BR112018012229B1 - Método de limpeza de superfícies de transferência de calor de uma casa de força - Google Patents

Abstract

Um método de limpeza de uma superfície de transferência de calor que está ligada a uma estrutura de alvenaria de uma caldeira de combustão, em cujo método a superfície é limpa por jateamento de partículas sólidas sobre ela. De acordo com a presente invenção, a jateamento é realizado em uma pressão de 784,5-1176,8 kPa (8-12 bar), em condições essencialmente isentas de água, utilizando partículas de escória de metal, cujo tamanho das partículas é aproximadamente 0,3-3,0 mm. Em particular, utiliza-se uma escória de níquel ou cobre, em cujo caso, em condições secas, é possível remover a sujeira das superfícies de metais de objetos que sejam difíceis de limpar, sem danificar a superfície. Ao mesmo tempo, é possível evitar o efeito prejudicial da água que flui da superfície a ser limpa para as estruturas que estão em contato com a superfície ou estão próximas da superfície.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um método de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 de limpeza da superfície de transferência de calor que está em ligação com a estrutura de alvenaria de uma caldeira de combustão.

[0002] Em tal método, a superfície é limpa por jateamento de partículas sólidas sobre ela.

[0003] A presente invenção também se refere ao uso de acordo com a Reivindicação 15.

[0004] As superfícies de transferência de calor de usinas de energia são tipicamente limpas usando jateamento de areia. Neste caso, a areia (tipicamente areia peneirada) é usada no jateamento de areia, e a água é usada para ligar os finos, para evitar o pó causado pelas partículas de areia. Este método de jateamento a úmido provou ser problemático em vários aspectos.

[0005] Ao queimar madeira ou combustíveis fósseis, também são gerados na caldeira enxofre e compostos orgânicos que são derivados da combustão. Ao proporcionar a água para as cinzas que permanecem sobre as superfícies de fogo, vários ácidos e ácidos fracos começam a se formar na caldeira. No entanto, não é possível limpar completamente a caldeira com água. Em vez disso, a cinza residual permanece úmida e ácida. Os ácidos e os ácidos fracos começam a corroer o aço. A umidade também pode atingir a parte interna e as aberturas da alvenaria e, ao mesmo tempo, causar corrosão.

[0006] Quando a cinza levemente úmida seca, ela se torna quase tão dura quanto o concreto. As lavagens repetidas com água acumulam gradualmente mais e mais superfície dura nos tubos, o que reduz a eficiência da produção de calor e reduz o fluxo de gases. A remoção da cinza endurecida de dentro dos pacotes dos aquecedores ecológicos e dos superaquecedores é muito difícil e trabalhoso, em algumas soluções estruturais, até impossível e, como resultado, a única possibilidade pode ser substituir parte ou toda a estrutura.

[0007] Também deve ser observado que as alvenarias absorvem umidade. A fase de aquecimento do estágio inicial é estendida porque as alvenarias devem estar “secas”. Em tais casos, é bem possível que as alvenarias falhem.

[0008] Na técnica anterior, são descritas várias alternativas para o uso da areia no jateamento. Tais materiais incluem os grãos de aço e a areia de aço, a escória de cobre, as contas de vidro, as pelotas de metal, o gelo seco, o coríndon e até as cascas de coco moídas e os grãos de milho.

[0009] A Publicação do Pedido de Patente CN No. 102313288 descreve uma solução em que as superfícies de transferência de calor são limpas usando partículas de superfície lisa. Em particular, as partículas descritas na publicação são partículas metálicas ou não metálicas ou partículas compósitas tendo uma densidade de 2-8 g/cm3.

[0010] A Publicação de Pedido de Patente DE No. 19723389 descreve a limpeza da parte interna das plantas de caldeira onde os gases de combustão estão utilizando partículas de aço esféricas.

[0011] A Publicação de Pedido Internacional WO 0138815 sugere limpeza por jateamento das superfícies de transferência de calor usando cinza grosseira que é gerada a partir da incineração da lama.

[0012] A Publicação do Pedido de Patente JP No. 2002098323 descreve o uso de grãos de escória granulada para remover, utilizando a limpeza por jateamento, os resíduos de metal que estão aderidos ao tubo de escape de um forno eléctrico. O metal é gerado ao fundir, em um forno elétrico, os resíduos de queima que são gerados a partir da queima do lixo municipal.

[0013] Além disso, a tecnologia conhecida é divulgada nos Relatórios Descritivos das Patentes US Nos. 4 348 340 e 4 666 083.

[0014] Os métodos de jateamento a seco também são anteriormente conhecidos. Um exemplo de tal método é a solução que é descrita na Publicação de Pedido de Patente EP 2 113 339, na qual são utilizados carbonatos de metais alcalinos para limpeza por jateamento de superfícies sólidas. De acordo com a publicação, os carbonatos de metais alcalinos proporcionam uma limpeza eficiente das superfícies, sem formação de pó ou danificar as superfícies. Os materiais adequados mencionados na publicação são, em particular, os carbonatos naturais, tais como o carbonato de cálcio e a dolomita. Estes podem ser usados, por exemplo, para remover resíduos de tinta, alimentos e fármacos do interior.

[0015] Conforme acima descrito, até o momento, nenhuma solução tinha sido proposta com a qual seria possível remover depósitos resistentes, que são gerados nas temperaturas que são típicas para caldeiras de combustão, sem danificar as superfícies e sem a formação de pó, o que é característico da areia.

[0016] Na presente invenção, nós descobrimos inesperadamente que o objetivo acima mencionado pode ser atingido utilizando, para o jateamento, partículas de escória de níquel ou partículas de granito de cobre ou partículas de escória de metal semelhantes, em condições essencialmente secas.

[0017] Assim, de acordo com a presente invenção, a superfície de transferência de calor da caldeira de combustão, especialmente a superfície de transferência de calor que está ligada a uma estrutura de alvenaria, é limpa por jateamento sobre ela, em condições isentas de água, de partículas de escória de metal tendo um tamanho das partículas de aproximadamente 0,3-3,0 mm, e uso de uma pressão de jateamento de 784,5-1176,8 kPa (8-12 bar).

[0018] Assim, a presente invenção também compreende o uso de partículas de escória de metal para limpeza da superfície de transferência de calor que está em ligação com uma estrutura de alvenaria, usando tratamento por jateamento.

[0019] Mais especificamente, o método de acordo com a presente invenção é caracterizado principalmente pelo que é especificado no preâmbulo da Reivindicação 1.

[0020] O uso de acordo com a presente invenção, por sua vez, é caracterizado pelo que é especificado na Reivindicação 15.

[0021] Vantagens consideráveis são atingidas com a presente invenção. Ao substituir a areia na limpeza por jateamento pelas partículas de escória de níquel ou granito de cobre ou por partículas de escória de metal semelhantes, em condições secas, é possível remover a sujeira sobre a superfície de metal em objetos que sejam difíceis de limpar, sem danificar a superfície. Ao mesmo tempo, é possível evitar o efeito prejudicial da água que flui da superfície a ser limpa para as estruturas de alvenaria que estão em contato com a superfície ou estão próximas da superfície.

[0022] Além disso, verificou-se que o pó é consideravelmente menor do que no jateamento por areia, embora a operação seja realizada em condições isentas de água, o que contribui para o desempenho do trabalho.

[0023] As partículas de escória, que representam a fração de resíduos, e que de outro modo não podem ser utilizadas em qualquer aplicação significativa, formam um material econômica e tecnicamente vantajoso que, se necessário, pode ser moído e graduado para obter uma fração desejada.

[0024] As partículas de escória de cobre e níquel são particularmente bem adequadas para a limpeza de superfícies de transferência de calor de aço, porque as escórias de níquel e cobre não compreendem quantidades significativas de compostos de ferrita. Isto, por sua vez, significa que ao limpar as superfícies de aço com escória de níquel ou cobre, não aparecem problemas de corrosão, o que não é o caso ao jatear com escórias de metal que compreendem os compostos de ferrita, ou ao jatear com, por exemplo, partículas de aço que também compreendem compostos de ferrita.

[0025] A seguir, as modalidades serão examinadas mais de perto com o auxílio da descrição detalhada que as acompanha.

[0026] Na aplicação da presente tecnologia, as superfícies de transferência de calor de uma casa de força, em condições secas, são limpas usando uma fração fina de um produto residual gerado em um processo metalúrgico. Em uma modalidade, especialmente as superfícies de transferência de calor que estão ligadas às estruturas de uma caldeira de combustão, em particular as estruturas de alvenaria de uma caldeira de combustão, são limpas.

[0027] Tipicamente, a superfície a ser limpa compreende compostos contendo enxofre ou silicato que são gerados quando se queima a madeira ou os combustíveis fósseis ou as suas misturas, e possivelmente cinza, coque ou escória que compreendem compostos orgânicos (tais como os compostos semelhantes ao alcatrão).

[0028] Especialmente, em uma modalidade, os depósitos e as camadas de lama semelhantes, que são gerados durante o processo de combustão, são removidos das superfícies de metais sem os danificar substancialmente.

[0029] Na presente tecnologia, a operação é realizada essencialmente em “condições isentas de água”. Na prática, isso significa que a água ou as soluções aquosas não são alimentadas, juntamente com as, ou separadamente das, partículas jateadas, ao objeto a ser limpo. Tipicamente, nenhuma água ou solução aquosa de qualquer jeito é alimentada. No entanto, se juntamente com as partículas, a umidade acabar no objeto a ser limpo, a operação em condições isentas de água significa que, devido ao efeito do jateamento de partículas, a água condensada não flui da superfície a ser limpa para a estrutura adjacente, a qual, por exemplo, é a alvenaria.

[0030] Tipicamente, a superfície a ser limpa é uma superfície de transferência de calor. No entanto, o método também pode ser utilizado para limpar outras superfícies de uma estrutura de caldeira de uma casa de força, superfícies essas que compreendem impurezas, incluindo os depósitos de cinzas, coque e/ou escória que são gerados a partir da combustão.

[0031] Em uma modalidade, a estrutura a ser limpa é parte de uma caldeira de energia, tal como uma caldeira de aquecimento, ou parte de uma caldeira de recuperação, tal como um forno para a requeima de lama de cal ou uma unidade de recuperação de soda.

[0032] A superfície de transferência de calor pode ser uma superfície de metal, tipicamente é uma superfície de aço. O aço pode ser, por exemplo, uma liga de aço ferrítico ou austenítico que atenda as normas ASTM A213 ou A213M, respectivamente. Também é possível usar outros tipos de ligas metálicas. No entanto, as superfícies podem ser de um material diferente de metal, por exemplo, uma cerâmica.

[0033] Os exemplos de superfícies a serem limpas são, em particular, a superfície de transferência de calor que forma parte de uma caldeira de aquecimento, tal como os pacotes dos aquecedores ecológicos e dos superaquecedores de caldeiras de grelha ou caldeiras de leito fluidizado.

[0034] Em uma modalidade, a superfície a ser limpa, especialmente uma superfície de metal, tipicamente uma superfície de aço, forma pelo menos parte de um superaquecedor ou pelo menos parte de uma unidade Economizer ou uma Luvo.

[0035] De preferência, a superfície a ser limpa está nas proximidades da alvenaria ou pelo menos parcialmente sobre o topo dela. Tipicamente, a distância até a alvenaria mais próxima, i.e., a superfície de alvenaria, é no máximo aproximadamente 250 cm, normalmente no máximo aproximadamente 150 cm, especialmente no máximo aproximadamente 100 cm, por exemplo, no máximo 50 cm. A superfície de alvenaria pode estar em contato direto com a superfície a ser limpa.

[0036] É bem conhecido que não devem ser resfriadas as partes das estruturas de parede das caldeiras que são projetadas para queimar combustíveis úmidos, e cujas partes mantêm uma temperatura adequada para a secagem e as fases de pirólise. Uma superfície não resfriada é obtida, por exemplo, usando alvenarias. Por exemplo, os tijolos cerâmicos podem ser usados para a alvenaria. Nos pontos da camada de combustível, por sua vez, as paredes do forno são resfriadas, o que pode reduzir os problemas que surgem quando o combustível queimar muito rapidamente nas bordas da grelha.

[0037] Mais apropriadamente, o jateamento é realizado com escória de metal, que está na forma de partículas, em cujo caso o tamanho das partículas da escória de metal é aproximadamente 0,3-3,0 mm.

[0038] Aqui, “escória de metal” significa o subproduto que é gerado na produção ou na limpeza do metal em questão, i.e., em geral “material”, que tipicamente é baseado principalmente em silicato. O material de silicato é, por exemplo, o silicato de ferro, e compreende, além do componente principal, também, por exemplo, metais que são derivados da matéria-prima metálica, e metais alcalino- terrosos, e seus compostos, tais como óxidos, sulfatos, sulfetos e silicatos.

[0039] De acordo com uma modalidade preferida, é utilizada a escória de metal que está essencialmente isenta de compostos ferríticos.

[0040] De acordo com uma modalidade preferida, é utilizada a escória de metal, tal como a escória de níquel ou cobre, cujas partículas são de formato não esférico.

[0041] De preferência, o peso da escória utilizada compreende pelo menos 90% de silicato de ferro (Fe2SIO4) e 1-5% de magnetita (Fe3O4). Além disso, pode compreender óxidos e silicatos de Al, Ca, Mg e Cr (aproximadamente 0,5-5%) e quantidades menores, tipicamente menores do que 1%, em particular menores do que 0,5% de, por exemplo, um ou mais dos seguintes metais: Ni, Cu, Pb, Sn, Sb, Bi e Cd. De acordo com uma modalidade preferida, é utilizada a escória de níquel. Este é um produto residual que é gerado em associação com a recuperação do níquel. Em outra modalidade, o material usado no jateamento é a escória de cobre (granito de cobre).

[0042] As experiências demonstraram que o material de partícula da escória de metal usada deve ter, além de um tamanho das partículas que seja adequado para o jateamento, também uma dureza e peso suficientes. Tipicamente, a dureza das partículas da escória de metal deve ser maior do que aproximadamente 6°, mais adequadamente ainda aproximadamente 8°, na escala de Mohs de dureza, e a densidade deve ser maior do que aproximadamente 3,0 g/cm3, por exemplo, aproximadamente 3,1-4,2 g/cm3, e mais adequadamente aproximadamente 3,3-3,9 g/cm3, ou 3,5-3,8 g/cm3. A dureza pode ser superior a 8° na escala de Mohs, porém, normalmente, uma dureza de aproximadamente 8° (± 0,5°) é suficiente para realizar a limpeza.

[0043] Além de uma gravidade específica suficiente, as partículas devem ter um formato adequado. Assim, o valor da densidade aparente das partículas é, em particular, maior do que 45%, por exemplo, maior do que aproximadamente 50%, ou maior do que 60% da gravidade específica das partículas. Em uma modalidade, a densidade aparente é maior do que 1,8 g/cm3, especialmente 1,85 g/cm3 ou maior.

[0044] Quando a dureza, o formato e o peso do material usado estiverem dentro das faixas descritas acima, a sujeira pode ser removida do objeto a ser limpo. Com uma escória excessivamente leve ou semelhante a aparas, o resultado não será conforme desejado.

[0045] Além disso, nas aplicações preferidas, o tamanho das partículas da escória está dentro de uma faixa pré-selecionada.

[0046] Tipicamente, o tamanho das partículas da escória de metal usada (isto é, o “tamanho de grão”) é aproximadamente 0,3-3 mm. Isso significa que a dimensão máxima de pelo menos 80%, especialmente pelo menos 90%, normalmente pelo menos 95% das partículas está dentro da faixa em questão.

[0047] As presentes partículas podem ser partículas individuais ou aglomerados (grânulos) que são formados de diversas partículas.

[0048] Mais preferivelmente, o tamanho médio de partícula da escória de níquel está dentro da faixa de 0,32,5 mm, por exemplo, 0,5-2,2 mm. Tipicamente, isto significa que a dimensão máxima de pelo menos 90% das partículas, mais apropriadamente pelo menos aproximadamente 95% (em peso) está dentro da referida faixa.

[0049] De modo similar, mais preferivelmente, tipicamente pelo menos 90%, especialmente pelo menos 95%, (em peso) das partículas da escória de cobre têm um tamanho das partículas dentro da faixa de 0,4-2,8 mm, por exemplo, 0,425-2,5 mm (a maior dimensão).

[0050] Em uma modalidade, o tamanho das partículas do granito de cobre (“tamanho das partículas”) é 95% = 0,425-2,8 mm. Isto é, 95% em peso das partículas estão, pelo seu tamanho, dentro da referida região. Aqui, o tamanho das partículas tipicamente significa o tamanho das partículas peneiradas (isto é, o tamanho dos grãos).

[0051] Verificou-se que, com uma distribuição estreita do tamanho das partículas, em que pelo menos 90%, especialmente pelo menos 95% das partículas (em peso) têm o tamanho das partículas definido acima, em particular no que diz respeito à maior dimensão, é possível manter uma pressão predeterminada na corrente de jateamento, em cujo caso é obtido um efeito uniforme sobre a superfície. Tipicamente, a faixa de pressões é 784,5-1176,8 kPa (8-12 bar), ver abaixo.

[0052] Descobriu-se que as partículas das escórias de níquel e cobre não são esféricas, porém elas têm um formato irregular. Isso também significa que, quando as partículas da escória de níquel ou cobre jateadas atingirem a superfície, tanto a pressão superficial gerada quanto a interação entre as partículas e a superfície são diferentes do caso onde forem usadas partículas esféricas. A largura da área de contato das partículas individuais da escória varia dependendo de qual parte da partícula atinge a superfície. Assim, usando as partículas da escória, a camada de cinzas que permanece sobre a superfície pode ser solta mais eficientemente do que com as esferas de aço, sem danificar a superfície do aço.

[0053] Na presente invenção, tipicamente o bocal de jateamento usado pode ser pequeno ou grande. O diâmetro do bocal pode ser, por exemplo, 0,5 a 25 mm, normalmente aproximadamente 1-15 mm, tipicamente aproximadamente 12 mm. Estes tamanhos dos bocais são particularmente adequados para a aplicação descrita acima, em que as partículas da escória de metal têm uma distribuição estreita de tamanho das partículas.

[0054] O jateamento é realizado usando uma pressão de jateamento de 784,5-1176,8 kPa (8-12 bar). Mais preferivelmente, a pressão utilizada é 882,6-1078,7 kPa (911 bar). Nessa pressão, atinge-se uma limpeza eficiente das camadas de sujeira e, ao mesmo tempo, evita-se o dano à superfície. O consumo de ar varia com o tamanho do bocal, porém é, em geral, aproximadamente 50-2500 l/min, mais apropriadamente aproximadamente 70-1500 l/min, por exemplo, aproximadamente 150-1000 l/min.

[0055] O jateamento pode ser realizado usando um bocal que seja reto, curvado ou dobrado a 45 graus. O formato do bocal é selecionado de acordo com o objeto a ser limpo.

[0056] Em ligação com a presente invenção, nós verificamos que após a limpeza realizada utilizando as partículas da escória descritas, a superfície não corrói tão facilmente quanto após o tratamento em que a areia é utilizada. Além disso, após o presente tratamento, a superfície não está propensa a tornar-se suja. Uma das razões para isso parece ser que, por exemplo, a escória de níquel forma um composto de óxido de cromo sobre a superfície de metal, composto esse que protege o metal da corrosão e que, por outro lado, também retarda a adesão de nova sujeira à superfície de metal. Lista de Citações Literatura de patentes CN 102313288 DE 19723389 WO 0138815 JP 2002098323 EP 2 113 339 US 4 348 340 US 4 666 083

Claims (11)

1. Um método de limpeza de uma superfície de transferência de calor ligada a uma estrutura de alvenaria de uma caldeira de combustão, em cujo método a superfície é limpa por jateamento de partículas sólidas sobre ela, caracterizado pelo fato de que uma superfície de metal, em particular uma superfície de aço, é limpa, o jateamento é realizado em uma pressão de 784,5-1176,8 kPa (8-12 bar), em condições essencialmente isentas de água, utilizando partículas de escória de níquel, com - uma dureza maior do que 6° na escala de Mohs de dureza, especialmente maior do que 6° e no máximo aproximadamente 8° na escala de Mohs, - uma densidade de 3,1-4,2 g/cm3, mais apropriadamente ainda 3,3-3,9 g/cm3, por exemplo, 3,5-3,8 g/cm3, e - uma densidade aparente que é maior do que 1,8 g/cm3, especialmente 1,85 g/cm3 ou maior, e - o tamanho de partícula usado é de 0,3-2,5 mm.

2. Um método de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que a superfície de transferência de calor a ser limpa forma parte da superfície de um permutador de calor de uma caldeira, forma pelo menos parte de um super-aquecedor ou forma pelo menos parte de uma unidade Economizer ou uma unidade Luvo.

3. Um método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a superfície a ser limpa compreende cinza que inclui enxofre ou compostos orgânicos que são gerados quando a madeira ou os combustíveis fósseis tiverem sido queimados.

4. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é utilizada uma escória de níquel, que está essencialmente isenta de compostos ferríticos.

5. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que é utilizada uma escória de níquel, cujas partículas são de formato não esférico.

6. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a pressão utilizada é 882,6-1078,7 kPa (9-11 bar).

7. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o jateamento é realizado utilizando um bocal de 12 mm, o qual é reto, curvado ou dobrado a 45 graus.

8. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a estrutura a ser limpa é parte de uma caldeira de energia, tal como uma caldeira de aquecimento, ou parte de uma caldeira de recuperação, tal como um forno para a requeima de lama de cal ou uma unidade de recuperação de soda.

9. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a superfície a ser limpa está nas proximidades da alvenaria ou pelo menos parcialmente sobre o topo dela.

10. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que são utilizadas partículas de escória de níquel, que têm uma distribuição estreita do tamanho das partículas, para obter um efeito uniforme sobre a superfície a ser limpa, a pressão sendo 784,5-1176,8 kPa (8-12 bar) na corrente usada no jateamento.

11. O método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o jateamento é realizado utilizando um bocal, cujo diâmetro é 0,5-25 mm, em geral aproximadamente 1-15 mm, especialmente aproximadamente 12 mm.