Tipi di caldaie ad alta pressione

Una caldaia è un recipiente in cui l'acqua viene riscaldata sotto pressione e vaporizzata in vapore per uno scopo specifico. Esistono diversi tipi di caldaie, riscaldate a carbone, combustibile solido, petrolio o gas. Le caldaie variano ampiamente in termini di dimensioni da unità piccole, portatili o assemblate in negozio a grandi forni che bruciano 6 tonnellate di carbone al minuto. Le caldaie funzionano a pressione positiva e tutte le parti devono essere sufficientemente resistenti da resistere alla pressione del vapore che generano. La maggior parte delle caldaie ad alta pressione viene utilizzata per scopi commerciali o industriali.

Le caldaie sono classificate anche in base alla loro capacità di pressione, tipo di progetto e utilizzo. La pressione di esercizio massima consentita, o MAWP, è la pressione massima che il recipiente (caldaia) è progettato per sopportare. Questa pressione viene misurata in termini di libbre per pollice quadrato o "psi" e la pressione relativa è espressa come "psig". Il fuoco nazionale La Prevention Association e gli standard federali definiscono una caldaia a vapore di tipo II come una che produce vapore ad alta pressione tra 16 e 150 psig. Una caldaia a vapore di tipo III produce vapore tra 151 e 350 psig.

In questo tipo di caldaia, il combustibile viene bruciato all'interno del forno, creando gas caldo che riscalda l'acqua circolante attraverso i suoi tubi. L'acqua viene convertita in vapore che sale per essere catturato in un tamburo di vapore, dove viene prelevato il vapore saturo. Questo rientra nel forno attraverso un surriscaldatore, dove diventa ancora più caldo. Quando la temperatura del vapore surriscaldato è al di sopra del punto di ebollizione, diventa un gas secco e in pressione che viene utilizzato per azionare le turbine. La maggior parte dei modelli di caldaie a tubi d'acqua hanno una capacità da 4.500 a 120.000 chilogrammi all'ora di vapore. Le caldaie a tubi d'acqua nelle centrali termiche sono anche chiamate unità di generazione di vapore.

La caldaia Benson è chiamata generatore di vapore supercritico ed è spesso utilizzata per produrre energia elettrica. Funziona a una pressione così alta, più di 3.200 psi, che l'ebollizione effettiva si interrompe e non c'è separazione acqua-vapore. Non c'è gorgogliamento, perché la temperatura dell'acqua è al di sopra della pressione critica alla quale possono formarsi le bolle. Questo vapore funziona in una turbina ad alta pressione, quindi entra nel condensatore del generatore. Il termine "caldaia" non dovrebbe essere usato con questo generatore di vapore poiché l'ebollizione non si verifica realmente.

Questo tipo di caldaia vaporizza l'acqua e poi riscalda il vapore in un surriscaldatore, producendo vapore a una temperatura molto più elevata. Ciò crea una temperatura di scarico dei fumi più elevata a meno che non venga utilizzato un "economizzatore". L'economizzatore riscalda l'acqua di alimentazione, che scorre attraverso un riscaldatore dell'aria comburente nel percorso dello scarico dei fumi caldi. Questo vapore surriscaldato spesso aumenta l'efficienza complessiva della generazione di vapore e del suo utilizzo con aumenti della temperatura di ingresso alle turbine. Il vapore surriscaldato crea problemi di sicurezza, perché se un componente del sistema si guasta e il vapore fuoriesce, l'alta pressione e la temperatura possono essere mortali. La temperatura nell'area del forno a gas della caldaia è solitamente compresa tra 2.400 e 2.900 gradi Fahrenheit. Alcuni di questi sono riscaldatori a convezione, che assorbono calore da un gas fluido, mentre altri sono radianti e assorbono il calore delle radiazioni.