 

Soprador de fuligem automático;

Extração de cinzas automática;

Escadas e plataformas em vigas estruturas com guarda corpos de acordo  NR 12.

Chaminé

A questão mais crítica na chaminé é a corrosão e, também, está relacionada ao ponto de orvalho do enxofre.

Este problema pode ser bastante mitigado quando se conhece o teor de enxofre do combustível e, assim, o ponto de orvalho. Isto permite dimensionar e preparar a caldeira para evitar a faixa de temperatura em que o orvalho acontece.

Investir em uma chaminé de aço cortén (SAC350, por exemplo) vale a pena. A vida útil pode ser de 3x a 4x maior.

Características Gerais

Sistema de Automação

Um dos principais aspectos de um sistema automático é a modificação de operações antes realizadas manualmente, para que sejam realizadas com um conjunto de componentes tecnológicos. É necessário ressaltar que seu objetivo não é substituir a mão de obra humana, e sim facilitar, otimizar o trabalho e aumentar a segurança do sistema.

A automação aplicada a caldeira pode trazer inúmeras vantagens, com ênfase na segurança da operação, sendo feita a distância na sala de controle, facilitando a análise e a tomadas de decisões humanas, devido a união dos diferentes sistemas englobados em um único sistema de supervisão com diferentes alarmes e medidas de controle que preveem e evitam possíveis situações de emergência.

Por isso, a importância de automatizar a caldeira, além de envolver processos que são críticos para um ajuste manual, com isso garantiremos uma maior segurança devido às malhas de controle e intertravementos implementados. Levando, a diminuição de trabalhos repetitivos e manuais, garantindo uma maior otimização do processo, e por consequência gerando diversas economias, como a de energia (elétrica e térmica), reduzindo gastos desnecessários.

CLP (Controlador Lógico Programável)

Considerado o cérebro da caldeira por controlar os equipamentos e processo, é um computador de pequeno porte e altamente robusto para ser utilizado em diferentes ambientes industriais. Pode ser programado através de Ladder, blocos funcionais, texto estruturado, grafcets e ainda lista de instruções. Alguns CLPs mais modernos já aceitam linguagens mais inteligentes, como o Python.

 É extremamente importante a correta especificação da CPU, para evitar falhas e atrasos nos sistemas de controle instalado para uma perfeita operação.

Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados

Conhecido com SCADA ou simplesmente supervisório, são softwares destinados a promover a interface entre Homem e a Máquina. O objetivo é permitir a comunicação com o CLP, capturando e armazenando as informações, para permitir analise e tomada de decisões através de relatórios estatísticos, otimização de processos e controle de qualidade. 

As vantagens de ter um supervisório na planta, são:

  • Análise de Propensão: Obter informações no histórico de dados, para tomar ações de otimização do processo e maximizar a produção e reduzir desperdícios.
  • Operação Remota: Intervir no processo a distância.
  • Geração de Relatórios e Gráficos:  Para ajudar na obtenção de propensão e ou prospecção do processo, além de guardar e descrever os alarmes.

Alarmes:  Sinalizar em tempo real, as iminências de falhas e ou falhas que ocorrem no processo, registrando-as.

Sensores e Transmissores

São os dispositivos responsáveis por detectar e mensurar as diversas variáveis do processo, e dessa forma prover a realimentação do sistema de controle e auxiliar nos diversos ajustes do processo. 

É de extrema importância um projeto de instrumentação bem especificado, de acordo com as diferentes pressões, temperatura, níveis e equipamentos utilizados. Pois os sensores agem como sendo os “sentidos” da caldeira.

Atuadores

É um dispositivo que produz movimento, responsável por fornecer a força motriz no equipamento.  São os elemento finais do controle, podem ser:

  • Hidráulicos: São utilizados quando se exigem uma grande quantidade de força, normalmente alimentados por óleo hidráulico. São empregados principalmente no sistema de alimentação da caldeira, unidades hidráulicas para movimentação de grelhas, silos de alimentação e fundos moveis.
  • Pneumáticos: São adequados para aplicações que demandam movimentos lineares curtos, alimentados por ar. Devido ao baixo custo e a excelente empregabilidade, são utilizados principalmente em válvulas de controle e cilindros pneumáticos.

Elétricos: Empregados principalmente onde exigem movimentos angulares e de rotação, são conhecidos pela excelência na precisão quando utilizados juntamente com inversores de frequência. São aplicados nos diversos equipamentos que exigem motores elétricos, como exemplo os ventiladores, roscas e bombas hidráulicas ou de alimentação da caldeira.

Principais Controles

O controle geral de uma caldeira pode ser comparado com o cérebro, responsável por controlar nossa forma de agir, é ele que gerência nosso funcionamento, e assim como nosso corpo a caldeira é composta por diferentes “órgãos” que seriam os processos que ela executa. Caso não haja um controle otimizado, por melhor que sejam os equipamentos que englobam a sistema, não serão plenamente usufruídos. Prezamos muito pelo desenvolvimento desses controles, através de uma equipe técnica capacitada para gerar pesquisa e desenvolvimento, e executar as melhores estratégias de controle nos nossos equipamentos. 

Um sistema de controle moderno, estabelece os seguintes ganhos:

  • Melhora a eficiência da combustão, reduzindo o consumo de biomassa, e consequentemente, reduzindo o excesso de ar;
  • Alto nível de segurança;
  • Reduz os requisitos de mão de obra, respondendo automaticamente às mudanças de carga, garantindo maior segurança;
  • Permite a criação de estratégias de controle flexível para reduzir ou eliminar interrupções no processo;
  • Disponibiliza prontamente os dados para monitoramento remoto, para auxiliar na otimização, eficiência e alocação da carga;
  • Reduz custos operacionais.

Controle de Nível

O objetivo desse controle é manter o nível com a menor variação possível, para se economizar água e energia térmica. Algo que dificulta muito o controle de nível é o fenômeno de “contração e expansão” que ocorrem no interior do tambor de vapor devido a alteração da densidade, esse fenômeno ocorre principalmente pelas mudanças bruscas de pressão, ocasionadas principalmente pela demanda de vapor do processo. O aumento severo de nível acontece quando há uma alteração repentina da carga da caldeira, resultando em um aumento do volume das bolhas devido à redução da pressão, ocasionando um aumento no nível (“Expansão”), podendo provocar arraste de água ao processo devido a criação de mini ciclones e até mesmo podendo tocar o eletrodo superior e desligar a bomba de alimentação. Já o fenômeno inverso (“efeito de contração”) acontece quando há uma diminuição na demanda de vapor, a pressão de vapor aumenta reduzindo assim o volume das bolhas, esse processo pode ser severo suficiente para desligar a bomba em nível baixo. 

É essencial levar em consideração esses fenômenos ao traçar a estratégia de controle de nível mais adequada. Devido à grande capacidade de geração de vapor, pequenas capacidades de armazenamento de água, obtenção de um maior rendimento e unidades que experimentam oscilações de cargas rápidas e severas, nós optamos por utilizar o controle a três elementos. 

Esse controle utiliza o fluxo de vapor e água além do nível do tambor. Essa técnica combina o controle em cascata com o controle “feedforward” (Antecipação) e o “feedback” (Controle por realimentação). Nessa técnica o controle em cascata se dá pelos 2 controladores, sendo o controle de nível o “mestre”, e o controle de vazão de água o “escravo”. O sinal de saída do controlador de nível soma-se ao sinal de vazão de vapor, agindo como uma antecipação. Desse modo, a somatória desses sinais é o “setpoint” remoto do controlador de água realimentado pela vazão de água. O sinal de saída desse controle irá modular a válvula de controle ou diretamente o inversor de frequência das bombas de alimentação. Abaixo temos o diagrama “SAMA” para melhor exemplificação.

Controle de Pressão da Fornalha

A finalidade desse controle é controlar o sistema de combustão, suprindo a demanda de calor necessária. O sistema de combustão de uma caldeira à biomassa é englobado pelo sistema do silo de alimentação (Roscas ou Gavetas), ar primário, ar secundário e grelha. A importância de ter esse sistema bem ajustado, representa fornecer a quantidade correta de energia térmica para o sistema. A estratégia de controle de realimentação em paralelo é o mais usual, devido a sua simplicidade, confiabilidade, capacidade de resposta e sua eficácia no custo. Isso se deve a utilização de uma única variável medida, realimentando diretamente o bloco de função PID da pressão, utilizando o sinal de saída para modular os equipamentos com valores de correlações distintos. Abaixo segue o diagrama “SAMA” para representação.

Controle de Pressão do Tambor de Vapor

O objetivo do controle de pressão é manter uma pressão constante na fornalha, a maioria das nossas caldeiras funcionam com tiragem forçada, através de um exaustor, dessa forma trabalhamos com pressões negativas. Através desse controle são evitados as excursões de fogo e gases quentes para fora da caldeira, prevenindo ferimentos aos colaboradores e incêndio no silo de alimentação. O ajuste ideal dessa malha, é manter o setpoint próximo de -5 mmH2O, gerando uma boa relação com rendimento da caldeira e a segurança. 

O controle de pressão da fornalha pode ser alcançado por controle de realimentação simples, onde o sinal de pressão medida no interior da fornalha é traduzido para um sinal elétrico, enviado ao controlador PID que modula o sinal de controle de saída para atuar no Exaustor (Ventilador de Tiragem).

Para melhorar o sistema, ainda pode ser utilizado redundância no transmissor de pressão, para maior nível de segurança!

Qualidade

O Sistema de Gestão da Qualidade baseado na ISO 9001 e Diretiva PED/CE, estabelecem os parâmetros de fabricação e a garantia da qualidade Biocal.

Compromisso

A Burntech segue uma série de normas e códigos que garantem a qualidade de seus produtos, a satisfação dos seus clientes e um bom ambiente de trabalho aos seus colaboradores.

Tradição

Com mais de 50 engenheiros e técnicos altamente especializados, a Burntech se destaca pela experiência de mais de 800 equipamentos fabricados e instalados ao longo de 04 décadas de história.