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generadores de vapor
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Generadores de vapor pirotubulares
La llama y los gases calientes de la combustión fluyen dentro de los tubos. El agua rodea los tubos.
Producen vapor saturado únicamente.Usos:• Calentamiento en procesos industriales• Calefacción de ambientes
Pirotubulares, cont.
Límites de presión y temperatura:• Presiones máximas: hasta 350 psig• Potencias máximas: hasta 1500 bhp
Generadores de vapor acuotubulares
En los generadores de vapor acuotubulares, el agua está dentro de los tubos y los gases calientes de la combustión afuera de los tubos.
Los generadores de vapor acuotubulares pueden ser de:
• Circulación natural o• Circulación forzada
Circulación natural
El movimiento del agua dentro de los tubos se realiza por diferencia de densidades entre el agua líquida y una mezcla de agua líquida con vapor. Véase la figura siguiente.
Circulación natural, cont.
El movimiento se origina por la diferencia de presión, que se puede calcular con la ecuación:
donde
Circulación forzada
El movimiento del agua se produce por medio de una bomba de circulación. Características:
• Circulación forzada• Tubos pequeños• No usan tambores (o bien solo uno)• Combustión a presión• Tamaños y pesos muy reducidos
Circulación forzada
Calderas de circulación forzada:• La Mont• Loeffler• Benson• Schmidt-Hartmann• Velox• Ramsin
Componentes de un generador de vapor
• Suministro de combustible (bombas, etc.)• Ventilador de tiro forzado• Quemador del combustible• Hogar de la caldera (radiación)• Tubos de la caldera (convección)• Tambores superior e inferior• Sobrecalentador de vapor
Componentes de un generador de vapor, cont.
• Recalentador de vapor • Economizador• Pre calentador de aire• Bomba de alimentación• Filtro de gases• Ventilador de tiro inducido• Chimenea
Construcción de las paredes del hogar de la caldera
Las superficies interiores de las paredes del hogar están cubiertas con tubos, donde se forma vapor por el calor transmitido por radiación.
Las paredes están formadas por:• Ladrillo refractario• Aislante térmico• Cubierta de lámina de acero
Reductor catalítico selectivo (SCR)
Sirve para reducir los óxidos de nitrógeno.
4NO + 4NH3 + 3O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
Perfiles de temperaturas
El sobre calentador es la superficie que está sujeta a las condiciones más severas de trabajo.
Economizador
Tiene como objetivo calentar el agua de alimentación a la caldera antes que llegue al tambor superior, aprovechando la temperatura que aún tienen los gases de combustión.
Los gases de combustión entran al economizador a temperaturas entre 700 °F y 1000 °F.
Economizador, cont.
La temperatura de entrada del agua al economizador debe ser mayor que 175 °F, para evitar que los gases alcancen su punto de rocío.
La eficiencia de la caldera aumenta, aproximadamente, 1 % por cada 10 °F de aumento en la temperatura del agua.
Pre calentador de aire
El objetivo es calentar el aire de combustión antes que este llegue a los quemadores de la caldera, mediante la energía que aún tienen los gases de combustión.
Los pre calentadores pueden ser:• Recuperativos• Regenerativos
Pre calentador de aire, cont.
Los gases de combustión entran al pre calentador a temperaturas entre 600 °F y 800 F°. Son enfriados a temperaturas entre 275 °F y 350 °F. No son enfriados más de esto para evitar la condensación del vapor de agua en los gases de combustión.
La eficiencia de la caldera aumenta 1 % por cada 35 °F a 40 °F de disminución en la temperatura de los gases de combustión.
Diseño del hogar de la caldera
El volumen del hogar depende de:• El tipo de combustible usado• La capacidad de la caldera (producción
máxima de vapor, intervalo de producción, presiones, temperaturas)
• La recuperación de calor• El método de quemado del combustible• El exceso de aire
Diseño del hogar de la caldera
• La longitud de la llama• La temperatura de fusión de la ceniza• El área de la parrilla• La construcción de las paredes del hogar
Diseño del hogar de la caldera
Tasa de liberación de calor.
Combustible Método de quemado
HRv, BTU/h ft3
Carbón mineral Parrilla estacionaria 40,000 – 50,000
Carbón mineral Alimentador 15,000 – 50,000
Carbón mineral Pulverización 15,000 – 45,000
Aceite o gas Quemador 15,000 – 50,000
Diseño del hogar de la caldera
Tasa de liberación de calor en función del área de transferencia de calor:
donde
Capacidad de las calderas, cont.
• Calderas acuotubulares. La capacidad se especifica en
o Lb/h de vaporoPresión y temperatura del vaporoPresión y temperatura del agua de alimentación
o bien o Transferencia de calor, en millones de BTU/h
Controles del generador de vapor acuotubular
• Control del agua de alimentación. Los objetivos son:o Responder a las demandas de vaporoMantener un nivel constante del agua en el
tambor superior
Utiliza tres señales:o Señal del nivel de aguao Señal del flujo de aguao Señal del flujo de vapor
Controles del generador de vapor acuotubular, cont.
• Control de presión. El objetivo es mantener una presión constante en la caldera.
Controles del generador de vapor acuotubular, cont.
• Control de temperatura del vapor sobrecalentado. El objetivo es mantener la temperatura en el valor predeterminado.
Existen vario métodos de control de temperatura:– Desvío de gases– Quemadores inclinables– Quemadores auxiliares– Atemperador – Condensador – Recirculación de gases– Horno gemelo