Caldaia a tubi d'acqua: dispositivo, principio di funzionamento nell'energia industriale

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Le apparecchiature per il riscaldamento dell'acqua della caldaia sono ampiamente utilizzate nell'industria, dove sono apprezzate le elevate prestazioni dei gruppi elettrogeni. Tali unità sono utilizzate principalmente per operazioni tecnologiche, ad esempio per generare vapore facendo evaporare l'acqua. Ma la possibilità di funzionamento domestico non è esclusa, se è necessario organizzare la fornitura di acqua calda per diversi grandi consumatori. Tra i progetti di generatori di vapore più ottimizzati, si può notare il design del tubo dell'acqua. Una caldaia di questo tipo non è inferiore a molti analoghi in termini di potenza per unità di tempo, ma il suo design causa molte restrizioni al funzionamento in condizioni anguste.

Dispositivo unità

Il design più comune con due tamburi (collettori) alla base. Si tratta di serbatoi metallici interconnessi da tubi di diverso tipodiametri. Anche un componente obbligatorio è una camera di combustione o un forno che genera energia termica. Altri elementi di design includono:

• Tubo di alimentazione del carburante (solitamente liquido).
• Comunicazioni di circolazione per l'acqua.
• Ingressi e uscite per l'acqua.
• Uscita per lo scarico dell'acqua.
• Divisori (se si tratta di un impianto a caldaia chiuso in una custodia protettiva).
• Camino.
• Separatore di vapore.

La maggior parte degli elementi strutturali della caldaia a tubi d'acqua sono realizzati in lega di acciaio resistente al calore. Esistono anche modelli in ghisa, ma possono essere utilizzati se le condizioni operative consentono l'installazione di unità pesanti. Gli elementi tubolari e di raccordo possono anche essere realizzati in parte sulla base di ceramica ignifuga, che è più pratica del metallo. La finestra del focolare e una serie di altre aree di possibile osservazione sono realizzate in vetro temperato resistente al calore.

Elementi strutturali ausiliari

Facoltativamente, la caldaia può includere dispositivi aggiuntivi che espandono le capacità e la facilità d'uso dell'apparecchiatura. Tra questi, si possono notare i seguenti dispositivi:

• Surriscaldatore. Progettato per aumentare la temperatura del vapore a 100 °C e oltre. Di per sé, la progettazione delle unità a tubi d'acqua non mira a portare il regime di temperatura del vapore a determinati valori. Di norma, il punto di lavoro obiettivo è proprio l'effetto dell'evaporazione. D' altra parte, la convezionei surriscaldatori, a seconda del modello, sono in grado di portare la temperatura della miscela in uscita fino a 500 °C, che possono essere richiesti in alcune operazioni tecnologiche in produzione.
• Deumidificatore. Anche un preparato al vapore che lo asciuga rimuovendo l'umidità in eccesso.
• Accumulatore di vapore. Se la caldaia a tubi d'acqua non è in grado di far fronte ai carichi o, al contrario, riempie la camera del vapore in volumi minimi, questo dispositivo aiuterà a bilanciare la modalità di funzionamento. L'accumulatore preleva o pompa i flussi di vapore nel sistema quando necessario.
• Dispositivo per il trattamento dell'acqua. Anche l'acqua, in quanto fonte di generazione, necessita di un trattamento adeguato. Ad esempio, uno speciale sistema di filtri riduce il volume dell'ossigeno disciolto, rimuove i sali e le sostanze chimiche indesiderate.
• Oggi sta diventando sempre meno comune fare a meno dei controlli automatici, ma sono anche forniti di serie con le apparecchiature. Puoi acquistare solo un set esteso di strumentazione che ti consentirà di monitorare in modo completo i parametri di pressione, temperatura, umidità, ecc.

Principio di funzionamento

Nella posizione iniziale, due tamburi sono pieni d'acqua: uno completamente (acqua) e la seconda (vapore) per metà. Nel secondo collettore è prevista all'interno una membrana di separazione che separa l'acqua dal vapore. Questo confine è chiamato specchio di evaporazione. Il processo di lavoro inizia dal momento dell'accensione del focolare, che è collegato ad uno scambiatore di calore a forma di sistema tubolare con ricircolo d'acqua. L'acqua calda entra nel primo tamburo,mantenendo un volume sufficiente.

Allo stesso tempo, il processo di evaporazione del liquido inizia nel collettore del vapore della caldaia a tubi d'acqua. Il principio di funzionamento dell'unità si basa sullo scambio termico convettivo, che può essere effettuato in modalità naturale non-stop. L'acqua fredda dal sistema di approvvigionamento idrico centrale supera il livello di filtrazione di base, quindi entra nel sistema di scambio termico e viene diretta al tamburo di riscaldamento. Inoltre, a seconda della velocità di evaporazione, il liquido ripristina gradualmente il livello di riempimento del collettore di vapore. Il vapore, a sua volta, viene rilasciato attraverso il camino o entra nella zona di processo per un ulteriore utilizzo.

Differenze dalla caldaia a tubi di fumo

La differenza tra queste unità sta nella configurazione del posizionamento della camera di combustione o, in linea di principio, della fonte di energia termica relativa allo scambiatore di calore e al serbatoio dell'acqua. In primo luogo, la generazione di vapore non è affatto richiesta. La caldaia a tubi di fuoco funziona principalmente per il riscaldamento con acqua, fornendo la funzione dell'impianto ACS. In secondo luogo, in tali caldaie, il forno si trova al centro della struttura e i contenitori con circuiti di circolazione dell'acqua sono di natura applicata. Sono a contatto con lo scambiatore di calore sulla superficie esterna della struttura.

Ma questa non è l'unica differenza tra le caldaie a tubi di fuoco e quelle a tubi d'acqua. La differenza passa anche attraverso la regolazione del processo di scambio termico. Il design dell'unità del tubo dell'acqua prevede un economizzatore, grazie al quale l'acqua inizialmente fredda viene preriscaldata. Di conseguenza, ulteriormentele reazioni di trasferimento del calore sono più intense e con un minor consumo di energia. D' altra parte, i vantaggi delle apparecchiature antincendio includono la semplicità strutturale e una quantità minima di misure di manutenzione durante il funzionamento.

Differenze rispetto alle apparecchiature del tubo del gas

Nelle unità a tubi d'acqua, il traduttore diretto dell'energia termica è l'acqua calda, che riempie i tubi di circolazione dello scambiatore di calore. Risulta un generatore efficiente e sicuro che contribuisce alla produzione di vapore. Come per le caldaie a tubi di gas, il progetto tecnico, anche esteriormente, può corrispondere in parte a strutture a tubi d'acqua. L'unica differenza è che il vettore di energia termica saranno i gas di scarico nella camera di combustione. In che modo ciò influisce sul processo operativo? Se il principio di funzionamento di una caldaia a tubi d'acqua consente il consumo completo dei prodotti di scarto senza residui fino al momento dell'evaporazione e dell'ulteriore utilizzo del vapore, una caldaia a tubi di gas dovrà rilasciare il mezzo di lavoro già presente nello scambiatore di calore sistema. Inoltre, sono previsti ugelli spessi per garantire la sicurezza del processo.

Varietà di caldaie a tubi d'acqua

La caratteristica principale della classificazione è la posizione dei collezionisti. Tradizionalmente, le strutture sono dotate di tamburi orizzontali, opportunamente collegati ai circuiti di circolazione dell'acqua. Sulla piattaforma sono installati due collettori in parallelo e tra di loro può essere posizionato un focolare con canali di uscita. Se nel locale tecniconon c'è abbastanza spazio, quindi vengono utilizzate caldaie a tubi d'acqua verticali su uno speciale substrato di comunicazione. I tamburi cilindrici si precipitano verso l' alto e un fluido di lavoro con temperature diverse viene fornito dal basso. Il vapore di processo viene emesso in alto.

Caldaia a tubo dell'acqua per nave

Il design di tali unità è adatto in modo ottimale per l'uso come parte del trasporto marittimo. Ma anche in questo caso vengono utilizzate modifiche speciali delle caldaie: le radiazioni. La loro caratteristica distintiva è l'utilizzo dell'energia termica radiativa, che viene rilasciata anche durante la combustione del carburante (solitamente diesel). Una condizione strutturale obbligatoria è la posizione superiore degli ugelli del forno. Un' altra caratteristica del progetto di una caldaia a tubi d'acqua per navi marittime è la combinazione con impianti a turbina a vapore che forniscono un riscaldamento intermedio del vapore.

Manutenzione delle apparecchiature

L'infrastruttura di comunicazione con elementi di tubazioni è piuttosto complicata per i tubi dell'acqua, il che porta a un ampio elenco di misure tecniche per la diagnostica e la riparazione. Il personale addetto alla manutenzione deve controllare periodicamente la tenuta dei tubi, eseguire il rilevamento dei difetti delle unità funzionali e dei controlli automatici e anche mantenere l'affidabilità dei collegamenti con elementi di fissaggio. Particolare attenzione è rivolta alle tubazioni dello scambiatore di calore e dei collettori: la minima caduta di pressione può danneggiare la struttura, creando le condizioni per la depressurizzazione del circuito.

Professionistidisegni

Il vantaggio più importante di tali caldaie nella famiglia generale delle unità a vapore è la sicurezza. Mantenendo un equilibrio di temperatura ottimale, puoi contare sul funzionamento a lungo termine dell'attrezzatura senza incidenti e danni alle parti di lavoro. Si segnalano anche ampie capacità normative del cat tubo dell'acqua, confermate dall'integrazione dell'economizzatore con valvole di intercettazione automatiche. I dispositivi funzionano senza la partecipazione dell'operatore, sulla base dei dati degli algoritmi del termostato installato. Ciò consente di programmare il sistema con diversi giorni di anticipo.

Contro del design

Il principio di funzionamento di tali caldaie è incentrato su prestazioni elevate, indipendentemente dalle condizioni di utilizzo. Recentemente, questa sfumatura sta giocando un ruolo sempre più importante sullo sfondo dell'ottimizzazione e della razionalizzazione delle capacità produttive. Il corpo massiccio e gli interscambi di comunicazione multilivello delle caldaie a tubi d'acqua a vapore rendono necessaria la ricerca di soluzioni alternative ai problemi di generazione del vapore. Tuttavia, il concetto di ridurre al minimo il dispositivo di questa caldaia non è escluso. Ma in questo caso si perde l'elevata efficienza, per non parlare delle possibilità di lavorare in modalità cogenerazione con fornitura parallela di funzionamento sanitario. In altre parole, l'apparecchiatura è adatta in modo ottimale per le grandi industrie che necessitano di grandi volumi di vapore di processo, ma è poco utile per fornire ai consumatori con una bassa domanda di energia mirata.

Conclusione

La differenza fondamentale tra il concetto stessole caldaie a tubi d'acqua appartengono alla classe delle apparecchiature a passaggio singolo. Tali installazioni presentano un vantaggio significativo rispetto ai sistemi autonomi, che risiede nella possibilità di un processo di generazione continuo. Anche in condizioni di picco di funzionamento, le caldaie a tubi d'acqua sono in grado di funzionare a lungo mantenendo la stessa qualità della produzione di vapore. Un' altra cosa è che i requisiti di sicurezza escludono ancora lunghe sessioni di funzionamento ad alte potenze. Quanto all'autonomia, in relazione a tali caldaie si esprime nell'eliminazione della necessità di approvvigionamento energetico. Naturalmente, le valvole di intercettazione richiedono almeno l'alimentazione della batteria, ma il processo di circolazione dell'acqua e la successiva evaporazione sono abbastanza gestibili senza elettricità.