Concepção de bicos injetores de diesel para ignição de carvão em geradores de vapor

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Vanz, Raul
• Orientador(a): Schneider, Paulo Smith
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Dinâmica dos fluidos computacional; Combustão; Óleo diesel
• Palavras-chave em Inglês: Diesel injector proposal; Nozzle CFD analysis; Atomization modeling; Diesel combustion modeling
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/215022

O presente trabalho é parte de um Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento realizado na Usina Termoelétrica de Pecém, pertencente ao grupo EDP. Atualmente, a Usina passa por alta intermitência em função de demandas da ONS, onde os geradores sofrem paradas constantes, fazendo com que o sistema de ignição à diesel seja solicitado com muita frequência para fazer a partida do gerador de vapor. Conforme relatos da equipe de engenharia responsável pela Usina, o uso frequente do sistema de ignição à diesel tem causado problemas relacionados à manutenção deste sistema: entupimentos frequentes devido à carbonização de combustível nos canais internos, tornando necessária a substituição regular e precoce destes; altas temperaturas atingindo algumas regiões do queimador principal durante a queima do diesel, fazendo com que surjam deformações nessas áreas, tendo necessidade de substituição de partes dos queimadores; e do alto consumo de diesel, trazendo gastos excessivos para a operação da planta. Visto isso, o objetivo deste trabalho é a proposição e análise da operação de uma nova geometria de bico injetor de diesel para substituir o atualmente utilizado na Usina, visando minimizar os problemas relatados. O bico injetor utilizado na Usina e a nova geometria proposta são comparados através de uma análise em CFD dos escoamentos multifásicos nos canais e cavidades internas, bem como do escoamento reativo envolvendo atomização e queima do diesel, a fim de buscar subsídios que indiquem a possibilidade de substituição dos bicos injetores. Para estas análises, modelos foram implementados no software comercial Ansys CFX v. 2019R2. A nova geometria possui vantagens quanto a sua construção, facilitando a limpeza e manutenção, evitando que problemas com falhas de usinagem e entupimentos possam ocorrer. Os resultados deste trabalho apontam que o bico injetor proposto possui maior capacidade de mistura de ar e diesel, proporcionando melhor homogeneização das pressões, velocidades e frações das fases em cada orifício de saída, promovendo assim, uma injeção de diesel na câmara de combustão com melhor distribuição e maior energia cinética, o que por consequência contribui para a quebra do filme líquido em gotas menores. Além disso, proporciona um SMD 19% menor, com uma vazão de ar de atomização 16% menor, que o injetor utilizado na Usina. Foi constatada uma redução de 9% na vazão de diesel no bico injetor proposto em relação ao bico atualmente utilizado pela Usina. Quanto a combustão, proporcionou uma diminuição de cerca de 150 K na temperatura do flame holder do ar primário do queimador principal, o que contribui para não haver superaquecimento e deformações. Somado a isso, contatou-se que a chama teve uma melhora de 3% de eficiência, com base na radiação emitida, e os radicais não queimados na saída da câmara de combustão reduziram em 30%, em média. O bico injetor proposto neste trabalho está em fase de testes de operação no gerador de vapor da Usina, e, segundo a equipe técnica responsável pela planta, apresenta um bom desempenho na combustão, não tendo os problemas constatados em testes com outros bicos injetores comerciais.