Caldeira aquatubular: dispositivo, princípio de funcionamento em energia industrial

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Os equipamentos de aquecimento de água para caldeiras são amplamente utilizados na indústria, onde se valoriza o alto desempenho dos grupos geradores. Essas unidades são usadas principalmente para operações tecnológicas - por exemplo, para gerar vapor por meio da evaporação da água. Mas a possibilidade de operação doméstica não está excluída, se for necessário organizar o fornecimento de água quente para vários grandes consumidores. Entre os projetos de gerador de vapor mais otimizados, pode-se destacar o projeto de tubo de água. Uma caldeira deste tipo não é inferior a muitos análogos em termos de potência por unidade de tempo, mas o seu design causa muitas restrições à operação em condições apertadas.

Unidade do dispositivo

O design mais comum com dois tambores (coletores) na base. São tanques metálicos que são interligados por tubos de diferentesdiâmetros. Também um componente obrigatório é uma câmara de combustão ou um forno que gera energia térmica. Outros elementos de design incluem:

• Tubo de abastecimento de combustível (geralmente líquido).
• Comunicação de circulação para água.
• Entradas e saídas de água.
• Saída para drenagem de água.
• Partições (se estivermos falando de um sistema de caldeira fechada em um estojo de proteção).
• Chaminé.
• Separador de vapor.

A maioria dos elementos estruturais da caldeira aquatubular são feitos de liga de aço resistente ao calor. Existem também modelos em ferro fundido, mas podem ser utilizados se as condições de funcionamento permitirem a instalação de unidades pesadas. Elementos tubulares e de encaixe também podem ser feitos parcialmente com base em cerâmica resistente ao fogo, que é mais prática que o metal. A janela da fornalha e várias outras áreas de observação possíveis são feitas de vidro temperado resistente ao calor.

Elementos estruturais auxiliares

Opcionalmente, a caldeira pode incluir dispositivos adicionais que ampliam as capacidades e facilidade de uso do equipamento. Dentre eles, destacam-se os seguintes dispositivos:

• Superaquecedor. Projetado para aumentar a temperatura do vapor para 100 °C e acima. Por si só, o projeto de unidades aquatubulares não visa trazer o regime de temperatura do vapor a determinados valores. Como regra, o ponto alvo do trabalho é precisamente o efeito da evaporação. Por outro lado, a convecçãoos superaquecedores, dependendo do modelo, são capazes de levar a temperatura da mistura de saída até 500 °C, o que pode ser necessário em algumas operações tecnológicas em produção.
• Desumidificador. Também uma preparação a vapor que seca removendo o excesso de umidade.
• Acumulador de vapor. Se a caldeira aquatubular não puder suportar as cargas ou, pelo contrário, encher a câmara de vapor em volumes mínimos, este dispositivo ajudará a equilibrar o modo de operação. O acumulador recebe ou bombeia fluxos de vapor para o sistema quando necessário.
• Dispositivo para tratamento de água. A água, como fonte de geração, também necessita de tratamento adequado. Por exemplo, um sistema de filtro especial reduz o volume de oxigênio dissolvido, remove sais e produtos químicos indesejados.
• Hoje é cada vez menos comum dispensar os controles automáticos, mas eles também são fornecidos de série com o equipamento. Você só pode adquirir um conjunto estendido de instrumentação que permitirá monitorar de forma abrangente os parâmetros de pressão, temperatura, umidade, etc.

Princípio de funcionamento

Na posição inicial, dois tambores são preenchidos com água - um completamente (água) e o segundo (vapor) pela metade. No segundo coletor, uma membrana separadora é fornecida no interior, separando a água do vapor. Este limite é chamado de espelho de evaporação. O processo de trabalho começa a partir do momento em que a fornalha é acesa, que é conectada a um trocador de calor na forma de um sistema tubular com água circulante. A água quente entra no primeiro tambor,mantendo volume suficiente.

Ao mesmo tempo, inicia-se o processo de evaporação do líquido no coletor de vapor da caldeira aquatubular. O princípio de funcionamento da unidade é baseado na troca de calor por convecção, que pode ser realizada de forma natural sem parar. A água fria do sistema central de abastecimento de água passa pelo nível básico de filtragem, depois entra no sistema de troca de calor e é direcionada para o tambor de aquecimento. Além disso, dependendo da taxa de evaporação, o líquido reabastece gradualmente o nível de enchimento do coletor de vapor. O vapor, por sua vez, é liberado pela chaminé ou entra na zona de processo para uso posterior.

Diferenças da caldeira de tubo de fogo

A diferença entre estas unidades está na configuração da colocação da câmara de combustão ou, em princípio, da fonte de energia térmica relativa ao permutador de calor e ao depósito de água. Em primeiro lugar, a geração de vapor não é necessária. A caldeira de tubo de fogo funciona principalmente para aquecimento com água, proporcionando a função do sistema de DHW. Em segundo lugar, em tais caldeiras, o forno está localizado no centro da estrutura e os recipientes com circuitos de circulação de água são de natureza aplicada. Eles estão em contato com o trocador de calor na superfície externa da estrutura.

Mas esta não é a única diferença entre as caldeiras flamotubulares e as caldeiras aquatubulares. A diferença também passa pela forma de regular o processo de troca de calor. O projeto da unidade de tubo de água prevê um economizador, devido ao qual a água inicialmente fria é pré-aquecida. Assim, maisas reações de transferência de calor são mais intensas e com menor consumo de energia. Por outro lado, as vantagens do equipamento de tubo corta-fogo incluem simplicidade estrutural e uma quantidade mínima de medidas de manutenção durante a operação.

Diferenças do equipamento de tubulação de gás

Nas unidades aquatubulares, o tradutor direto da energia térmica é a água quente, que enche os tubos de circulação do trocador de calor. Acontece um gerador eficiente e seguro que contribui para a produção de vapor. Quanto às caldeiras a gás, o desenho técnico, mesmo exteriormente, pode corresponder parcialmente a estruturas aquatubulares. A única diferença é que o transportador de energia térmica serão os gases de exaustão na câmara de combustão. Como isso afeta o processo operacional? Se o princípio de operação de uma caldeira aquatubular permite o consumo completo de produtos residuais sem resíduos até o momento da evaporação e posterior uso de vapor, uma caldeira a gás terá que liberar o meio de gás de trabalho já no trocador de calor sistema. Além disso, bicos grossos são fornecidos para garantir a segurança do processo.

Variedades de caldeiras tubulares

A principal característica de classificação é a localização dos coletores. Tradicionalmente, as estruturas são equipadas com tambores horizontais, que são convenientemente conectados aos circuitos de abastecimento de água circulante. Dois coletores são instalados na plataforma em paralelo, e uma fornalha com canais de saída pode ser colocada entre eles. Se na sala técnicanão há espaço suficiente, são usadas caldeiras verticais de tubos de água em um substrato de comunicação especial. Tambores cilíndricos correm para cima e um fluido de trabalho com diferentes temperaturas é fornecido por baixo. O vapor do processo é emitido na parte superior.

Caldeira de tubo de água para navio

O design dessas unidades é ideal para uso como parte do transporte marítimo. Mas mesmo neste caso, são usadas modificações especiais de caldeiras - radiação. Sua característica distintiva é o uso de energia térmica radiativa, que também é liberada durante a combustão do combustível (geralmente diesel). Uma condição estrutural obrigatória é a localização superior dos bicos do forno. Outra característica do projeto de uma caldeira aquatubular para embarcações marítimas é a combinação com usinas de turbina a vapor que proporcionam aquecimento intermediário do vapor.

Manutenção de equipamentos

Infraestrutura de comunicação com elementos de tubulação é bastante complicada para unidades aquatubulares, o que leva a uma extensa lista de medidas técnicas para diagnóstico e reparo. O pessoal de manutenção deve verificar periodicamente o estado dos tubos quanto ao aperto, realizar a detecção de falhas das unidades funcionais e controles automáticos e também manter a confiabilidade das conexões com fixadores. Atenção especial é dada à tubulação do trocador de calor e coletores - a menor queda de pressão pode danificar a estrutura, o que criará condições para despressurização do circuito.

Prosdesenhos

A vantagem mais importante dessas caldeiras na família geral de unidades de vapor é a segurança. Mantendo um equilíbrio de temperatura ideal, você pode contar com a operação a longo prazo do equipamento sem acidentes e danos às peças de trabalho. Amplas capacidades regulatórias do gato de tubulação de água também são notadas, o que é confirmado pela integração do economizador com válvulas de fechamento automático. Os dispositivos operam sem a participação do operador, com base nos dados dos algoritmos do termostato instalado. Isso torna possível programar o sistema para vários dias de antecedência.

Design contras

O princípio de funcionamento de tais caldeiras é focado no alto desempenho, independente das condições de uso. Recentemente, esta nuance tem desempenhado um papel cada vez mais importante no contexto de otimização e racionalização das capacidades de produção. O corpo maciço e as trocas de comunicação multinível das caldeiras a vapor aquatubulares tornam necessário buscar soluções alternativas para os problemas de geração de vapor. No entanto, o conceito de minimizar o dispositivo desta caldeira não está excluído. Mas, neste caso, perder-se-á alta eficiência, sem falar nas possibilidades de trabalhar em modo de cogeração com fornecimento paralelo de operação de DHW. Em outras palavras, o equipamento é ideal para grandes indústrias que precisam de grandes volumes de vapor de processo, mas dificilmente é útil para suprir consumidores com baixa demanda por energia direcionada.

Conclusão

A diferença fundamental entre o próprio conceitoas caldeiras aquatubulares pertencem à classe de equipamentos de passagem única. Tais instalações possuem uma vantagem significativa sobre os sistemas autônomos, que reside na possibilidade de um processo de geração contínua. Mesmo em condições de pico de operação, as caldeiras aquatubulares são capazes de operar por muito tempo mantendo a mesma qualidade de produção de vapor. Outra coisa é que os requisitos de segurança ainda excluem longas sessões de operação em altas potências. Quanto à autonomia, em relação a tais caldeiras expressa-se na eliminação da necessidade de fornecimento de energia. É claro que as válvulas de fechamento precisarão de pelo menos energia da bateria, mas o processo de circulação de água e evaporação subsequente é bastante gerenciável sem eletricidade.