A Yokogawa e Gerdau-Açominas desenvolveram, à 4 mãos, uma estratégia de operação automática dos queimadores tangenciais das caldeiras da central termoelétrica da Gerdau Açominas. A estratégia proposta busca regularizar a formação do vortex, com conseqüentes ganhos na eficiência da mistura ar/combustível, na uniformização do fluxo de calor para as paredes da fornalha, na redução de emissões poluentes e dos desgastes das paredes e estrutura da fornalha.

Fornalhas com queimadores tangenciais (TFF - Tangentially-Fired Furnaces) são normalmente na forma de polígonos com quatro, seis, oito ou mais lados. Nestas fornalhas, o combustível e o ar admitidos entram através de queimadores localizados nos cantos da fornalha. Devido a esta distribuição dos queimadores, as chamas geradas tangenciam um círculo imaginário no meio da fornalha. Esta forma construtiva faz com que as chamas tenham um movimento rotativo na forma de vortex (ciclone). Estas fornalhas são apropriadas para operarem com diversos tipos de combustíveis, incluindo o carvão, o óleo, e gases combustíveis.

Como mencionado anteriormente, as caldeiras geram vapor utilizando os gases resultantes do processo siderúrgico (GCO, GAF e GAC) e também óleo combustível. Para tanto são dispostos dois queimadores de cada combustível por canto da caldeira, resultando em 32 queimadores para os 4 combustíveis nos 4 cantos da caldeira. Como podemos perceber, este arranjo permite uma infinidade de combinações de queimadores, as quais resultariam em várias possibilidades de formação do vortex central da fornalha. As diversas combinações implicam em diferentes condições de troca de calor e stress térmico das paredes e estrutura da fornalha.

A central termoelétrica da Gerdau-Açominas é responsável pela produção de vapor, pela geração de energia elétrica e pelo envio de ar soprado para o Alto-Forno. É basicamente composta pelos seguintes equipamentos: 3 caldeiras com capacidade de 140 ton/h cada, 2 turbogeradores com capacidade de 15 MW cada, 1 turbogerador com capacidade de 25 MW e 2 turbosopradores com capacidade de 5300 Nm3/min. Os gases gerados nas plantas de Alto-Forno, Coqueria e Aciaria, e o óleo combustível 2A são queimados nas caldeiras para a geração de vapor. O vapor gerado é utilizado para movimentar as turbinas dos geradores e sopradores.

A plataforma de controle utilizada foi o Centum CS3000 e para a lógica de intertravamento e segurança foi utilizado o PLC de segurança Prosafe-RS, certificado SIL 3. O algoritmo proposto, por estar totalmente integrado ao BMS (Burners Management System) foi implementado no Prosafe-RS.

A implantação do algoritmo para sequenciamento do acendimento/apagamento dos queimadores e equalização da distribuição de carga térmica na caldeiras teve reflexo imediato na operação do equipamento, trazendo os seguintes benefcios:

- Redução do número de intervenções do operador, reduzindo a probabilidade de erro operacional e aumentando a sua disponibilidade para acompanhamento do processo produtivo.

- Operação mais suave do processo, uma vez que o tempo de estabilização da pressão é sempre aguardado entre a abertura de queimadores. Anteriormente era comum o operador abrir ou fechar vários queimadores simultaneamente, às vezes apenas por comodidade.

No que diz respeito à eficiência da caldeira, ainda não foi concluída a avaliação quantitativa do novo modo de operação. Os resultados qualitativos apontam para os seguintes ganhos:

- Melhoria do contato entre o combustível, ar, e sua interação com as chamas no interior da fornalha, contribuindo para uma combustão completa e redução das queimas secundárias na região de convecção.

- Redução do stress térmico das paredes e da estrutura da fornalha, devido ao fluxo uniforme de calor.

- Redução do slugging das paredes da fornalha, com conseqüente redução da erosão devido ao choque dos gases e superaquecimento local.

- Redução das emissões de NOx.

Esta parceria de sucesso entre os profissionais da Yokogawa e Gerdau-Açominas rendeu um trabalho, o qual será apresentado durante o congresso da ABM (Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais) nos dias 04 e 05 de outubro de 2006.