Caldeiras de Recuperação de Licor Negro
O processo de polpação Kraft foi patenteado em 1884 e é o modo mais comum de polpação química, presente em 80% do total da indústria de papel e celulose. [1] A viabilidade econômica do processo inteiro não seria possível sem a utilização de caldeira de recuperação de licor negro (BLRB) a qual recupera os elementos químicos gastos e descartados pelo digestor após passarem por uma série de evaporadores que aumentam sua concentração. Os gases de combustão são altamente corrosivos, particularmente em temperaturas necessárias para a operação com pressões acima de 900 psi. Semelhante às demais grandes caldeiras industriais, a fornalha é construída com painéis de tubos de água tanto em seu piso como nas laterais. O licor negro é o resíduo licoroso do processo de polpação e contém em sua maioria os elementos inorgânicos de cozimento e substâncias dissolvidas e degradadas de madeira. [3] O licor negro é um material espesso, viscoso com elevado conteúdo de hidrocarbonetos que tem sido tradicionalmente queimado em uma caldeira de recuperação química para gerar energia para abastecer a usina de papel e celulose. Componentes orgânicos são queimados para gerar calor e produzir vapor para diversas aplicações na usina. Este vapor tem potencial energético valioso, produzindo potência e calor para a indústria tornando-a autossuficiente em energia elétrica. A combustão ocorre em condições de redução, transformando sulfato de sódio em sulfeto de sódio e também formando carbonato de sódio. Os sólidos inorgânicos, tais como sulfeto de sódio, hidróxido de sódio, carbonato de sódio, sulfato de sódio, tiossulfato e outros, são derretidos na fornalha.
BLRB Desafios nas Regiões das Fornalhas
A queima de licor negro ocorre na fornalha e requer oxigênio para a mistura garantir uma combustão autossustentável. A fornalha pode ser separada em duas áreas conforme sua função, fornalha inferior e fornalha superior. Na região inferior o licor negro é vaporizado para se misturar com o ar de combustão e aonde a fuligem se acumula e por onde posteriormente o material derretido é drenado. Este material é removido da fornalha através de aberturas refrigeradas de modo que uma série de tubos do piso precisam de proteção para mitigar a corrosão que pode acarretar diversos mecanismos de trinca. Na região superior, considerada acima da região de smelt, a combustão completa-se e os painéis de tubos de água resfriam os gases. Nesta região, a corrosão ocorre primariamente por sulfidação. O gás então flui da área superior da fornalha através de uma janela, superaquecedor, banco gerador, e economizador na maioria dos casos. Nestes vários feixes de tubos os componentes são submetidos à erosão-corrosão em alta temperatura.
BLRB Proteção da Fornalha
Historicamente vários métodos de proteção de tubos foram explorados com sucesso limitado incluindo revestimentos localizados com ligas de aço inoxidável, thermal spray e outros. Excessiva diluição com revestimentos manuais geralmente ocasionam de 15% a 20% de ferro na liga aplicada, desta forma reduzindo significantemente a resistência desta liga contra erosão-corrosão em alta temperatura. Já a aplicação de thermal spray costuma ocasionar solda fragmentada ou em alguns casos ocorre o ataque por sulfidação nos tubos de aço carbono embaixo do revestimento aplicado. A WSI pesquisou materiais ligados e métodos de aplicação inovadores para atingir maior extensão de vida aos componentes das fornalhas inferiores e superiores expostos a várias formas de corrosão e erosão. Três destes atingiram sucesso de aplicação e resolveram estes desafios.
Overlay de Campo Unifuse®
Utilizando tecnologia de soldagem proprietária e customizada, o processo de solda GMAW automatizado de revestimento, Unifuse®, teve a habilidade de estender, substancialmente, a vida das paredes de tubos de água de caldeiras de recuperação.
Aplicando depósitos de solda sequencialmente das membranas aos topos dos tubos, o processo automatizado de campo Unifuse® garante a melhor química pós-depósito da indústria, acurada espessura depositada por todo comprimento dos tubos e produtividade inatingível antes da existência desta tecnologia. Utilizando aço inoxidável tipo 309 para mitigar o ataque de sulfidação, os operadores de BLRB verificaram uma vida mais longa dos seus painéis de tubos de água. Adicionalmente, a liga 625, conhecida por ser altamente resistente às trincas induzidas pelo ambiente e à fadiga térmica, é um candidato excelente ao processo Unifuse® para revestimento de tubos aplicados aos pisos e aberturas refrigeradas por água. A liga 309 é tipicamente aplicada acima da linha de transição, enquanto a liga 625 é mais comum nas áreas inferiores do forno.
Unifuse® Aplicado em Fábrica para Fabricação de Painéis
De tempos em tempos os operadores se deparam com situações em que corrosões em alta temperatura e mecanismos de erosão-corrosão aceleram o desgaste dos painéis de tubos de água de forma inesperada ultrapassando a espessura aceitável pelo código ASME. Operadores enfrentando grandes áreas nestas condições necessitam de substituição de partes de painéis com proteção por ligas disponíveis para instalação no momento. WSI alavancou sua experiência comprovada em campo para desenvolver processos e procedimentos de aplicação de Revestimento por Soldagem Unifuse® em fábrica. Esta aplicação fabril atende aos requisites do código ASME e é desenvolvida em acordo com o Programa de Qualidade da WSI.
WSI – Resultados Comprovados, Automatically.™
Com mais de 2.000 trabalhos executados globalmente com Unifuse® em fornalhas desde 2000, a WSI é líder mundial em extensão de vida de caldeiras. Se a fornalha necessita ser reparada emergencialmente ou durante uma parada programada, a WSI tem uma liderança inovadora incomparável baseada em resultados comprovados. A WSI possui o maior portfólio de trabalhos realizados com sucesso, projetos de solda em BLRB e procedimentos qualificados para atender qualquer desafio específico em caldeiras de recuperação. Descubra mais sobre nossas várias soluções de Extensão de Vida e tecnologias baseadas em engenharia em WSI.
[1] Nicholas P. Cheremisinoff, Paul E. Rosenfeld, in Handbook of Pollution Prevention and Cleaner Production, 2010
[2] The National Board of Boiler and Pressure Vessel inspectors. Black Liquor Recovery Boilers
[3] Pratima Bajpai, Biermann’s Handbook of Pulp and Paper (Third Edition), 2018
