Analisi strutturale e funzionale delle caldaie e dei relativi sistemi

La caldaia è l'apparecchiatura principale di un sistema di combustione che converte l'energia chimica del combustibile in energia termica per riscaldare una massa di lavoro (ad esempio, l'acqua) e quindi produrre vapore. La funzione della caldaia in una centrale elettrica non è solo quella di riscaldare il materiale di lavoro, ma comporta anche complessi processi di combustione, processi di scambio termico e processi termochimici. La struttura e la progettazione della caldaia determinano direttamente l'efficienza operativa e l'economia della centrale elettrica.

Composizione del corpo della caldaia

Il corpo di una caldaia moderna è composto da diverse parti, le principali delle quali sono:

• fornoQui si brucia combustibile che genera molto calore.
• canna fumariaIl gas di combustione viene scaricato attraverso la canna fumaria.
• superficie caldaInclude pareti raffreddate ad acqua, surriscaldatori, preriscaldatori d'aria, ecc. che sono responsabili del trasferimento di calore alla massa di lavoro.
• caso di trasferimentoTubi che collegano diversi sistemi per distribuire il flusso di vapore e acqua.
• Accessori per tubazioni per sistemi di vapore e acquaInclude valvole di sicurezza, manometri e altre attrezzature.
• Apparecchiature di combustione e pareti del fornoResponsabile del mantenimento della stabilità della combustione e della protezione della struttura del forno.

Parametri chiave della caldaia

Le caratteristiche di funzionamento della caldaia sono determinate principalmente dai seguenti parametri:

1. vaporeIndica la quantità di vapore che la caldaia può produrre all'ora in tonnellate all'ora (t/h).
2. Parametri del vaporeSi riferisce alla pressione nominale (MPa) e alla temperatura del vapore all'uscita del surriscaldatore.
3. temperatura dell'acqua di alimentazioneSi riferisce alla temperatura dell'acqua di alimentazione all'ingresso dell'economizzatore.
4. Efficienza della caldaiaIndicatore che caratterizza l'economia di una caldaia e che esprime il rapporto tra il calore utilizzato in modo efficiente dal combustibile consumato dalla caldaia per la produzione di vapore e l'apporto termico totale.

Funzioni delle superfici di riscaldamento della caldaia

La superficie riscaldata di una caldaia serve principalmente a trasferire il calore rilasciato dalla combustione all'acqua o al vapore, assicurando che la massa di lavoro assorba una quantità sufficiente di calore. I componenti principali della superficie riscaldata di una caldaia sono i seguenti:

1. parete di raffreddamento ad acquaLa parete raffreddata ad acqua è costituita da un fascio di tubi verticali disposti intorno alla camera della caldaia. Assorbe il calore principalmente attraverso il trasferimento di calore radiante, riscalda l'acqua e la converte in vapore. La struttura della parete raffreddata ad acqua garantisce il raffreddamento e la protezione della parete del forno e la circolazione dell'acqua si divide in due tipi: circolazione naturale e circolazione forzata. Nella circolazione naturale, la parete raffreddata ad acqua guida il flusso del materiale di lavoro attraverso la differenza di temperatura, mentre la circolazione forzata si basa sul pompaggio.
2. surriscaldatoreIl surriscaldatore riscalda il vapore saturo alla temperatura di surriscaldamento richiesta, assorbendo il calore dai gas di scarico principalmente per mezzo del trasferimento di calore convettivo. Il surriscaldatore è solitamente situato nella canna fumaria orizzontale della caldaia, mentre alcuni surriscaldatori sono situati all'interno della parete del forno o sulla parte superiore del forno. La temperatura del surriscaldatore può raggiungere i 500°C o più e spesso è necessario un desurriscaldatore per regolare la temperatura del vapore surriscaldato ed evitare eccessive fluttuazioni di temperatura.
3. economizzatoreL'economizzatore di carbone utilizza il calore residuo dei fumi della caldaia per riscaldare l'acqua di alimentazione, aumentando così la temperatura dell'acqua di alimentazione della caldaia, abbassando la temperatura di scarico, migliorando l'efficienza della caldaia e risparmiando combustibile. L'economizzatore di carbone è posizionato nella canna fumaria all'estremità della caldaia, l'acqua di alimentazione viene riscaldata attraverso il tubo a serpentina e la quantità di vapore prodotta rappresenta circa 15%-20% dell'evaporazione totale della caldaia.
4. preriscaldatore d'ariaIl preriscaldatore d'aria migliora l'efficienza della combustione riscaldando l'aria di combustione. Si trova nella canna fumaria all'estremità della caldaia e utilizza il calore dei gas di scarico per riscaldare l'aria. Il preriscaldatore d'aria può essere di tipo tubolare o rotativo. Il preriscaldatore d'aria tubolare funziona in modo stabile, ma ha dimensioni maggiori; il preriscaldatore d'aria rotante ha una struttura compatta e un buon effetto di trasferimento del calore, adatto a caldaie di grandi e medie dimensioni.

Principi di selezione delle caldaie

Il dimensionamento della caldaia richiede la considerazione di una serie di fattori, tra cui:

1. idoneità del carburanteSelezionare il tipo di caldaia adatto al tipo di carbone utilizzato e assicurarsi che le caratteristiche di combustione del tipo di carbone siano adatte all'attrezzatura di combustione della caldaia. Ad esempio, le caratteristiche di accensione, le caratteristiche di combustione, le caratteristiche di slagging e il contenuto di zolfo del carbone influiscono sul tipo di caldaia.
2. Parametri del vapore e modalità di funzionamentoI diversi tipi di caldaie sono utilizzati per parametri di vapore diversi. Le caldaie a circolazione naturale sono adatte per parametri di vapore fino alla pressione subcritica inclusa, mentre le caldaie a corrente continua sono necessarie per il vapore a pressione supercritica.
3. Struttura della caldaiaLa scelta della caldaia deve tenere conto anche della modalità di funzionamento: ad esempio, per le caldaie che devono funzionare con carichi intermedi si devono scegliere caldaie a ciclo di regolazione o caldaie a corrente continua, mentre per le esigenze di funzionamento a pressione fissa si possono scegliere caldaie murali a pressione fissa con serpentino verticale raffreddato ad acqua.

L'applicazione delle caldaie nelle centrali elettriche è fondamentale e la loro struttura, selezione ed efficienza operativa influiscono direttamente sul consumo energetico e sull'efficienza economica delle centrali. Grazie a una progettazione e a un'ottimizzazione ragionevoli, le caldaie possono non solo aumentare la produzione di vapore, ma anche risparmiare efficacemente il combustibile e ridurre le emissioni. La comprensione del principio di funzionamento, della funzione della superficie di riscaldamento e dei principi di selezione della caldaia può contribuire a migliorare le prestazioni complessive della caldaia e a garantirne un funzionamento efficiente.

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