Tipos Misceláneos de Calderas, Economizadores y Recalentadores

Una explicación de tipos especializados de calderas y otras características especializadas.

Generadores de vapor

En muchas aplicaciones:

• La cantidad de vapor requerida es demasiado pequeña para justificar una caldera de carcasa, es decir, menos de 1 000 kg/h.
• El pequeño proceso que requiere vapor opera solo en turno de día, lo que significa que la planta se arrancaría cada mañana y se apagaría cada noche.
• El costo de capital de una caldera de carcasa convencional afectaría adversamente la viabilidad económica del proceso.
• El nivel de experiencia en sitio, en lo que respecta a calderas, no es tan alto como se requeriría en un sistema de vapor más grande. Para satisfacer estas demandas específicas se han desarrollado dos tipos de calderas. Caldera de serpentín Estas son un tipo de caldera de tubos de agua de ‘un solo pase’, y referida en algunas regulaciones como, ‘calderas sin nivel de agua discernible’. El suministro de agua a la caldera será generalmente un 10 a 15% por encima de la tasa de vaporización para:
• Asegurar que no toda el agua se evapore, asegurando así que no se produzca vapor sobrecalentado.
• Proporcionar un vehículo para que el TDS del agua de alimentación sea transportado. Si este vehículo no estuviera disponible, las sales en el agua de alimentación se depositarían en el interior de los tubos e impedirían la transferencia de calor, llevando al sobrecalentamiento y eventualmente a la falla del tubo. Claramente, un separador es un componente esencial de este tipo de caldera para eliminar esta agua contaminada. Al ser del tipo de tubos de agua, pueden producir vapor a presiones muy altas. Las aplicaciones típicas para generadores de vapor y calderas de serpentín incluyen lavanderías y fabricación de prendas de vestir, donde la demanda es pequeña y la tasa de cambio en la carga es lenta.

Caldera de vapor empaquetada vertical sin tubos

Varios modelos están disponibles con producciones en el rango de 50 a 1 000 kg/h, y presiones de hasta 10 bar g. Las alturas de las calderas varían típicamente de 1,7 m a 2,4 m para producciones de aproximadamente 100 kg/h a 1 000 kg/h respectivamente. Una sección transversal del diseño se muestra en la Figura 3.4.2. Note el camino descendente de la llama, y la acción de remolino. El camino del calor se invierte en el fondo de la caldera y los gases calientes ascienden, liberando calor a las aletas. También note la pequeña cantidad de agua en la caldera. Esto permite que la caldera alcance la temperatura de operación muy rápidamente, típicamente 15 minutos. Sin embargo, esta pequeña cantidad de agua significa que solo una pequeña cantidad de energía se almacena en la caldera, en consecuencia no es fácilmente capaz de lidiar con cambios repentinos y sostenidos de carga. Si el cambio de carga ocurre más rápido de lo que la caldera puede responder, entonces la presión dentro de la caldera caerá y finalmente la caldera cebará con agua de alimentación. Esto se agrava por la pequeña área de superficie de agua, que da altas velocidades de liberación de vapor. Sin embargo, el camino del vapor es verticalmente hacia arriba y lejos de la superficie del agua en lugar de horizontalmente sobre la superficie del agua (como en una caldera de carcasa), y esto minimiza el efecto.

Economizadores

Los gases de combustión, después de haber pasado a través de la caldera principal y el recalentador, todavía estarán calientes. La energía en estos gases de combustión puede usarse para mejorar la eficiencia térmica de la caldera. Para lograr esto, los gases de combustión pasan a través de un economizador. El economizador es un intercambiador de calor a través del cual se bombea el agua de alimentación. El agua de alimentación llega así a la caldera a una temperatura más alta que si no se hubiera instalado un economizador. Se necesita entonces menos energía para generar el vapor. Alternativamente, si se suministra la misma cantidad de energía, entonces se genera más vapor. Esto resulta en una mayor eficiencia. En términos generales, un aumento de 10°C en la temperatura del agua de alimentación dará una mejora de eficiencia del 2%. Nota: Debido a que el economizador está en el lado de alta presión de la bomba de alimentación, son posibles temperaturas del agua de alimentación superiores a 100°C. Los controles de nivel de agua de la caldera deben ser del tipo ‘modulación’, (es decir, no ‘encendido-apagado’) para asegurar un flujo continuo de agua de alimentación a través del intercambiador de calor. El intercambiador de calor no debe ser tan grande que:

• Los gases de combustión se enfríen por debajo de su punto de rocío, ya que el líquido resultante puede ser ácido y corrosivo.
• El agua de alimentación hierva en el intercambiador de calor.

Recalentadores

Cualquier tipo de caldera que se use, el vapor dejará el agua en su superficie y pasará al espacio de vapor. El vapor formado sobre la superficie del agua en una caldera de carcasa siempre es saturado y no puede sobrecalentarse en la carcasa de la caldera, ya que está constantemente en contacto con la superficie del agua. Si se necesita vapor sobrecalentado, el vapor saturado debe pasar a través de un recalentador. Esto es simplemente un intercambiador de calor donde se añade calor adicional al vapor saturado. En calderas de tubos de agua, el recalentador puede ser un adicional suspendido en el área del horno donde los gases calientes proporcionarán el grado de sobrecalentamiento requerido (véase la Figura 3.4.4). En otros casos, por ejemplo en esquemas de CHP donde los gases de escape de la turbina de gas son relativamente fríos, puede ser necesario un recalentador de combustión separada para proporcionar el calor adicional. Si se requiere un control preciso del grado de sobrecalentamiento, como sería el caso si el vapor se va a usar para impulsar turbinas, entonces se instala un attemperador (desuperheater). Este es un dispositivo instalado después del recalentador, que inyecta agua en el vapor sobrecalentado para reducir su temperatura.