Las calderas de vapor industriales generalmente se clasifican en dos grupos principales: tubo de llama-humo y tubo de agua, dependiendo de la geometría a través de la cual se transfiere el calor al agua. En uno, los gases de combustión calientes pasan a través de tuberías rodeadas de agua, y en el otro, una mezcla de agua y vapor pasa a través de tuberías rodeadas de gases calientes. Ésta es la principal diferencia; Afecta la capacidad alcanzable, la presión, la respuesta al cambio de carga, el tipo de mantenimiento y los requisitos de calidad del agua.
La elección correcta es «¿qué tipo es mejor?» No se debe hacer con la cuestión, sino con la demanda de vapor y las condiciones de operación del proceso.
¿Cómo funciona una caldera tubular de llama-humo?
En la caldera tubular de llama y humo, los gases calientes formados por el quemador o el sistema de combustión pasan a través del horno y las tuberías de humo. El agua fuera de las tuberías se calienta y se convierte en vapor. La caldera de vapor tipo escocesa es uno de los ejemplos industriales habituales de este grupo.
En el diseño de tres pasos, los gases calientes realizan tres pasos diferentes en la caldera. El objetivo es aprovechar más la energía del gas a medida que avanza hacia la chimenea. Un volumen de agua suficiente puede ayudar a la estabilidad de la presión durante cambios de carga a corto plazo.
¿Cómo funciona una caldera acuotubular?
En una caldera acuotubular, el agua circula por el interior de las tuberías; Los gases de combustión calientes calientan las superficies exteriores de las tuberías. Los diámetros de tubería más pequeños y las diferentes estructuras de circulación permiten el desarrollo de diseños adecuados para aplicaciones que requieren alta capacidad y presión.
En la caldera de vapor tipo D los haces de tuberías y los tambores crean una geometría de horno cuya sección transversal se asemeja a la letra D. La construcción de tuberías de agua no se limita únicamente al tipo D; Se pueden utilizar diferentes diseños de horno y circulación según el combustible, la capacidad y las condiciones del proceso.
Comparación técnica
| Criterios | Caldera tubular de llama-humo | Caldera acuotubular |
|---|---|---|
| Flujo | Gas caliente en la tubería, salida de agua | Agua/vapor en la tubería, salida de gas caliente |
| Uso típico | Común en capacidades y presiones medias | Común en altas capacidades/presiones y procesos especiales |
| Volumen de agua | Generalmente mayor | Generalmente menor |
| Arranque en frío | Puede tardar más | Puede ser más rápido según el diseño |
| Respuesta al cambio de carga | El volumen de agua puede proporcionar amortiguación | Puede ser más rápido; la automatización y la circulación son importantes |
| Sensibilidad de la calidad del agua | Crítica | Puede ser más crítica debido a tuberías pequeñas |
| Mantenimiento | Limpieza de tuberías de humo y control del lado del agua | Control experto de tuberías, tambores y sistema de circulación |
| Instalación | Puede ser adecuado para soluciones en paquete | En sistemas grandes, puede ser necesario el montaje en campo |
Esta tabla es un comienzo para la selección; Se deben tener en cuenta los límites de capacidad y presión del fabricante.
Selección de presión y capacidad
La alta capacidad o la alta presión no significan automáticamente que se requiera una caldera acuotubular. Las modernas calderas tubulares de llama y humo se pueden fabricar en amplios rangos de potencia. Sin embargo, a medida que aumentan la capacidad y la presión, el diámetro del cuerpo, el espesor de la lámina, las tensiones térmicas, los límites de transporte y las consideraciones de seguridad se vuelven importantes.
Las calderas acuotubulares pueden distribuir un alto flujo de calor sobre superficies de tuberías más grandes y proporcionar ventajas en aplicaciones de alta presión. El límite final; El estándar de diseño está determinado por el material, el combustible, la circulación y las condiciones del proyecto.
Variación de carga y calidad del vapor
Si el consumo del proceso aumenta repentinamente, la presión dentro de la caldera puede bajar y el comportamiento del nivel del agua puede cambiar. La caldera tubular de humo y llama de gran volumen de agua puede soportar fluctuaciones a corto plazo; Sin embargo, una caldera de gran tamaño que funciona a baja carga durante mucho tiempo puede volverse ineficiente.
El diseño del tubo de agua puede responder rápidamente; Por otro lado, se debe configurar correctamente la circulación, el control de nivel y la automatización. En ambos tipos, el área de separación del vapor, la tasa de carga y la química del agua afectan la sequedad del vapor.
¿Cómo afecta el tipo de combustible al diseño?
El gas natural y el combustible líquido se pueden utilizar en volúmenes de combustión compactos con un quemador controlado. En el caso de combustibles sólidos como la biomasa y el carbón, se requieren diferentes geometrías de horno para el secado, la gasificación, la combustión y la evacuación de cenizas. En los sistemas de lecho fluidizado, rejilla giratoria y empuje hacia adelante, el análisis del combustible es tan decisivo como el tipo de caldera.
Diferencia mantenimiento y acondicionamiento del agua
En las calderas de tubos de humo de llama, el hollín y las cenizas pueden reducir la transferencia de calor en los tubos de humo. La formación de una capa de cal en el lado del agua aumenta la temperatura del metal. Se requiere limpieza regular de tuberías, análisis de agua y gestión de purgas.
En las calderas acuotubulares, los sedimentos, la cal o los trastornos de la circulación pueden provocar un sobrecalentamiento local debido a las secciones transversales internas de las tuberías y al alto flujo de calor. Por esta razón, el sistema de ablandamiento de agua, el desaireador y el acondicionamiento químico deben manejarse juntos de acuerdo con el proyecto.
¿Cuál se debe elegir en cada situación?
Las siguientes preguntas forman la base de la decisión:
- ¿Cuál es el caudal de vapor normal y máximo?
- ¿Cuál es la presión de operación y de diseño?
- ¿Qué tan rápido cambia la carga?
- ¿Cuáles son la humedad, las cenizas y el poder calorífico inferior del combustible?
- ¿Existen requisitos de proceso especiales en cuanto a temperatura y sequedad del vapor?
- ¿Cuál es la calidad del agua y la tasa de retorno de condensado de la instalación?
- ¿Cómo es el transporte, espacio de instalación y acceso de mantenimiento?
- ¿Cuáles son las horas de funcionamiento anuales y el tiempo de inactividad planificado?
Elección técnica realizada con estos datos; Además de la inversión inicial, también se tiene en cuenta el consumo de combustible, el mantenimiento, la continuidad de la producción y la vida útil de los equipos.
Preguntas frecuentes
¿La caldera tipo whisky tiene tubos de agua?
No. La caldera tipo whisky es un diseño común de caldera cilíndrica con pirotubular.
¿Por qué se utiliza la caldera tipo D a alta capacidad?
La estructura de la tubería de agua, la gran superficie de transferencia de calor y el diseño de circulación adecuado se pueden adaptar a aplicaciones de alta capacidad y presión.
¿Es siempre más eficiente una caldera acuotubular?
No. Producir; Depende del tipo de caldera, así como de la temperatura de los gases de combustión, el exceso de aire, el combustible, la relación de carga, el aislamiento y la recuperación de calor.
¿Qué caldera es adecuada para la instalación existente?
No se deben tomar decisiones basadas únicamente en la capacidad sin ver el perfil de vapor del proceso, el análisis del combustible, la presión, la calidad del agua y el diseño del sitio.
Recursos técnicos
- T.R. Ministerio de Trabajo y Seguridad Social, Criterios de operación segura y control periódico de calderas en Turquía y Europa.
- Explicaciones del alcance de los estándares TS EN 12952 y TS EN 12953.