Análisis estructural y funcional de equipos de calderas y sus sistemas

La caldera es el equipo central de un sistema de combustión que convierte la energía química del combustible en energía térmica para calentar una masa de trabajo (por ejemplo, agua) y producir así vapor. La función de la caldera en una central eléctrica no es sólo calentar el material de trabajo, sino que también implica complejos procesos de combustión, procesos de intercambio de calor y procesos termoquímicos. La estructura y el diseño de la caldera determinan directamente la eficiencia operativa y la economía de la central eléctrica.

Composición del cuerpo de la caldera

El cuerpo de una caldera moderna consta de varias piezas, las principales de las cuales son:

• hornoAquí se quema combustible, lo que genera mucho calor.
• chimeneaEl gas de combustión se expulsa a través del conducto de humos.
• superficie caliente: Incluye paredes refrigeradas por agua, sobrecalentadores, precalentadores de aire, etc., que se encargan de transferir calor a la masa de trabajo.
• caja de transferencia: Tuberías que conectan diferentes sistemas para ayudar a distribuir el flujo de vapor y agua.
• Accesorios de tuberías para sistemas de vapor y agua: Incluye válvulas de seguridad, manómetros y otros equipos.
• Equipos de combustión y paredes del horno: Responsable del mantenimiento de la estabilidad de la combustión y de la protección de la estructura del horno.

Parámetros clave de la caldera

Las características de funcionamiento de la caldera vienen determinadas principalmente por los siguientes parámetros:

1. vapor: Indica la cantidad de vapor que la caldera puede producir por hora en toneladas por hora (t/h).
2. Parámetros de vapor: Se refiere a la presión nominal (MPa) y a la temperatura del vapor a la salida del sobrecalentador.
3. temperatura del agua de alimentaciónSe refiere a la temperatura del agua de alimentación a la entrada del economizador.
4. Eficiencia de la calderaIndicador que caracteriza la economía de una caldera y expresa la relación entre el calor utilizado eficazmente por el combustible consumido por la caldera en la producción de vapor y el calor total aportado.

Funciones de las superficies de calefacción de la caldera

La superficie calentada de una caldera se utiliza principalmente para transferir el calor liberado por la combustión al agua o al vapor, garantizando que la masa de trabajo absorba suficiente calor. A continuación se indican los componentes clave de la superficie calentada de una caldera:

1. pared de refrigeración por aguaPared refrigerada por agua : La pared refrigerada por agua está formada por un haz vertical de tubos colocados alrededor de la cámara de la caldera. Absorbe el calor principalmente mediante transferencia de calor radiante, calienta el agua y la convierte en vapor. La estructura de la pared refrigerada por agua garantiza la refrigeración y protección de la pared del horno, y su circulación de agua se divide en dos tipos: circulación natural y circulación forzada. La pared refrigerada por agua en circulación natural impulsa el flujo del material de trabajo a través de la diferencia de temperatura, mientras que la circulación forzada se basa en el bombeo.
2. sobrecalentadorSobrecalentador: El sobrecalentador calienta el vapor saturado hasta alcanzar la temperatura de recalentamiento requerida, absorbiendo el calor de los gases de combustión principalmente mediante transferencia de calor por convección. El sobrecalentador suele estar situado en el conducto de humos horizontal de la caldera, mientras que algunos de los sobrecalentadores están situados en el interior de la pared del horno o en la parte superior del mismo. La temperatura del sobrecalentador puede alcanzar los 500°C o más, y a menudo es necesario un desobrecalentador para regular la temperatura del vapor sobrecalentado y evitar fluctuaciones excesivas de temperatura.
3. economizadorEl economizador de carbón utiliza el calor residual de los gases de combustión de la caldera para calentar el agua de alimentación, aumentando así la temperatura del agua de alimentación de la caldera, reduciendo la temperatura de escape, mejorando el rendimiento de la caldera y ahorrando combustible. El economizador de carbón está dispuesto en la salida de humos al final de la caldera, y el agua de alimentación se calienta a través del tubo serpentina, que produce aproximadamente 15%-20% de la evaporación total de la caldera.
4. precalentador de aireEl precalentador de aire mejora el rendimiento de la combustión calentando el aire de combustión. Está situado en el conducto de humos al final de la caldera y utiliza el calor de los gases de combustión para calentar el aire. El precalentador de aire puede diseñarse de tipo tubular o rotativo. El precalentador de aire tubular funciona de forma estable, pero es de mayor tamaño; el precalentador de aire rotativo tiene una estructura compacta y un buen efecto de transferencia de calor, adecuado para calderas grandes y medianas.

Principios de selección de calderas

Para dimensionar una caldera hay que tener en cuenta una serie de factores:

1. idoneidad del combustibleCaldera: Seleccione el tipo de caldera adecuado para el tipo de carbón utilizado y asegúrese de que las características de combustión del tipo de carbón se adaptan al equipo de combustión de la caldera. Por ejemplo, las características de ignición, las características de combustión, las características de escorificación y el contenido de azufre del carbón afectan al tipo de caldera.
2. Parámetros de vapor y modos de funcionamientoCalderas de circulación natural: Para distintos parámetros de vapor se utilizan distintos tipos de calderas. Las calderas de circulación natural son adecuadas para parámetros de vapor hasta presión subcrítica inclusive, mientras que las calderas de corriente continua son necesarias para vapor a presión supercrítica.
3. Estructura de la calderaLa selección de la caldera también debe tener en cuenta el modo de funcionamiento, por ejemplo, las calderas necesarias para funcionar con cargas intermedias deben seleccionarse calderas de ciclo de control o calderas de corriente continua, mientras que los requisitos de funcionamiento a presión fija pueden seleccionarse entre las calderas murales de presión fija refrigeradas por agua de serpentín tubular vertical.

La aplicación de equipos de calderas en centrales eléctricas es crucial, y su estructura, selección y eficiencia operativa afectan directamente al consumo de energía y a la eficiencia económica de las centrales eléctricas. Mediante un diseño y una optimización razonables, las calderas no sólo pueden aumentar la producción de vapor, sino también ahorrar combustible y reducir las emisiones de forma eficaz. Comprender el principio de funcionamiento, la función de la superficie de calentamiento y los principios de selección de la caldera puede ayudar a mejorar el rendimiento general de la caldera y garantizar su funcionamiento eficiente.

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