Análise estrutural e funcional de equipamentos de caldeiras e seus sistemas

A caldeira é o equipamento central de um sistema de combustão que converte a energia química do combustível em energia térmica para aquecer uma massa de trabalho (por exemplo, água) e assim produzir vapor. A função da caldeira numa central eléctrica não é apenas aquecer o material de trabalho, mas também envolve processos de combustão complexos, processos de troca de calor e processos termoquímicos. A estrutura e o design da caldeira determinam diretamente a eficiência operacional e a economia da central eléctrica.

Composição do corpo da caldeira

O corpo de uma caldeira moderna é composto por várias partes, sendo as principais:

• forno: O combustível é queimado aqui, gerando muito calor.
• chaminéO gás de combustão é descarregado através da chaminé.
• superfície quenteInclui paredes arrefecidas a água, sobreaquecedores, pré-aquecedores de ar, etc., que são responsáveis pela transferência de calor para a massa de trabalho.
• caixa de transferênciaTubagens que ligam diferentes sistemas para ajudar a distribuir o fluxo de vapor e de água.
• Acessórios de tubagem para sistemas de vapor e águaInclui válvulas de segurança, manómetros e outros equipamentos.
• Equipamento de combustão e paredes do fornoResponsável pela manutenção da estabilidade da combustão e pela proteção da estrutura do forno.

Parâmetros-chave da caldeira

As caraterísticas de funcionamento da caldeira são determinadas principalmente pelos seguintes parâmetros:

1. vaporIndicação: Indica a quantidade de vapor que a caldeira pode produzir por hora em toneladas por hora (t/h).
2. Parâmetros de vaporRefere-se à pressão nominal (MPa) e à temperatura do vapor à saída do sobreaquecedor.
3. temperatura da água de alimentaçãoTemperatura da água de alimentação à entrada do economizador: Refere-se à temperatura da água de alimentação à entrada do economizador.
4. Eficiência da caldeiraIndicador que caracteriza a economia de uma caldeira e que exprime o rácio entre o calor eficientemente utilizado pelo combustível consumido pela caldeira na produção de vapor e o calor total de entrada.

Funções das superfícies de aquecimento da caldeira

A superfície aquecida de uma caldeira serve principalmente para transferir o calor libertado pela combustão para a água ou vapor, assegurando que a massa de trabalho absorve calor suficiente. Os principais componentes da superfície aquecida de uma caldeira são os seguintes

1. parede de arrefecimento de águaA parede arrefecida a água é constituída por um feixe vertical de tubos dispostos à volta da câmara da caldeira. Absorve o calor principalmente através da transferência de calor radiante, aquece a água e converte-a em vapor. A estrutura da parede arrefecida a água assegura o arrefecimento e a proteção da parede do forno, e a sua circulação de água divide-se em dois tipos: circulação natural e circulação forçada. A parede arrefecida a água em circulação natural impulsiona o fluxo do material de trabalho através da diferença de temperatura, enquanto a circulação forçada se baseia na bombagem.
2. sobreaquecedorSobreaquecimento: O sobreaquecedor aquece o vapor saturado até à temperatura de sobreaquecimento necessária, absorvendo o calor dos gases de combustão principalmente através da transferência de calor por convecção. O sobreaquecedor está normalmente localizado na chaminé horizontal da caldeira, enquanto alguns sobreaquecedores estão localizados no interior da parede da fornalha ou no topo da fornalha. A temperatura do sobreaquecedor pode atingir 500°C ou mais, e é frequentemente necessário um dessuperaquecedor para regular a temperatura do vapor sobreaquecido para evitar flutuações excessivas de temperatura.
3. economizadorO economizador de carvão utiliza o calor residual dos gases de combustão da caldeira para aquecer a água de alimentação, aumentando assim a temperatura da água de alimentação da caldeira, reduzindo a temperatura de exaustão, melhorando a eficiência da caldeira e economizando combustível. O economizador de carvão é colocado na chaminé no final da caldeira, e a água de alimentação é aquecida através do tubo de serpentina, que produz cerca de 15%-20% da evaporação total da caldeira.
4. pré-aquecedor de arO pré-aquecedor de ar melhora a eficiência da combustão ao aquecer o ar de combustão. Está localizado na chaminé no final da caldeira e utiliza o calor do gás de combustão para aquecer o ar. O pré-aquecedor de ar pode ser concebido em tubo ou tipo rotativo. O pré-aquecedor de ar tubular funciona de forma estável, mas é maior em tamanho; o pré-aquecedor de ar rotativo tem estrutura compacta e bom efeito de transferência de calor, adequado para caldeiras de grande e médio porte.

Princípios de seleção de caldeiras

O dimensionamento da caldeira requer a consideração de uma série de factores, incluindo:

1. adequação do combustívelSeleção do tipo de caldeira adequado ao tipo de carvão utilizado e adequação das caraterísticas de combustão do tipo de carvão ao equipamento de combustão da caldeira. Por exemplo, as caraterísticas de ignição, as caraterísticas de combustão, as caraterísticas de escória e o teor de enxofre do carvão afectam o tipo de caldeira.
2. Parâmetros de vapor e modos de funcionamentoPara diferentes parâmetros de vapor, são utilizados diferentes tipos de caldeiras. As caldeiras de circulação natural são adequadas para parâmetros de vapor até à pressão subcrítica, inclusive, enquanto as caldeiras de corrente contínua são necessárias para vapor a pressão supercrítica.
3. Estrutura da caldeiraA seleção da caldeira também tem de considerar o modo de funcionamento, por exemplo, as caldeiras necessárias para funcionar com cargas intermédias devem ser selecionadas caldeiras de ciclo de controlo ou caldeiras de corrente contínua, enquanto os requisitos de funcionamento a pressão fixa podem ser selecionados a partir das caldeiras de pressão fixa de parede arrefecida a água da bobina de tubo vertical.

A aplicação de equipamento de caldeiras em centrais eléctricas é crucial, e a sua estrutura, seleção e eficiência operacional afectam diretamente o consumo de energia e a eficiência económica das centrais eléctricas. Através de uma conceção e otimização razoáveis, as caldeiras podem não só aumentar a produção de vapor, mas também poupar eficazmente combustível e reduzir as emissões. Compreender o princípio de funcionamento, a função da superfície de aquecimento e os princípios de seleção da caldeira pode ajudar a melhorar o desempenho global da caldeira e garantir o seu funcionamento eficiente.

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