Tipos de calderas de alta presión

Una caldera es un recipiente en el que el agua se calienta a presión y se vaporiza en vapor para un propósito específico. Hay varios tipos diferentes de calderas, calentadas por carbón, combustible sólido, petróleo o gas. Las calderas varían ampliamente en tamaño, desde unidades pequeñas, portátiles o ensambladas en taller hasta grandes hornos que queman 6 toneladas de carbón por minuto. Las calderas funcionan a presión positiva y todas las piezas deben ser lo suficientemente fuertes para soportar la presión del vapor que generan. La mayoría de las calderas de alta presión se utilizan con fines comerciales o industriales.

Las calderas se clasifican también por su capacidad de presión, tipo de diseño y uso. La presión de trabajo máxima permitida, o MAWP, es la mayor cantidad de presión que el recipiente (caldera) está diseñado para soportar. Esta presión se mide en términos de libras por pulgada cuadrada o "psi" y la presión manométrica se expresa como "psig". El fuego nacional La Asociación de Prevención y los estándares federales definen una caldera de vapor de Tipo II como una que produce vapor de alta presión entre 16 y 150 psig. Una caldera de vapor Tipo III produce vapor entre 151 y 350 psig.

En este tipo de calderas, el combustible se quema dentro del horno, creando gas caliente que calienta el agua que circula por sus tubos. El agua se convierte en vapor que sube para ser capturado en un tambor de vapor, donde se extrae el vapor saturado. Este vuelve a entrar en el horno a través de un sobrecalentador, donde se calienta aún más. Cuando la temperatura del vapor sobrecalentado está por encima del punto de ebullición, se convierte en un gas seco a presión que se utiliza para impulsar las turbinas. La mayoría de los diseños de calderas de tubos de agua tienen una capacidad de 4.500 a 120.000 kilogramos por hora de vapor. Las calderas de tubos de agua en las centrales térmicas también se denominan unidades generadoras de vapor.

La caldera Benson se llama generador de vapor supercrítico y se utiliza a menudo para producir energía eléctrica. Funciona a una presión tan alta, más de 3200 psi, que la ebullición real se detiene y no hay separación de agua y vapor. No hay burbujas, porque la temperatura del agua está por encima de la presión crítica a la que se pueden formar burbujas. Este vapor trabaja en una turbina de alta presión, luego ingresa al condensador del generador. El término "caldera" no debe usarse con este generador de vapor ya que en realidad no se produce ebullición.

Este tipo de caldera vaporiza el agua y luego calienta el vapor en un sobrecalentador, produciendo vapor a una temperatura mucho más alta. Esto crea una temperatura de escape de los gases de combustión más alta a menos que se utilice un “economizador”. El economizador calienta el agua de alimentación, que pasa a través de un calentador de aire de combustión en el camino del escape de gases de combustión caliente. Este vapor sobrecalentado a menudo aumenta la eficiencia general de la generación de vapor y su utilización con ganancias en la temperatura de entrada a las turbinas. El vapor sobrecalentado crea problemas de seguridad, porque si algún componente del sistema falla y se escapa vapor, la alta presión y temperatura pueden ser mortales. La temperatura en el área del horno de gas de la caldera suele estar entre 2400 y 2900 grados Fahrenheit. Algunos de estos son calentadores de convección, que absorben el calor de un gas similar a un fluido, mientras que otros son radiantes y absorben el calor de la radiación.