Calderas de Recuperación
Una
caldera es un aparato a presión, donde el
calor procedente de un combustible o de otra fuente de energía se
transforma en
energía térmica, utilizable a través de un fluido caloportador en fase
líquida
o vapor.Las calderas que se utilizan en las plantas de cogeneración son
calderas que recuperan el calor contenido en los gases de escape de la
máquina térmica de combustión (motor o turbina de gas). En ellas se
calienta agua, que se convierte en vapor y que se utilizar para mover
una turbina de vapor y/o como fluido caloportador que aporta calor a
alguna fase del proceso industrial al que está asociada la planta de
cogeneración. Son el elemento de unión entre la generación de
electricidad y la generación de calor útil.
1.1.1 Parámetros característicos de los
generadores de vapor
Cuando
una caldera se utiliza para producir vapor, se la puede llamar generador de
vapor.
Los
parámetros más importantes que definen las características de un generador de
vapor son los siguientes:
A) Presión efectiva:
En
la práctica se suelen clasificar en:
– Baja presión
p< 20 kg
/cm2
– Media
presión
20 kg
/cm2 <p< 64 kg/cm2
–
Alta
presión
p>64 kg/cm2
B) Capacidad
Se
suele medir por el caudal de vapor (toneladas por hora, t/h) producido a una
presión y temperatura determinadas, para una temperatura dada del agua de
alimentación de la caldera. A veces se indica por la potencia térmica
aprovechada o del combustible.
C) Superficie de calefacción
Es
la superficie a través de la cual tienen lugar los procesos de transmisión de
calor (gases calientes-agua/vapor). Puede dividirse en:
– Superficie de transmisión directa: en
ella es dominante la transmisión de calor por radiación.
– Superficie de transmisión indirecta:
en ella es dominante la transmisión de calor por convección.
La superficie de calefacción está limitada en cuanto a sus dimensiones
por los siguientes factores:
– Los gases de combustión no deben
enfriarse por debajo de su punto de rocío ácido a fin de evitar condensaciones
que faciliten la corrosión (en combustibles con contenido de azufre significativo,
como carbón o fuel esta temperatura está en el entorno de 140
ºC, mientras que en las calderas de gas natural esta
temperatura es de 50-60 ºC)
– Un enfriamiento excesivo de los gases
calientes conlleva una pérdida de tiro en el caso de calderas de tiro natural,
debiéndose de introducir un mecanismo de tiro forzado.
– Una vez que los gases calientes se
enfrían por debajo de cierta temperatura un aumento de superficie de
transmisión es poco rentable pues la cantidad de calor disponible es muy
pequeña (la transferencia de calor está en relación directa con el salto
térmico).
E) Producción específica de vapor
Es
la relación entre la producción de vapor y la superficie de calefacción.
F) Índice de vaporización
Es
la masa de vapor producida por unidad de masa de combustible utilizado para su producción (depende del rendimiento basado en el
PCI del combustible utilizado). El índice de vaporización es el inverso del
consumo específico de combustible, definido como la masa de combustible que
utiliza la caldera para producir una unidad de masa de vapor, en las
condiciones nominales de trabajo (presión y temperatura del vapor determinadas
y una temperatura del agua de alimentación dada).
1.1.2 Clasificación de las calderas
Las
partes fundamentales de una caldera son:
·
Cámara de combustión u hogar, donde se realiza la combustión
·
Cuerpos de intercambio, donde se transfiere el calor de los gases
calientes al fluido caloportador.
·
Quemadores
·
Envolvente o carcasa que aísla el cuerpo intercambiador del
exterior.
·
Conjunto de elementos auxiliares y de control de la caldera
Las
calderas pueden ir dotadas de los siguientes componentes externos o no al
cuerpo de la misma:
·
Economizador: Intercambiador de calor que precalienta el agua de
entrada a la caldera, tomando calor de los humos o gases de escape.
·
Recuperadores o regeneradores de calor: Intercambiadores de calor,
que precalientan el aire de entrada a la cámara de combustión a partir de los
gases de escape.
Las
calderas o generadores de vapor que producen vapor sobrecalentado, (que es
utilizado en la mayoría de las turbinas de vapor) llevan incorporadas a la misma
un sobrecalentador o cambiador de calor que genera el vapor sobrecalentado a
partir del vapor saturado producido en el vaporizador de la caldera.
Las
calderas pueden clasificarse atendiendo a distintos conceptos:
·
Por la fuente de energía utilizada:
- Calderas de
combustión, en las que el calor proviene directamente de la combustión de un
combustible
- Calderas de
recuperación, en las que el calor procede de un fluido a alta temperatura
(gases calientes).
- Calderas
mixtas. En el caso de estar situadas en el escape de turbinas de gas,
algunas calderas suelen incorporar también un quemador, con lo que son
simultáneamente de recuperación y combustión
·
Por el fluido caloportador:
– Calderas de agua caliente.
– Calderas de agua sobrecalentada
– Calderas de fluidos térmicos.
– Calderas o generadores de aire
caliente.
– Calderas de vapor
·
Dentro de los generadores de vapor se distinguen:
– Calderas de vapor saturado
– Calderas de vapor
sobrecalentado
·
Por el material constructivo:
– Calderas de fundición
– Calderas de acero
·
Por el tipo de tiro:
– Tiro natural (hogar en
depresión).
– Tiro forzado (cámara de
combustión presurizada)
·
Por el tipo de circulación:
– Circulación natural
– Circulación forzada
·
Por su disposición:
– Horizontales. La dirección del flujo
de gases es horizontal y los haces tubulares se disponen transversalmente,
es decir, son verticales
– Verticales. La dirección del flujo de
gases es vertical, mientras que los haces tubulares se disponen
transversalmente, es decir, son horizontales o inclinados
Fig 2.50 Disposiciones
de calderas acuotubulares
· Por el tipo
de funcionamiento:
– Pirotubulares (agua envolviendo al
hogar. Los gases calientes circulan por el interior de tubos, que están
inmersos en el agua.
– Acuotubulares (agua /vapor por el
interior de los tubos y los gases de combustión por fuera de los mismos)
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