Para que finalidade é necessária uma caldeira a vapor: diagrama e operação

A caldeira a vapor é uma invenção antiga, mas ainda é utilizada na indústria.Por exemplo, em centrais eléctricas, onde a unidade geradora de vapor é um dos principais elementos da produção de electricidade. Caldeiras a vapor também são instaladas em todas as caldeiras de fábricas e fábricas. Hoje em dia, raramente são utilizadas na vida quotidiana, porque foram substituídas por caldeiras de água mais seguras e energeticamente eficientes.

Classificação das instalações de vapor

Existem várias escalas pelas quais a classificação é realizada. As principais são três escalas.

Tubo de água

Eles convertem água em vapor mais rapidamente do que canos de gás. Eles apresentam maior eficiência devido às características de design da unidade. Em essência, é uma caixa com um grande número de tubos localizados em seu interior. A água se move pelos canos e o combustível queima entre os canos.

Em altas temperaturas, a água se transforma em vapor. E como existem muitos tubos, a sua área de aquecimento é correspondentemente maior. E quanto mais tubos houver na caldeira, mais intensa será a transição do líquido para o estado de vapor.

Tubo de água caldeiras a vapor são divididos em dois subgrupos:

• diretamente através;
• tipo de tambor.

As primeiras são estruturas do tipo tubo, mencionadas acima. Estas últimas são apresentadas no mercado em duas posições – horizontal e vertical. Mas o princípio de funcionamento deste tipo de dispositivo é o mesmo.

Seu design inclui um tambor que não só coleta o vapor, mas também separa o condensado dele. Este último é enviado para a zona de aquecimento, ou seja, as perdas de água são reduzidas.

Para obter vapor seco de alta temperatura na indústria, várias caldeiras tipo tambor são instaladas em série. E esse vapor pode ser comprimido à pressão máxima, necessária em muitos processos tecnológicos.

Caldeiras deste tipo são divididas em duas posições - não voláteis e de circulação. Eles diferem entre si pela ausência ou presença de bomba de circulação, respectivamente. A presença deste último aumenta a eficiência da instalação. Acontece que durante uma revolução da água na caldeira, 10% do seu volume evapora. Ou seja, para que todo o volume evapore, serão necessárias pelo menos 10 rotações.

Com o movimento gravitacional, isso levará muito tempo, fazendo com que a eficiência caia. A bomba de circulação movimenta o líquido rapidamente, mais rotações serão realizadas no mesmo período de tempo. Isto significa que todo o volume de água se transformará rapidamente em vapor.

Já nas caldeiras tipo tambor, um regulador de nível de condensado deve ser instalado na bomba. Local de instalação: separador de vapor. Sua tarefa é controlar o volume de condensado formado.

Por exemplo, se pouco for formado, as características técnicas da instalação de vapor são reduzidas. Se for formado muito, isso leva a uma queda na pressão dentro da unidade. As consequências são rápida ebulição e explosão.

O separador de vapor é um tubo de grande seção transversal semelhante a um tambor. Daí o nome da caldeira. Este tubo coleta água saturada de vapor. Na verdade, dois processos (aquecimento do líquido e vaporização) ocorrem separadamente. Daí a alta segurança de operação deste tipo de equipamento.

Modificação do tubo de água

Tubo de gás

Estruturalmente, trata-se de uma caldeira, dentro da qual estão localizados tubos de grande diâmetro ao redor da fornalha.Gases quentes se movem neles e a água flui entre eles. Ou seja, é o oposto dos análogos dos tubos de água. As fábricas de tubos de gás produzem vapor de alta temperatura, que é mais frequentemente utilizado em processos de reciclagem.

Uma caldeira a vapor com tubo de gás tem uma desvantagem significativa - a alta pressão do produto final. Este último é encontrado em grandes quantidades na unidade. É isto que provoca uma diminuição da segurança da instalação. Portanto, as caldeiras estão equipadas com um sistema de segurança caro e complexo. Além disso, tanto o corpo quanto os tubos são feitos de aço grosso, o que aumenta o custo do equipamento.

Um representante marcante do tipo tubo de gás é a caldeira da locomotiva.

Construção de caldeira de locomotiva horizontal

Ambas as instalações (tubo de água e tubo de gás) podem produzir diferentes tipos de vapor:

• saturado;
• água superaquecida.

O primeiro é um meio que se forma a uma temperatura de +100°C. Resfria rapidamente com a formação de condensado, que entra novamente na zona de aquecimento. Essas instalações são utilizadas para aquecimento doméstico. A pressão numa caldeira a vapor deste tipo não excede 100 kPa.

O segundo é um meio obtido a uma temperatura de +500°C. Portanto, suspensões e gotas de água nunca se formam nele. Com o aquecimento gradual, pode formar-se água, mas para isso é instalado um separador no projeto da instalação.

O progresso científico e tecnológico não pára. Hoje, os fabricantes oferecem instalações de tubos de água que não diferem das instalações de tubos de gás em termos de eficiência e segurança. Em primeiro lugar, são revestidos com material isolante térmico. Em segundo lugar, o interior é revestido com material infravermelho, que atua como refletor de energia térmica.

E como os dispositivos de tubo de água são várias vezes mais baratos que os dispositivos do tipo tambor, além de sua operação ser simples, hoje sua popularidade e demanda cresceram acentuadamente.

A eficiência também aumenta devido às mais recentes ligas de aço com as quais as peças do dispositivo são feitas. Também foi introduzida uma nova tecnologia de aquecimento, que utiliza duas tochas localizadas uma em frente da outra. A tecnologia é chamada de “tochas que se aproximam”.

Com a ajuda deles, a temperatura de aquecimento atinge 1800-1900°C. Geralmente não excede 1200°C. Assim, a eficiência de tais instalações é de pelo menos 90%.

Caldeiras domésticas

Há um grande interesse nessas unidades hoje. Mas também requisitos para eles considerável:

• compacidade;
• peso leve para não derramar base por baixo;
• alto fator de segurança;
• possibilidade de manutenção por pessoal não qualificado;
• tempo mínimo de arranque e aquecimento.

Hoje, os fabricantes oferecem dois tipos de instalações domésticas - bobina, também conhecida como clássica, jaqueta de vórtice.

O primeiro é um tubo enrolado em espiral. A água se move ao longo dela, transformando-se em vapor. A capacidade de vapor do equipamento é pequena. Mas neste caso, isto não desempenha o papel mais importante, porque uma caldeira doméstica deve produzir vapor de baixo potencial.

A eficiência operacional também é baixa, mas isso pode ser corrigido pelo arranjo frequente de espirais. Mas essa caldeira detém um recorde de tempo de aquecimento - 3 minutos após ligar a tocha.

O segundo é um design de caldeira a vapor totalmente exclusivo. Corpo de duas conchas, entre as quais passa água. Dentro há uma fornalha e, ao queimar, a tocha gira em espiral, aumentando a transferência de calor. Sem canos.

Outros benefícios:

• disposição vertical, daí maior compactação;
• eficiência, como tambores;
• tempo de aquecimento – 5 minutos.

Três desvantagens:

• o equipamento é caro;
• o design é complexo;
• dependência total de energia - o soprador, sem o qual a unidade não funciona, necessita de fornecimento de energia elétrica.

Caldeira a vapor em bobina

Aplicação tecnológica de caldeiras a vapor

Existem várias indústrias onde as caldeiras a vapor são constantemente utilizadas:

1. A primeira indústria é a engenharia de energia térmica. O vapor é utilizado para aquecer grandes oficinas, por exemplo na indústria automóvel. O vapor aquece a água até a temperatura necessária, que é então conduzida por bombas ao longo da rede de aquecimento para edifícios de vários andares e outros objetos.
2. A segunda indústria é a energia. Aqui, o vapor é usado para girar uma turbina, que produz corrente elétrica.
3. A terceira indústria é a produção de materiais de construção. Por exemplo, produtos de concreto são secos com vapor.

Em muitas indústrias, as caldeiras a vapor são parte integrante da tecnologia. Isso inclui desinfecção, secagem de produtos alimentícios, processamento culinário, preservação, etc.

A eliminação de resíduos gasosos também envolve o uso de usinas a vapor. Neste processo eles atuam como resfriadores. Tal caldeira retira energia térmica de gases que saem, por exemplo, de fornos de alta temperatura.

Princípios operacionais e design

Seu principal objetivo é alterar o estado físico da água, ou seja, transferi-la do estado líquido para o gasoso com os parâmetros exigidos. O processo é assim:

• a caldeira é abastecida com água por gravidade ou por bomba;
• o sistema de aquecimento é ligado;
• começa a formação de vapor;
• o nível do líquido diminui gradativamente, atingindo o nível mínimo;
• o sensor de nível reage e liga a bomba;
• a água enche os canos.

Podemos dizer que as caldeiras a vapor funcionam segundo um princípio cíclico.

Estrutura

As caldeiras a vapor são compostas por unidades e peças principais e auxiliares, além de automação.

O principal requisito para produtos siderúrgicos é que sejam feitos de ligas resistentes ao calor. Só assim é possível atingir o nível máximo de operação segura dos equipamentos da caldeira.

Diagrama de caldeira a vapor

O sistema de segurança desempenha um papel importante. Estes não são apenas sensores de temperatura e pressão. O sistema inclui segurança mecânica. Inclui válvulas de retenção, válvulas elétricas e outras válvulas de corte. Esta dupla proteção garante a máxima segurança, especialmente nos casos em que a eletrónica falha. Neste momento, a mecânica assume todas as funções.

Existem requisitos especiais para o sistema de tratamento de água. A água deve atender a certos padrões. Esses padrões são diferentes para unidades de fluxo direto e de tambor. Neste último, o líquido deve estar perfeitamente limpo, quase destilado. Afinal, em tais dispositivos ele não desaparece em lugar nenhum. Ou seja, encha a caldeira uma vez e ela funcionará por muitos anos.

Se a água estiver dura e cheia de impurezas, então tudo tubos depois de um tempo, eles ficarão obstruídos com depósitos e ferrugem. Seu diâmetro diminui, a condutividade térmica diminui, o que leva a uma diminuição da eficiência. O vapor não será o mesmo necessário (temperatura, umidade).

Apesar de seu design complexo e baixa segurança, as caldeiras a vapor ainda são muito procuradas. Especialmente em navios, em tecnologia de usinas de energia, fábricas onde são necessárias altas temperaturas de refrigeração. Por isso, os fabricantes estão fazendo de tudo para aumentar a segurança operacional, reduzir o custo dos equipamentos e a complexidade da manutenção.

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Como funciona uma caldeira a vapor?

Caldeira a vapor - projeto e manutenção, visão geral detalhada.

Fontes de informação:

• https://pechiexpert.ru/parovoj-kotel
• https://clubpechnikov.ru/parovoj-kotel
• https://kotle.ru/parovye-kotly/ustrojstvo-parovyh-kotlov