Otimizando Bombas de Alimentação de Caldeiras

Um dos principais componentes internos que consomem energia em uma usina termelétrica é a bomba principal de água de alimentação da caldeira. Sua principal função é fornecer água em alta pressão à caldeira que gera vapor. Seu consumo de energia contribui para a eficiência térmica geral e os custos operacionais da planta.

Os operadores de usinas de energia podem melhorar a eficiência térmica de toda a usina em até 0,3% quando otimizam o sistema de água de alimentação. Isto pode parecer trivial, mas para uma central eléctrica de 900 megawatts (MW), isto equivale a 2,7 MW de energia eléctrica adicional que pode ser fornecida à rede. Aqui estão as práticas recomendadas para identificar as oportunidades neste sistema:

Ao adquirir bombas de alimentação de caldeiras, os operadores de usinas de energia e seus consultores de engenharia, aquisição e construção (EPC) geralmente priorizam custos de capital mais baixos em detrimento de custos operacionais mais baixos ao longo de todo o ciclo de vida.

O aumento dos custos de energia está a desafiar esse cenário de negócio, levando os operadores das instalações a considerarem medidas para minimizar o consumo de energia das bombas de alimentação das caldeiras. A reclassificação de uma bomba de água de alimentação de caldeira principal é um projeto importante que requer um planejamento completo de todas as partes.

Os métodos de design, engenharia e implementação de projetos de otimização de bombas são bem conhecidos. As tecnologias foram testadas e comprovadas ao longo do último meio século, mas as bombas de alimentação de caldeiras também são essenciais para os processos de geração de energia. Colocá-los off-line por longos períodos necessários para fazer modificações pode colocar em risco a capacidade do operador da planta de atender à demanda de energia e às metas de produção.

Para garantir o sucesso do projeto, recomenda-se que os operadores da planta façam as seguintes quatro perguntas-chave para aprender opções para minimizar o consumo de energia e liderar com sucesso um projeto de otimização de bombas.

Esta é uma pergunta que os gerentes de fábrica e engenheiros de processo costumam fazer.

A combinação de diferentes soluções no nível do sistema de água de alimentação pode melhorar a eficiência térmica geral da planta em até 0,3%. Para uma central eléctrica de 900 MW, isto equivale a 2,7 MW de energia eléctrica adicional que pode ser fornecida à rede.

Mesmo que o potencial da bomba de água de alimentação da caldeira seja isolado, uma pequena alteração na eficiência pode representar grandes poupanças. Isto pode significar centenas de milhares ou milhões de euros ou dólares em reduções de custos todos os anos numa central eléctrica típica.

Melhoria da eficiência no mundo real

Há uma década, foi realizado um projeto para otimizar o projeto de uma bomba centrífuga multiestágio de 30 MW instalada para fornecer água de alimentação de caldeiras. O sistema hidráulico completo da bomba foi reprojetado para melhorar a eficiência geral.

Foram utilizados testes de dinâmica de fluidos computacional (CFD) e modelos em escala para projetar alterações em componentes individuais, incluindo volutas, cruzamentos curtos e longos, a caixa de sucção e a descarga final.

Em um artigo apresentado à Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME), foram detalhadas otimizações de projeto que aumentaram a eficiência geral da bomba em pelo menos 3%. Anos mais tarde, o operador da central eléctrica continua a relatar que atingiu consistentemente essa taxa de eficiência ou melhor.

Como resultado, esta central supercrítica alimentada a carvão localizada nos Países Baixos alcançou uma redução no consumo de energia de aproximadamente 10.200 megawatts-hora (MWh) por ano – um benefício financeiro estimado em 816.000 euros (866.257 dólares) anualmente.

Além disso, a melhoria da eficiência da bomba de alimentação da caldeira proporcionou o benefício adicional da redução de dióxido de carbono (CO2) de cerca de 6.120 toneladas métricas por ano. Como resultado, o operador da central eléctrica garantiu a conformidade regulamentar e avançou no seu progresso em direcção aos objectivos de sustentabilidade da empresa.

Eficiência hidráulica antes e depois da otimização da bomba

Energia: O maior custo para bombas de serviço crítico

Nunca houve um caso de negócios mais forte para otimizar as bombas de alimentação de caldeiras do que hoje. Os custos de energia têm sido historicamente baixos o suficiente para que as bombas de alimentação das caldeiras pudessem consumir energia parasita sem grande impacto nas operações ou no desempenho financeiro. Tudo isso mudou devido ao aumento dos preços da energia e às metas de descarbonização.