Atualização de Queimadores da Simplot Reduz Consumo de Energia e Custos na Planta de Idaho

Em um esforço estratégico para reduzir consumo de energia e custos operacionais, a J.R. Simplot Company atualizou o sistema de vapor em sua planta de processamento de batatas em Caldwell, Idaho. Aproveitando a Ferramenta de Avaliação de Sistema de Vapor (SSAT) desenvolvida pelo DOE e a expertise de Bill Moir, Especialista Qualificado da Steam Engineering Inc., o projeto entregou economias mensuráveis e confiabilidade aprimorada.

Histórico da Empresa/Planta

A J.R. Simplot Company, uma potência de alimentos e agronegócio sediada em Boise com vendas anuais de aproximadamente $3 bilhões e força de trabalho de mais de 12.000 nos Estados Unidos, Canadá, China, México e Austrália, opera um portfólio amplo que inclui produção de alimentos, fertilizantes, produtos de gramado e horticultura, alimentação de gado e mais. O programa de eficiência energética da Simplot foca em treinamento de funcionários e melhoria contínua. Diretores David Hawk (Energia & Recursos Naturais) e Alan Christie (Gerente de Engenharia do Grupo Alimentos) colaboram com o DOE, Programa de Energia da Washington State University e Divisão de Energia do Departamento de Recursos Hídricos de Idaho para demonstrar os ganhos tangíveis de produtividade e financeiros da eficiência energética industrial aprimorada.

A instalação de Caldwell é uma das maiores da Simplot, produzindo aproximadamente 270 milhões de libras de batatas fritas congeladas anualmente. Ela abriga três caldeiras de tubos d'água alimentadas a gás natural — duas classificadas em 70.000 lb/hr e uma em 60.000 lb/hr — gerando vapor saturado a 275 psig. O vapor é integral para descascar, branquear e fritar batatas.

Visão Geral do Projeto

Em 2000, a Simplot comissionou a Steam Engineering Inc. para auditar seus sistemas de vapor. A avaliação de Caldwell revelou carga média de vapor de 90.000 lb/hr, com excesso de ar de combustão a 50% e níveis de oxigênio em gases de combustão atingindo 7,5%. Todas as três caldeiras operavam em carga parcial para atender uma demanda de pico flutuante de 140.000 lb/hr, resultando em reuso limitado de condensado e altos custos operacionais. A análise identificou uma oportunidade clara: instalar queimadores modernos com controles de posicionamento paralelo e adicionar um sistema de trim de oxigênio de gases de combustão para reduzir excesso de ar e melhorar eficiência de combustão.

Quando o software SSAT foi lançado em 2002, Moir usou-o para modelar o sistema de vapor da planta. O modelo projetou economia anual de gás natural de mais de 25.000 MMBtu mantendo oxigênio de gases de combustão a 3% através de atualizações de queimadores e sistemas de trim de oxigênio. Também indicou que a recuperação de condensado poderia ser aumentada, excesso de ar poderia ser reduzido a 10%, e apenas duas caldeiras seriam necessárias para atender a demanda de pico.

Implementação do Projeto

A liderança da Simplot aprovou as recomendações baseadas no SSAT. Para minimizar tempo de inatividade, novos queimadores, controles, ventiladores de ar de combustão, dutos de recirculação de gases de combustão, analisadores de oxigênio e sistemas de trim de ventilador de exaustão foram instalados em duas caldeiras durante paradas programadas. As atualizações permitiram que a planta atendesse sua carga de vapor com menos combustível e sem comprometer a produção.

Resultados do Projeto

A atualização melhorou drasticamente a eficiência: oxigênio médio de gases de combustão agora permanece em 3% ou abaixo, carga de pico de vapor cai para 110.000 lb/hr, e apenas duas caldeiras são necessárias em nível de excesso de ar de 10%. Recuperação de condensado subiu para 50%, permitindo a desativação de cinco bombas de condensado. Economias anuais incluem 52.000 MMBtu (7,5% do consumo anterior) por $279.000, 526.000 kWh por $20.000, e $30.000 em manutenção — totalizando $329.000 por ano. Com custo de projeto de $373.000, o período de retorno é inferior a 14 meses. Confiabilidade de produção melhorou, sem paradas de caldeira relatadas desde a conclusão.

Desde então, a Simplot aplicou a metodologia SSAT em oito instalações adicionais, alcançando 176.000 MMBtu de economia anual de gás natural. A participação da empresa na Iniciativa de Eficiência de Processamento de Alimentos do Oeste dos EUA estende ainda mais essas melhores práticas a outros processadores regionais de alimentos.

Figura 1. Conjunto de Admissão de Ar

Lições Aprendidas

Uma abordagem padronizada e orientada por dados — incorporada pelo SSAT — revela ganhos significativos de desempenho e economia de custos em sistemas industriais de vapor. A experiência da Simplot valida que técnicas convencionais de otimização, quando rigorosamente modeladas, podem render benefícios esperados e adicionais. Consequentemente, a empresa adotou o SSAT como padrão corporativo para todas as instalações movidas a vapor, garantindo melhorias contínuas e repetíveis.

Figura 2. Queimador e Carcaça do Queimador

Definindo Eficiência de Combustão

Eficiência de combustão mede quão efetivamente o conteúdo de calor de um combustível se converte em calor utilizável. Indicadores-chave são temperatura da chaminé e oxigênio de gases de combustão. Operar uma caldeira com excesso de ar ótimo — tipicamente 10% para caldeiras a gás natural — minimiza perda de calor e maximiza eficiência. Quando a composição do combustível ou demanda de vapor varia, um sistema de trim de oxigênio online pode ajustar automaticamente controles do queimador para manter condições ideais de combustão.

Ferramenta de Avaliação de Sistema de Vapor DOE ITP BestPractices

BestPractices oferece uma suíte de ferramentas para avaliar e otimizar sistemas de vapor. O SSAT é o pacote de software principal, permitindo que usuários modelem cenários de melhoria e estimem economias precisas de energia e custo. A ferramenta, e outros softwares relacionados, estão disponíveis via site EERE (https://www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml) ou por pedido no Centro de Informação EERE em 877‑337‑3463.

Para mais sobre o Programa de Tecnologias Industriais do Departamento de Energia dos EUA, visite https://www1.eere.energy.gov.