Generadores de vapor
Gerardo Pauwels Maximiliano Cabestrero Cristian Drappo Federico Rolt
Sergio Galfione Mariano Ettore Maximiliano Heiss
Generadores de vapor Un generador de vapor es un conjunto de equipos mediante los cuales se transforma agua tratada en estado líquido, a estado de vapor, con distintas presiones y temperaturas, entregando caudales más o menos variables según el equipo. La transformación se logra mediante el aporte de energía calorífica, obtenida al quemar combustibles que pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, o a través de energía atómica.
Generadores de vapor
Clasificación • UTILITY STEAM GENERATORS, son aquellos usados en el servicio de la generación de potencia eléctrica y existen como: • Su Sub b crít crític ico os – Operan entre 130 bar a 190bar. –
° calentadores.
– Capacidad, en los modernos podemos alcanzar de 1 a 10 millones Lbm/hora de vapor. En la planta eléctrica la potencia de salida está en el rango de 125 a 1300 megawatts (MW). • Su Supe perr crít crític icos os – Operan por arriba de 3200 psia, usualmente 3500psia (240bar).
Clasificación • INDUSTRIAL STEAM GENERATORS, son aquellos que se utilizan en la industria pequeña de generación eléctrica, estab tableci lecim mientos tos inst institituucionales, les, ind industri striaales, comercia rciale less y en muchos usos más como en: • Plásticos • Industria Alimenticia • Lavanderías • Construcción • Farmacéutica • Cerámicas • Química • Industria del Caucho • Papel y Cartón
Clasificación de calderas: Las calderas se clasifican basándose en algunas de las caracter característ ísticas icas siguien siguientes tes:
• Uso
• Sistema del fogón
• Materiales de que están construidas • Tamaño • Contenido de lo los tu tubos, su su forma y posición
• Clase de combustible • Sistema de circulación • Posición del hogar
Tipos de calderas Calderas de tubos de humo (Pirotubulares) -De fogón externo -De fogón interno -Horizontales tubulares -Calderas verticales tubulares -Calderas tipo residencial Calderas de aceite térmico Calderas de hierro colado Reactores de energía nuclear
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Tipos de calderas Calderas de tubos de agua (acuotubulares) -Calderas horizontales de tubos rectos -Calderas de tubos curvados -De circulación natural -De circulación forzada -Calderas de cuerpo de acero -Calderas de presión subcrítica -Calderas de presión supercríticas
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CALDERAS PIROTUBULARES PIROTUBULARES O TUBOS DE HUMO
Calderas Pirotubulares O Tubos De Humo Ventaja Almacenan gran cantidad de agua Producen gran cantidad can tidad de vapor. Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor. Su costo instalada es relativamente bajo y considerablemente menor que la correspondiente caldera Acuotubular de domo. Son eficientes de 79% a 85%. La caldera vertical ocupa poco espacio. La caldera compacta adaptable a toda clase de combustible y para cualquier sistema de combustión. Fáciles de transportar •
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Calderas Pirotubulares O Tubos De Humo Desventajas: Su arranque en frío es demasiado lento para alcanzar la presión de trabajo. Su posibilidad de sobrecalentamiento es limitado y depende del tipo de caldera. No se utilizan para el accionamiento de turbinas. El tamaño de la caja del hogar no puede ser ampliado. Su operación se torna crítica al operar con sobrecarga de más del 40%. Su mantenimiento interior es dificultoso. •
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CALDERAS PIROTUBULARES PIROTUBULARES O TUBOS DE HUMO
Calderas Acuotubulares O Tubos De Agua
Calderas Acuotubulares O Tubos De Agua
Calderas Acuotubulares O Tubos De Agua Ventajas: Son de horno propio interior ubicado lejos de la zona de evaporación Menor peso por unidad de potencia generada, con de gran volumen y altura Admiten gran cantidad de aire en su hogar La combustión se puede controlar Son de alto rendimiento y producción de alta presión, apta para generación de energía eléctrica. Menor tiempo para levantar presión. Entre más alta es la caldera más se aprovecha la energía calórica de los gases de combustión •
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Calderas Acuotubulares O Tubos De Agua Ventajas (cont): Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequeña cantidad de agua que contienen •
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carbón Puede quemar combustible líquido, gaseoso, sólido y biomásico. Producen un vapor seco por lo que en el sistema de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento. Mayor flexibilidad para variaciones de consumo, debido a la pequeña cantidad de agua que contienen. •
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Calderas Acuotubulares O Tubos De Agua Desventajas •Es de difícil realizar mantenimiento por lo incomodo el acceso a la zona de conv convec ecci ción ón.. • . •El coeficiente de evaporación está estrechamente limitado por la circula circulación ción interna interna.. •La superficie limitada para la liberación de vapor, dificulta la separación correcta del agua y el vapor durante los consumos altos. •Para su instalación requieren de una extensa área de terreno. •Su montaje con puesta en servicio pueden tomarse de uno a dos años.
COMPONENTES PRINCIPALES DE UN GENERADOR DE VAPOR Hogar Domo
o Hervidor Quemadores Economizador Precalentador Sobrecalentador y Recalentador
Hogar Es el espacio donde se produce la combustión. Se le conoce también con el nombre de Cámara de Combustión. Las calderas pueden instalarse con hogares para combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, todo dependerá del proyecto del equipo y de la selección del combustible a utilizar.
Domo o Hervidor Es un recipiente metálico diseñado con las condiciones de presión a las que debe trabajar el generador de vapor. La función básica del domo es la de separar el vapor de la mezcla vapor-agua y mantener el vapor seco. En las unidades que no tienen economizador, es en el domo donde se dispone el agua previamente tratada y desde ahí se str uye por to os os os tu os e c rcu to en sea por me o de flujo natural o por flujo forzado. En las unidades con economizador, el agua es precalentada en el economizador antes de ser llevado al domo. Aquellas unidades denominadas “de un solo paso” carecen de domo.
Quemadores Son los elementos de la caldera encargados de suministrar y acondicionar el combustible para mezclarlo con el aire y obtener una buena combustión. Deben producir una llama estable y uniforme de manera ue se realice una cierta distribución en el hogar.
Economizador El economizador eco nomizador,, es básicamente un intercambiador de calor gases-agua, El economizador, economizador, instalado insta lado en una caldera, consigue residual de los gases de combustión, traspasándolo al agua de alimentación de la caldera, con lo que se consigue reducir el consumo de combustible y mejorar el rendimiento de manera considerable.
Precalentador de aire Los precalentadores de aire al igual que los economizadores extraen calor de los gases de combustión con temperaturas relativamente bajas. La temperatura del aire de entrada es menor que la del agua que entra al economizador y por tanto es posible reducir aún más la temperatura de los productos gaseosos de la combustión, antes de que se descarguen en las . El uso de aire precalentado para la combustión acelera la ignición y fomenta una combustión rápida y completa del combustible.
Sobrecalentador y Recalentador La adición de calor al vapor después de la evaporación o el cambio de estado, viene por un aumento en la temperatura y la entalpía del fluido. El calor se agrega al vapor en componentes de la caldera llamados sobrecalentadores y recalentadores, los cuales se componen de elementos tubulares expuestos a los productos gaseosos a alta temperatura de la l a combustión. Las ventajas del sobrecalentamiento sobrecalentamiento y recalentamiento en la generación de potencia son resultado de la ganancia termodinámica en el Ciclo de Ranking y de la reducción de las pérdidas de calor debidas a la humedad en las etapas de baja de resi resión ón en la turb turbin ina. a. Con Con resi resion ones es tem tem erat eratur uras as alta altass del del va or se dis dis one one de más energía útil, pero los l os avances hacia temperaturas altas del vapor a menudo son restringidos por la resistencia mecánica y la oxidación del acero y de las aleaciones ferrosas con los que se cuenta en la actualidad y son económicamente prácticos para su uso en la parte a presión de las calderas y en las construcciones de alabes de las turbinas. El término “sobrecalentado” se aplica al vapor de más alta presión y el de “recalentado” se refiere al vapor de presión más baja que ha liberado parte de su energía durante la expansión en la turbina de alta presión. Con presión de vapor inicial alta pueden emplearse una o más etapas de recalentamientos recalentamientos con el fin de mejorar la eficiencia térmica.
Además podemos hacer mención de otros componentes que hacen al funcionamiento funcionamiento como ser:
Emparrillado Cenicero Caja de Humos Forzador (Ventilador/es) Chimenea Sopladores de Hollín
Control en calderas •El sistema de control de una caldera es la herramienta mediante la cual se consiguen los equilibrios de masa y de energía de la misma ante las variaciones en la demanda de los consumidores.
Controles necesarios en las calderas de vapor
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Secuencia de encendido Nivel de agua de alimentación Control de la llama. Control de la presión. Temperatura del combustible. Temperatura de los gases de salida. Total de sólidos disueltos
Control de temperatura del vapor
Objetivo Existen gran cantidad de calderas en las que el vapor generado ha de estar a una cierta temperatura, que asegure el correcto funcionamiento de sus consumidores. En estos casos, la imposibilidad de diseñar la caldera para que en todas las cargas requeridas produzca el vapor a la temperatura deseada, obliga a controlar ésta de forma que se mantenga dentro de los márgenes de oper operac ació iónn dese desead ados os..
Control de temperatura del vapor Filo Filoso sofí fíaa del del cont contro roll Existen distintos métodos de control de la temperatura del vapor, los más extendidos están basados en mecanismos de control en la parte de agua de la caldera. Consisten en atemperar el vapor bien mediante la inyección directa de agua, bien mediante el uso de un intercambiador de calor agua-vapor. Para el primer método su respuesta será más rápida. Sin embargo, al introducir agua en el vapor la calidad de éste se verá modificada. En el segundo caso esta posible contaminación del vapor no existe, pero la respuesta del sistema será mucho mayor, con los inconvenientes que esto puede originar al proceso y al ajuste del sistema de control.
Control de la demanda Objetivo El objetivo de este lazo es generar una señal de demanda de carga para los quemadores que mantenga el equilibrio entre la energía entregada y suministrada por el sistema. Al mantener este equilibrio se asegurara una producción de vapor en las condiciones de operación necesarias para todo el rango de funcionamiento.
Control de nivel de alimentación Objetivo • Controlar el nivel en el valor deseado. • Minimizar la interacción con el control de combustión. • Crear suaves cambios en el agua almacenada ante los cambios de car carga. ga. • Equilibrar adecuadamente la salida de vapor con la entrada de . • Compensar las variaciones de presión del agua de alimentación sin perturbar el proceso ni modificar el punto de operación. Para una mayor seguridad las calderas están provistas de las sigu siguie ient ntes es indi indica caci cion ones es y prot protec ecci cion ones es.. Nivel norm ormal de trabaj bajo. Bajo Bajo nive nivell. Extra baj bajo nivel
Control de nivel de alimentación Control a un elemento.
Control a dos elemento.
Control a tres elemento.
Control de nivel de alimentación Control de dos elementos
Control de nivel de alimentación Ins Instrum trumeent ntos os para para cont contro rola larr el niv nivel • Control vertical usando flotante. • Medidor capacitivo. • Medidor ultrasónico.
Mantenimiento EL PERSONAL -Designar un responsable de la instalación -Designar operarios con conocimientos en: -Válvulas automáticas de control. -Válvulas de cierre manuales, eléctricas o neumáticas. -Válvulas de seguridad. -Controles eléctricos: fusibles, reles, temporizadores. -Cambios de presión y temperatura: cuales son las temperaturas y presiones normales de funcionamiento.
Mantenimiento PRUEBA HIDROSTÁTICA. PRUEBA DE PRESIÓN [Normas UNE 9-105-92 ] Definición: La primera prueba de presión de un aparato a presión es la que perm e ver car su es anqu a y su res s enc a a as deformaciones La presión de Prueba Pp, viene dada por la expresión: Pp = 1.5 Pd Donde Pd es la presión de diseño.
Mantenimiento Realización de la prueba -Proceso de presurización. Tiempo -Mediciones e inspección durante la prueba -Mediciones después de la prueba -Informe
Mantenimiento PRUEBAS HIDROSTÁTICAS DE REDES DE TUBERÍAS Se realizará una prueba de estanqueidad hidrostática, siguiendo las siguientes indicaciones: - aponar ex remos e os os con uc os en e mo m o n a e, a n e s e conectar los terminales. - Dejar las las conducciones conducciones y equipos equipos a una presión presión 1,5 1,5 veces mayor mayor a la de trabajo. - Realizar pruebas de circulaci circulación ón de agua, limpieza, limpieza, filtros filtros,, estanqueidad en temperatura de régimen y medir presiones. - Efectuar el tarado tarado de órganos de seguridad. seguridad. - Limpiar también bombas, accesorios, accesorios, filtros. filtros.
Mantenimiento PRIMERA PUESTA EN MARCHA Antes de poner en servicio el generador: *Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de combustible están abiertas. *Comprobar que las válvulas de cierre del circuito de agua de alimentación están abiertas. *Si comenzamos comenzamos con el enerador desde resión cero abrir la válvula de aireación. *Observar el agua en los niveles. *Colocar el interruptor general en posición ON *Accionar el pulsador de desbloqueo. *Colocar el interruptor del quemador en posición conectado. *Cerrar la válvula de aireación cuando salga un flujo continuo de vapor por la misma.
Mantenimiento COMPROBACIONES EN RÉGIMEN DIARIO -Purgado de indicadores de nivel. - ompro ac n e a arma, esconex n y oqueo e quema or por bajo nivel de agua - Comprobación Comprobación del del control de llama en marcha continua - Comprobación Comprobación del del control de llama durante durante el encendido. - Control de las característica característicass del agua de de alimentación alimentación de la caldera
Mantenimiento COMPROBACIONES EN RÉGIMEN SEMANAL Se comprobara: - Las tuberías tuberías (deterioros (deterioros y estado del del aislamiento) aislamiento) - Los aparatos e intercambiadores intercambiadores de calor (suciedad, (suciedad, purgas, filtros...) - La ausencia de transpiración transpiración y fugas por los prensaestopas, prensaestopas, juntas, etc. - Las bombas bombas (ruidos (ruidos o vibraciones vibraciones anormales) anormales) - Las válvulas válvulas de seguridad, aparatos de control y los los pilotos pilotos de señalización.
Mantenimiento COMPROBACIONES EN RÉGIMEN MENSUAL -Limpieza de la instalación -Limpieza del hollín de los tubos del generador -Limpieza de las partes internas de la caja de humos. - Comprobación Comprobación los manómetros, manómetros, termómet termómetros, ros, presostatos presostatos y termostatos
Mantenimiento COMPROBACIONES EN RÉGIMEN SEMESTRAL - Control del estado de de juntas y acoplami acoplamientos entos (corrosió (corrosión). n). - Revisión, Revisión, limpieza limpieza y puesta puesta a punto de los equipos equipos de regulación regulación de combustión - Revisión Revisión de las purgas, purgas, se comprobara comprobara si hay fugas. fugas. - Engrasad Engrasadoo de de válv válvulas ulas..
Mantenimiento COMPROBACIONES EN RÉGIMEN ANUAL -Inspeccionar y limpiar los filtros. -Com -C om robar robar si las las tuberí tuberías as resent resentan an corro corrosi sione oness icadu icadura rass o daños mecánicos. -Comprobar si hay condensación en las tuberías. -Inspeccionar si el aislamiento y la barrera de vapor están deteriorados. -Comprobar la suciedad y las incrustaciones en el lado del agua de los aparatos de presión. -Control del correcto funcionamiento de los ventiladores -Inspeccionar el estado de los componentes de la instalación eléctrica.
Mantenimiento PURGADO -Los purgadores van en la parte mas baja de la caldera -Se utilizan para extraer los lodos, sedimentos y espumas. -Se emplea un purgado continuo, por medio de un tubo pequeño. -No obstante, los purgadores grandes hay que abrirlos periódicamente
Mantenimiento LIMPIEZA Y MANTENIMIENTO CON CALDERA FUERA DE SERVICIO Toda caldera cuyo servicio no se precise durante un periodo de tiempo prolongado, deberá acondicionarse debidamente para evitar corrosiones internas y externas. Procedimiento Procedimiento Seco: se utilizara utilizara cuando la caldera tenga que estar fuera de servicio durante varios meses y no esté expuesta a que se recurra a ella al menor men or aviso. Procedimiento Procedimiento Húmedo: Húmedo: se utilizará utilizará en aquellos aquellos casos en que la caldera vaya a permanecer inactiva únicamente durante unas semanas y sujeta a entrar en servicio en cualquier momento.
Generadores de vapor Hogares
Hogares Recinto o cámara donde se efectúa la combustión. La cámara confina el producto de la combustión y puede resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan. Dado ue los eneradores de va or son esencialmente intercambiadores, y que el calor a transferir proviene de la energía del combustible, se puede inferir que el hogar constituye el transductor primario de la energía. Por ello, la gran influencia de este conjunto en el rendimiento global de una instalación. La combustión se completa siempre dentro de los límites del hogar si la caldera está bien diseñada y funciona perfectamente.
Hogares Parámetros característicos de un hogar: • Clase Clase de combusti combustible ble a utiliz utilizar: ar: El tipo de combustible que se utilizará puede predecir en primera aproximación el volumen físico requerido, así como también la geometría para el hogar y ciertas partes constitutivas • Máxima Máxima generación de vapor y probables probables limites limites de carga de de la caldera: El diseño determinará la capacidad de la caldera para sostener una carga normal con una eficiencia alta. • Presión sión de func uncionam namiento nto y tempe emperratura ura tota otal desea eseadda: Las paredes del hogar deben estar soportadas de forma adecuada tomando en cuenta la expansión térmica y diferencias de presiones. La temperatura de los gases a la salida del hogar está relacionada con el aporte de calor por el combustible y con la efectividad de las paredes del hogar.
Hogares Refrigeración de hogares El enfriamiento por agua de las paredes del hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementos estructurales y, en consecuencia, puede limitarse su temperatura a la que satisfaga los requ requiisito sitoss de resis esisttenci enciaa mecá mecáni nica ca,, etc. etc. uso e ogares con en r am am en en o por agua re uce as per as e calo alor al ext exteri erior
Tipos de hogares Clasificación • Según la colocación de los quemadores el hogar de la caldera puede ser:
Paralelos: Cuand uandoo los quem uemador dores están co oc oca os a rente o a rente y atrás. Turbulentos: Cuando los quemadores están ubicados en las esquinas e inyectan el combustible en forma tangencial.
Tipos de hogares hogares Clasificación • Según el tipo tipo de combustib combustible le a utilizar utilizar la caldera caldera
ogares para com us Hogares de emparrillado mecánico
es s
os:
Tipos de hogares • Según el tipo de combustible a utilizar la caldera Hogares para combustibles sólidos, líquidos y gaseosos:
Hogares ciclónicos
Tipos de hogares •Otros tipos de hogares Hogares internos: Se encuentran encuentran dentro de la caldera y totalmente rodeados por el agua de la misma
Hogares externos: Se encuentran fuera del alcance del cuerpo de agua, o sea, no tienen un contacto directo con el cuerpo de agua a evaporar
Generadores de vapor 6) Combustión
Combustión • Reacción: combustible + comburente calor
• Los elementos básicos para que se produzca la combustión son: 1. El oxí oxíge geno no del del air airee como como com combu bure rent ntee 2. El carbon carbonoo y el hidróg hidrógeno eno del combus combustib tible le + otros otros elemen elementos tos (azufre), e inertes (cenizas) 3. Tempe empera ratu tura ra de igni ignici ción ón
Combustión • Reacción: combustible + comburente calor
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on c on ones a sa s acer para que se pro uzca a com us n son: 1.
Adecuada proporción entre combustible y comburente.
2.
La mezcla de las dos sustancias debe ser uniforme.
3.
La temperatura de ignición se establecerá y será monitorizada de manera que el combustib tible con continúe núe su ignic nición sin cal calor ext externo rno cua cuando com comience ence la comb combus ustitión ón..
Combustión • Tipos de combustión: • Combustión con exceso de aire: Existe una cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza exceso de aire, no se producen inquemados. • Combustión con defecto de aire: Es la que se lleva a cabo con menor cantidad que el aire mínimo necesario. Cuando se utiliza un defecto de aire tien tienee a prod produc ucir irse se inqu inquem emad ados os.. • Combustión completa: Es aquella donde el carbono se consume comp comple leta tame ment nte; e; caso caso cont contra rari rioo la comb combus ustitión ón es inco incomp mple leta ta.. Comb mbus usti tión ón perf perfec ecta ta:: Es aquella en la cual el carbono se transforma • Co totalmente en CO2; En el caso de producirse CO la combustión imperfecta.
Combustión Rend Rendim imie ient ntoo de la com combust bustiión El rendimiento de combustión es la relación entre la fracción de energía realmente liberada en el proceso, y el total teórico disponible, que da una idea del grado de aprovechamiento del combu ombust stiible ble, par para las cond condiicion cionees de trabaj bajo dadas adas..
Consiste en regular la entrada de combustible para mantener un suministro continuo de vapor a una presión constante, y de regular la entrada de aire a la caldera en proporción correcta a la entr entrad adaa de comb combus ustitibl ble. e. Control Control mecánico mecánico/neu /neumát mático ico Contr ntrol de medid dida en seri erie/p e/para aralelo elo Control de medida en paralelo con límites cruzados:
COMBUSTIBLES • Poder Calorífico : Es la energía por unidad de masa del combustible que se libera en una combustión completa y perfecta. • Poder Calorífico Superior (PCS) : Tiene en cuenta el calor latente de vaporización del agua generada en la combustión. • Poder Calorífico Inferior (PCI) : No tiene en cuenta el calor latente de vaporización del agua formada en la combustión.
Tipos de Combustibles
I - Co Comb mbus usti tibl bles es Só Sólilido doss • Madera
PCI = 4.500 Kcal/Kg.
• Carbón Natural # Turba : # Lignito : # Hulla : # Antracita :
50/60% 50/60% C – 70/80% 70/80% Humeda Humedadd – PCI = 750 Kcal/K Kcal/Kg. g. 65/75% 65/75% C – 50/70% 50/70% Humeda Humedadd – PCI = 3.500 3.500 Kcal/K Kcal/Kg. g. 75/8 75/85% 5% C – 5/15 5/15% % Hume Humeda dadd – PC PCII = 8.50 8.5000 Kcal Kcal/K /Kg. g. > 90% C - < 3% Humedad – PCI = 8.000 Kcal/Kg.
• Carbón Vegetal
PCI = 6.500 Kcal/Kg.
II - Co Comb mbus usti tibl bles es Líq Líqui uido doss • •
Gas Oil : Fuel Oil :
PCI = 10.200 Kcal/Kg. PCI = 9.800 Kcal/Kg.
Propiedades de los Combustibles Líquidos . 2. 3. 4. 5.
scos a Fluidez Crítica Inflamabilidad Contenido de Azufre Contenido de Agua
II - Co Comb mbus usti tibl bles es Gas Gaseo eoso soss • •
Gas Natural : GLP :
PCS = 9.300 Kcal/m3. PCI = 10.950 Kcal/Kg.
Propiedades de los Combustibles Gaseosos 1.
Densidad Relativa ( ρr )
2.
Inte Interrcamb cambia iabi bili lida dad d de los los Gases ases Comb Combus usttible ibles s
3.
Módulo de un Gas
Criterios para la elección de un combustible • Ubicación geográfica de la industria • Posibilidades de aprovisionamiento • Precio del combustible • Problemas ambientales derivados de su uso.
QUEMADORES
Criterios para la elección de un quemador • • • •
Combustible Exceso de Aire Margen de Regulación Estabilidad de Funcionamiento - Turbulencia en la mezcla aire / combustible - Precalen Precalentar tar el aire aire de combusti combustión ón
•
Forma y Dimensiones de la Llama - Turbulencia - Exce Exceso so de de Aire Aire - Presión Presión del del Aire Aire de Combus Combustión tión - Tamaño Tamaño de las Gotas Gotas Pulve Pulveriz rizadas adas
Clasificación de los
Quemadores para combustibles sólidos *
Quemadores de Carbón Pulverizado
Quemadores para combustibles líquidos *
Quemadores Rotativos de Pulverización Centrífuga
Quemadores para combustibles líquidos * Quemadores de Pulverización Mecánica
* Quemadores de Pulverización Asistida
Quemadores para combustibles líquidos *
Quemadores Rotativos de Pulverización Centrífuga
Quemadores para combustibles gaseosos • Quemadores Atmosféricos
* Quemadores de Premezcla
• Quemadores de Flujo Paralelo con Mezcla por Turbulencia • Quemadores Mixtos
Quemadores para combustibles gaseosos • Quemadores de Flujo Paralelo con Mezcla por Turbulencia
Quemadores Mixtos Para quemar combustibles líquidos y gaseosos con el fin de garantizar la continuidad del servicio.
Generadores de vapor
Tiro de una caldera
CORRIENTE DE TIRO DE UNA CHIMENEA • La combustión en el hogar lo llena de gases neutros (no se pueden utilizar para seguir quemando más combustible) siendo necesario eliminarlos y hacer penetrar el aire nuevo que permita que la combusti stión prosig siga. •
temperatura debe intercambiar esa energía de la combustión al líquido por los conductos y cámaras que hacen contacto.
• Se designa chimenea a cualquier clase de tubo o hueco destinado a conducir los gases de la combustión hacia arriba, dándoles les salida ida al exterior. ior. cor corrie riente de e ttiro iro a la establecida por la depresión que • Se llama corriente se genera en la base de una chimenea por la diferencia de peso específico entre los humos y el aire exterior.
DIFERENTES TIPOS DE TIRO tiro natural natural la aspiración debe ser suficiente para • En el tiro vencer todas las resistencias opuestas al movimiento del aire y de los gases de la combustión.
tiro artificial artificial consiste en hacer llegar al hogar el aire • El tiro necesario para la combustión, utilizando un ventilador, extractor u otro medio mecánico. Se subdivide en: • tiro forzado y • tiro aspirado o inducido • Combinación de ambos
TIR IRO O ART RTIF IFIC ICIA IALL O MECÁNICO • Se designa tiro forzado a la corriente que se genera cuando el aire es inyectado con el combustible al hogar de la caldera.
cuando los gases de la combustión son aspirados luego de la caldera. tiro tiro balan al alance ancead ceado ado o o o e equilibrado quilibrad rado a la combinación de los • Se llama tiro anteriores.
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES ATMOSFÉRICAS • Presión: Al aumentar la presión atmosférica crece el peso específico del aire, también el tiro. • Temperatura: Al disminuir la temperatura exterior aumenta el ∆ con gases en la chimenea, esto aumenta el tiro.
• Humedad: Al aumentar la humedad, disminuye el peso específico del aire, también el tiro. • Viento: puede favorecer o perjudicar el tiro
CORRIENTE DE TIRO DE UNA CHIMENEA Tipo Natural
Ventaja • No es es neces necesari arioo un gasto gasto de de energía adicional. • Se regu regula la fáci fácilm lmen ente te (con (con
• suprime suprime la necesid necesidad ad de tiro tiro de natural de chimenea Fácil regulaci regulación ón mediant mediantee Artificial o • Fácil variador mecánico • Indepe Independi ndient entee de las las condiciones del clima • Se adapt adaptaa a las cond condic icio iones nes de carga
Desventaja • Inúti Inútill en inst instal alaci acione oness industriales • no perm permiite baja baja cali calida dadd • gran gran alt altura ura chime chimenea nea • mayo mayorr gast gastoo de energí energíaa • Debe Debe reg regul ular arse se la combustión para evitar excesos de aire y pérdidas
CORRIENTE DE TIRO DE UNA CHIMENEA Tipo Artificial Forzado
Ventaja • Reduc Reducee el el tir tiroo de de una una chimenea • Se pue puede de agr agreg egar ar el combustible • puede puede inst instala alars rsee antes antes de
Desventaja • Debe Debe evit evitar arse se un un sopl soplado ado enérgico capaz de arrastrar cenizas y finos
Artificial inducido
• Es posi posible ble reducir reducir al míni mínimo mo o reforzar la acción de la chimenea • Puede Puede util utiliz izar arse se un by-pas by-passs según las condiciones
•Calentamiento del motor ya que todo el gas pasa por él •Mayor consumo energético •Necesita la adecuada adición del combustible
Artificial • Comb Combina ina ambas ambas vent ventaja ajass equilibrado • Reduc Reducee al míni mínimo mo el el tiro tiro necesario
• Mayo Mayorr inv inver ersi sión ón • Grand Grandes es insta instala laci cione oness
CORRIENTE DE TIRO DE UNA CHIMENEA
Economizadores El econo conom mizador represent enta una sección indepe depenndie diente nte de supe uperficie de intercambio que absorbe calor sensible de los gases de combustión para entregárselo al agua de alimentación antes que la misma ingrese a la caldera. Recupera la energía de los humos antes de ser evacuados a la atmósfera y por lo tanto aumenta el rendimiento del generador de vapor •
Reduce la posibilidad de que se presenten choques térmicos y grandes fluctuaciones en la temperatura del agua de alimentación de la caldera •
Economizadores Como aproximación tenemos que, por cada 22ºC de disminución de la temperatura de los humos en un economizador, el rendimiento de la caldera aumenta un 1%
Clasificación de los economizadores De acuerdo a la dispo ispossición geométrica: •Horizontales •Verticales De acuerdo a la dirección del gas con respecto a los tubos: flujo o long longit itud udin inal al •De fluj lujo cruzado zado •De fluj De acuerdo a la dirección relativa del flujo de gas y de agua: •De flujos en paralelo •De contrac contracorr orrien iente te De acuerdo al tipo de superficie absorbente del calor: •De tubos desnudos o lisos ubos con con supe superrfic ficies ies exten xtendi dida dass •De tubos
Clasificación de los economizadores De acuer uerdo a la dis dispos posición ión geo geométrica: Verticales
•
Clasificación de los economizadores De acuer uerdo a la dis dispos posición ión geo geométrica: Horizontales
Clasificación de los economizadores De acuerdo a la superficie absorbente del calor: De tubos lisos
Alineación regular (flujo longitudinal)
Alineación al tresbolillo (flujo cruzado)
Clasificación de los economizadores De acuerdo a la superficie absorbente del calor: De supe superf rfic icie iess exte extendi ndida dass a) Protuber berancias
Protuberancia parabólica cóncava
Pirámide cuadrangular
Protuberancia parabólica convexa
Paralelepípedo de sección cuadrada
Protuberancia cilíndrica
Protuberancia cónica
Clasificación de los economizadores De acuerdo a la superficie absorbente del calor: De supe superf rfic icie iess exte extendi ndida dass b) Aletas longitudinales
c) Aletas helicoidales
d) Aletas anulares de perfil rectangular
Economizadores Deflectores Para evitar que los humos rodeen los tramos rectos aleteados, que ofrecen una sección de paso más restringida, se disponen tabiques deflectores
Economizadores Conside Considerac racione ioness general generales es Lími Límite te de veloc elocid idad ades es •
Para mantener la velocidad de los humos a través de las distintas secciones del economizador, el banco inferior se diseña con tubos de mayor diámetro, lo que reduce la sección de paso de humos, mejora la transferencia de calor y requiere menor superficie e inversión.
•
Neces ecesid idad ad de acces cceso o
Alrededor de los bancos tubulares del economizador, se necesitan una serie de huecos para: • Facilitar Facilitar los trabajos de mantenimiento mantenimiento en cada una de las diferentes diferentes ramas tubulares tubulares n v ua e s • Disponer del espacio requerido requerido por los sopladores durante el servicio servicio de la unidad •
Caracter Característic ísticas as geométricas geométricas Los diá diámetro etross de tubos bos est están comp omprend rendiidos dos entr ntre 44, 44,5 y 65, 65,5mm 5mm Si se usan superficies ampliadas, los espaciados laterales y verticales deben permitir una separ eparac ació iónn ent entre alet aletas as de 13 mm. Para ara tubos bos lisos isos conv onviene iene un espa espaci ciad adoo con holg olgura ura mínim nima de 19 mm. El espaciado mínimo vertical de los tubos debe ser 1,25 veces el diámetro exterior de los mismos. -Si éste ste espa espacciado ado es menor enor,, la trans ransfferen erenci ciaa de calo calorr se pued uede reduc educir ir has hasta un 30%. 0%. -Si éste espaciado es mayor la transferencia de calor queda poco afectada, aumentando la profundidad del banco y la resistencia en el lado de humos.
Calentadores de aire Se utilizan para calentar el aire comburente, mejorando el proceso de combustión, obteniendo un incremento en la eficiencia la caldera.
Clasificación: - Recup Recuper erati ativos vos,, son en los los que que la tra transf nsfere erenc ncia ia de calo calorr se veri verififica ca de forma directa y continua - Regen Regenera eratitivo vos, s, son en los los que que la la trans transfe fere renci nciaa de de calo calorr es indir indirect ectaa
Calentadores de aire Calentadores tubulares
Calentadores de aire Calentadores de chapa
Calentadores de aire Calentadores de tubos isotermicos
Calentadores de aire Regenerativos
Calentador L un ström
Calentador de aire Rothemühle
Calentador Ljungström
Calentador de Aire Rothemühle
AGUA PARA PARA GENERACI GENERACIÓN ÓN DE DE VAPOR En su utilización para la generación de vapor el hecho de poseer sales, gases, partículas, bacterias, etc., conlleva a una serie de fenómenos negativos para su utilización, por ello es indispensable su prev previo io trat tratam amie ient ntoo de prev preven enci ción ón.. Problemas: •Incrustaciones, •Corrosión •Espumas •Arrastres
PRUEBAS QUIMICAS •Prueba de acidez o alcalinidad •Prueba de dureza, calcio y magnesio •Prueba del hidróxido • •Prueba del sulfito •Prueba del hierro •Prueba del cobre •Prueba de conductividad eléctrica
TRA TR ATAMIE AMIENTO NTO DE DEL L AGUA AGUA
•
Pretratamiento del suministro de agua bruta.
•
Tratamiento del agua de aportación que va a la caldera.
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Tratamiento del condensado que está siendo retornado a la caldera.
•
Control de purga para eliminación de los lodos precipitados en la caldera.
TRA TR ATAMIE AMIENTO NTO DE DEL L AGUA AGUA
TRA TR ATAMIE AMIENTO NTO DE DEL L AGUA AGUA Ablandador: Un ablandador consta de tres elementos principales: estanque de resina, válvula y estanque de salmuera. En el estanque de resina es “ ” del agua, al producirse un intercambio iónico entre el agua “dura”, rica en Calcio y Magnesio y la resina, rica en Sodio. Cuando esto ocurre la resina retiene el Calcio y Magnesio y el agua se lleva el Sodio.
Formación de depósitos La incrustación es indeseable ya que al formar una capa en los tubos y demás componentes del equipo, evitan la transmisión efectiva del calor. Los depósitos se producen por sólidos suspendidos que el agua pueda contener y principalmente por formación de depósitos de sulfatos y carbonatos de calcio y magnesio, en mezclas complejas con otros comp compon onen enttes com como síli sílice ce,, bari bario, o, etc. etc.
Corrosión por Oxidación del metal Los principales componentes de la caldera son metálicos. Los agentes que atacan el hierro y lo disuelven son los gases corrosivos (oxigeno y dióxido de carbono) y agentes oxidantes (como los compuest compuestos os clorados clorados). ). También la acidez del agua causa corrosión por lo que el pH debe mantenerse entre . y . .
Formación de Espumas Esto ocurre cuando hay presencia de materia orgánica o de una gran cantidad de sólidos, así como de grasas y aceites del equipo de proceso que puedan contaminar el agua de la caldera.
Prevención de arrastre El Arrastre se puede dividir en dos partes: partes : •Elemento ntos transpo nsporrtados ados mecán ecániicamen amentte por por el vapor por y agua agua.. •Elementos que se volatilizan en el vapor. El arrastre mecánico se controla manteniendo la concentración de sólidos. La sílice se volatiliza a altas presiones siendo arrastrada por el vapor. Para reducir estos arrastres, se mantiene la sílice por debajo de 5 ppm en el agua de la caldera.
Polímeros o acondicionamiento de lodos Se utilizan para la formación de lodos provocando la precipitación intencionada de las sales de dureza cálcica. Esto introduce en los lodos un grado de dispersión o fluidez que permite la eliminación de los mismos más fácilmente por purga inferior de caldera.
El aceite es un aíslate del calor Un origen común →uso de equipos alternativos de vapor de escape →lubricación de motores de vapor y bombas de retorno de condensado Debería utilizarse un tipo eficiente de separador de aceite en el sist sistem emaa de esca escape pe..
La eliminación mecánica de la incrustación Las Las zona zonass acce accesi sibl bles es,, se lim limpian pian mecá mecáni nica cam mente ente Las superficies interiores de los tubos de agua con una Turbina urbina Tubular ubular.. Los depósitos exteriores sobre las superficies externas de un resonador o vibrador tubular o por medio de sacudidas con una barra larga y pesada en cada tubo. La limpieza con ácido de las calderas se usa a menudo para para elim elimin inar ar óxid óxidos os metá metállicos icos.. Los disolventes utilizados para la limpieza acida son variados •. ácido clorhídrico • ácido fo fosfórico.