Per quali scopi è necessaria una caldaia a vapore: schema e funzionamento

La caldaia a vapore è una vecchia invenzione, ma è ancora utilizzata nell'industria.Ad esempio, nelle centrali elettriche, dove l'unità di generazione del vapore è uno degli elementi principali della produzione di elettricità. Le caldaie a vapore sono installate anche in tutte le caldaie di stabilimenti e fabbriche. Oggi vengono utilizzati raramente nella vita di tutti i giorni, perché sono stati sostituiti da caldaie ad acqua più sicure ed efficienti dal punto di vista energetico.

Classificazione degli impianti a vapore

Esistono diverse scale in base alle quali viene effettuata la classificazione. Le principali sono tre scale.

Tubo dell'acqua

Convertono l'acqua in vapore più velocemente dei tubi del gas. Hanno un'efficienza maggiore grazie alle caratteristiche di progettazione dell'unità. In sostanza, si tratta di un alloggiamento con un gran numero di tubi situati al suo interno. L'acqua si muove attraverso i tubi e il carburante brucia tra i tubi.

Ad alte temperature, l'acqua si trasforma in vapore. E poiché i tubi sono numerosi, la loro superficie riscaldante è corrispondentemente più grande. E più tubi ci sono nella caldaia, più intensa è la transizione del liquido allo stato di vapore.

Tubo dell'acqua caldaie a vapore sono divisi in due sottogruppi:

• dritto;
• tipo di tamburo.

Le prime sono le strutture a tubo, menzionate sopra. Questi ultimi si presentano sul mercato in due posizioni: orizzontale e verticale. Ma il principio di funzionamento di questo tipo di dispositivi è lo stesso.

Il suo design prevede un tamburo che non solo raccoglie il vapore, ma ne separa anche la condensa. Quest'ultimo viene inviato alla zona di riscaldamento, ovvero le perdite d'acqua sono ridotte.

Per ottenere vapore secco ad alta temperatura nell'industria, vengono installate in serie diverse caldaie a tamburo. E tale vapore può essere compresso alla massima pressione, necessaria in molti processi tecnologici.

Le caldaie di questo tipo sono divise in due posizioni: non volatile e circolazione. Differiscono tra loro rispettivamente per l'assenza o la presenza di una pompa di circolazione. La presenza di quest'ultimo aumenta l'efficienza dell'impianto. Il fatto è che durante un giro dell'acqua nella caldaia, il 10% del suo volume evapora. Cioè, affinché l'intero volume evapori, saranno necessari almeno 10 giri.

Con il movimento gravitazionale, ciò richiederà molto tempo, causando un calo dell'efficienza. La pompa di circolazione muove il liquido velocemente, verranno effettuati più giri nello stesso periodo di tempo. Ciò significa che l'intero volume d'acqua si trasformerà rapidamente in vapore.

Ma nelle caldaie a tamburo, nella pompa è necessario installare un regolatore del livello della condensa. Luogo di installazione: separatore di vapore. Il suo compito è controllare il volume della condensa formata.

Ad esempio, se se ne forma poco, le caratteristiche tecniche dell'impianto a vapore si riducono. Se se ne forma molta, ciò porta ad una caduta di pressione all'interno dell'unità. Le conseguenze sono una rapida ebollizione ed esplosione.

Il separatore di vapore è un tubo di grande sezione che ricorda un tamburo. Da qui il nome della caldaia. Questo tubo raccoglie l'acqua satura di vapore. Infatti, due processi (riscaldamento del liquido e vaporizzazione) avvengono separatamente l'uno dall'altro. Da qui l'elevata sicurezza di funzionamento di questo tipo di apparecchiatura.

Modifica del tubo dell'acqua

Tubo del gas

Strutturalmente, si tratta di una caldaia, all'interno della quale si trovano tubi di grande diametro attorno al focolare.I gas caldi si muovono al loro interno e l'acqua scorre tra di loro. Cioè, questo è l'opposto degli analoghi dei tubi dell'acqua. Gli impianti di tubi del gas producono vapore ad alta temperatura, che viene utilizzato più spesso nei processi di riciclaggio.

Una caldaia a vapore a tubi di gas presenta uno svantaggio significativo: l'alta pressione del prodotto finale. Quest'ultimo si trova in grandi quantità nell'unità. Questo è ciò che provoca una diminuzione della sicurezza dell'installazione. Pertanto le caldaie sono dotate di un sistema di sicurezza costoso e complesso. Inoltre, sia il corpo che i tubi sono realizzati in acciaio spesso, il che aumenta il costo dell'attrezzatura.

Un sorprendente rappresentante del tipo a tubo del gas è la caldaia della locomotiva.

Costruzione di una caldaia per locomotiva orizzontale

Entrambi gli impianti (tubo acqua e tubo gas) possono produrre diversi tipi di vapore:

• saturato;
• acqua surriscaldata.

Il primo è un mezzo che si forma alla temperatura di +100°C. Si raffredda rapidamente con formazione di condensa, che rientra nella zona di riscaldamento. Tali impianti vengono utilizzati per il riscaldamento domestico. La pressione in una caldaia a vapore di questo tipo non supera i 100 kPa.

Il secondo è un mezzo ottenuto alla temperatura di +500°C. Pertanto non si formano mai sospensioni e gocce d'acqua. Con il riscaldamento graduale si può formare acqua, ma a questo scopo nella progettazione dell'impianto è installato un separatore.

Il progresso scientifico e tecnologico non si ferma. Oggi i produttori offrono impianti di tubi dell'acqua che non sono diversi dagli impianti di tubi del gas in termini di efficienza e sicurezza. Innanzitutto, sono rivestiti con materiale isolante termico. In secondo luogo, l'interno è rivestito con materiale a infrarossi, che funge da riflettore dell'energia termica.

E poiché i dispositivi a tubo dell'acqua sono molte volte più economici dei dispositivi a tamburo, inoltre il loro funzionamento è semplice, oggi la loro popolarità e domanda sono cresciute notevolmente.

L'efficienza aumenta anche grazie alle più recenti leghe di acciaio con cui sono realizzate le parti del dispositivo. È stata inoltre introdotta una nuova tecnologia di riscaldamento che utilizza due torce poste una di fronte all'altra. La tecnologia si chiama “torce in arrivo”.

Con il loro aiuto la temperatura di riscaldamento raggiunge i 1800-1900°C. Solitamente non supera i 1200°C. Di conseguenza, l'efficienza di tali impianti è almeno del 90%.

Caldaie domestiche

Oggi c'è grande interesse per queste unità. Ma anche requisiti per loro considerevole:

• compattezza;
• peso leggero per non versare una fondazione sotto di esso;
• elevato fattore di sicurezza;
• possibilità di assistenza da parte di personale non qualificato;
• tempo minimo di accensione e riscaldamento.

Oggi i produttori offrono due tipi di installazioni domestiche: bobina, nota anche come classica giacca a vortice.

Il primo è un tubo, avvolto a spirale. L'acqua si muove lungo di esso, trasformandosi in vapore. La capacità di vapore dell'apparecchiatura è ridotta. Ma in questo caso questo non gioca il ruolo più importante, perché la caldaia domestica deve produrre vapore a basso potenziale.

Anche l'efficienza operativa è bassa, ma può essere corretta mediante una frequente disposizione delle spirali. Ma una caldaia del genere detiene un record in termini di tempo di riscaldamento: 3 minuti dopo l'accensione della torcia.

Il secondo è un design della caldaia a vapore completamente unico. Un corpo formato da due conchiglie, tra le quali passa l'acqua. All'interno c'è un focolare e, durante la combustione, la torcia si attorciglia a spirale, aumentando il trasferimento di calore. Niente tubi.

Altri benefici:

• disposizione verticale, quindi maggiore compattezza;
• efficienza, come la batteria;
• tempo di riscaldamento – 5 minuti.

Tre aspetti negativi:

• l'attrezzatura è costosa;
• il design è complesso;
• completa dipendenza dall'energia: il ventilatore, senza il quale l'unità non funziona, richiede una fornitura di energia elettrica.

Caldaia a vapore a serpentino

Applicazione tecnologica degli impianti a vapore con caldaia

Esistono diversi settori in cui le caldaie a vapore vengono costantemente utilizzate:

1. Il primo settore è l'ingegneria dell'energia termica. Il vapore viene utilizzato per riscaldare grandi officine, ad esempio nell'industria automobilistica. Il vapore riscalda l'acqua alla temperatura richiesta, che viene poi spinta dalle pompe lungo la rete di riscaldamento fino agli edifici a più piani e ad altri oggetti.
2. La seconda industria è l’energia. Qui il vapore viene utilizzato per far girare una turbina, che produce corrente elettrica.
3. La terza industria è la produzione di materiali da costruzione. Ad esempio, i prodotti in calcestruzzo vengono essiccati con vapore.

In molti settori, le caldaie a vapore sono parte integrante della tecnologia. Ciò include la disinfezione, l'essiccazione dei prodotti alimentari, la lavorazione culinaria, la conservazione, ecc.

Lo smaltimento dei rifiuti gassosi prevede anche l'utilizzo di impianti a vapore. In questo processo agiscono come refrigeratori. Una tale caldaia preleva energia termica dai gas che escono, ad esempio, da forni ad alta temperatura.

Principi di funzionamento e progettazione

Il loro scopo principale è modificare lo stato fisico dell'acqua, ovvero trasferirla da liquido a gassoso con i parametri richiesti. Il processo funziona così:

• la caldaia viene riempita d'acqua per gravità o tramite pompa;
• si accende l'impianto di riscaldamento;
• inizia la formazione del vapore;
• il livello del liquido diminuisce gradualmente, raggiungendo il livello minimo;
• il sensore di livello reagisce e accende la pompa;
• l'acqua riempie i tubi.

Possiamo dire che le caldaie a vapore funzionano secondo un principio ciclico.

Struttura

Le caldaie a vapore sono costituite da unità e parti principali e ausiliarie, oltre all'automazione.

Il requisito principale per i prodotti in acciaio è che siano realizzati con leghe resistenti al calore. Questo è l'unico modo per raggiungere il massimo livello di funzionamento sicuro delle apparecchiature della caldaia.

Schema della caldaia a vapore

Il sistema di sicurezza gioca un ruolo importante. Questi non sono solo sensori di temperatura e pressione. Il sistema include la sicurezza meccanica. Comprende valvole di ritegno, valvole elettriche e altre valvole di intercettazione. Questa doppia protezione garantisce la massima sicurezza, soprattutto nei casi in cui l'elettronica si guasta. In questo momento, i meccanici assumono tutte le funzioni.

Esistono requisiti speciali per il sistema di trattamento dell'acqua. L'acqua deve soddisfare determinati standard. Questi standard sono diversi per le unità a flusso diretto e per quelle a tamburo. In quest'ultimo il liquido deve essere perfettamente pulito, quasi distillato. Dopotutto, in tali dispositivi non scompare da nessuna parte. Cioè, riempi la caldaia una volta e funzionerà per molti anni.

Se l'acqua è dura e piena di impurità, allora tutto tubi dopo un po' si intaseranno di depositi e ruggine. Il loro diametro diminuisce, la conduttività termica diminuisce, il che porta ad una diminuzione dell'efficienza. Il vapore non sarà quello necessario (temperatura, umidità).

Nonostante la loro progettazione complessa e la scarsa sicurezza, le caldaie a vapore sono ancora molto richieste. Soprattutto sulle navi, nella tecnologia delle centrali elettriche, nelle fabbriche dove sono richieste elevate temperature del liquido di raffreddamento. Pertanto, i produttori stanno facendo di tutto per aumentare la sicurezza operativa, ridurre i costi delle apparecchiature e la complessità della manutenzione.

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Come funziona una caldaia a vapore?

Caldaia a vapore: progettazione e manutenzione, panoramica dettagliata.

Fonti di informazione:

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