Caldera de tubs d'aigua: dispositiu, principi de funcionament en energia industrial

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'equip de calefacció d'aigua de caldera s'utilitza àmpliament a la indústria, on es valora l' alt rendiment dels grups electrògens. Aquestes unitats s'utilitzen principalment per a operacions tecnològiques, per exemple, per generar vapor mitjançant l'evaporació de l'aigua. Però no s'exclou la possibilitat de funcionament domèstic, si és necessari organitzar el subministrament d'aigua calenta per a diversos grans consumidors. Entre els dissenys de generadors de vapor més optimitzats, es pot destacar el disseny del tub d'aigua. Una caldera d'aquest tipus no és inferior a molts anàlegs pel que fa a la potència per unitat de temps, però el seu disseny provoca moltes restriccions en el funcionament en condicions reduïdes.

Dispositiu de la unitat

El disseny més comú amb dos tambors (col·lectors) a la base. Es tracta de dipòsits metàl·lics que estan interconnectats per canonades de diferentsdiàmetres. També un component obligatori és una cambra de combustió o un forn que generi energia tèrmica. Altres elements de disseny inclouen:

• Conducta de subministrament de combustible (normalment líquid).
• Comunicacions de circulació per a l'aigua.
• Entrades i sortides d'aigua.
• Sortiment per drenar l'aigua.
• Envans (si estem parlant d'un sistema de caldera tancat en una caixa protectora).
• Xemeneia.
• Separador de vapor.

La majoria dels elements estructurals de la caldera de tubs d'aigua estan fets d'aliatge d'acer resistent a la calor. També hi ha models de ferro colat, però es poden utilitzar si les condicions de funcionament permeten la instal·lació d'unitats pesades. Els elements tubulars i d'ajust també es poden fabricar parcialment a partir de ceràmica ignífuga, que és més pràctica que el metall. La finestra de la caixa de foc i una sèrie d' altres àrees d'observació possible estan fetes de vidre temperat resistent a la calor.

Elements estructurals auxiliars

Opcionalment, la caldera pot incloure dispositius addicionals que ampliïn les capacitats i la facilitat d'ús de l'equip. Entre ells, es poden destacar els dispositius següents:

• Superescalfador. Dissenyat per augmentar la temperatura del vapor a 100 °C i més. Per si mateix, el disseny de les unitats de tubs d'aigua no pretén portar el règim de temperatura del vapor a determinats valors. Per regla general, el punt de treball objectiu és precisament l'efecte de l'evaporació. D' altra banda, conveccióels sobreescalfadors, segons el model, són capaços d'apropar la temperatura de la mescla de sortida fins a 500 °C, cosa que pot ser necessària en algunes operacions tecnològiques en producció.
• Deshumidificador. També una preparació de vapor que l'asseca eliminant l'excés d'humitat.
• Acumulador de vapor. Si la caldera de tubs d'aigua no pot fer front a les càrregues o, per contra, omple la cambra de vapor en volums mínims, aquest dispositiu ajudarà a equilibrar el mode de funcionament. L'acumulador agafa o bombeja els fluxos de vapor al sistema quan cal.
• Dispositiu per al tractament d'aigua. L'aigua, com a font de generació, també necessita un tractament adequat. Per exemple, un sistema de filtre especial redueix el volum d'oxigen dissolt, elimina les sals i els productes químics no desitjats.
• Avui és cada cop menys habitual prescindir dels controls automàtics, però també es subministren de sèrie amb equipament. Només podeu comprar un conjunt ampli d'instrumentació que us permetrà controlar de manera exhaustiva els paràmetres de pressió, temperatura, humitat, etc.

Principi de funcionament

A la posició inicial, dos bidons s'omplen d'aigua: un completament (aigua) i el segon (vapor) per la meitat. En el segon col·lector hi ha una membrana separadora a l'interior que separa l'aigua del vapor. Aquest límit s'anomena mirall d'evaporació. El procés de treball comença des del moment en què s'encén la caixa de foc, que està connectada a un intercanviador de calor en forma de sistema tubular amb aigua circulant. L'aigua calenta entra al primer tambor,mantenint un volum suficient.

Al mateix temps, comença el procés d'evaporació del líquid a la capçalera de vapor de la caldera de tubs d'aigua. El principi de funcionament de la unitat es basa en l'intercanvi de calor convectiu, que es pot dur a terme en un mode natural sense parar. L'aigua freda del sistema central de subministrament d'aigua passa el nivell bàsic de filtració, després entra al sistema d'intercanvi de calor i es dirigeix al tambor de calefacció. A més, depenent de la velocitat d'evaporació, el líquid reomple gradualment el nivell d'ompliment del col·lector de vapor. El vapor, al seu torn, s'allibera a través de la xemeneia o entra a la zona de procés per a un ús posterior.

Diferències amb la caldera de tub de foc

La diferència entre aquestes unitats rau en la configuració de la col·locació de la cambra de combustió o, en principi, la font d'energia tèrmica en relació amb l'intercanviador de calor i el dipòsit d'aigua. En primer lloc, la generació de vapor no és necessària en absolut. La caldera de tub de foc funciona principalment per a la calefacció amb aigua, realitzant la funció del sistema d'ACS. En segon lloc, en aquestes calderes, el forn es troba al centre de l'estructura i els contenidors amb circuits de circulació d'aigua són de naturalesa aplicada. Estan en contacte amb l'intercanviador de calor a la superfície exterior de l'estructura.

Però aquesta no és l'única diferència entre les calderes de tub de foc i les de tub d'aigua. La diferència també passa pels mitjans de regulació del procés d'intercanvi de calor. El disseny de la unitat de tub d'aigua preveu un economitzador, a causa del qual inicialment s'escalfa l'aigua freda. En conseqüència, més enllàles reaccions de transferència de calor són més intenses i amb menys consum energètic. D' altra banda, els avantatges dels equips de tub de foc inclouen la simplicitat estructural i un mínim de mesures de manteniment durant el funcionament.

Diferències amb els equips de canonades de gas

A les unitats de tubs d'aigua, el traductor directe de l'energia tèrmica és l'aigua calenta, que omple les canonades de circulació de l'intercanviador de calor. Resulta un generador eficient i segur que contribueix a la producció de vapor. Pel que fa a les calderes de tub de gas, el disseny tècnic, fins i tot exteriorment, pot correspondre en part a estructures de tubs d'aigua. L'única diferència és que el portador de l'energia tèrmica seran els gasos d'escapament de la cambra de combustió. Com afecta això al procés operatiu? Si el principi de funcionament d'una caldera de tubs d'aigua permet el consum complet de productes de rebuig sense residus fins al moment de l'evaporació i l'ús posterior del vapor, llavors una caldera de tubs de gas haurà d'alliberar el medi de gas de treball que ja està a l'intercanviador de calor. sistema. A més, es proporcionen broquets gruixuts per a això per garantir la seguretat del procés.

Varietats de calderes de tubs d'aigua

La principal característica de classificació és la ubicació dels col·leccionistes. Tradicionalment, les estructures estan equipades amb bidons horitzontals, que estan connectats convenientment als circuits de subministrament d'aigua circulant. A la plataforma s'instal·len dos col·lectors en paral·lel, i entre ells es pot col·locar una caixa de foc amb canals de sortida. Si a la sala tècnicano hi ha prou espai, llavors s'utilitzen calderes de tubs d'aigua verticals sobre un substrat de comunicació especial. Els tambors cilíndrics es dirigeixen cap amunt i des de sota s'obté un fluid de treball amb diferents temperatures. El vapor de procés surt a la part superior.

Caldera de tubs d'aigua de vaixell

El disseny d'aquestes unitats és òptimament adequat per al seu ús com a part del transport marítim. Però fins i tot en aquest cas, s'utilitzen modificacions especials de les calderes: radiació. La seva característica distintiva és l'ús d'energia tèrmica radiativa, que també s'allibera durant la combustió del combustible (generalment dièsel). Una condició estructural obligatòria és la ubicació superior dels broquets del forn. Una altra característica del disseny d'una caldera de tubs d'aigua per a vaixells marins és la combinació amb plantes de turbines de vapor que proporcionen un escalfament intermedi del vapor.

Manteniment d'equips

La infraestructura de comunicacions amb elements de canonada és força complicada per a les unitats de tubs d'aigua, la qual cosa comporta una àmplia llista de mesures tècniques per al diagnòstic i la reparació. El personal de manteniment ha de comprovar periòdicament l'estat de les canonades per a l'estanquitat, realitzar la detecció de defectes de les unitats funcionals i els controls automàtics, i també mantenir la fiabilitat de les connexions amb els elements de fixació. Es presta especial atenció a les canonades de l'intercanviador de calor i dels col·lectors: la menor caiguda de pressió pot danyar l'estructura, cosa que crearà condicions per a la despresurització del circuit.

Prosdissenys

L'avantatge més important d'aquestes calderes a la família general d'unitats de vapor és la seguretat. Mantenint un equilibri òptim de temperatura, podeu comptar amb un funcionament a llarg termini de l'equip sense accidents i danys a les peces de treball. També s'observen àmplies capacitats reguladores del gat de la canonada d'aigua, que es confirma amb la integració de l'economitzador amb vàlvules de tancament automàtic. Els dispositius funcionen sense la participació de l'operador, a partir de les dades dels algorismes del termòstat instal·lats. Això fa possible programar el sistema durant diversos dies abans.

Contres de disseny

El principi de funcionament d'aquestes calderes se centra en un alt rendiment, independentment de les condicions d'ús. Recentment, aquest matís juga un paper cada cop més important en el context d'optimització i racionalització de les capacitats de producció. Els intercanvis massius de cos i comunicació multinivell de les calderes de tub d'aigua de vapor fan necessari buscar solucions alternatives als problemes de generació de vapor. Tanmateix, no s'exclou el concepte de minimitzar el dispositiu d'aquesta caldera. Però en aquest cas es perdrà una alta eficiència, sense oblidar les possibilitats de treballar en mode cogeneració amb subministrament paral·lel de funcionament d'ACS. En altres paraules, l'equip és adequat per a grans indústries que necessiten grans volums de vapor de procés, però gairebé no és útil per subministrar als consumidors amb poca demanda d'energia específica.

Conclusió

La diferència fonamental entre el concepte en siLes calderes de tub d'aigua pertanyen a la classe d'equips d'entrada única. Aquestes instal·lacions tenen un avantatge important respecte als sistemes autònoms, que rau en la possibilitat d'un procés de generació continu. Fins i tot en condicions màximes de funcionament, les calderes de tubs d'aigua poden funcionar durant molt de temps mantenint la mateixa qualitat de producció de vapor. Una altra cosa és que els requisits de seguretat encara exclouen llargues sessions de funcionament a altes potències. Pel que fa a l'autonomia, en relació a aquestes calderes s'expressa en l'eliminació de la necessitat de subministrament energètic. Per descomptat, les vàlvules de tancament necessitaran com a mínim energia de la bateria, però el procés de circulació de l'aigua i la posterior evaporació és bastant manejable sense electricitat.