La parte cilindrica della caldaia è una continuazione del focolare ed è costituita da diversi (solitamente tre) tamburi di acciaio rivettati o saldati insieme. Al suo interno sono collocati tubi per fumo e fiamma. Il materiale dei fusti è acciaio per caldaie. Spessore lamiera fino a 20 mm. I tamburi sono collegati tra loro in diversi modi:
a) a gradini e il diametro del tamburo centrale è inferiore ai diametri dei due esterni;
b) telescopico, quando i fusti vengono inseriti in sequenza l'uno nell'altro;
c) saldato: i tamburi hanno lo stesso diametro e sono posizionati uno contro l'altro (Fig. 14).
Nella parte anteriore della parte cilindrica è presente una griglia del tubo anteriore, progettata per rafforzare le estremità anteriori dei tubi del fumo e della fiamma al suo interno. Sulle locomotive moderne, la piastra tubiera anteriore è un disco tagliato dalla ghisa. La griglia anteriore è fissata nel tamburo con un rivetto o cucitura saldata(Fig. 15).
Sul secondo tamburo è installata una cappa per il vapore. I gas caldi provenienti dal focolare confluiscono attraverso i tubi nella camera fumo, cedendo parte del loro calore all'acqua che lava i tubi dall'esterno e al vapore che attraversa gli elementi del surriscaldatore.
Il vapore che si è formato nella caldaia sale nello spazio vapore superiore non riempito d'acqua e nella cappa vapore. L'altezza dello spazio vapore è 1/5 -1/7 del diametro della caldaia. Maggiore è lo spazio del vapore, più uniforme sarà il processo di selezione del vapore dalla caldaia e più calma sarà la formazione del vapore, quindi più secco sarà il vapore estratto.
La trasmissione del calore nella parte cilindrica della caldaia è meno intensa che nel focolare. Ciò è dovuto al fatto che la differenza di temperatura tra i gas nel forno e l'acqua nella caldaia è maggiore che nella parte tubolare. Nel focolare il calore viene trasferito per irraggiamento e nella parte tubolare per convezione, cioè il contatto dei gas caldi con le pareti dei tubi.
I tubi da fumo (Fig. 16) e i tubi di fiamma servono a rimuovere i prodotti della combustione dal forno di una locomotiva a vapore e allo stesso tempo formano la superficie riscaldante della caldaia. I tubi di fiamma servono anche per alloggiare gli elementi del surriscaldatore. I tubi per fumo e fiamma sono realizzati senza saldatura, senza saldatura, in acciaio a basso tenore di carbonio. Per rinforzare i tubi, vengono praticati fori cilindrici nelle griglie della caldaia. Allo stesso tempo, i diametri dei fori nelle griglie anteriori sono maggiori di 3-4 mm rispetto al diametro esterno dei tubi, il che facilita l'installazione e la rimozione dei tubi durante le riparazioni. Nelle griglie dei tubi posteriori, i fori per i tubi sono ridotti al loro diametro esterno: per quelli a fumo - di 9-11 mm e per quelli a fiamma - di 9-20 mm. 
Prima di posizionare i tubi nella caldaia, le estremità anteriori vengono allargate e le estremità posteriori vengono compresse alla dimensione dei fori nelle piastre tubiere. La compressione delle estremità posteriori dei tubi migliora la circolazione dell'acqua sulla superficie della piastra tubiera posteriore e permette una migliore disincrostazione della stessa durante il lavaggio della caldaia. La distribuzione e compressione dei fori per i tubi fumo e fiamma nelle piastre tubiere anteriore e posteriore, è effettuata in modo tale che i tubi della caldaia si diffondano verso la griglia anteriore, in alto e ai lati dell'asse verticale. Ciò è necessario per garantire un posizionamento più libero dei tubi nella caldaia e migliorare il rilascio dei gas dal focolare. Inoltre, a causa del diametro maggiore dei tubi nella parte anteriore, è necessario più spazio per la loro collocazione.
I tubi fumo e fiamma, prima dell'inserimento nella caldaia, vengono aggraffati in due fasi dal lato posteriore della griglia, mentre dal lato anteriore della griglia vengono dilatati. I dettagli sui metodi di crimpatura, distribuzione e sugli strumenti utilizzati saranno discussi nella sezione sulla riparazione della caldaia della locomotiva.
Per irrobustire meglio le estremità dei tubi fumo e fiamma, nei fori della griglia posteriore vengono inseriti degli anelli distanziatori in rame e svasati, quindi si inseriscono nei fori, anch'essi svasati, le estremità dei tubi (Fig. 17).
Successivamente le estremità dei tubi in uscita dalla griglia vengono piegate a 45° e bordate. Successivamente, i lati dei tubi vengono saldati alla griglia (Fig. 18), quando la caldaia viene riempita con acqua riscaldata a t = 40-60 ° C.
Nella calandra anteriore i tubi sono installati senza distanziali in rame, non bordati né scottati; le estremità anteriori sporgenti dei tubi fumo e fiamma sono svasate e piegate all'estremità.
I tubi da fumo sulla maggior parte delle moderne locomotive a vapore sono sfalsati lungo le sommità del diamante in file verticali; inoltre, sono posizionati tra file di tubi da fumo e lungo i bordi della griglia.
La cappa a vapore (Fig. 19) è un serbatoio, che è il punto più alto dello spazio del vapore, funge da raccolta del vapore più secco ed è installato sul secondo tamburo della parte cilindrica della caldaia. Dalla cappa a vapore, il vapore viene immesso nel motore a vapore. Sulle locomotive a vapore Em, il tappo del vapore era rivettato; sulle locomotive a vapore Er, era realizzato stampato su una pressa da un unico foglio di acciaio per caldaia con uno spessore da 15 a 20 mm. La parte superiore della cappa a vapore è chiusa da un coperchio, posizionato su un anello distanziatore in rame e fissato con prigionieri e dadi.
Per ridurre le perdite dovute al raffreddamento esterno, la caldaia della locomotiva, ad eccezione della camera a fumo, è ricoperta da uno strato di isolamento termico. Per isolare la caldaia di una locomotiva vengono utilizzati amianto, farina fossile e calce, che hanno un basso potere calorifico. Il materiale isolante termico è realizzato sotto forma di lastre con uno spessore da 40 a 60 mm. Fissare le piastre alla caldaia utilizzando wireframe e gli spazi tra le griglie sono sigillati con rivestimento in vulcanite.
Prima di ricoprire con materiale isolante, la superficie della caldaia viene verniciata. SU superficie esterna i focolari vengono prima rivestiti con un sottostrato di amianto, quindi vengono posate le lastre di cemento-amianto vulcanitico. Nei luoghi in cui è impossibile posare le lastre, applicare uno strato di rivestimento isolante con una pressione di vapore in caldaia di 0,2-0,3 MPa.
La caldaia della locomotiva è ricoperta sopra lo strato isolante con un rivestimento in lamiera di spessore fino a 1,5 mm. Il rivestimento della caldaia protegge lo strato isolante da eventuali danni. Il fissaggio del mantello viene effettuato con cremagliere saldate alle pareti della caldaia e successivamente con cinghie in nastro di ferro e viti.
La camera fumo (Fig. 20) è predisposta per ospitare un cono, tubi di ingresso e uscita vapore, parascintille, un collettore, un surriscaldatore ed un sifone, ed è anche una camera dove si forma il vuoto necessario per creare un flusso d'aria A grattugiare e per la combustione intensiva del carburante.
Le dimensioni della camera a fumo devono essere sufficienti per accogliere gli elementi specificati e, inoltre, deve esserci il volume libero necessario per il passaggio dei gas e la creazione di un tiraggio uniforme.
La cassa fumo è una struttura saldata o rivettata ed è composta da due lamiere: quella superiore di spessore 13 mm e quella inferiore di spessore 17 mm, formando un tamburo cilindrico. La parte inferiore della camera fumo è realizzata con lamiere di maggior spessore per conferire robustezza e rigidità al supporto della caldaia. Per evitare deformazioni e bruciature della lamiera inferiore della cassa fumo a causa dell'accumulo di cenere sul fondo, su di essa viene rivettata o saldata una lamiera protettiva spessa fino a 20 mm.
Nella parte anteriore la camera a fumo è chiusa con un pannello a timpano o parete frontale, che contiene una porta con un diametro fino a 1500 mm per la produzione riparazioni attuali e l'ispezione delle apparecchiature ivi presenti.
Per pulire la camera fumo dai fumi viene installato inferiormente un tubo depuratore 16 del diametro di 180 mm con valvola posta tra le flange del tubo.
La camera fumo delle locomotive L, E a, m, E r è dotata di un dispositivo spegni scintilla autopulente, dove i gas scaricati dai tubi fumo e fiamma, colpendo uno schermo riflettente verticale, creano un movimento a vortice e, passando attraverso la rete spegniscintilla, vengono convogliate nel camino. Grandi particelle di fuliggine vengono staccate dalla rete e sottoposte a ulteriore frantumazione nel flusso generale di gas, per cui il flusso di gas sembra spazzare via piccole particelle di fuliggine.
Il tubo da fumo 5 è installato nella parte superiore della camera a fumo e serve per rimuovere i prodotti della combustione e scaricare i vapori nell'atmosfera.
La parte inferiore del tubo, che si trova nella cassa fumo, è collegata ad un raccordo 3 che si espande verso il basso per convogliare i fili dei vapori di scarico e dei prodotti della combustione del carburante. Il tamburo della camera a fumo è dotato di aperture speciali per l'installazione di un camino, un cono, tubi di ingresso e uscita vapore.
Il volume della camera a fumo influenza la pulsazione dei gas quando il vapore esce dal cono: maggiore è il volume, minore è la pulsazione, più uniforme è la combustione del carburante.
La camera a fumo è collegata tramite bulloni prismatici alla flangia a forma di sella del monoblocco e funge da fissaggio rigido della caldaia al telaio della locomotiva.
Nella camera a fumo viene creato un tiraggio artificiale di gas rilasciandovi il vapore di scarico motore a vapore attraverso il cono e il camino, quindi la tenuta della camera è della massima importanza.
La depressurizzazione della camera a fumo viene determinata come segue: aprire il sifone a piena potenza e utilizzare una torcia per bypassare i punti in cui l'aria potrebbe fuoriuscire attraverso le perdite. Tali luoghi sono contrassegnati con il gesso e durante la riparazione di una locomotiva a vapore vengono eliminati saldando e sostituendo bulloni e parti difettosi. Per sigillare la porta grande, tra questa e il rivestimento della scatola della canna fumaria viene interposto del cartone di amianto. Per evitare infiltrazioni di aria esterna nella camera fumo, le perdite tra i tubi di lavorazione del vapore ed i bordi dei fori della camera fumo sono sigillate con guarnizioni in acciaio con guarnizioni in amianto.
La tenuta dei collegamenti tra i tubi di ingresso del vapore e gli elementi del surriscaldatore con il collettore viene verificata su una locomotiva calda avviando il vapore, poiché il suo passaggio peggiora la depressione nella cassa fumo. Una buona tenuta della camera a fumo contribuisce all'intensa combustione del carburante, al suo consumo economico e all'elevata produzione di vapore della caldaia della locomotiva.
Ciao! A seconda delle caratteristiche di progettazione delle superfici riscaldanti che generano vapore, si distinguono le caldaie a tubi di gas e a tubi d'acqua.
Una caldaia a tubi di gas è un tamburo cilindrico, all'interno del quale sono disposti parallelamente all'asse 1-2 tubi con un diametro d = 0,6-1 m (caldaie a tubi di fumo) o un gran numero di tubi di piccolo diametro d = 50-60 mm (caldaie a tubi di fumo). I gas di combustione provenienti dal focolare entrano nei tubi, che vengono lavati dall'esterno con acqua bollente. Il vapore acqueo risultante dalla parte superiore del tamburo viene inviato al surriscaldatore o direttamente al consumatore. Queste caldaie presentano una serie di svantaggi significativi (elevato consumo specifico di metallo, produttività limitata, bassi parametri di vapore) e pertanto vengono utilizzate relativamente raramente.
Le caldaie a tubi d'acqua sono scambiatori di calore a tubi d'acqua a circolazione naturale o forzata. Il processo di formazione del vapore in essi avviene all'interno dei tubi, che vengono riscaldati dall'esterno dai gas di combustione. Le caldaie a circolazione naturale sono realizzate principalmente sotto forma di strutture verticali a tubi d'acqua.
Una particolarità di questi impianti è la presenza di uno o più cilindri, ai quali sono collegati tubi curvi verticali, che formano superfici riscaldanti evaporative. Queste caldaie hanno un basso consumo di metallo per unità di produzione di vapore e parametri di vapore elevati. Nella fig. 1. mostra una caldaia a tubi d'acqua verticale a due tamburi DKVR-2.5-13 con un focolare a camera per la combustione di gas naturale.
Capacità vapore della caldaia 2,5 t/h, pressione vapore 1,3 MPa, temperatura vapore surriscaldato 350 °C.
Le caldaie di questo tipo hanno una produttività da 2,5 a 35 t/h e sono installate nei locali caldaie delle imprese industriali. La caldaia ha un tamburo superiore 1 e un tamburo inferiore 3, collegati da tubi di ebollizione verticali 2. Nella camera di combustione 5 sono presenti due schermi laterali, formati da tubi di ebollizione 6 che collegano il tamburo superiore con i collettori laterali inferiori 4 .
La caldaia ad alta pressione PK-19 (capacità vapore 120 t/h, pressione vapore 10 MPa, temperatura vapore 510 °C) è progettata per funzionare su tronchi di antracite e carboni duri (Fig. 2).
La particolarità di questa tipologia di caldaie è quella di avere un solo tamburo con cicloni esterni per la separazione dell'acqua dal vapore. Le pareti del focolare sono completamente rivestite con tubi schermanti.
L'acqua proveniente dal tamburo 1 e dai cicloni remoti 2 viene abbassata attraverso tubi posti all'esterno del rivestimento nei collettori inferiori dei vagli. Nel pozzo convettivo della caldaia, oltre ai due stadi dell'economizzatore d'acqua 6, sono presenti anche due stadi dell'aerotermo 7. L'aria fornita dal ventilatore passa tra i tubi dell'aerotermo in sequenza attraverso il primo e secondi stadi, ed i gas passano dall'alto verso il basso all'interno dei tubi. L'aria riscaldata viene fornita ai bruciatori situati sulle pareti laterali Camera di combustione. La polvere proveniente dal sistema di preparazione della polvere viene fornita qui insieme all'aria primaria.
Il surriscaldatore della caldaia è posto in un condotto orizzontale che collega il forno all'albero convettivo. Il vapore proveniente dal tamburo della caldaia attraverso i tubi che corrono sotto il soffitto viene diretto al desurriscaldatore 4 del surriscaldatore 5, nel quale, a causa della parziale condensazione del vapore, alimentare l'acqua La temperatura del vapore surriscaldato è regolata. Dal desurriscaldatore il vapore entra nei tubi della serpentina del surriscaldatore e quindi nel collettore di uscita 3.
Nella fig. 3. Uno schema di un generatore di vapore a pressione supercritica a doppio vaso a flusso diretto del marchio TPP-110 per unità da 300 mila kW con una capacità di 950 t/h con una pressione del vapore di 25 MPa, una temperatura del vapore surriscaldato di 585 ° Viene presentato il surriscaldamento intermedio del vapore fino a 570 °C.
Il corpo caldaia ha pianta ad U ed è costituito da due corpi di fabbrica adiacenti, identici per dimensioni e configurazione. Differiscono tra loro solo perché un alloggiamento ospita la maggior parte del surriscaldatore primario, mentre l'altro ne contiene una parte più piccola e l'intero surriscaldatore secondario.
L'altezza totale della caldaia è di 50 m Il forno di questa unità è costituito da una camera di combustione 1 con rimozione delle scorie liquide e schermi rivestiti e una camera di postcombustione 2 con apertura schermi verticali 3. Uscendo dal focolare, Gas di scarico passare attraverso un surriscaldatore costituito da una parte radiante 4 e una parte convettiva 6, e poi attraverso superfici convettive riscaldamento della caldaia (zona di transizione 7, economizzatore d'acqua 8 e riscaldatore d'aria 9).
Il vapore soggetto a surriscaldamento secondario proveniente dalla turbina entra nella parte radiante 4 del surriscaldatore secondario posto nel secondo corpo del gruppo caldaia, quindi viene inviato allo scambiatore di calore 5, riscaldato dal vapore primario, atto a regolare la temperatura del vapore, quindi alla parte convettiva del surriscaldatore 6 e alla turbina. Un'ulteriore regolazione della temperatura del vapore surriscaldato viene effettuata mediante desurriscaldatori ad iniezione, nonché modificando la distribuzione della quantità di combustibile bruciato nei forni di entrambi gli edifici.
Un grande generatore di vapore è una caldaia del tipo TPP-200 (Taganrog, flusso diretto, carbone polverizzato, modello 200) con una capacità di vapore di 700 kg/s (2500 t/h), progettata per bruciare polvere di AS o materiali naturali gas. Il generatore di vapore è progettato per fornire vapore a un'unità turbina con una capacità di 800 MW.
Dati di base specifiche tecniche caldaia TPP-200 (Fig. 4.) sono i seguenti: pressione del vapore 25 MPa, temperatura di surriscaldamento del vapore primario 565 °C, secondaria - 570 °C, temperatura dell'acqua di alimentazione 271 °C, consumo di carburante 75,5 kg/s.
Il gruppo caldaia è costituito da due corpi simmetrici. La camera di combustione di ciascun edificio ha forma prismatica ed è divisa in altezza da una strozzatura formata dai tubi degli schermi anteriore e posteriore in due parti: prefocolare 1 e camera di raffreddamento 3.
Nella parte inferiore - il preforno - viene bruciato il combustibile, nella parte superiore vengono raffreddati i fumi. Sulle pareti anteriore e posteriore del focolare sono installati su due file 24 bruciatori a polvere e gas 2. La tensione termica volumetrica del focolare è di 460 kW/m3 e dell'intero focolare - 160 kW/m3. Tutte le pareti del prefocolare e delle camere di raffreddamento sono schermate. Nella parte superiore della camera di raffreddamento è presente un surriscaldatore dello schermo ad alta pressione 5.
Ciascun alloggiamento dispone di quattro flussi acqua-vapore. Lungo il flusso dell'acqua sono presenti un economizzatore d'acqua 4, una parete divisoria, un sistema di alberi di convezione sospesi e schermi di combustione. Questi ultimi, a loro volta, sono costituiti da superfici collegate in sequenza: pannelli di fondo, pannelli della parte inferiore di irraggiamento, schermi di combustione a due luci e pannelli della parte superiore di irraggiamento.
La particolarità di questo generatore di vapore è la regolazione del gas della temperatura di surriscaldamento intermedio del vapore mediante un condotto del gas di bypass e l'attivazione in serie parallela dei riscaldatori d'aria. Il pozzo convettivo di ciascun edificio è suddiviso in pianta in tre condotti del gas paralleli. Nel condotto del gas centrale (bypass) sono presenti due pacchetti di economizzatore d'acqua e nei condotti del gas laterali è presente un pacchetto convettivo di un surriscaldatore ad alta pressione 6 e due pacchetti di surriscaldatore in sequenza lungo il flusso del gas bassa pressione(surriscaldamento intermedio) 7.
Il gruppo caldaia è dotato di abbattitore delle scorie liquide. La purificazione preliminare dei gas dalle ceneri volanti viene effettuata in cicloni a flusso diretto alimentati a batteria e la purificazione finale viene effettuata in precipitatori elettrici. Il telaio della caldaia è in metallo. Il rivestimento delle pareti della camera di combustione e dell'albero convettivo è leggero, multistrato.
Il design della caldaia è progettato in un design a blocchi. Ciò significa che sul luogo di installazione vengono consegnati blocchi di fabbrica, il cui numero è di 856 pezzi solo per le superfici riscaldanti. peso massimo un blocco da 24,7 t. letteratura: 1) Sidelkovsky L.N., Yurenev V.N. Generatori di vapore per imprese industriali. –M.: Energia, 1978. 2) Ingegneria termica, Bondarev V.A., Protsky A.E., Grinkevich R.N. Minsk, ed. 2°, "Scuola Superiore", 1976.
Un impianto caldaia (locale caldaia) è una struttura in cui il fluido di lavoro (refrigerante) (solitamente acqua) viene riscaldato per un sistema di riscaldamento o di fornitura di vapore, situato in uno locale tecnico. Le caldaie sono collegate ai consumatori tramite la rete di riscaldamento e/o le condotte del vapore. Il dispositivo principale di un locale caldaia è una caldaia a vapore, a tubi di fumo e/o ad acqua calda. Le caldaie vengono utilizzate per la fornitura centralizzata di calore e vapore o per la fornitura di calore locale agli edifici.
Un impianto caldaia è un complesso di dispositivi situati in locali speciali e che servono a convertire l'energia chimica del combustibile in energia termica coppia o acqua calda. I suoi elementi principali sono una caldaia, un dispositivo di combustione (forno), dispositivi di alimentazione e tiraggio. In generale, l'installazione di una caldaia è una combinazione di caldaie e apparecchiature, compresi i seguenti dispositivi: alimentazione e combustione del combustibile; depurazione, preparazione chimica e deaerazione dell'acqua; scambiatori di calore per vari scopi; pompe per acqua di fonte (grezza), pompe di rete o di circolazione - per la circolazione dell'acqua nell'impianto di riscaldamento, pompe di reintegro - per compensare l'acqua consumata dal consumatore e perdite nelle reti, pompe di alimentazione per la fornitura di acqua a caldaie a vapore, ricircolo (miscelazione); serbatoi per nutrienti, serbatoi di condensa, serbatoi di stoccaggio dell'acqua calda; ventilatori e condotti dell'aria; aspiratori fumi, percorso gas e canna fumaria; dispositivi di ventilazione; sistemi regolazione automatica e sicurezza della combustione del carburante; scudo termico o pannello di controllo.
La caldaia è dispositivo di scambio termico, in cui il calore dei prodotti caldi della combustione del carburante viene trasferito all'acqua. Di conseguenza, l'acqua viene convertita in vapore nelle caldaie a vapore e riscaldata alla temperatura richiesta nelle caldaie ad acqua calda.
Il dispositivo di combustione viene utilizzato per bruciare carburante e convertire la sua energia chimica in calore dei gas riscaldati.
I dispositivi di alimentazione (pompe, iniettori) sono progettati per fornire acqua alla caldaia.
Il dispositivo di tiraggio è costituito da ventilatori, un sistema di condotti gas-aria, aspiratori di fumo e un camino, che garantiscono l'apporto della quantità d'aria necessaria al focolare e il movimento dei prodotti della combustione attraverso i condotti dei fumi della caldaia, nonché la loro rimozione nell'atmosfera. I prodotti della combustione, transitando nei camini ed entrando in contatto con la superficie scaldante, cedono calore all'acqua.
Per garantire un funzionamento più economico, i moderni sistemi di caldaie hanno elementi ausiliari: economizzatore d'acqua e generatore d'aria, che servono rispettivamente a riscaldare l'acqua e l'aria; dispositivi per l'alimentazione del combustibile e la rimozione delle ceneri, per la pulizia dei gas di scarico e dell'acqua di alimentazione; dispositivi di controllo termico e apparecchiature di automazione che garantiscono il funzionamento normale e ininterrotto di tutte le parti del locale caldaia.
A seconda dell'uso del loro calore, le caldaie sono suddivise in energia, riscaldamento e industriale e riscaldamento.
Le caldaie energetiche forniscono vapore centrali elettriche a vapore, che generano elettricità, e sono solitamente inclusi nel complesso della centrale elettrica. Il riscaldamento e le caldaie industriali si trovano a imprese industriali e fornire calore ai sistemi di riscaldamento e ventilazione, fornitura di acqua calda agli edifici e ai processi produttivi. Le caldaie per il riscaldamento risolvono gli stessi problemi, ma servono edifici residenziali e pubblici. Si dividono in indipendenti, ad incastro, cioè adiacenti ad altri edifici e integrati negli edifici. Recentemente, sempre più spesso, vengono costruite caldaie separate e ampliate con l'aspettativa di servire un gruppo di edifici, un'area residenziale o un microdistretto.
L'installazione di locali caldaia integrati in edifici residenziali e pubblici è attualmente consentita solo con adeguata giustificazione e accordo con le autorità di controllo sanitario.
Locali caldaie bassa potenza(singoli e piccoli gruppi) sono normalmente costituiti da caldaie, pompe di circolazione e reintegro e dispositivi di pescaggio. A seconda di questa attrezzatura, vengono determinate principalmente le dimensioni del locale caldaia.
2. Classificazione delle installazioni di caldaie
Le installazioni di caldaie, a seconda della natura dei consumatori, sono suddivise in energia, produzione e riscaldamento e riscaldamento. In base al tipo di liquido refrigerante prodotto si dividono in vapore (per la produzione di vapore) e acqua calda (per la produzione di acqua calda).
Le centrali elettriche producono vapore per turbine a vapore presso le centrali termoelettriche. Tali caldaie sono generalmente dotate di grandi e media potenza, che producono coppie di parametri aumentati.
I sistemi di caldaie per il riscaldamento industriale (solitamente a vapore) producono vapore non solo per le esigenze industriali, ma anche per il riscaldamento, la ventilazione e la fornitura di acqua calda.
I sistemi di caldaie per il riscaldamento (principalmente acqua calda, ma possono anche essere a vapore) sono progettati per servire gli impianti di riscaldamento per locali industriali e residenziali.
A seconda della portata della fornitura di calore, le caldaie per il riscaldamento sono locali (individuali), di gruppo e distrettuali.
I locali caldaie sono solitamente dotati di caldaie ad acqua calda che riscaldano l'acqua ad una temperatura non superiore a 115 °C o caldaie a vapore con una pressione di esercizio fino a 70 kPa. Tali locali caldaie sono progettati per fornire calore a uno o più edifici.
I sistemi di caldaie di gruppo forniscono calore a gruppi di edifici, aree residenziali o piccoli quartieri. Sono dotati di caldaie sia a vapore che ad acqua calda con capacità di riscaldamento maggiore rispetto alle caldaie per caldaie locali. Questi locali caldaie si trovano solitamente in edifici separati appositamente costruiti.
Le caldaie per il teleriscaldamento vengono utilizzate per fornire calore a grandi aree residenziali: sono dotate di caldaie ad acqua calda o vapore relativamente potenti.
Riso. 1.
Riso. 2.
Riso. 3.
Riso. 4.
Elementi individualiÈ consuetudine mostrare convenzionalmente uno schema dell'installazione di una caldaia sotto forma di rettangoli, cerchi, ecc. e collegarli tra loro con linee (continue, tratteggiate), che indicano una conduttura, linee di vapore, ecc. B schemi elettrici Esistono differenze significative tra gli impianti con caldaie a vapore e quelli ad acqua calda. Un impianto di caldaie a vapore (Fig. 4, a) costituito da due caldaie a vapore 1, dotate di economizzatori individuali di acqua 4 e aria 5, comprende un gruppo raccoglitore di ceneri 11, al quale i fumi vengono avvicinati attraverso un collettore di raccolta 12. Per l'aspirazione dei fumi nella zona compresa tra il raccoglicenere 11 e camino Sono installati 9 aspiratori fumi 7 con motori elettrici 8. Per far funzionare il locale caldaia senza aspiratori fumi, sono installate serrande 10.
Il vapore proveniente dalle caldaie attraverso linee di vapore separate 19 entra nella linea di vapore comune 18 e attraverso di essa al consumatore 17. Dopo aver ceduto il calore, il vapore si condensa e ritorna attraverso la linea di condensa 16 al locale caldaia nel serbatoio di raccolta della condensa 14. Attraverso tubazione 15, acqua aggiuntiva dalla rete idrica o dal trattamento chimico dell'acqua viene fornita al serbatoio di condensa (per compensare il volume non restituito dai consumatori).
Nel caso in cui parte della condensa venga persa dall'utenza, una miscela di condensa e acqua aggiuntiva viene fornita dal serbatoio di condensa mediante le pompe 13 attraverso la tubazione di alimentazione 2, prima nell'economizzatore 4 e poi nella caldaia 1. l'aria necessaria per la combustione viene aspirata dai ventilatori centrifughi 6 in parte dal locale caldaia, in parte dall'esterno e attraverso i condotti dell'aria 3, viene fornita prima agli aerotermi 5 e poi ai forni della caldaia.
L'installazione della caldaia per il riscaldamento dell'acqua (Fig. 4, b) è composta da due caldaie per il riscaldamento dell'acqua 1, un economizzatore dell'acqua di gruppo 5, che serve entrambe le caldaie. I gas di scarico che escono dall'economizzatore attraverso un condotto di raccolta comune 3 entrano direttamente nel camino 4. L'acqua riscaldata nelle caldaie entra nella tubazione comune 8, da dove viene fornita al consumatore 7. Dopo aver ceduto calore, l'acqua raffreddata attraverso il ritorno la tubazione 2 viene inviata prima all'economizzatore 5 e poi nuovamente alle caldaie. L'acqua viene movimentata attraverso un circuito chiuso (caldaia, utenza, economizzatore, caldaia) mediante pompe di circolazione 6.
Riso. 5. : 1 - pompa di circolazione; 2 - focolare; 3 - surriscaldatore di vapore; 4 - tamburo superiore; 5 - scaldabagno; 6 - riscaldatore d'aria; 7 - camino; 8- ventilatore centrifugo(aspiratore fumi); 9 - ventola per fornire aria al riscaldatore
Nella fig. La Figura 6 mostra uno schema di una caldaia con una caldaia a vapore avente un tamburo superiore 12. Nella parte inferiore della caldaia è presente un focolare 3. Per bruciare combustibile liquido o gassoso, vengono utilizzati ugelli o bruciatori 4, attraverso i quali il combustibile insieme con aria viene fornita al focolare. Caldaia limitata muri di mattoni- fodera 7.
Durante la combustione del combustibile, il calore rilasciato riscalda l'acqua fino a farla bollire negli schermi tubolari 2 installati sulla superficie interna del focolare 3 e ne garantisce la trasformazione in vapore acqueo.
Figura 6.
I fumi provenienti dal forno entrano nei condotti fumari della caldaia, formati da rivestimento e appositi setti installati nei fasci tubieri. Durante lo spostamento, i gas lavano i fasci di tubi della caldaia e del surriscaldatore 11, passano attraverso l'economizzatore 5 e l'aerotermo 6, dove vengono anche raffreddati a causa del trasferimento di calore all'acqua che entra nella caldaia e all'aria fornita a il focolare. Quindi, i gas di combustione notevolmente raffreddati vengono rimossi attraverso il camino 19 nell'atmosfera utilizzando un aspiratore di fumo 17. I fumi possono essere rimossi dalla caldaia senza aspiratore di fumo sotto l'influenza del tiraggio naturale creato dal camino.
L'acqua dalla fonte di approvvigionamento idrico attraverso la tubazione di alimentazione viene fornita dalla pompa 16 all'economizzatore d'acqua 5, da dove, dopo il riscaldamento, entra nel tamburo superiore della caldaia 12. Il riempimento del tamburo della caldaia con acqua è controllato da un indicatore dell'acqua vetro installato sul tamburo. In questo caso l'acqua evapora e il vapore risultante viene raccolto nella parte superiore del tamburo superiore 12. Quindi il vapore entra nel surriscaldatore 11, dove a causa del calore dei gas di scarico viene completamente essiccato e la sua temperatura aumenta.
Dal surriscaldatore 11, il vapore entra nella linea principale del vapore 13 e da lì al consumatore, e dopo l'uso viene condensato e restituito al locale caldaia sotto forma di acqua calda (condensa).
Le perdite di condensa dall'utenza vengono reintegrate con acqua proveniente dalla rete idrica o da altre fonti di approvvigionamento idrico. Prima di entrare in caldaia l’acqua viene sottoposta ad opportuno trattamento.
L'aria necessaria per la combustione del combustibile viene prelevata, di norma, dalla parte superiore del locale caldaia e fornita dal ventilatore 18 all'aerotermo 6, dove viene riscaldata e quindi inviata al forno. Nelle caldaie di piccola capacità, di solito non ci sono riscaldatori d'aria e l'aria fredda viene fornita al focolare da un ventilatore o dal vuoto nel focolare creato dal camino. Gli impianti di caldaie sono dotati di dispositivi per il trattamento dell'acqua (non mostrati nello schema), strumenti di controllo e misurazione e apparecchiature di automazione adeguate, che ne garantiscono il funzionamento ininterrotto e affidabile.
Riso. 7.
Per una corretta installazione di tutti gli elementi del locale caldaia, utilizzare schema elettrico, un esempio del quale è mostrato in Fig. 9.
Riso. 9.
I sistemi di caldaie per acqua calda sono progettati per produrre acqua calda utilizzata per il riscaldamento, la fornitura di acqua calda e altri scopi.
Per garantire il normale funzionamento, i locali caldaie con caldaie ad acqua calda sono dotati degli accessori, della strumentazione e delle apparecchiature di automazione necessari.
Una caldaia ad acqua calda ha un refrigerante: l'acqua, a differenza di una caldaia a vapore, che ha due refrigeranti: acqua e vapore. A questo proposito, il locale caldaia a vapore deve disporre di condutture separate per vapore e acqua, nonché di serbatoi per la raccolta della condensa. Tuttavia, ciò non significa che i circuiti delle caldaie ad acqua calda siano più semplici di quelli a vapore. Il riscaldamento dell'acqua e le caldaie a vapore variano in complessità a seconda del tipo di combustibile utilizzato, del design delle caldaie, dei forni, ecc. Sia i sistemi di caldaie per il riscaldamento dell'acqua che quelli del vapore di solito comprendono diverse unità caldaia, ma non meno di due e non più di quattro o cinque. Tutti sono collegati da comunicazioni comuni: gasdotti, gasdotti, ecc.
Progettazione della caldaia potenza inferiore mostrato di seguito nel paragrafo 4 di questo argomento. Per comprendere meglio la struttura ed i principi di funzionamento delle caldaie di diversa potenza, si consiglia di confrontare la struttura di queste caldaie meno potenti con la struttura delle caldaie di potenza maggiore sopra descritte, e individuare in esse gli elementi principali che svolgono le stesse funzioni , oltre a comprendere le ragioni principali delle differenze nei design.
3. Classificazione delle caldaie
Le caldaie piacciono dispositivi tecnici per la produzione di vapore o acqua calda si distinguono per una varietà di forme di progettazione, principi di funzionamento, tipi di combustibile utilizzato e indicatori di produzione. Ma secondo il metodo di organizzazione del movimento dell'acqua e della miscela acqua-vapore, tutte le caldaie possono essere suddivise nei seguenti due gruppi:
Caldaie a circolazione naturale;
Caldaie con movimento forzato del liquido di raffreddamento (acqua, miscela acqua-vapore).
Nelle moderne caldaie di riscaldamento e riscaldamento-industriale, le caldaie a circolazione naturale vengono utilizzate principalmente per produrre vapore e le caldaie con movimento forzato del liquido di raffreddamento funzionanti secondo il principio del flusso diretto vengono utilizzate per produrre acqua calda.
Le moderne caldaie a vapore a circolazione naturale sono costituite da tubi verticali posti tra due collettori (tamburo superiore ed inferiore). Il loro dispositivo è mostrato nel disegno di Fig. 10, fotografia del tamburo superiore ed inferiore con i tubi che li collegano - in Fig. 11, e il posizionamento nel locale caldaia è mostrato in Fig. 12. Una parte dei tubi, denominata "tubi montanti", riscaldata dalla torcia e dai prodotti della combustione, mentre l'altra parte, solitamente non riscaldata, dei tubi, si trova all'esterno della caldaia ed è denominata "tubi di discesa". Nei tubi di sollevamento riscaldati, l'acqua viene riscaldata fino all'ebollizione, evapora parzialmente ed entra nel corpo della caldaia sotto forma di una miscela di acqua e vapore, dove viene separata in vapore e acqua. Attraverso l'abbassamento dei tubi non riscaldati, l'acqua dal tamburo superiore entra nel collettore inferiore (tamburo).
Il movimento del liquido di raffreddamento nelle caldaie a circolazione naturale viene effettuato grazie alla pressione di comando creata dalla differenza di peso della colonna d'acqua nei tubi di discesa e della colonna di miscela acqua-vapore nei tubi di salita.
Riso. 10.
Riso. undici.
Riso. 12.
Nelle caldaie a vapore a circolazione forzata multipla, le superfici riscaldanti sono realizzate sotto forma di serpentine che formano circuiti di circolazione. Il movimento dell'acqua e della miscela acqua-vapore in tali circuiti viene effettuato mediante una pompa di circolazione.
Nelle caldaie a vapore a flusso diretto, il rapporto di circolazione è unitario, cioè L'acqua di alimentazione, una volta riscaldata, si trasforma successivamente in una miscela acqua-vapore, vapore saturo e surriscaldato.
Nelle caldaie ad acqua calda, l'acqua che si muove lungo il circuito di circolazione viene riscaldata in un giro dalla temperatura iniziale a quella finale.
In base al tipo di liquido di raffreddamento, le caldaie si dividono in caldaie ad acqua calda e caldaie a vapore. Gli indicatori principali di una caldaia per acqua calda sono la potenza termica, ovvero la potenza termica, e la temperatura dell'acqua; Gli indicatori principali di una caldaia a vapore sono la produzione di vapore, la pressione e la temperatura.
Caldaie per acqua calda, il cui scopo è produrre acqua calda parametri dati, sono utilizzati per la fornitura di calore ai sistemi di riscaldamento e ventilazione, ai consumatori domestici e tecnologici. Le caldaie per acqua calda, che solitamente funzionano secondo il principio del flusso diretto con un flusso d'acqua costante, sono installate non solo nelle centrali termoelettriche, ma anche nel teleriscaldamento, nonché nei locali di riscaldamento e caldaie industriali come principale fonte di fornitura di calore.
Riso. 13.
Riso. 14.
In base al movimento relativo dei mezzi di scambio termico (gas di combustione, acqua e vapore), le caldaie a vapore (generatori di vapore) possono essere divise in due gruppi: caldaie a tubi d'acqua e caldaie a tubi di fumo. Nei generatori di vapore a tubi d'acqua, l'acqua e una miscela di vapore e acqua si muovono all'interno dei tubi e i gas di scarico lavano l'esterno dei tubi. In Russia nel 20 ° secolo venivano utilizzate principalmente caldaie a tubi d'acqua Shukhov. Nei tubi da fumo, al contrario, i gas di combustione si muovono all'interno dei tubi e l'acqua lava i tubi all'esterno.
Basati sul principio del movimento dell'acqua e della miscela acqua-vapore, i generatori di vapore si dividono in unità a circolazione naturale e unità a circolazione forzata. Queste ultime si dividono in a flusso diretto e a circolazione forzata multipla.
Esempi di posizionamento di caldaie di diversa capacità e scopo, nonché di altre apparecchiature, nei locali caldaie sono mostrati in Fig. 14-16.
Riso. 15.
Riso. 16. Esempi di posizionamento di caldaie domestiche e altre apparecchiature
Le caldaie si distinguono in base alle seguenti caratteristiche:
Intenzionalmente:
Energeticamentee- generazione di vapore per turbine a vapore; Si distinguono per l'elevata produttività e l'aumento dei parametri del vapore.
Industriale- generazione di vapore sia per turbine a vapore che per le esigenze tecnologiche dell'impresa.
Riscaldamento- produzione di vapore per il riscaldamento di edifici industriali, residenziali e pubblici. Questi includono caldaie ad acqua calda. Una caldaia per acqua calda è un dispositivo progettato per produrre acqua calda con una pressione superiore a quella atmosferica.
Caldaie a recupero di calore- progettati per produrre vapore o acqua calda attraverso l'utilizzo del calore proveniente da risorse energetiche secondarie (FER) durante il trattamento di rifiuti chimici, rifiuti domestici, ecc.
Tecnologia energetica- sono destinati a produrre vapore utilizzando la risorsa di recupero idrico e ne costituiscono parte integrante processo tecnologico(ad esempio, unità di recupero soda).
Secondo il design del dispositivo di combustione(Fig.7):
Riso. 7. Classificazione generale dei dispositivi di combustione
Ci sono focolari stratificato - per la combustione di combustibile in pezzi e Camera - per la combustione di gas e combustibili liquidi, nonché combustibile solido in uno stato polveroso (o finemente frantumato).
I forni a strati si dividono in forni a letto denso e a letto fluido, mentre i forni a camera si dividono in a flusso diretto e a ciclone (vortice).
I forni a camera per combustibile polverizzato si dividono in forni con rimozione delle scorie solide e liquide. Inoltre, in base alla progettazione possono essere monocamerali o multicamera e, in base alla modalità aerodinamica, sotto vuoto E sovralimentato.
Fondamentalmente, viene utilizzato uno schema di vuoto, quando un aspiratore di fumo crea una pressione inferiore a quella atmosferica nei condotti di scarico della caldaia, cioè il vuoto. Ma in alcuni casi, quando si brucia gas e olio combustibile o combustibile solido con rimozione delle scorie liquide, è possibile utilizzare un circuito pressurizzato.
Schema di una caldaia pressurizzata. In queste caldaie, un impianto di soffiaggio ad alta pressione fornisce una sovrappressione nella camera di combustione di 4 - 5 kPa, che consente di superare la resistenza aerodinamica del percorso del gas (Fig. 8). Pertanto, in questo schema non è presente alcun aspiratore di fumo. La tenuta del percorso del gas è garantita mediante l'installazione di schermi a membrana nella camera di combustione e sulle pareti dei condotti dei fumi della caldaia.
Vantaggi di questo schema:
Costi di capitale relativamente bassi per il rivestimento;
Minori consumi elettrici per il proprio fabbisogno rispetto ad una caldaia funzionante sotto vuoto;
Di più alta efficienza riducendo le perdite con i fumi dovute all'assenza di aspirazione d'aria nel percorso dei gas della caldaia.
Difetto- complessità della tecnologia di progettazione e produzione delle superfici riscaldanti a membrana.
Per tipo di liquido refrigerante generato dalla caldaia: vapore E acqua calda.
Per il movimento di gas e acqua (vapore):
Tubi del gas (tubi da fuoco e tubi da fumo);
Tubo dell'acqua;
Combinato.
Schema di una caldaia a tubi di fumo. Le caldaie sono progettate per sistemi chiusi riscaldamento, ventilazione e fornitura di acqua calda e sono realizzati per funzionare ad una pressione di esercizio consentita di 6 bar e ad una temperatura dell'acqua consentita fino a 115°C. Le caldaie sono progettate per funzionare con combustibili gassosi e liquidi, inclusi olio combustibile e petrolio greggio, e forniscono un rendimento del 92% quando funzionano a gas e dell'87% con olio combustibile.
Le caldaie per acqua calda in acciaio hanno una camera di combustione reversibile orizzontale con disposizione concentrica dei tubi di fumo (Fig. 9). Per ottimizzare il carico termico, la pressione in camera di combustione e la temperatura dei gas di scarico, i tubi da fumo sono dotati di turbolatori in acciaio inox.
Riso. 8. Schema caldaia in “sovralimentazione”:
1 - albero di aspirazione dell'aria; 2 - ventilatore ad alta pressione; 3 - Aerotermo 1° stadio; 4 - economizzatore d'acqua del 1° stadio; 5 - Aerotermo 2° stadio; 6 - condotti dell'aria calda; 7 - dispositivo bruciatore; 8 - schermi a tenuta di gas costituiti da tubi a membrana; 9 - canna fumaria
Riso. 9. Schema della camera di combustione delle caldaie a tubi di fumo:
1 - copertina anteriore;
2 - forno caldaia;
3 - tubi di fumo;
4 - piastre per tubi;
5 - camino parte della caldaia;
6 - sportello del camino;
7 - dispositivo bruciatore
Secondo il metodo della circolazione dell'acqua l'intera varietà di progetti di caldaie a vapore per l'intera gamma di pressioni di esercizio può essere ridotta a tre tipi:
- a circolazione naturale- riso. 10a;
- a circolazione forzata multipla- riso. 10b;
- dritto - riso. X secolo
Riso. 10.Metodi di circolazione dell'acqua
Nelle caldaie a circolazione naturale, il movimento del fluido di lavoro lungo il circuito di evaporazione viene effettuato a causa della differenza di densità delle colonne del mezzo di lavoro: acqua nel sistema di alimentazione discendente e miscela vapore-acqua nell'evaporativo di risalita parte del circuito di circolazione (Fig. 10a). La pressione di circolazione motrice nel circuito può essere espressa dalla formula
, Papà,
dove h è l'altezza del contorno, g è l'accelerazione di gravità, , è la densità dell'acqua e della miscela acqua-vapore.
A pressione critica il mezzo di lavoro è monofase e la sua densità dipende solo dalla temperatura, e poiché queste ultime sono vicine tra loro nella direzione discendente e sistemi di sollevamento, la pressione di circolazione sarà molto piccola. Pertanto, in pratica, la circolazione naturale viene utilizzata solo per le caldaie fino a alte pressioni, solitamente non superiore a 14 MPa.
Il movimento del fluido di lavoro lungo il circuito di evaporazione è caratterizzato dal rapporto di circolazione K, che è il rapporto orario flusso di massa fluido di lavoro attraverso il sistema di evaporazione della caldaia fino alla sua produzione oraria di vapore. Per le moderne caldaie ad altissima pressione K = 5-10, per caldaie a bassa e media pressione K varia da 10 a 25.
Una caratteristica delle caldaie a circolazione naturale è il metodo di disposizione delle superfici riscaldanti, che è la seguente:
· i pluviali non devono essere riscaldati per mantenerli sufficienti alto livello ;
· le tubazioni di sollevamento devono essere progettate in modo tale da impedire la formazione di sacche di vapore quando al loro interno circola una miscela acqua-vapore;
· le velocità dell'acqua e della miscela in tutti i tubi devono essere moderate per ottenere una bassa resistenza idraulica, che si ottiene selezionando tubi con superfici riscaldanti sufficienti grande diametro(60-83 mm).
Nelle caldaie a circolazione forzata multipla, il movimento del fluido di lavoro lungo il circuito di evaporazione è effettuato grazie al funzionamento di una pompa di circolazione compresa nel flusso discendente del fluido di lavoro (Fig. 10b). La velocità di circolazione viene mantenuta bassa (K = 4-8), poiché la pompa di circolazione ne garantisce il mantenimento durante tutte le fluttuazioni di carico. Le caldaie a circolazione forzata multipla consentono di risparmiare metallo per il riscaldamento delle superfici, poiché lo consentono velocità aumentate acqua e miscela di lavoro, migliorando così parzialmente il raffreddamento della parete del tubo. In questo caso le dimensioni dell'unità sono leggermente ridotte, poiché il diametro dei tubi può essere scelto inferiore rispetto alle caldaie a circolazione naturale. Queste caldaie possono essere utilizzate fino a pressioni critiche di 22,5 MPa; la presenza di un tamburo consente di asciugare efficacemente il vapore e soffiare attraverso l'acqua di caldaia contaminata.
Nelle caldaie a passaggio singolo (Fig. 10c), il rapporto di circolazione è pari all'unità e il movimento del fluido di lavoro dall'ingresso nell'economizzatore all'uscita del gruppo vapore surriscaldato è forzato, effettuato da una pompa di alimentazione. Non è presente il tamburo (elemento piuttosto costoso), che dà un certo vantaggio alle unità a flusso diretto ad altissima pressione; tuttavia, questa circostanza provoca un aumento del costo del trattamento dell'acqua della stazione a pressione supercritica, poiché aumentano i requisiti di purezza dell'acqua di alimentazione, che in questo caso non dovrebbe contenere più impurità del vapore prodotto dalla caldaia. Le caldaie a passaggio singolo sono universali in termini di pressione operativa e, a pressione supercritica, sono generalmente gli unici generatori di vapore e sono ampiamente utilizzate nella moderna industria dell'energia elettrica.
Nei generatori di vapore a flusso diretto esiste un tipo di circolazione dell'acqua: circolazione combinata, effettuata da una pompa speciale o da un circuito di circolazione parallelo aggiuntivo circolazione naturale nella parte di evaporazione di una caldaia a passaggio singolo, che consente di migliorare il raffreddamento dei tubi di grigliatura a bassi carichi della caldaia aumentando del 20-30% la massa del mezzo di lavoro che circola attraverso di essi.
Schema di una caldaia a circolazione forzata multipla per la pressione subcritica è mostrato in Fig. undici.
Riso. 11. Schema di progetto di una caldaia a circolazione forzata multipla:
1 - economizzatore; 2 - tamburo;
3 - tubo di alimentazione discendente; 4 - pompa di circolazione; 5 - distribuzione dell'acqua tramite circuiti di circolazione;
6 - superfici riscaldanti per radiazione evaporativa;
7 - capesante; 8 - surriscaldatore di vapore;
9 - riscaldatore d'aria
La pompa di circolazione 4 funziona con una caduta di pressione di 0,3 MPa e consente l'uso di tubi di piccolo diametro, risparmiando metallo. Il piccolo diametro dei tubi e la bassa portata di circolazione (4 - 8) provocano una relativa diminuzione del volume d'acqua dell'unità, quindi una diminuzione delle dimensioni del tamburo, una diminuzione della perforazione allo stesso, e quindi una generale diminuzione del costo della caldaia.
Il volume ridotto e l'indipendenza della pressione utile di circolazione dal carico consentono di fondere e arrestare rapidamente l'unità, ovvero lavorare in modalità controllo e avviamento. L'ambito di applicazione delle caldaie a circolazione forzata multipla è limitato a pressioni relativamente basse, alle quali è possibile ottenere il massimo effetto economico riducendo il costo delle superfici di riscaldamento ad evaporazione convettiva sviluppate. Le caldaie a circolazione forzata multipla sono molto diffuse negli impianti a recupero di calore e a ciclo combinato.
Caldaie a passaggio unico. Le caldaie a passaggio singolo non hanno un confine fisso tra l'economizzatore e la parte evaporante, tra la superficie riscaldante evaporativa e il surriscaldatore. Quando cambiano la temperatura dell'acqua di alimentazione, la pressione operativa nell'unità, la modalità dell'aria del forno, l'umidità del carburante e altri fattori, cambiano i rapporti tra le superfici riscaldanti dell'economizzatore, la parte di evaporazione e il surriscaldatore. Pertanto quando diminuisce la pressione in caldaia diminuisce il calore del liquido, aumenta il calore di evaporazione e diminuisce il calore di surriscaldamento, quindi diminuisce l'area occupata dall'economizzatore (zona di riscaldamento), aumenta la zona di evaporazione e la zona di surriscaldamento diminuisce.
Nelle unità a flusso diretto, tutte le impurità fornite con l'acqua di alimentazione non possono essere rimosse mediante soffiaggio come nelle caldaie a tamburo e si depositano sulle pareti delle superfici riscaldanti o vengono trasportate con il vapore nella turbina. Pertanto, le caldaie a passaggio singolo impongono requisiti elevati alla qualità dell'acqua di alimentazione. Per ridurre il rischio di incendio dei tubi a causa della deposizione di sali al loro interno, la zona in cui evaporano le ultime gocce di umidità e inizia il surriscaldamento del vapore viene rimossa dal forno a pressioni subcritiche nella canna fumaria convettiva (la cosiddetta zona di transizione estesa).
Nella zona di transizione si verifica una forte precipitazione e deposizione di impurità e poiché la temperatura della parete metallica dei tubi nella zona di transizione è inferiore a quella del focolare, il pericolo di bruciare i tubi è notevolmente ridotto e lo spessore dei depositi può essere consentito che sia maggiore. Di conseguenza, la campagna operativa di interlavaggio della caldaia viene allungata.
Per unità di pressioni supercritiche, la zona di transizione, cioè è presente anche una zona di aumentata precipitazione salina, ma molto estesa. Quindi, se per pressioni elevate la sua entalpia è misurata a 200-250 kJ/kg, per pressioni supercritiche aumenta a 800 kJ/kg, e quindi l'implementazione di una zona di transizione remota diventa impraticabile, soprattutto perché il contenuto di sale nell'alimentazione l'acqua qui è così bassa che è quasi uguale alla loro solubilità nel vapore. Pertanto, se una caldaia progettata per pressione supercritica ha una zona di transizione remota, ciò viene fatto solo per motivi di raffreddamento convenzionale dei gas di combustione.
A causa del piccolo volume di stoccaggio dell'acqua nelle caldaie a flusso diretto ruolo importante svolge una sincronicità nella fornitura di acqua, carburante e aria. Se questa conformità viene violata, è possibile fornire alla turbina vapore umido o eccessivamente surriscaldato e pertanto, per le unità a flusso diretto, l'automazione del controllo di tutti i processi è semplicemente obbligatoria. Caldaie a passaggio unico progettate dal professor L.K. Ramzin. Una caratteristica speciale della caldaia è la disposizione delle superfici di riscaldamento a radiazione sotto forma di avvolgimento di tubi che sale orizzontalmente lungo le pareti del forno con un minimo di collettori (Fig. 12).
Riso. 12. Schema di progettazione della caldaia a passaggio singolo di Ramzin:
1 - economizzatore; 2 - tubi di bypass non riscaldati; 3 - inferiore collettore di distribuzione acqua; 4 - tubi schermanti; 5 - collettore di miscelazione superiore; 6 - zona di transizione remota; 7 - parte della parete del surriscaldatore; 8 - parte convettiva del surriscaldatore; 9 - riscaldatore d'aria; 10 - bruciatore
Come ha dimostrato in seguito la pratica, tale schermatura ha sia positivi che lati negativi. Una caratteristica positiva è il riscaldamento uniforme dei singoli tubi inclusi nel nastro, poiché i tubi attraversano tutte le zone di temperatura lungo l'altezza del focolare nelle stesse condizioni. Negativo: l'impossibilità di realizzare superfici radianti in grandi blocchi industriali, nonché una maggiore tendenza a farlo alesature termoidrauliche(distribuzione non uniforme della temperatura e della pressione nei tubi lungo la larghezza della canna fumaria) a pressione ultraelevata e supercritica a causa del forte aumento dell'entalpia in un lungo serpentino.
Per tutti i sistemi di unità a flusso diretto, certo Requisiti generali. Pertanto, in un economizzatore convettivo, l'acqua di alimentazione non viene riscaldata fino all'ebollizione di circa 30 °C prima di entrare negli schermi di combustione, il che elimina la formazione di una miscela vapore-acqua e la sua distribuzione non uniforme lungo i tubi paralleli degli schermi. Inoltre, nella zona di combustione attiva del combustibile, gli schermi forniscono una velocità di massa sufficientemente elevata ρω ≥ 1500 kg/(m 2 s) con una capacità di vapore nominale D n, che garantisce un raffreddamento affidabile dei tubi dello schermo. Circa il 70 - 80% dell'acqua si trasforma in vapore negli schermi del forno, e nella zona di transizione l'umidità rimanente evapora e tutto il vapore viene surriscaldato di 10-15 °C per evitare la deposizione di sale nella parte superiore di radiazione del surriscaldatore.
Inoltre, le caldaie a vapore sono classificate in base alla pressione del vapore e alla produzione di vapore.
Per pressione del vapore:
Basso: fino a 1 MPa;
Media da 1 a 10 MPa;
Alto: 14 MPa;
Ultra alto: 18-20 MPa;
Supercritico: 22,5 MPa e oltre.
Per prestazione:
Piccolo - fino a 50 t/h;
Media - 50-240 t/h;
Grande (energia) - oltre 400 t/h.
Marcatura della caldaia
Sono stabiliti i seguenti indici per la marcatura delle caldaie:
- Tipo di carburante : A- carbone; B- lignite; CON- ardesie; M- carburante; G- gas (quando si brucia olio combustibile e gas in un focolare a camera, l'indice del tipo di focolare non è indicato); DI- rifiuti, spazzatura; D- altri tipi di carburante;
- tipologia focolare: T- camera di combustione con abbattimento delle scorie solide; E- camera di combustione con abbattimento delle scorie liquide; R- focolare a strati (l'indice del tipo di combustibile bruciato nel focolare a strati non è indicato nella designazione); IN- forno a vortice; C- focolare a ciclone; F- forno a letto fluido; viene introdotto un indice nella designazione delle caldaie sovralimentate N; per progettazione sismicamente resistente - indice CON.
- metodo di circolazione: E- naturale; Eccetera- forzatura multipla;
pag- caldaie a passaggio singolo.
I numeri indicano:
- per caldaie a vapore- produzione di vapore (t/h), pressione vapore surriscaldato (bar), temperatura vapore surriscaldato (°C);
- per il riscaldamento dell'acqua- capacità di riscaldamento (MW).
Per esempio: Pp1600-255-570 Zh. Caldaia a flusso diretto con una capacità di vapore di 1600 t/h, pressione vapore surriscaldato - 255 bar, temperatura vapore - 570 °C, forno con rimozione delle scorie liquide.
Disposizione della caldaia
La disposizione della caldaia si riferisce alla posizione relativa dei condotti del gas e delle superfici riscaldanti (Fig. 13).
Riso. 13. Schemi di disposizione della caldaia:
a --- disposizione a forma di U; b - disposizione bidirezionale; c - disposizione a due alberi convettivi (a T); d - disposizione con alberi convettivi a forma di U; d - disposizione con focolare inverter; e - pianta della torre
Più comune A forma di U disposizione (Fig. 13a - Senso Unico, 13b- bidirezionale). I suoi vantaggi sono la fornitura di combustibile alla parte inferiore del forno e la rimozione dei prodotti della combustione dalla parte inferiore dell'albero convettivo. Gli svantaggi di questa disposizione sono il riempimento irregolare della camera di combustione con i gas e il lavaggio irregolare delle superfici riscaldanti situate nella parte superiore dell'unità con i prodotti della combustione, nonché la concentrazione irregolare di ceneri attraverso la sezione trasversale dell'albero convettivo.
A forma di T la disposizione con due alberi convettivi posti su entrambi i lati del forno con movimento ascendente dei gas nel forno (Fig. 13c) consente di ridurre la profondità del pozzo convettivo e l'altezza del condotto gas orizzontale, ma la presenza di due alberi convettivi complicano la rimozione dei gas.
A tre vie la disposizione dell'unità a due alberi convettivi (Fig. 13d) è talvolta utilizzata con la disposizione superiore degli aspiratori di fumo.
Quatro direzioni la disposizione (a due passaggi a T) con due condotti del gas di transizione verticale riempiti con superfici riscaldanti scariche viene utilizzata quando l'unità funziona con combustibile a base di cenere con ceneri a basso punto di fusione.
Torre lo schema (Fig. 13f) è utilizzato per generatori di vapore di punta funzionanti a gas e olio combustibile in modo da utilizzare condotti a gravità. In questo caso sorgono difficoltà legate al fissaggio delle superfici riscaldanti convettive.
A forma di U la disposizione con forno inverter con flusso verso il basso dei prodotti della combustione e il loro movimento verso l'alto nel pozzo convettivo (Fig. 13d) garantisce un buon riempimento del forno con una torcia, una posizione bassa dei surriscaldatori e una minima resistenza del percorso dell'aria dovuta alla breve lunghezza dei condotti dell'aria. Lo svantaggio di questa soluzione è il deterioramento dell'aerodinamica del condotto di transizione, dovuto alla collocazione in quota di bruciatori, aspiratori di fumo e ventilatori. Questo accorgimento può essere consigliabile quando la caldaia funziona a gas e gasolio.
La progettazione delle caldaie per il riscaldamento dell'acqua KV è regolata dalla norma GOST 30735-2001 "Caldaie per il riscaldamento dell'acqua con capacità di riscaldamento da 0,1 a 4,0 MW" e si applica alle caldaie con pressione dell'acqua di esercizio fino a 0,6 MPa (6 kgf/cm2) e temperatura massima acqua in uscita dalla caldaia fino a 115 °C, destinata alla fornitura di calore a edifici e strutture.
Il calcolo termico delle caldaie viene effettuato secondo il metodo standard "Calcolo termico delle caldaie". Kuznetsov N.V., Mitor V.V. et al.1973
Il calcolo idraulico delle caldaie viene eseguito secondo il metodo standard "Calcolo idraulico delle caldaie". Baldina O.M. et al.1978
Il calcolo aerodinamico delle caldaie viene effettuato secondo il metodo standard "Calcolo aerodinamico delle caldaie". Mochan S.I.
Installazione di caldaie per il riscaldamento dell'acqua KV
Le caldaie per acqua calda con una capacità fino a 4,0 MW sono costituite da caldaie orizzontali in acciaio a tubi lisci. La caldaia è un blocco solido composto da due parti: combustione e convezione. La parte di combustione è composta da pannelli in acciaio: laterale, a soffitto, anteriore e posteriore. Nella parte di combustione della caldaia, il processo di combustione del combustibile avviene nel forno; il calore irradiato viene trasferito ai pannelli mediante scambio di calore convettivo e radiante e riscalda il liquido di raffreddamento (acqua). Per aumentare la capacità di scambio termico dei pannelli di combustione, questi sono realizzati a tenuta di gas (tra i tubi è saldata una striscia di acciaio). Nella parte di combustione della caldaia, la temperatura dei gas caldi, a seconda del tipo di combustibile, raggiunge 1000 - 1200 C. All'uscita dal forno, la temperatura scende a 800 C.
Dopo la parte di combustione della caldaia, i gas caldi entrano nel blocco convettivo costituito da sezioni convettive. Le sezioni convettive sono pannelli costituiti da montanti e tubi saldati al loro interno. Nel blocco convettivo la temperatura dei gas caldi viene ridotta a 180 -200 C. Per migliorare il trasferimento di calore nel blocco convettivo della caldaia, i tubi sono sfalsati e viene installato un divisorio. I gas si muovono verso il basso e verso l'alto ed escono dalla parte superiore del blocco caldaia.
Il dispositivo di isolamento per le caldaie ad acqua calda deve garantire che non vi sia aspirazione di aria esterna nel blocco caldaia e che la temperatura del mantello della caldaia non superi i 50°C. Per fare ciò, isolare il sistema di tubazioni lastre minerali PTE e installare il rivestimento decorativo da lamiere di acciaio, installato sul telaio.
La pulizia dei pannelli convettivi della caldaia dai depositi di fuliggine e cenere viene effettuata tramite sportelli ricavati nell'involucro isolante della caldaia. A corretto funzionamento installazione della caldaia, corretta regolazione del tiraggio e della ventilazione, seguendo le raccomandazioni del produttore, non si formino depositi di cenere e fuliggine sui pannelli della caldaia.
La progettazione del sistema idraulico di una caldaia per il riscaldamento dell'acqua
Il circuito idraulico della caldaia per l'acqua calda deve garantire il riscaldamento del liquido di raffreddamento (acqua) di 25 C. L'intervallo di progettazione della temperatura dell'acqua nella caldaia è 115-90 C o 95-70 C.
Inoltre, il circuito idraulico deve garantire velocità di movimento dell'acqua che minimizzino la formazione di incrostazioni ed eliminino la formazione di zone stagnanti. Per fare ciò, nei collettori della caldaia vengono installati dei divisori per dirigere il movimento dell'acqua nella caldaia e fornire la velocità richiesta. Nei vari modelli di caldaie ad acqua calda KV, l'ingresso e l'uscita dell'acqua sono possibili nel collettore della camera di combustione, nei collettori superiori o inferiori dei pannelli convettivi, mentre la posizione dell'ingresso-uscita non influisce sulla pressione termica e cambia facilmente a seconda delle esigenze del cliente specifiche tecniche, in conformità con la disposizione del suo locale caldaia.
Per eliminare i fanghi che si formano durante il funzionamento nella parte tubiera della caldaia, nei collettori inferiori è previsto il drenaggio. Per rimuovere l'aria, nei collettori superiori sono installate prese d'aria.
Fornire condizioni di sicurezza funzionamento e modalità operative di progettazione, le caldaie per il riscaldamento dell'acqua sono dotate di valvole di sicurezza, di intercettazione e di controllo, strumentazione e dispositivi di sicurezza. Valvole di intercettazione serve per scaricare l'acqua dalla caldaia nella rete di riscaldamento, fornitura restituire l'acqua nel boiler acqua calda, scaricando l'acqua dal boiler, per lo spurgo periodico e la rimozione dei fanghi. Strumentazione, termometri e manometri forniscono la misurazione della pressione e della temperatura all'ingresso e all'uscita dell'acqua dalle caldaie ad acqua calda.
Costruzione di caldaie per il riscaldamento dell'acqua a combustibile solido KV
A seconda della potenza della caldaia, le caldaie a combustibile solido possono essere con focolari manuali o meccanici:
- focolare EUR
- focolare a griglia
- focolare con griglia rotante RPK
- Focolare ZP RPK con diffusore ZP e barre griglia rotanti
- focolare TSHPM
- focolare TLPH
- focolare TLZM
Installazione di caldaie per acqua calda a gas e combustibile liquido
Le caldaie per il riscaldamento dell'acqua a gas e combustibile liquido con cui KVA può funzionare vari tipi dispositivi bruciatori importati e produzione domestica a tale scopo sulla piastra frontale sono realizzati i fori ed i fissaggi per il bruciatore prescelto.
