Caldera acuotubular: dispositivo, principio de funcionamiento en energía industrial

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Los equipos de calentamiento de agua por caldera son muy utilizados en la industria, donde se valora el alto rendimiento de los grupos electrógenos. Estas unidades se utilizan principalmente para operaciones tecnológicas, por ejemplo, para generar vapor mediante la evaporación del agua. Pero no se excluye la posibilidad de operación doméstica, si es necesario organizar el suministro de agua caliente para varios grandes consumidores. Entre los diseños de generadores de vapor más optimizados, se puede destacar el diseño de tubo de agua. Una caldera de este tipo no es inferior a muchos análogos en términos de rendimiento por unidad de tiempo, pero su diseño provoca muchas restricciones en el funcionamiento en condiciones de hacinamiento.

Unidad dispositivo

El diseño más común con dos tambores (colectores) en la base. Son tanques metálicos que están interconectados por tuberías de diferentesdiámetros. También un componente obligatorio es una cámara de combustión o un horno que genera energía térmica. Otros elementos de diseño incluyen:

• Tubo de alimentación de combustible (normalmente líquido).
• Comunicaciones de circulación para agua.
• Entradas y salidas de agua.
• Salida para drenaje de agua.
• Particiones (si estamos hablando de un sistema de caldera cerrado en una caja protectora).
• Chimenea.
• Separador de vapor.

La mayoría de los elementos estructurales de la caldera acuotubular están hechos de aleación de acero resistente al calor. También existen modelos de hierro fundido, pero se pueden utilizar si las condiciones de funcionamiento permiten la instalación de unidades pesadas. Los elementos tubulares y de montaje también se pueden fabricar parcialmente a base de cerámica resistente al fuego, que es más práctica que el metal. La ventana de la cámara de combustión y otras áreas de posible observación están hechas de vidrio templado resistente al calor.

Elementos estructurales auxiliares

Opcionalmente, la caldera puede incluir dispositivos adicionales que amplían las capacidades y la facilidad de uso del equipo. Entre ellos, se pueden señalar los siguientes dispositivos:

• Recalentador. Diseñado para aumentar la temperatura del vapor a 100 °C y más. Por sí mismo, el diseño de las unidades acuotubulares no pretende llevar el régimen de temperatura del vapor a ciertos valores. Como regla general, el punto objetivo del trabajo es precisamente el efecto de la evaporación. Por otro lado, la convecciónlos sobrecalentadores, según el modelo, son capaces de llevar la temperatura de la mezcla de salida hasta 500 °C, lo que puede ser necesario en algunas operaciones tecnológicas en producción.
• Deshumidificador. También un preparado al vapor que lo seca eliminando el exceso de humedad.
• Acumulador de vapor. Si la caldera acuotubular no puede hacer frente a las cargas o, por el contrario, llena la cámara de vapor en volúmenes mínimos, este dispositivo ayudará a equilibrar el modo de funcionamiento. El acumulador toma o bombea flujos de vapor al sistema cuando es necesario.
• Dispositivo para tratamiento de agua. El agua, como fuente de generación, también necesita un tratamiento adecuado. Por ejemplo, un sistema de filtro especial reduce el volumen de oxígeno disuelto, elimina las sales y los productos químicos no deseados.
• Hoy en día es cada vez menos común prescindir de los controles automáticos, pero también se suministran de serie con el equipo. Solo puede comprar un conjunto ampliado de instrumentación que le permitirá monitorear de manera integral los parámetros de presión, temperatura, humedad, etc.

Principio de funcionamiento

En la posición inicial, dos tambores están llenos de agua: uno completamente (agua) y el segundo (vapor) hasta la mitad. En el segundo colector, se proporciona una membrana de separación en el interior, que separa el agua del vapor. Este límite se llama espejo de evaporación. El proceso de trabajo comienza desde el momento en que se enciende la cámara de combustión, que está conectada a un intercambiador de calor en forma de sistema tubular con agua circulante. El agua caliente entra en el primer tambor,manteniendo un volumen suficiente.

Al mismo tiempo, se inicia el proceso de evaporación del líquido en el cabezal de vapor de la caldera acuotubular. El principio de funcionamiento de la unidad se basa en el intercambio de calor por convección, que puede llevarse a cabo en un modo natural continuo. El agua fría del sistema de suministro de agua central pasa el nivel básico de filtración, luego ingresa al sistema de intercambio de calor y se dirige al tambor de calentamiento. Además, dependiendo de la tasa de evaporación, el líquido rellena gradualmente el nivel de llenado del colector de vapor. El vapor, a su vez, se libera a través de la chimenea o ingresa a la zona de proceso para su uso posterior.

Diferencias con la caldera pirotubular

La diferencia entre estas unidades radica en la configuración de la ubicación de la cámara de combustión o, en principio, la fuente de energía térmica en relación con el intercambiador de calor y el tanque de agua. En primer lugar, la generación de vapor no es necesaria en absoluto. La caldera pirotubular funciona principalmente para calentar con agua, cumpliendo la función del sistema de ACS. En segundo lugar, en tales calderas, el horno está ubicado en el centro de la estructura y los contenedores con circuitos de circulación de agua son de naturaleza aplicada. Están en contacto con el intercambiador de calor en la superficie exterior de la estructura.

Pero esta no es la única diferencia entre las calderas pirotubulares y acuotubulares. La diferencia también pasa por los medios de regular el proceso de intercambio de calor. El diseño de la unidad de tubo de agua prevé un economizador, gracias al cual inicialmente se precalienta el agua fría. En consecuencia, másLas reacciones de transferencia de calor son más intensas y con menor consumo de energía. Por otro lado, las ventajas de los equipos pirotubulares incluyen la simplicidad estructural y una cantidad mínima de medidas de mantenimiento durante la operación.

Diferencias con los equipos de tubería de gas

En las unidades acuotubulares, el traductor directo de la energía térmica es el agua caliente, que llena las tuberías de circulación del intercambiador de calor. Resulta un generador eficiente y seguro que contribuye a la producción de vapor. En cuanto a las calderas de tubos de gas, el diseño técnico, incluso exteriormente, puede corresponder en parte a estructuras acuotubulares. La única diferencia es que el portador de energía térmica serán los gases de escape en la cámara de combustión. ¿Cómo afecta esto al proceso operativo? Si el principio de funcionamiento de una caldera acuotubular permite el consumo completo de productos de desecho sin residuos hasta el momento de la evaporación y el uso posterior de vapor, entonces una caldera de gas tendrá que liberar el medio de gas de trabajo que ya se encuentra en el intercambiador de calor. sistema. Además, se proporcionan boquillas gruesas para garantizar la seguridad del proceso.

Variedades de caldera acuotubular

La principal característica de clasificación es la ubicación de los colectores. Tradicionalmente, las estructuras están equipadas con tambores horizontales, que están convenientemente conectados a los circuitos de suministro de agua circulante. Se instalan dos colectores en la plataforma en paralelo, y se puede colocar una cámara de combustión con canales de salida entre ellos. Si en la sala técnicano hay suficiente espacio, entonces se utilizan calderas acuotubulares verticales sobre un sustrato de comunicación especial. Los tambores cilíndricos se precipitan hacia arriba y desde abajo se suministra un fluido de trabajo con diferentes temperaturas. El vapor de proceso sale por la parte superior.

Caldera tubular de agua para barcos

El diseño de tales unidades es ideal para su uso como parte del transporte marítimo. Pero incluso en este caso, se utilizan modificaciones especiales de calderas: radiación. Su característica distintiva es el uso de energía térmica radiativa, que también se libera durante la combustión del combustible (generalmente diésel). Una condición estructural obligatoria es la ubicación superior de las boquillas del horno. Otra característica del diseño de una caldera acuotubular para embarcaciones marinas es la combinación con plantas de turbinas de vapor que proporcionan un calentamiento intermedio del vapor.

Mantenimiento de equipos

La infraestructura de comunicación con elementos de tubería es bastante complicada para las unidades de tubos de agua, lo que lleva a una extensa lista de medidas técnicas para diagnóstico y reparación. El personal de mantenimiento debe verificar periódicamente el estado de las tuberías para verificar su estanqueidad, realizar la detección de fallas de las unidades funcionales y los controles automáticos, y también mantener la confiabilidad de las conexiones con los sujetadores. Se presta especial atención a las tuberías del intercambiador de calor y los colectores: la más mínima caída de presión puede dañar la estructura, lo que creará las condiciones para la despresurización del circuito.

Ventajasdiseños

La ventaja más importante de este tipo de calderas en la familia general de unidades de vapor es la seguridad. Manteniendo un equilibrio de temperatura óptimo, puede contar con el funcionamiento a largo plazo del equipo sin accidentes ni daños a las piezas de trabajo. También se observan amplias capacidades de regulación del gato de la tubería de agua, lo que se confirma con la integración del economizador con válvulas de cierre automático. Los dispositivos funcionan sin la participación del operador, según los datos de los algoritmos del termostato instalado. Esto permite programar el sistema con varios días de antelación.

Desventajas de diseño

El principio de funcionamiento de este tipo de calderas se centra en un alto rendimiento, independientemente de las condiciones de uso. Recientemente, este matiz está jugando un papel cada vez más importante en el contexto de la optimización y racionalización de las capacidades de producción. El cuerpo masivo y los intercambios de comunicación multinivel de las calderas acuotubulares de vapor hacen necesario buscar soluciones alternativas a los problemas de generación de vapor. Sin embargo, no se excluye el concepto de minimizar el dispositivo de esta caldera. Pero en este caso se perderá una alta eficiencia, por no hablar de las posibilidades de trabajar en modo cogeneración con provisión paralela de funcionamiento de ACS. En otras palabras, el equipo es ideal para grandes industrias que necesitan grandes volúmenes de vapor de proceso, pero apenas es útil para abastecer a consumidores con baja demanda de energía específica.

Conclusión

La diferencia fundamental entre el concepto en síLas calderas acuotubulares pertenecen a la clase de equipos de un solo paso. Este tipo de instalaciones tienen una ventaja significativa sobre los sistemas autónomos, que radica en la posibilidad de un proceso de generación continua. Incluso en condiciones máximas de funcionamiento, las calderas acuotubulares pueden funcionar durante mucho tiempo manteniendo la misma calidad de producción de vapor. Otra cosa es que los requisitos de seguridad todavía excluyen largas sesiones de operación a altas potencias. En cuanto a la autonomía, en relación con este tipo de calderas se expresa en la eliminación de la necesidad de suministro de energía. Por supuesto, las válvulas de cierre necesitarán al menos energía de la batería, pero el proceso de circulación del agua y la posterior evaporación es bastante manejable sin electricidad.