La caldaia è uno degli elementi costitutivi di qualsiasi impianto di riscaldamento. È progettato per convertire l'energia della combustione del combustibile (nel caso di una caldaia a gas, tale combustibile è il gas) in calore per il riscaldamento del liquido, che viene poi fornito alle batterie di riscaldamento. La struttura interna delle moderne caldaie a gas è subordinata alla soluzione del compito principale: garantire la massima praticità e sicurezza d'uso riducendo al minimo il controllo umano obbligatorio.

Prima di procedere con una descrizione dettagliata dei principali componenti delle caldaie a gas, è necessario prestare una certa attenzione alla loro classificazione. Nonostante il fatto che tutte le caldaie siano disposte approssimativamente allo stesso modo, ogni tipo ha le sue caratteristiche specifiche, per il cui supporto sono necessarie alcune modifiche delle parti utilizzate. Quindi, le caldaie sono:

• Parete e pavimento... La versione a parete è più compatta e comoda e viene solitamente utilizzata nelle case private. Il vantaggio di una caldaia a basamento è la possibilità di riscaldare grandi ambienti grazie alla sua potenza molto più elevata. Pertanto, tali unità sono spesso installate negli impianti di produzione.
• Atmosferico e turbocompresso... Il principio di funzionamento di una caldaia atmosferica è lo stesso di quello di una stufa convenzionale: l'aria viene prelevata dall'ambiente e scaricata in un camino appositamente costruito per tiraggio naturale. Nei modelli turbo, una ventola incorporata genera trazione, la camera di combustione è completamente chiusa e l'aria viene prelevata dalla strada.
• Circuito singolo e doppio circuito... Un dispositivo con un circuito è destinato solo al riscaldamento dei locali, il compito di una caldaia a doppio circuito è anche quello di fornire acqua calda ai residenti.
• Con bruciatore convenzionale o modulante... Il dispositivo delle caldaie con un bruciatore modulato assume il controllo automatico della potenza, grazie al quale si ottengono risparmi significativi nel consumo di gas.
• Con accensione elettronica o piezoceramica. L'accensione elettronica è più conveniente: l'accensione dei vapori di gas nella camera di combustione avviene senza intervento umano, mentre nei sistemi con accensione piezoelettrica è necessario premere ogni volta il pulsante corrispondente.

Gli elementi principali di una caldaia a gas

Come abbiamo già notato sopra, il dispositivo di una caldaia a gas è approssimativamente lo stesso per tutte le varianti della sua esecuzione. Ciò significa che i componenti principali da cui sono assemblate le caldaie sono gli stessi:

• Bruciatore... È una struttura perforata rettangolare. Al suo interno ci sono ugelli attraverso i quali viene fornito gas alla camera di combustione. Gli ugelli forniscono una distribuzione uniforme della fiamma in tutto il bruciatore, creando così le condizioni per il riscaldamento più efficiente del liquido di raffreddamento all'interno della caldaia a gas.
• Scambiatore di calore- una scatola di metallo con un radiatore incorporato, all'interno della quale sono presenti tubi con un liquido di raffreddamento. L'energia del gas di combustione riscalda lo scambiatore di calore e trasferisce il calore al liquido. Una caldaia a circuito singolo ha sempre uno scambiatore di calore, una caldaia a doppio circuito può averne due: primario e secondario.
• Pompa di circolazione... Fornisce pressione nella linea di riscaldamento a gas con circolazione forzata. Non presente in tutti i modelli di caldaie a gas.
• Vaso di espansione... Serve per la rimozione temporanea del liquido di raffreddamento durante il suo riscaldamento ed espansione intensivi. Ha una capacità sufficiente per condizioni medie. Per il riscaldamento di grandi aree, nel sistema viene spesso installato un serbatoio aggiuntivo.
• Dispositivo di rimozione dei prodotti di combustione... Nelle caldaie atmosferiche, l'uscita deve essere collegata ad un camino separato a tiraggio naturale, i modelli turbo hanno un doppio tubo coassiale per l'uscita dei rifiuti gas, il cui tiraggio è creato da un ventilatore incorporato.
• Sistema di automazione... Si tratta di un'unità di controllo del funzionamento della caldaia, che comprende un circuito elettronico che imposta la modalità di funzionamento del sistema in base alle letture dei sensori collegati e incorporati.

Una modifica specifica di una caldaia a gas può aggiungere alcune funzionalità al suo dispositivo. Quindi, ad esempio, per un'unità a circuito singolo, è possibile utilizzare una caldaia esterna per il riscaldamento dell'acqua sanitaria e il dispositivo per una caldaia a gas a doppio circuito può includere uno scambiatore di calore combinato, in cui il vettore di calore è preparato per entrambi i circuiti .

Ora diamo un'occhiata ai componenti principali delle caldaie a gas in modo più dettagliato.

Bruciatore

A seconda del tipo di caldaia, il bruciatore può essere a tiraggio atmosferico o forzato. Le caldaie con bruciatori atmosferici sono più economiche, fanno meno rumore, ma hanno una capacità ridotta. I bruciatori pressurizzati, specialmente come parte di una caldaia a gas a basamento, possono fornire una capacità fino a diverse migliaia di kilowatt.

Inoltre i bruciatori si suddividono in:

• uno stadio;
• a due stadi;
• modulato.

I più efficienti sono i bruciatori modulati. Consentono di regolare facilmente l'altezza della fiamma e il grado di riscaldamento del liquido di raffreddamento in base alla temperatura ambiente e forniscono un notevole risparmio di carburante a gas.

Scambiatore di calore

L'indicatore principale della qualità dello scambiatore di calore è il materiale con cui è realizzato.

Il più affidabile e durevole è la ghisa. Gli scambiatori di calore in ghisa possono funzionare per diversi decenni, determinando così la lunga durata dell'intera caldaia a gas. Questo materiale mantiene bene il calore, quindi è ottimo per un sistema di riscaldamento a due circuiti. Gli svantaggi della ghisa includono la sua fragilità e il suo peso elevato.

Gli scambiatori di calore in acciaio non si rompono o si rompono a causa di urti imprevisti o sbalzi di temperatura improvvisi. Ma si bruciano molto più velocemente e sono soggetti a corrosione. Nei costosi modelli di caldaie a gas vengono utilizzati scambiatori di calore realizzati con gradi speciali di acciaio che, in termini di durata, sono paragonabili alla ghisa. Spesso, per prolungare la durata, gli scambiatori di calore in acciaio sono rivestiti con uno strato di rame dall'interno e una speciale vernice resistente al calore all'esterno.

Pompa di circolazione e gruppo idraulico

I parametri della pompa sono generalmente selezionati dal produttore in base alla potenza della caldaia. Pertanto, la pompa non ha un grande impatto sulla qualità del prodotto nel suo insieme. Vale la pena prestare attenzione al materiale dei tubi attraverso i quali il liquido di raffreddamento e l'acqua passano all'interno della caldaia a gas (nel caso di un'unità a doppio circuito). È meglio se sono fatti di rame o plastica di qualità. Puoi anche chiedere del produttore della pompa: va bene se è un'azienda nota come Grundfos, Jileks, Vortex e altri.

Vaso di espansione

È un componente importante delle caldaie a gas. L'impianto di riscaldamento deve disporre di un vaso di espansione, dove viene scaricato il liquido di raffreddamento in eccesso quando si riscalda. La dimensione di questo contenitore viene calcolata utilizzando metodi speciali; può essere approssimativamente stimata come il 10% del volume di tutto il liquido nel sistema. Pertanto, quando si sceglie una caldaia, è consigliabile conoscere la lunghezza della linea di riscaldamento e il volume richiesto del serbatoio.

È importante notare che il volume del vaso di espansione è calcolato solo dalla quantità di liquido di raffreddamento per l'impianto di riscaldamento. Pertanto, sia le caldaie a circuito singolo che a doppio circuito richiedono lo stesso volume del vaso di espansione.

Sistemi di automazione

L'automazione integrata controlla il funzionamento della caldaia in tutte le sue modalità e comprende:

La conoscenza dei principi del design della caldaia a gas renderà il processo di scelta più semplice e comprensibile e aiuterà a risparmiare denaro sia quando si acquista un'unità di riscaldamento che durante il suo funzionamento.

La parte cilindrica della caldaia è una continuazione del forno ed è costituita da diversi (solitamente tre) tamburi di acciaio rivettati o saldati insieme. Al suo interno sono posizionati tubi del fumo e tubi del fuoco. Il materiale per i tamburi 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 tamburi sono inseriti sequenzialmente l'uno nell'altro;

c) saldato - i tamburi hanno un diametro e sono posizionati l'uno contro l'altro (Fig. 14).

Nella parte anteriore della parte cilindrica è installata una piastra tubiera anteriore, progettata per rafforzare le estremità anteriori dei tubi fumo e fiamma al suo interno. Sulle moderne locomotive a vapore, la piastra tubiera anteriore è un disco tagliato dal ferro della caldaia. La griglia anteriore è fissata nel tamburo con una cucitura rivettata o saldata (fig. 15).

Sul secondo tamburo è installata una cappa a vapore. I gas caldi del focolare fluiscono attraverso i tubi nella camera di fumo, cedendo parte del loro calore all'acqua che lava i tubi dall'esterno e il vapore che scorre attraverso gli elementi del surriscaldatore.

Il vapore generato nella caldaia sale nello spazio vapore superiore non riempito d'acqua e nella cappa vapore. L'altezza della camera vapore è 1/5 - 1/7 del diametro della caldaia. Più grande è lo spazio vapore, più uniforme è il processo di estrazione del vapore dalla caldaia e più silenziosa è la generazione di vapore, quindi più secco è il vapore estratto.

Il trasferimento di calore nella parte cilindrica della caldaia è meno intenso rispetto al focolare. Ciò è dovuto al fatto che la differenza di temperatura tra i gas nel forno e l'acqua nella caldaia è maggiore rispetto alla parte tubolare. Nel focolare il calore viene ceduto per irraggiamento, e nella parte tubolare per convezione, cioè il contatto dei gas caldi con le pareti dei tubi.

I tubi fumo (Fig. 16) ei tubi fiamma servono per rimuovere i prodotti della combustione dal forno della locomotiva e allo stesso tempo formare la superficie di riscaldamento della caldaia. I tubi di fiamma sono utilizzati anche per accogliere gli elementi del surriscaldatore. I tubi fumo e i tubi fiamma sono realizzati senza saldatura, senza saldatura in acciaio dolce. Per rafforzare i tubi nelle griglie della caldaia, vengono praticati fori cilindrici. In questo caso, i diametri dei fori nelle griglie anteriori sono realizzati 3-4 mm più grandi del diametro esterno dei tubi, il che facilita l'installazione e la rimozione dei tubi durante le riparazioni. Nelle piastre tubiere posteriori, i fori per i tubi sono più piccoli del loro diametro esterno: per i tubi da fumo, di 9–11 mm, e per i tubi del fuoco, di 9–20 mm.

Prima di posizionare i tubi nella caldaia, le estremità anteriori vengono distribuite e le estremità posteriori vengono schiacciate alla dimensione dei fori nelle piastre tubiere. L'aggraffatura delle estremità posteriori dei tubi migliora la circolazione dell'acqua sulla superficie della piastra tubiera posteriore e consente una migliore disincrostazione durante il lavaggio della caldaia. La distribuzione e l'aggraffatura delle aperture per i tubi fumo e fiamma nelle piastre tubiere anteriore e posteriore vengono effettuate in modo tale che i tubi della caldaia si espandano verso la griglia anteriore verso l'alto e lontano dall'asse verticale. Ciò è necessario per fornire un posizionamento più libero dei tubi nella caldaia e migliorare l'uscita dei gas dal focolare. Inoltre, a causa del diametro maggiore dei tubi nella parte anteriore, è necessario più spazio per il loro posizionamento.

Prima dell'immissione in caldaia, i tubi fumo e fiamma vengono compressi dalla griglia posteriore con un metodo a due stadi e distribuiti dalla griglia anteriore. I dettagli sui metodi di compressione, distribuzione e gli strumenti utilizzati saranno discussi nella sezione sulla riparazione di una caldaia per locomotiva a vapore.

Per rinforzare meglio le estremità dei tubi fumo e fuoco, nei fori della griglia posteriore vengono posizionati dei distanziali in rame ed espansi, quindi le estremità dei tubi vengono inserite nei fori, anch'essi espansi (Fig. 17).

Quindi le estremità dei tubi che escono dalla griglia vengono piegate a 45° e flangiate. Inoltre, i lati dei tubi sono saldati alla griglia (Fig. 18), quando la caldaia viene riempita con acqua riscaldata a t = 40-60 ° C.

Nel traliccio anteriore, i tubi sono installati senza distanziali in rame, non sono flangiati o scottati; le estremità sporgenti anteriori dei tubi fumo e fiamma sono espanse e piegate all'estremità.

I tubi di fumo sulla maggior parte delle moderne locomotive a vapore sono sfalsati lungo le parti superiori del rombo in file verticali, inoltre sono posizionati tra le file di tubi di fiamma e lungo i bordi della griglia.

La cappa vapore (fig. 19) è un serbatoio, che è il punto più alto dello spazio vapore, funge da collettore del vapore più secco ed è installato sul secondo tamburo della parte cilindrica della caldaia. Dalla cappa a vapore, il vapore viene aspirato nel motore a vapore. Sulle locomotive a vapore Em, la cappa a vapore è stata rivettata, sulle locomotive a vapore, la Er è stata realizzata stampata su una pressa da un unico foglio di acciaio per caldaie con uno spessore da 15 a 20 mm. La parte superiore della cappa del vapore è chiusa con un coperchio, che è posizionato su un anello di rondella di rame e fissato con prigionieri e dadi.

Al fine di ridurre le perdite dovute al raffreddamento esterno, la caldaia della locomotiva a vapore, ad eccezione della camera a fumo, è rivestita con uno strato di isolamento termico. L'amianto, la farina fossile e la calce, che hanno un basso potere calorifico, vengono utilizzati per isolare una caldaia da locomotiva. Il materiale di isolamento termico è realizzato sotto forma di lastre con uno spessore da 40 a 60 mm. Le lastre sono fissate alla caldaia mediante un telaio metallico e gli spazi tra le griglie sono sigillati con rivestimento in vulcanite.

Prima di ricoprire con materiale isolante, la superficie della caldaia viene verniciata. Un grasso di amianto viene prima applicato sulla superficie esterna del focolare, quindi vengono posizionate lastre di cemento-amianto vulcanite. Nei luoghi in cui non è possibile posare le lastre, viene applicato uno strato di composto isolante a una pressione del vapore nella caldaia di 0,2-0,3 MPa.

Sopra lo strato isolante, la caldaia è ricoperta da una guaina in lamiera di spessore fino a 1,5 mm. Il rivestimento della caldaia protegge lo strato isolante da eventuali danni. L'involucro è fissato con cremagliere saldate alle pareti della caldaia, quindi 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, estintori, un collettore, un surriscaldatore e un sifone, ed è anche una camera dove si forma il vuoto, necessario per creare un flusso d'aria alla griglia e per la combustione intensiva del carburante ...

Le dimensioni del camino devono essere sufficienti ad accogliere questi elementi e, inoltre, rimarrebbe il volume libero necessario per il passaggio dei gas e la creazione di un tiraggio uniforme.

La canna fumaria è una struttura saldata o rivettata ed è costituita da due lamiere: una superiore di 13 mm di spessore ed una inferiore di 17 mm di spessore, che formano un tamburo cilindrico. La parte inferiore del camino è realizzata con lamiere più spesse per rendere robusto e rigido il supporto della caldaia. Per evitare deformazioni e bruciature del foglio inferiore della camera fumo dall'accumulo sul fondo della sua cenere, viene rivettato o saldato un foglio protettivo fino a 20 mm di spessore.

Anteriormente, la camera fumo è chiusa con un timpano o una parete frontale, che ha una porta fino a 1500 mm di diametro per eseguire le riparazioni ordinarie e l'ispezione delle apparecchiature in essa contenute.

Per pulire la camera fumo dalla fuliggine, nella parte inferiore è disposto un tubo per la pulizia dei rifiuti 16 con un diametro di 180 mm con una valvola racchiusa tra le flange del tubo.

La camera fumo delle locomotive L, E a, m, Er è dotata di un dispositivo spegniscintilla autopulente, dove i gas che fuoriescono dai tubi fumo e fiamma, urtando il deflettore verticale, creano un movimento a vortice e, passando attraverso il griglia di spegnimento delle scintille, sono diretti nella canna fumaria. Grandi particelle di cenere rimbalzano sulla griglia e sono soggette a un'ulteriore macinazione nel flusso generale di gas, a seguito della quale il flusso di gas spazza via piccole particelle di cenere.

Il camino 5 è installato nella parte superiore del comignolo e serve per rimuovere i prodotti della combustione e scaricare i vapori nell'atmosfera.

La parte inferiore del tubo, che si trova nella camera fumo, è collegata ad una campana 3 che si espande verso il basso per guidare le stringhe di vapore di scarico e prodotti della combustione del combustibile. Nel tamburo della camera fumo sono previste speciali ritagli per l'installazione di un camino, un cono, tubi di ingresso e uscita vapore.

Il volume della camera fumo influenza la pulsazione dei gas quando il vapore viene scaricato dal cono: maggiore è il volume, minore è la pulsazione, più uniforme è la combustione del combustibile.

La canna fumaria è collegata alla flangia a forma di sella del blocco cilindri con bulloni aderenti e funge da fissaggio rigido della caldaia al telaio della locomotiva.

Nella camera fumo si crea un tiraggio artificiale di gas a causa del rilascio di vapore di scarico in un motore a vapore attraverso un cono e un camino, quindi la tenuta della camera è estremamente importante.

La depressurizzazione della camera a fumo è determinata come segue: aprire il sifone a piena capacità e bypassare i punti di possibili perdite d'aria attraverso le perdite con l'aiuto di una torcia. Tali luoghi sono contrassegnati con gesso e, durante la riparazione di una locomotiva a vapore, vengono eliminati saldando e sostituendo bulloni e parti difettosi. Per sigillare la porta grande, viene interposto del cartone di amianto tra questa e la squadra di reggetta della camera fumo. Per evitare che l'aria esterna possa aspirare nella camera fumo, le perdite tra i tubi vapore ei bordi dei fori nella camera fumo sono sigillate con raccordi in acciaio con guarnizioni in amianto.

La tenuta dei giunti dei tubi di ingresso del vapore e degli elementi del surriscaldatore con il collettore viene verificata su una locomotiva a vapore caldo avviando il vapore, poiché il suo passaggio peggiora il vuoto nella camera fumo. La buona tenuta della camera a fumo contribuisce alla combustione intensiva del carburante, al suo consumo economico e all'elevata produzione di vapore della caldaia della locomotiva a vapore.

Ciao! A seconda delle caratteristiche di progettazione delle superfici di riscaldamento che generano vapore, si distinguono le caldaie a tubi di gas e a tubi d'acqua.

Un'unità caldaia a tubi di gas è un tamburo cilindrico, all'interno del quale, parallelamente all'asse, ci sono 1-2 tubi con un diametro di d = 0,6-1 m (caldaie a tubi di fuoco) o un gran numero di tubi di piccolo diametro d = 50-60 mm (caldaie con tubi da fumo). I gas di combustione del forno entrano nei tubi, che vengono lavati all'esterno mediante acqua bollente. Il vapore acqueo risultante dalla parte superiore del tamburo viene diretto al surriscaldatore o direttamente al consumatore. Queste caldaie presentano una serie di svantaggi significativi (elevato consumo specifico di metallo, produttività limitata, bassi parametri del vapore), 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 vaporizzazione in essi avviene all'interno dei tubi, che vengono riscaldati dall'esterno dai gas di combustione. Le caldaie a circolazione naturale sono progettate principalmente come strutture verticali a tubi d'acqua.

Caratteristica di questi impianti è la presenza di uno o più tamburi, ai quali sono fissati tubi verticali piegati, formando 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 doppio tamburo DKVR-2.5-13 con un forno a camera per la combustione di gas naturale.

La capacità del vapore della caldaia è di 2,5 t / h, la pressione del vapore è di 1,3 MPa, la temperatura del vapore surriscaldato è di 350 ° C.

Le caldaie di questo tipo hanno una capacità da 2,5 a 35 t / h, sono installate nelle 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 .

L'unità caldaia ad alta pressione PK-19 (capacità del vapore 120 t / h, pressione del vapore 10 MPa, temperatura del vapore 510 ° C) è progettata per funzionare su roccia antracite e carbone (Fig. 2.).

La particolarità di questo tipo di caldaie è quella di avere un solo tamburo con cicloni esterni per la separazione dell'acqua e del vapore. Le pareti del focolare sono completamente ricoperte da tubi di schermatura.

L'acqua dal tamburo 1 e dai cicloni remoti 2 viene calata attraverso tubi situati all'esterno del rivestimento nei collettori inferiori degli schermi. Nel pozzo di convezione del gruppo caldaia, oltre a due stadi dell'economizzatore d'acqua 6, sono presenti anche due stadi del generatore d'aria 7. L'aria fornita dal ventilatore passa tra i tubi del generatore d'aria successivamente attraverso il primo e secondi stadi e gas - dall'alto verso il basso all'interno dei tubi. L'aria riscaldata viene fornita ai bruciatori posti sulle pareti laterali della camera di combustione. Qui, insieme all'aria primaria, viene fornita la polvere dal sistema di preparazione della polvere.

Il surriscaldatore della caldaia è posto in un condotto del gas orizzontale che collega il focolare con il pozzo di convezione. Il vapore dal cesto del gruppo caldaia attraverso tubi che corrono sotto il soffitto è diretto al desurriscaldatore 4 del surriscaldatore 5, nel quale la temperatura del vapore surriscaldato è controllata a causa della parziale condensazione del vapore dall'acqua di alimentazione. Dal desurriscaldatore, il vapore entra nei tubi della batteria del surriscaldatore e quindi nel collettore di uscita 3.

Nella fig. 3 mostra un diagramma di un generatore di vapore supercritico a doppio guscio a flusso singolo 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 ° C e surriscaldamento intermedio del vapore a 570 ° C.

Il gruppo caldaia ha una disposizione ad U ed è costituito da due corpi adiacenti, identici per dimensioni e configurazione. Differiscono l'uno dall'altro solo per il fatto che un alloggiamento contiene una grande parte del surriscaldatore primario e nell'altro una parte più piccola di esso e l'intero surriscaldatore secondario.

L'altezza totale dell'unità caldaia è di 50 M. Il focolare di questa unità è costituito da una camera di combustione 1 con rimozione delle ceneri pesanti liquide e schermi rivestiti e una camera di postcombustione 2 con schermi verticali aperti 3. All'uscita del focolare, i fumi passare attraverso un surriscaldatore costituito da una parte radiante 4 e una parte convettiva 6, e inoltre attraverso le superfici riscaldanti convettive della caldaia (zona di transizione 7, economizzatore d'acqua 8 e aerotermo 9).

Il vapore da riscaldare dalla turbina entra nella parte irraggiante 4 del surriscaldatore secondario posto nel secondo corpo del gruppo caldaia, quindi va allo scambiatore di calore 5 riscaldato dal vapore primario, preposto al controllo della temperatura del vapore, quindi al parte convettiva del surriscaldatore 6 e alla turbina. Un'ulteriore regolazione della temperatura del vapore surriscaldato viene effettuata da desurriscaldatori a iniezione, nonché modificando la distribuzione della quantità di combustibile bruciato sui forni di entrambi gli edifici.

Un grande generatore di vapore è un'unità caldaia del tipo TPP-200 (Taganrog, one-through, carbone polverizzato, modello 200) con una capacità di vapore di 700 kg / s (2500 t / h), progettata per bruciare polvere di cenere o naturale gas. Il generatore di vapore è progettato per fornire vapore a un'unità turbina da 800 MW.

I dati principali delle caratteristiche tecniche dell'unità caldaia TPP-200 (Fig. 4) sono i seguenti: pressione del vapore 25 MPa, temperatura del surriscaldamento del vapore primario 565 ° , vapore secondario - 570 ° С, temperatura dell'acqua di alimentazione 271 ° С , consumo di carburante 75,5 kg / con.

Il gruppo caldaia è costituito da due corpi simmetrici. La camera di combustione di ciascun alloggiamento ha una forma prismatica ed è divisa in altezza da una fascetta formata dai tubi dei vetri anteriore e posteriore in due parti: il preforno 1 e la camera di raffreddamento 3.

Nella parte inferiore viene bruciato il combustibile pre-forno, nella parte superiore vengono raffreddati i gas di scarico. Sulle pareti anteriore e posteriore del preforno sono installati 24 bruciatori a polvere e a gas su due file 2. La tensione termica volumetrica del preforno è di 460 kW / m3 e dell'intero forno - 160 kW / m3. Tutte le pareti del preforno e delle camere di raffreddamento sono schermate. Nella parte superiore della camera di raffreddamento è presente uno schermo surriscaldatore ad alta pressione 5.

Ogni corpo ha quattro corsi d'acqua vapore. Nel corso dell'acqua sono inclusi un economizzatore d'acqua 4, una parete divisoria, un sistema di sospensione di un pozzo di convezione e schermi del forno. Questi ultimi, a loro volta, sono costituiti da superfici collegate in sequenza: pannelli di fondo, pannelli della parte inferiore radiante, schermi del forno a doppia altezza e pannelli della parte superiore radiante.

La particolarità di questo generatore di vapore consiste nella regolazione a gas della temperatura di postriscaldamento del vapore mediante un condotto di bypass e collegamento serie-parallelo dei generatori d'aria. Il pozzo di convezione di ogni edificio è suddiviso in pianta in tre condotti gas paralleli. Nel condotto centrale del gas (bypass) sono presenti due pacchi di un economizzatore d'acqua, e nei condotti laterali sono disposti in sequenza un pacco convettivo di un surriscaldatore ad alta pressione 6 e due pacchi di un surriscaldatore a bassa pressione (reheat) 7 il flusso dei gas.

Il gruppo caldaia provvede alla rimozione delle scorie liquide. La pulizia preliminare dei gas dalle ceneri volanti viene effettuata nei cicloni a flusso diretto della batteria e quella finale nei precipitatori elettrostatici. Il telaio dell'unità caldaia è in metallo. Il rivestimento delle pareti della camera di combustione e del pozzo di convezione è leggero, multistrato.

Il design dell'unità caldaia è progettato in un design modulare. Ciò significa che i blocchi di fabbrica vengono consegnati al sito di assemblaggio, il cui numero solo per le superfici riscaldanti è di 856 pezzi con una massa massima di un blocco di 24,7 tonnellate. Bibliografia: 1) Sidelkovsky L.N., Yurenev V.N. Generatori di vapore industriali. –M.: Energiya, 1978. 2) Ingegneria termica, VA Bondarev, AE Protskiy, RN Grinkevich. Minsk, ed. 2°, "Scuola Superiore", 1976.

Una caldaia a vapore è un dispositivo utilizzato nella vita quotidiana e nell'industria. È progettato per convertire l'acqua in vapore. Il vapore risultante viene successivamente utilizzato per riscaldare gli alloggi o per far ruotare le turbomacchine. Che tipo di macchine a vapore ci sono e dove sono più richieste?

La caldaia a vapore è un'unità per la generazione di vapore. In questo caso il dispositivo può erogare 2 tipi di vapore: saturo e surriscaldato. Il vapore saturo ha una temperatura di 100ºC e una pressione di 100 kPa. Il vapore surriscaldato è caratterizzato da alta temperatura (fino a 500ºC) e alta pressione (più di 26 MPa).

Nota: Il vapore saturo viene utilizzato nel riscaldamento delle abitazioni private, mentre il vapore surriscaldato viene utilizzato nell'industria e nell'energia. Trasferisce meglio il calore, quindi l'uso di vapore surriscaldato aumenta l'efficienza dell'impianto.

Dove vengono utilizzate le caldaie a vapore:

1. Nell'impianto di riscaldamento il vapore è un vettore energetico.
2. Nell'ingegneria energetica, i motori a vapore industriali (generatori di vapore) vengono utilizzati per generare elettricità.
3. Nell'industria, il vapore surriscaldato può essere utilizzato per convertirlo in movimento meccanico e spostare veicoli.

Caldaie a vapore: ambito

Gli elettrodomestici a vapore vengono utilizzati come fonte di calore per il riscaldamento domestico. Riscaldano il contenitore con acqua e convogliano il vapore generato nei tubi del riscaldamento. Spesso, un tale sistema è dotato di una fornace o di una caldaia a carbone stazionaria. In genere, gli apparecchi di riscaldamento a vapore generano solo vapore saturo e non riscaldato.

Per le applicazioni industriali, il vapore è surriscaldato. Continua a essere riscaldato dopo l'evaporazione per aumentare ulteriormente la temperatura. Tali installazioni richiedono prestazioni di alta qualità per prevenire l'esplosione del contenitore del vapore.

Il vapore surriscaldato dalla caldaia può essere utilizzato per generare elettricità o movimento meccanico. Come avviene? Dopo l'evaporazione, il vapore entra nella turbina a vapore. Qui il vapore fa girare l'albero. Questa rotazione viene ulteriormente trasformata in elettricità. È così che si ottiene l'energia elettrica nelle turbine delle centrali elettriche: quando l'albero delle turbomacchine ruota, viene generata una corrente elettrica.

Oltre a generare una corrente elettrica, la rotazione dell'albero può essere trasmessa direttamente al motore e alle ruote. Di conseguenza, il trasporto a vapore inizia a muoversi. Un famoso esempio di motore a vapore è la locomotiva a vapore. Quando il carbone veniva bruciato, l'acqua veniva riscaldata al suo interno, si formava vapore saturo, che faceva ruotare l'albero del motore e le ruote.

Il principio di funzionamento di una caldaia a vapore

La fonte di calore per il riscaldamento dell'acqua in una caldaia a vapore può essere qualsiasi tipo di energia: solare, geotermica, elettrica, calore dalla combustione di combustibile solido o gas. Il vapore risultante è un vettore di calore, trasferisce il calore di combustione del combustibile al luogo della sua applicazione.

In vari progetti di caldaie a vapore viene utilizzato uno schema generale per il riscaldamento dell'acqua e la sua trasformazione in vapore:

• L'acqua viene depurata e fornita al serbatoio tramite una pompa elettrica. Tipicamente, il serbatoio si trova nella parte superiore della caldaia.
• Dal serbatoio attraverso i tubi, l'acqua scorre nel collettore.
• Dal collettore, l'acqua risale attraverso la zona di riscaldamento (combustione del combustibile).
• Il vapore viene generato all'interno del tubo dell'acqua, che sale verso l'alto a causa della differenza di pressione tra liquido e gas.
• Nella parte superiore, il vapore passa attraverso il separatore. Qui è separato dall'acqua, i cui resti vengono restituiti al serbatoio. Quindi il vapore entra nella linea del vapore.
• Se questa non è una semplice caldaia a vapore, ma un generatore di vapore, i suoi tubi passano per la seconda volta attraverso la zona di combustione e riscaldamento.

Dispositivo caldaia a vapore

Una caldaia a vapore è un contenitore in cui l'acqua riscaldata evapora e forma vapore. Di norma, questa è una pipa di varie dimensioni.

Oltre a un tubo con l'acqua, le caldaie hanno una camera di combustione (il combustibile brucia al suo interno). Il design del forno è determinato dal tipo di combustibile per il quale è progettata la caldaia. Se è carbone duro, legna da ardere, allora c'è una griglia sul fondo della camera di combustione. Su di esso vengono posti carbone e legna da ardere. Dal basso, l'aria passa attraverso la griglia nella camera di combustione. Per una trazione efficace (movimento dell'aria e combustione del carburante), i forni sono disposti nella parte superiore.

Se il vettore energetico è liquido o gassoso (olio combustibile, gas), nella camera di combustione viene introdotto un bruciatore. Per il movimento dell'aria vengono realizzati anche un ingresso e un'uscita (griglia e canna fumaria).

Il gas caldo dalla combustione del carburante sale a un contenitore con acqua. Riscalda l'acqua ed esce attraverso il camino. L'acqua riscaldata al punto di ebollizione inizia ad evaporare. Il vapore sale ed entra nei tubi. Questa è la circolazione naturale del vapore nel sistema.

Classificazione della caldaia a vapore

Le caldaie a vapore sono classificate secondo diversi criteri. In base al tipo di carburante con cui funzionano:

• gas;
• carbone;
• carburante;
• elettrico.

Per destinazione:

• domestico;
• industriale;
• energia;
• raccolta differenziata.

Per caratteristiche di progettazione:

• tubo del gas;
• tubo dell'acqua.

Diamo un'occhiata alla differenza tra il design delle macchine con tubi a gas e con tubi ad acqua.

Caldaie a gas e tubi dell'acqua: differenze

Il recipiente per la generazione del vapore è spesso un tubo o più tubi. L'acqua nei tubi viene riscaldata dai gas caldi formati durante la combustione del combustibile. I dispositivi in ​​cui i gas salgono ai tubi con l'acqua sono chiamati caldaie a tubi di gas. Lo schema dell'unità tubo gas è mostrato in figura.

Schema di una caldaia a tubi di gas: 1- alimentazione del combustibile e dell'acqua, 2 - camera di combustione, 3 e 4 - tubi da fumo con gas caldo, che fuoriesce ulteriormente attraverso il camino (posizioni 13 e 14 - camino), 5 - griglia tra i tubi, 6 - ingresso dell'acqua , l'uscita è designata dal numero 11 - la sua uscita, inoltre, all'uscita c'è un dispositivo per misurare la quantità di acqua (indicata dal numero 12), 7 - uscita del vapore, la zona di la sua formazione è designata dal numero 10, 8 - separatore di vapore, 9 - superficie esterna del contenitore, in cui circola l'acqua.

Esistono altri modelli in cui il gas si muove attraverso un tubo all'interno di un contenitore con acqua. In tali dispositivi, i serbatoi dell'acqua sono chiamati tamburi e i dispositivi stessi sono chiamati caldaie a vapore a tubi d'acqua. A seconda della posizione dei tamburi con acqua, le caldaie a tubi d'acqua sono classificate in orizzontali, verticali, radiali e combinazioni di diverse direzioni dei tubi. Lo schema del movimento dell'acqua attraverso una caldaia a tubi d'acqua è mostrato in figura.

Schema di una caldaia a tubi d'acqua: 1 - alimentazione del carburante, 2 - forno, 3 - tubi per il movimento dell'acqua; la direzione del suo movimento è indicata dai numeri 5, 6 e 7, il punto di ingresso dell'acqua - 13, il punto di uscita dell'acqua - 11 e il punto di scarico - 12, 4 - la zona in cui l'acqua inizia a trasformarsi in vapore, 19 - la zona dove c'è sia vapore che acqua, 18 - zona vapore, 8 - pareti divisorie che dirigono il movimento dell'acqua, 9 - camino e 10 - camino, 14 - uscita vapore attraverso separatore 15, 16 - superficie esterna del serbatoio dell'acqua ( tamburellare).

Caldaie a gas e tubi dell'acqua: confronto

Per confrontare le caldaie a gas e tubi dell'acqua, daremo alcuni fatti:

1. La dimensione dei tubi per acqua e vapore: per le caldaie a tubi di gas, i tubi sono più grandi, per le caldaie a tubi d'acqua, più piccoli.
2. La potenza di una caldaia a tubi di gas è limitata da una pressione di 1 MPa e da una capacità di generazione di calore - fino a 360 kW. Ciò è dovuto alle grandi dimensioni dei tubi. Possono generare una quantità significativa di vapore e alta pressione. L'aumento della pressione e della quantità di calore generato richiede un significativo ispessimento delle pareti. Il prezzo di una caldaia a pareti così spesse sarà irragionevolmente alto e non economicamente redditizio.
3. La potenza di una caldaia a tubi d'acqua è superiore a quella di una caldaia a tubi di gas. Qui vengono utilizzati tubi di piccolo diametro. Pertanto, la pressione e la temperatura del vapore possono essere superiori a quelle delle unità a tubi di gas.

Nota: Le caldaie a tubi d'acqua sono più sicure, più potenti, producono temperature elevate e consentono sovraccarichi significativi. Questo dà loro un vantaggio rispetto alle unità a tubi di gas.

Elementi aggiuntivi dell'unità

Il design di una caldaia a vapore può includere non solo una camera di combustione e tubi (tamburi) per la circolazione di acqua e vapore. Inoltre, vengono utilizzati dispositivi che aumentano l'efficienza del sistema (aumentare la temperatura del vapore, la sua pressione, la quantità):

1. Surriscaldatore: aumenta la temperatura del vapore oltre i + 100ºC. Questo, a sua volta, aumenta l'efficienza e l'efficienza della macchina. La temperatura del vapore surriscaldato può raggiungere i 500 ºC (è così che funzionano le caldaie a vapore nelle centrali nucleari). Il vapore viene inoltre riscaldato in tubi, nei quali entra dopo l'evaporazione. Inoltre, può avere una propria camera di combustione o essere integrato in una comune caldaia a vapore. I surriscaldatori a convezione e per irraggiamento sono strutturalmente distinti. Le strutture radianti riscaldano il vapore 2-3 volte di più di quelle a convezione.
2. Separatore di vapore: rimuove l'umidità dal vapore e lo fa asciugare. Ciò aumenta l'efficienza del dispositivo, la sua efficienza.
3. Un accumulatore di vapore è un dispositivo che preleva vapore dal sistema quando ce n'è molto e lo aggiunge al sistema quando non ce n'è abbastanza.
4. Dispositivo per il trattamento dell'acqua: riduce la quantità di ossigeno disciolto nell'acqua (che previene la corrosione), rimuove i minerali disciolti nell'acqua (con reagenti chimici). Queste misure impediscono l'intasamento dei tubi con il calcare, che compromette il trasferimento di calore e crea le condizioni per la bruciatura dei tubi.

Inoltre, sono presenti valvole per lo scarico della condensa, aerotermi e, naturalmente, un sistema di monitoraggio e controllo. Include un interruttore e un interruttore di combustione, regolatori automatici di acqua e consumo di carburante.

Generatore di vapore: potente motore a vapore

Un generatore di vapore è una caldaia a vapore dotata di diversi dispositivi aggiuntivi. Il suo design include uno o più surriscaldatori intermedi, che aumentano di dieci volte la potenza del suo lavoro. Dove vengono utilizzati potenti motori a vapore?

L'applicazione principale dei generatori di vapore si trova nelle centrali nucleari. Qui, con l'aiuto del vapore, l'energia di decadimento di un atomo viene convertita in elettricità. Descriviamo due metodi per riscaldare l'acqua e generare vapore in un reattore:

1. L'acqua lava l'esterno del recipiente del reattore, mentre riscalda e raffredda il reattore. Pertanto, la formazione di vapore avviene in un circuito separato (l'acqua si riscalda contro le pareti del reattore e trasferisce calore al circuito di evaporazione). In questo design viene utilizzato un generatore di vapore che funge da scambiatore di calore.
2. All'interno del reattore corrono i tubi per il riscaldamento dell'acqua. Quando i tubi vengono immessi nel reattore, questo diventa una camera di combustione e il vapore viene trasferito direttamente a un generatore elettrico. Questo design è chiamato reattore ad acqua bollente. Qui non è necessario un generatore di vapore.

Le unità a vapore industriali sono macchine potenti che forniscono elettricità alle persone. Elettrodomestici - funzionano anche al servizio dell'uomo. Le caldaie a vapore consentono di riscaldare la casa ed eseguire vari lavori e forniscono anche la parte del leone dell'energia elettrica per gli impianti metallurgici. Le caldaie a vapore sono la spina dorsale del settore.

Un'ampia varietà di modelli di caldaie per riscaldamento è presentata sul mercato moderno. La differenza fondamentale tra i vari modelli è il vettore energetico che ne garantisce il funzionamento. Può essere gas, elettricità, combustibili solidi, combustibili liquidi o loro combinazioni.

Tuttavia, il dispositivo di vari modelli è molto simile, differiscono solo alcune sfumature specifiche.

La caldaia di riscaldamento è l'elemento chiave dell'impianto di riscaldamento. Può essere utilizzato anche per fornire acqua calda in casa. A seconda della funzionalità, può essere a ciclo singolo o doppio. I primi sono destinati esclusivamente al riscaldamento, i secondi al riscaldamento e al riscaldamento dell'acqua.

Dispositivi di riscaldamento a circuito singolo e doppio

Il dispositivo di un dispositivo a circuito singolo include solo un circuito con un liquido di raffreddamento, che fornisce il riscaldamento dei radiatori nell'impianto di riscaldamento. Il liquido di raffreddamento può essere acqua o antigelo. Per fornire acqua calda, è necessario collegare una caldaia speciale a un dispositivo a circuito singolo.

Se è installata una caldaia a doppio circuito, non sarà necessario installare e collegare una caldaia aggiuntiva. Uno di questi fornirà il riscaldamento del mezzo di riscaldamento dell'impianto di riscaldamento e il secondo - l'acqua, che verrà fornita alla tubazione di alimentazione dell'acqua calda.

Nella maggior parte dei casi, il gas viene utilizzato come vettore energetico per una caldaia di riscaldamento. La popolarità di questo tipo di carburante è associata alla relativa disponibilità e al basso costo. Alcuni modelli di apparecchiature a gas sono dotati di una camera di combustione chiusa. In questo caso, l'aria ambiente non verrà utilizzata per la combustione del gas. Un tale dispositivo consente di installare apparecchiature in qualsiasi stanza della casa, per questo non è necessaria l'attrezzatura per uno speciale locale caldaia separato.

Torna all'indice

Elementi principali e ausiliari della struttura della caldaia

Il combustibile può essere distribuito attraverso un apposito collettore e, per motivi di sicurezza, il dispositivo è dotato di un sistema di controllo della fiamma. Ciò previene incendi o esplosioni di gas. Il design della caldaia di riscaldamento include un bruciatore con aste speciali per la dissipazione del calore. Se non stiamo parlando di apparecchiature a gas, al posto del bruciatore si trova un focolare o un elemento riscaldante, a seconda del vettore energetico utilizzato. L'involucro è dotato di un efficace strato di isolamento termico che massimizza l'utilizzo del calore.

Include necessariamente i seguenti elementi:

• un sistema di controllo del funzionamento, che comprende un indicatore di pressione e rubinetti di distribuzione, che consentono di distribuire uniformemente l'alimentazione del refrigerante riscaldato sia ai radiatori più vicini alla caldaia che a quelli più distanti;
• focolare, bruciatore o accendino piezoelettrico;
• spirale lungo la quale si muove il liquido di raffreddamento;
• trasformatore di accensione;
• interruttore principale.

Oltre ai dispositivi di controllo e agli elementi riscaldanti, il dispositivo dell'apparecchiatura di riscaldamento comprende un vaso di espansione e una pompa di circolazione. Il primo è progettato per accettare un refrigerante che aumenterà di volume dopo il riscaldamento. Il secondo assicura il movimento del liquido di raffreddamento attraverso il sistema.

Un design interessante per dispositivi combinati. Ad esempio, se la caldaia può funzionare a gas e diesel, quindi per cambiare il combustibile di lavoro, è sufficiente sostituire la testa. Le caldaie combinate sono appropriate se si prevede di riequipaggiare l'impianto di riscaldamento in futuro e di cambiare il principale tipo di combustibile utilizzato. In questo caso, non è necessario eseguire una sostituzione dell'hardware.

I moderni dispositivi di riscaldamento sono dotati di un cruscotto, che consente di monitorare facilmente lo stato di salute del dispositivo. Anche le caldaie per combustibili solidi possono avere tali pannelli che includono indicatori di temperatura, pressione e altro.

Pertanto, il design delle moderne caldaie per riscaldamento viene costantemente migliorato e diventa sempre più funzionale. Grazie a ciò, il funzionamento di qualsiasi modello di caldaia è notevolmente semplificato.