Pontificia Universidad Catlica de Valparaso Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Qumica

Trabajo de Investigacin

Calderas y Generadores de VaporIntegrantes: David Araya Nieto Sebastin Gatica Ojeda Erick Gonzlez Arce Profesor: Jorge Santana

Viernes 19 de Diciembre de 2010, Valparaso, Chile

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ndiceIntroduccin 1 Conceptos generales de las calderas y Generadores de Vapor 1.1 Definicin de Caldera 1.2 Clasificacin 1.3 Componente de diseo de un generador de vapor 1.4 Aplicaciones de los Generadores de Vapor 1.5 Controles para manejo y seguridad 1.6 Fallas 2 Calderas Acuotubulares, Pirotubulares y equipos auxiliares 2.1 Generadores de vapor Acuotubulares 2.2 Generadores de vapor Pirotubulares 2.3 Equipos Auxiliares 3 Termodinmica de un caldera o Generador de Vapor 3.1 Introduccin 3.2 Propiedades de vapor y el agua 3.3 Transferencia de calor 3.4 Reaccin Terica 3.5 Anlisis de potencia de la caldera 3.6 Eficiencia de la caldera 3.7 Anlisis al combustible 3.8 Balance de energa para sistemas en estado permanente con flujo permanente y reacciones qumicas 3.9 Etapa de reaccin y poder calorfico de los combustibles 3.10 Capacidad de produccin de vapor de la caldera 3.11 Comportamiento de las calderas 3.12 Balance trmico a los generadores de Vapor Conclusin Bibliografa 4

5 5 5 10 30 33 36

38 38 48 54

55 55 55 61 62 62 64 64

65 66 67 69 70 73 74

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IntroduccinLa maquina vapor fue una de las primeras formas que el ser humano modifico su vida y el mundo, con ese invento permiti que el hombre realizar cosa que ante no podamos hacer como desplazamientos mas rpido como la locomotora o la generacin de energa elctrica. Este gran xito se debi a un sola cosa el vapor que si ella estos aparatos no funcionaran. Pero como se produce vapor es hay donde la caldera y generador de vapor cobran una gran importancia, ya que estos son los encargado de que por una reaccin qumica o termodinmica nos produzcan el efecto de que el agua liquida se evapore hasta convertirse en un vapor. Estos generadores de vapor son de gran importante industrial, porque toda industria necesita en menor o mayor grado vapor en sus proceso ya se como fuente de produccin de energa o de otras formas.

Es por eso necesario saber el funcionamiento y requerimientos de cada caldera o generador de vapor. Pero no solo de analizar el funcionamiento de caldera ,sino adems ver temas medio ambiental de cada caldera o generador de vapor, ya que en estos tiempos donde el medio ambiente es parte fundamental de un desarrollo su estudia esta muy bien preponderante en nuestro trabajo como ingeniero qumicos que somos.

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1 Conceptos generales de una caldera y generador de vapor1.1Definicin de calderaUna caldera, como su nombre indica, es un dispositivo que hierve agua para producir vapor. Ms cientficamente, una caldera convierte la energa qumica del combustible en la energa trmica. Esta energa puede ser transferida directamente al agua para transformarla en vapor, o tambin trasferirla a los gases de combustin y estos a al agua para convertir en vapor. La forma ms antigua y un ejemplo de caldera es el hervidor de agua. Por lo tanto las calderas tambin son llamados generadores de vapor. Por lo tanto definicin de caldera es un recipiente de presin que produce un vapor a una presin superior de 2 bar. , sin embargo no existe una definicin universal.

1.2 Clasificacin de calderasLas calderas han estado de principios del siglo XVIII no eran ms que grandes ollas. Desde aquellos primeros das calderas han hecho grandes progresos en trminos de tamao, variedad, flexibilidad, versatilidad, fiabilidad y complejidad. Un intento de clasificar las calderas se realiza en las siguientes secciones. Hay varias formas de clasificar las calderas como se muestra en las siguientes secciones. La lista abarca casi todos los tipos.

1.2.1 Clasificacin segn el combustible empleadoBasndose en el combustible empleado, los generadores se pueden clasificar en fuel oil, gas natural, carbn (o lignito), y generadores de combustible de bajo grado. En la figura 1.1 se muestran los tipos de combustible utilizado.

6 Figura 1.1. Tabla de combustibles de caldera Los generadores de fuel oil: Estos generadores requieren la instalacin de almacenamiento, as como tanques de servicio, donde el aceite se calienta elctricamente para el inicio ya travs de vapor de 30/40 C, y una planta de bombeo y de calentamiento para reducir la viscosidad en el valor requerido para obtener una buena combustin. La colocacin de los quemadores es tpicamente horizontal. Tambin se puede colocar vertical o inclinada, y en el caso de grandes unidades, quemadores inclinable se emplean para poder variar la radiacin de calor en el horno, es decir, cuando es necesaria debido a las variaciones de la produccin. Los generadores de Gas Natural (gases): Estos generadores se alimenta gas natural la pocos 1000 Pa presin (con exclusin de quemadores especiales de alta presin con aire aspirado). Por lo tanto, debe ser descomprimido antes de que sea llevado a los quemadores de gas red. Es muy importante obtener una mezcla eficiente entre el aire y el gas. Aunque el peligro de explosiones es bastante alto, teniendo en cuenta que este gas produce una mezcla altamente explosiva al entrar en contacto con el aire. Esto debe tenerse en la planificacin de mecanismos de proteccin adecuados. Entre los generadores de gas, no podemos olvidarnos de los que utilizan, por ejemplo, gas de refinera, gas de horno de coque y gas de alto horno. El uso de estos combustibles es obviamente limitado a las industrias en desarrollo como un subproducto de sus procesos de produccin. Los generadores de carbn (slidos): se quema en una parrilla o en los quemadores especiales despus de la pulverizacin. En las unidades grandes, se quema el carbn pulverizado, con frecuencia como una alternativa al fuel-oil o gas natural. El uso de carbn pulverizado se limita a las grandes unidades porque estas justificar la instalacin costosa de la media necesaria, pulverizacin y sistemas de transporte. En los generadores que utilizan carbn pulverizado, las tolvas de carga alimentada por cintas transportadoras en a su vez alimentan las plantas a travs de un dispositivo de medicin , donde el carbn es fino pulverizado y llev a los quemadores a travs del aire bombeado

1.2.2 Basada en la transferencia de calorSegn la transferencia de calor se dividen en por convencin, radiacin o calentamiento directo. En primer lugar, tenga en cuenta que la caldera se compone mayor parte de los tubos de produccin de vapor, es decir, los tubos de transformacin del agua en vapor saturado. Por lo tanto, el economizador y el aire calentador, as como

7 el sobrecalentador y recalentador posibles, se incluyen en el generador de vapor son equipos que funcionan por transferencia de calor por convencin. En general, los generadores por radiacin el calor es predominantemente transferido a travs de la radiacin, mientras que en los generadores de calor por conveccin se transmite principalmente por conveccin. generadores de conveccin son los generadores de tubos de humo y la mayora de los generadores de tubos de agua de la pequea y mediana potencia en el banco de tubos de vapor-es importante en trminos de intercambio de calor. Los generadores de radiacin son unidades de gran alcance en los tubos de vapor, se encuentran slo en las paredes del horno, o, en algunos casos, hay un banco de tubos modesta produccin de vapor. En el primer caso, es estrictamente un generador de radiacin, en el segundo caso es todava una definicin aceptable, dada el predominio de calor irradiado en el horno.

1.2.3 De acuerdo con la circulacin del vaporCon base en el tipo de circulacin, son generadores de circulacin natural, los generadores de circulacin asistida, y los generadores de circulacin obligada. Circulacin natural: la circulacin del agua y de la mezcla agua-vapor (en los tubos de vapor) se produce de forma natural., es decir que, la circulacin se lleva a cabo debido a la diferencia en la densidad del agua caliente dejando el tambor y la alimentacin de las parte baja a la caldera y la densidad de la mezcla agua-vapor de regresas al tambor a travs de la tubos de vapor. (ver figura 1.2)

8 Figura.1.2. sistemas de circulacin natural. La mezcla de vapor- agua se almacena en el tambor por diferencia de densidad en la vapor deja el tambor y el agua caliente regresa a la caldera y el vapor producido vuelve a al tambor. Los generadores con circulacin asistida: no se diferencian de las anteriores desde el punto de vista estructural, con la salvedad de que la circulacin en los tubos de la caldera no se produce naturalmente, pero con la ayuda de bombas en su lugar (ver figura. 1.3). Incluso en este caso, la caldera se compone de un circuito cerrado. La bomba de intervenir con su cabeza aadido a la cabeza entre la parte superior del tambor y los encabezados de menor vinculados a los tubos de vapor-facilita la circulacin del agua y la mezcla de agua y vapor en el circuito. Esto conducir a un correcto funcionamiento de la caldera, incluso si la diferencia entre la densidad de vapor y agua es pequeo, como es el caso bajo alta presin y como se explicar con ms detalle ms adelante.

Figura 1.3. Sistemas por circulacin asistida. Generadores con circulacin forzada: el agua bombeada se calienta. A continuacin, se evapora hasta que el vapor es sobrecalentado a travs de un solo circuito. Por lo tanto, se trata de una llamada a travs de generadores. A diferencia de los generadores con la circulacin natural y asistida, la caldera se compone de un circuito abierto precedido por el economizador y seguido por el recalentador (ver figura 1.4). El tambor est ausente. Con la circulacin natural y asistida, una gran cantidad de agua circula, que es slo parcialmente transformado en vapor, como se explicar ms adelante. En cambio, en el generador de circulacin forzada, la bomba de alimentacin coincide con la bomba de circulacin y se introduce el agua necesaria para la salida solicitada, y el agua se transforma en vapor sobrecalentado, de acuerdo con las especificaciones a travs del economizador, la caldera y el sobrecalentador.

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Figura 1.4. Sistemas por circulacin forzada.

1.2.4 Basada segn el contenido de aguaBasndose en la relacin entre el contenido de agua y la superficie caliente, generadores se pueden clasificar en generadores de contenido de alta, media y baja del agua. Alto contenido de agua generadores: tienen entre 50 y 100 kg de agua por m2 de superficie caliente. Permiten a partir relativamente rpido y no son excesivamente sensibles a las irregularidades de la llama. Teniendo en cuenta la masa de agua, de manera que funcionan como acumuladores de vapor. Las calderas de tubo de humo-pertenecen a esta categora. Generadores de vapor de contenido medio: tienen una capacidad entre 20 y 50 kg de agua por m2 de superficie caliente. Son ms flexibles, pero tambin ms sensible a las irregularidades de las llamas. Las variaciones en el vapor pidi rpidamente deben ir acompaadas de variaciones en el combustible quemado, dada la acumulacin de calor moderado en el agua. generadores de bajo de agua contenido: tienen caractersticas similares, rpido tiempo de arranque y requisitos especficos en trminos de ajuste y tratamiento de las aguas. Las unidades ms grandes de conveccin y la radiacin de las unidades grandes pertenecen a esta categora.

1.2.5 Clasificacin segn la presin del hornoLos generadores pueden ser clasificados como generadores de un horno de la depresin y como generadores de presin. Inicialmente, todos los generadores haba un horno de la depresin y trabajado a travs de tiro natural. Debido a la chimenea, una depresin formada en su base. Esto provocara la aspiracin de los gases de combustin del horno a travs de los bancos de tubos.

1.2.6 Flujos a travs de los tubos de la caldera.Pirotubulares En este tipo de calderas los gases de combustin circulan por el interior de los tubos y manejan presiones de operacin de 0-300 PSIG. Ventajas:

10 Menor costo inicial debido a la simplicidad de su diseo. Mayor flexibilidad de operacin. Menores exigencias de pureza en el agua de alimentacin. Son pequeas y eficientes. Inconvenientes: Mayor tiempo para subir presin y entrar en funcionamiento. No son empleables para altas presiones

Acuotubulares En este tipo de calderas el agua circula por el interior de los tubos y manejan presiones de operacin de 0-2200 PSIG . Ventajas: Pueden ser puestas en marcha rpidamente y trabajan a 300 o mas psi. Inconvenientes: Mayor tamao y peso, mayor costo. Debe ser alimentada con agua de gran pureza.

1.3 Componente de diseo de un generador de vaporLos principales componentes de un generador de vapor son los siguientes: Horno Tambor Bombas de circulacin de las calderas Paso de conveccin o Sobrecalentadotes o Recalentadores o economizadores calentador de aire bobinas precalentadores de aire sopladores de holln alimentadores de carbn pulverizadores carbn de tuberas quemadores ignitotes y quemadores de calentamiento conductos aislamiento y revestimiento

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Figura 1.5. Diagrama de Flujo de un generador de vapor

1.3.1 HornoEl horno funciona como un recinto para el proceso de combustin y se muestra en la figura. 1.5. Las paredes del horno estn formadas por tubos llenos de agua o murallas de agua que contienen el flujo ascendente de agua y vapor. El tamao del horno est determinada por la capacidad de vapor requerida y las caractersticas de los combustibles. Los principales mtodos de diseo utilizados para controlar el tamao del horno son las siguientes: Entrada de calor de combustible por zona del horno El calor del combustible por zona de los hornos se calcula como el producto del flujo de combustible con poder calorfico superior dividido por la seccin o rea horizontal del zona del horno. La especificacin de la entrada de calor al rea del plan se utiliza como un mtodo para prevenir la formacin de escoria en la zona de combustin. El valor especificado para la entrada de calor por rea del plan est en funcin de las propiedades del combustible Calor disponible en el horno por proyectado por rea de superficie radiante efectiva o velocidad de liberacin de esta en el horno.

12 El calor disponible para el horno es una modificacin del calor entrado por la combustin. El calor disponible para el horno incluye el contenido de calor por combustible basado en valor calorfico superior, ms el calor suministrado por el aire de combustin en comparacin con una temperatura de referencia de 80 F (27 C). Esta cantidad de calor se reduce por el calor latente necesario para evaporar el agua en el combustible y agua que se forma por la combustin de hidrgeno, la prdida de calor debido a la radiacin del horno de conveccin y pasar a las paredes exteriores, y la prdida de calor debido al material sin quemar combustible en las cenizas. La efectiva de la superficie proyectada radiante (EPR) es el rea total proyectada de los planos que pasan por los centros de todos los hornos de pared, techo, piso y los tubos, ms el rea de un plano que pasa perpendicular al flujo de gas en los gases del horno alcance el recalentador de conveccin primera o de la superficie del recalentador. La proporcin de calor disponible dividido por el EPR, o la tasa de emisin de calor del horno, es un parmetro de diseo del horno que determina la cantidad de superficie de transferencia de calor para enfriar los gases de combustin antes de su exposicin a la orilla del tubo de la conveccin pasar. Temperatura de los gases de salida La temperatura del gas salida del horno est determinada principalmente por la relacin de calor disponible por efectivos superficie proyectada radiante.

1.3.2 Tambor o cilindroEl tambor encierra la interfaz de vapor de agua en una caldera subcrtica, y proporciona un punto conveniente para la adicin de productos qumicos y la eliminacin de slidos disueltos en el sistema agua de alimentacin a al tambor. El tambor tambin contiene equipos para la extraccin de lquido del vapor, el vapor sale de la por la parte superior y se dirige al recalentador primario. (Ver figura 1.6)

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Figura 1.6. Muestra un corte transversal a un tabor o cilindro, en que entra un flujo de vapor sobrecalentado en los muro de horno, estos antes de ser pasados a los recalentadores precalienta el agua almacenada en el tambor

La tabla 1.1 se muestran los parmetros tpicos del diseo de un tambor, basado en un ciclo 2400 Psig (16,547 MPa) Presion de diseo Tambor de dimetro interior, en funcin del flujo de vapor principal flujo de vapor mayor 6000000 lb/h (2722000 kg/h) 3000000 lb/h (1361000 kg/h) 6000000 lb/h (2722000 kg/h) flujo de vapor menor que 3000000 lb/h (1361000 kg/h) 2800-2950 Psig

72 pulg. (1829 mm) 66 in. (1676 mm) 60 in. (1524 mm)

1.3.3 Bombas de circulacin de la calderaLas calderas subcrtica se pueden disear con la circulacin natural a travs de loa tubos que estn en la pared del horno o circulacin forzada con bombas de circulacin de la caldera. Los sistemas de circulacin natural son deben diseado con baja resistencia al flujo en el circuito de agua que consiste en el tambor, tubos de bajada (dowcomers), encabezados menor, tubos que rodean la caldera, encabezados superior, y la conexin la con el tabor. El diseo de circulacin forzada permite el uso de tubera de menor dimetro en las paredes del horno, ya que la mayor cada de presin en el tubo ms pequeo puede ser

14 compensada a travs de bomba de circulacin. El dimetro ms pequeo tambin permite ms delgadas paredes del tubo. (ver figura 1.6)

Figura 1.7. Muestra las bombas de circulacin forzada.

Las principales consideraciones para el diseo para el sistema de bomba de circulacin una caldera, es para especificar una instalacin de bomba auxilares que sirvan de repuesto cuando la caldera funcione en a plena carga, en caso de que una bomba de circulacin este fuera de servicio. Adems, las vlvulas de entrada de succin y vlvulas check para la descarga de verificacin deben ser especificadas para cada bomba. Las vlvulas de aislamiento de la bomba permite la retirada sin la necesidad de drenar la caldera despus de una parada.

1.3.4 Sobrecalentadores y recalentadoresLa eficiencia del ciclo de vapor se mejora con una presin y temperatura del vapor ms alta es as que existan equipos de recalentamiento. Ambos sobrecalentamiento y recalentamiento del vapor tiene que ser tan alto como sea posible. A una presin del vapor de 120 bar o superior a esta, la eficiencia del ciclo de mejora de ~ 1% por cada aumento de 20 C en el recalentamiento. Por lo tanto, se sobrecalienta lo mas alto posible segn sea la el requerimiento de la turbina en el ciclo. 1.3.4.1 Sobrecalentador

En una caldera subcrtica, el sobrecalentador es entre el vapor sale hacia la turbina y el vapor que sale del tambor y se compone de

15 Tubos de vapor saturado que el transporte desde el tambor al entrada sobrecalentador (cuando los tubos de Sobrecalentador no estn conectados directamente a la tambor) Banco de tubos del Recalentador tiene sus respectivas entrada y salida de tubos. todos los fittings y terminacin por cual pasa el vapor deben tener de vlvula de control de flujo. El flujos vapor que viene desde del tambor hacia el colector principal de vapor, y no debe haber ninguna vlvula entre los dos para asegurarse de flujo en tubos de Sobrecalentador en todas las condiciones para evitar el sobrecalentamiento y el fracaso. La transferencia de calor que se lleva acabo puede ser por la superficie radiante del horno o por la superficie de conveccin en el paso de conveccin. Las cadas mximas de presin en un sobrecalentado de vapor son las siguientes.

Tabla.1.2 cadas de presin en un sobrecalentador Flujo de vapor Menos de 2000000 lb/hr < (907000 kg/h) Mayor que 2000000lb/hr > (907000 kg/h) Mximas cada de presin, psi 150 170 MPa 1.03 1.17

Respecto al diseo de sobrecalentado .los tubos que componen el sobrecalentador se fabrican aleaciones de aceros, debido a sus caractersticas al ser un material resistente a la oxidacin y corrosin. Ahora a la eleccin del espaciado de los tubos para el sobrecalentador es una funcin de la temperatura de los gases de combustin. La especificacin del espaciado son importantes para la transferencia de calor por conveccin entre los tubos (vapor de agua) y los gases de combustin. (Ver tabla 1.3) Tabla1.3. Espaciamiento de los tubos de centro a centro en funcin de los Temperatura de los gases de combustin Temperatura de los gases, C 1343-1194 1193-1038 1037-954 953-788 787-427 Espaciamiento, pulg 54 24 12 8 4,5

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1.3.4.2 RecalentadorRecalentamiento de vapor consiste en la retirada de parte de vapor expandido (en el extremo del cilindro de alta presin de la turbina), volviendo de nuevo a la caldera en tubos recalentado fro, la calefaccin a la temperatura igual o superior ya que el vapor sobrecalentado, y volviendo a la turbina en las tuberas de recalentamiento caliente. En trminos el sistema. Los tubera recalentamiento frio desde la turbina a la caldera Vlvulas de seguridad en el tubo recalentado fro Emergencia por pulverizacin del sistema de agua atemperador en un tubo recalentado fro o interconexin de la tubera Recalentador banco completo con de entrada y salida al calentador. Tubera de recalentamiento caliente a la caldera En el recalentador la transferencia de calor puede ser por la superficie radiante o de conveccin. Una recalentador de superficie radiante el calor radiado por la transferencia de calor puede venir superficie de transferencia de pared o de techo. Un recalentador pared radiante se puede montar en la parte delantera y / o paredes laterales del horno superior. El recalentador de vapor los mximo rangos de cada de presin de 20 psi (0,14 MPa) a 25 psi (0,17 MPa). Cadas de presin superior en el recalentador son indeseables debido hay una prdida en el de la rendimiento de la turbina como resultado del ciclo. Cada de presin baja en un recalentador son insuficientes para garantizar la distribucin del flujo del vapor para enfriar adecuadamente todos los circuitos de vapor recalentador, en particular a las cargas de media y baja. Se diseo de un recalentador es similar al de un sobrecalentador y ya vimos que especificaciones tiene el diseo.

1.3.5 EconomizadorEn economizador la transferencia de calor ocurre por gases de combustin que se va enfriado en su camino hacia la chimenea, se compone la superficie de transferencia por conveccin a baja temperatura. Los tubos del economizador se podra especificar como tubos desnudo, por que los tubos de aletas conectan con la cenizas cuando el quemado del carbn. Del mismo modo, los tubos deben estar dispuestos en lnea en lugar de escalonada para permitir el paso de grandes trozos de ceniza a travs del banco de tubos. La separacin mnima entre los tubos del economizador oscila entre 2,5 a 4 pulgadas (63,5 a 102 mm). Se diseo de un economizador es similar al de un sobrecalentador. (Ver figura 1.8)

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Figura 1.8. a) economizador b) plano esquemtico de un economizador

1.3.6 Calentador de aireAl igual que el economizador, el calentador de aire se instala en reducir la temperatura de los gases de combustin de entrar por la chimenea y mejorar la eficiencia del generador. Tenga en cuenta que una reduccin del 20 C, esta aumento en la eficiencia del 1% del generador de vapor. Entonces el calentador de aire hace que se enfra el gas de combustin mientras que tambin calienta el aire de combustin, de esta manera aumentar el calor en el horno, ya que no hay perdidas de calor por calentamiento de ese aire dentro del horno. Esto influye mucho en el tamao del horno, la cantidad de calor irradiado por el fuego, as como la temperatura de salida de los gases de combustin del horno. La posibilidad de construir generadores de radiacin completamente desprovisto de un banco de tubos de vapor, generando tambin depende de la calefaccin del aire de combustin (ver figura 1.9). Adems de eso, el aire caliente que permite una combustin y conduce a altas cargas especficas en el horno

A grandes rasgos, en unidades grandes, los gases de combustin entra en el calentador de aire a una temperatura de alrededor de 350 a 400 C y sale a una temperatura de alrededor de 150 a 170 C. El aire entra a temperatura ambiente o a una temperatura ms alta cuando es calentado por vapor y sale a una temperatura de alrededor de 230 a 300 C.

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Figura 1.9, tubos de bancos presentes en un recalentador Otro tipo de calentador de aire para instalacin tpico consiste de un calentador de aire rotativo regenerativo fabricado por Asea Brown Boveri (ABB) precalentador de aire, Inc., o un diseo Rothemuhle2 fabricados por Babcock & Wilcox. El diseos Rothemuhle se muestran en las figuras. 1.10. Tubular, los tubos de calor y calentadores de placas y marcos de aire se han utilizado en (100 - MW Gama) calderas pequea. Sin embargo, el rotativo de diseo calentador de aire regenerativo utilizando rotacin superficie de transferencia de calor o girar las campanas de distribucin de aire predomina para aplicaciones de servicios de calefaccin de aire. El arreglo del calentador de aire puede consistir en una, dos, tres, o cuatro calentadores de aire, dependiendo del tamao de la unidad y el grado de flexibilidad de combustible deseado. Hay dos tipos de calentadores de aire regenerativos se utilizan: bisectriz (una corriente de aire por el calentador de aire) y trisectriz (dos corrientes de aire por el calentador de aire).

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Figuras. 1.10. Perfil isomtrico del calentador de aire de Rothemuhle

1.3.7 Bobinas de precalentador de aireLas bobinas de precalentamiento del aire se instalan antes del calentador de aire. Aunque su uso aumenta la eficiencia de la caldera, su propsito principal es evitar la corrosin del calentador de aire regenerativo mediante el aumento de temperaturas de la superficie de transferencia de calor. El aumento de temperaturas de la superficie de transferencia de calor produce que ocurra una disminucin de la condensacin de los cidos de la corriente de gases de combustin 1.3.8 Sopladores de holln Los sopladores de holln se utilizan para el retiro de las cenizas de la chimenea y las superficies de transferencia de calor. Existen varios tipos de sopladores de holln se utilizan en generadores. Como por ejemplo: ventiladores de pared se utilizan para las paredes del horno. Estos tienen una lanza muy corta con una boquilla en la punta. La lanza rota a medida que avanza en el horno, la boquilla va soplando el holln a travs del rea circular de la pared del horno. lanzas retrctiles de agua se utilizan en aplicaciones difciles para la eliminacin de la escoria pesada. Lanzas de agua se encuentran normalmente en el nudillo del horno o en la garganta del horno, donde las escorias pesadas pueden acumularse. sopladores de holln retrctil (figura 1.11.a) se utilizan para la limpieza del superficie del superior de horno y los bancos de tubos de conveccin. Retractables pueden ser completamente retrctil o plegable

20 parcialmente, dependiendo de la temperatura de la zona. sopladores de holln retractables tienen una boquilla en el extremo de una lanza que gira y lanza a lo largo de la superficie del tubo, un flujo de gases perpendicular.(figura 1.11.b ).

(a) (b) Figura. 1.11. a) un soplador de holln retractiles. b) representacin del trabajo del soplador de holln retractilas en cual lanza un gas a que barre con la cenizas de los tubos. sopladores de holln completamente retrctil son necesarios en zonas de alta temperaturas de gases de combustion, donde los materiales del soplador de holln no poda soportar la temperatura de los gases de combustin sin sistema de refrigeracin que fluya a travs del soplador de holln. sopladores de holln de Rotatorio se utilizan para pasar a la superficie por conveccin de baja temperatura. sopladores de holln de Rotatorio tienen boquillas mltiples a lo largo del eje del ventilador, se fijan axialmente, y gire para distribuir el soplado del holln medio sobre los tubos adyacentes. sopladores de holln de aire calenter se encuentran tpicamente en el lado del gas de combustin del calentador de aire en la entrada y la salida. La seleccin de la bomba de aire de holln calentador depende del tamao del calentador de aire. Por eso en la figura 1.12 se muestra un generador de vapor con la ubicaciones tpicas de los sopladores.

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Figura 1.12. Locaciones tpicas de un generador de vapor. Simbologia cuadrados=sopladores de pared. Triangulo=Retractables uso de altas. Circulo=Retratiles

1.3.9 Alimentadores de carbnAlimentadores de carbn se encuentran entre cada silo de carbn y de su pulverizador respectivamente. La principa funcion de un alimentador de carbn es controlar el flujo de carbn para el pulverizador, que es equivalente al la demanda flujo de combustible por consumo de vapor. El diseo de alimentacin de uso general para las plantas de energa a gran escala es el tipo de banda horizontal de la figura 1.13. Los flujos de carbn en la cinta transportadora de un tubo de alimentacin vertical y se descarga de la final de la cinta en el tubo pulverizador de alimentacin vertical. La velocidad de la cinta es muy variada para controlar el flujo de carbn. El tubo de alimentacin es normalmente construido de acero inoxidable para mejorar el flujo de carbn. Dos variaciones del alimentador de correa son el alimentador volumtrico y el alimentador gravimtrico. Correa dosificadores volumtricos suelen utilizar una barra de nivelacin posicin fija en combinacin con un cinturn de velocidad variable para controlar el flujo de carbn.

22 El dosificador gravimtrico est equipada con una bscula que pesa el carbn a medida que pasa a travs del alimentador. Los asociados de conexiones medidas de control del sistema y registros tanto la tasa de carbn de la alimentacin instantnea y el peso acumulado de alimentacin de carbn. Pero generalmente el mejor es de dosificador gravimtrico, ya que, tiene la capacidad para detectar y responder a los cambios en la densidad del carbn. A medida que el contenido de calor del carbn es generalmente ms dependiente del peso del carbn que es alimentado que en el volumen. El dosificador gravimtrico debe rendir un mejor control del flujo de energa en el horno. Adems, el dosificador gravimtrico ofrece un mtodo de medicin del consumo de carbn si alimentador mantenimiento y calibracin de la escala se llevan a cabo regularmente. Adems el sistema de alimentacin se debe presuriza con aire de sello para proporcionar un sello contra el flujo de aire caliente del pulverizador en el silo en los sistemas de pulverizador a presin. (Tenga en cuenta que en pulverizadores equipados con ventiladores de aspiracin, el pulverizador funciona a presin negativa y el flujo de aire del silo, a travs del alimentador, y en el pulverizador.)

Figura 1.12. Alimentador de carbn del tipo gravimetrito

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1.3.10

Pulverizadores

Los pulverizadores tiene la funcin de convertir el carbn en pequeas partculas de polvo, que despus ser introducido al horno para ser quemado. Este pulverizacin trae beneficios en la combustin, a travs de la eleccin de buenas mezcla combustible (mezclado de aire y carbn pulverizado). Los tipos ms comunes pulverizadores que se han utilizado en calderas a carbn: el molino de bolas molino de bolas, molino de eje vertical, y el desgaste. El molino de bolas del tubo de baja velocidad (figura 1.14) se caracteriza por los costos de mantenimiento muy bajo, pero alto consumo de energa. La parte de mantenimiento uso consiste en sustituir el desgaste de los lneas de bolas con la frecuencia de 10 a 15 aos y la reposicin de la bola de carga varias veces al ao.

Figura 1.13. Pulverizador molino de bolas de baja velocidad

El molino vertical del eje de velocidad media puede ser un tazn de fuente y de rodillos o molino de bolas y de la carrera. El tipo de recipiente y de rodillos (figura.1.14.a 1.14.b). El pulverizador de cuenco y rodillos se caracteriza por medio y alto mantenimiento y bajo consumo de energa. Revisiones pulverizador para el reemplazo o la renovacin de las superficies de desgaste de los rodillos se requieren un frecuencia de 2 a 5 aos, dependiendo de las caractersticas de abrasin del carbn a la pulverizadores de bola y de la carrera (figura 1.14. c) normalmente se han utilizado en unidades de tamaos pequeos, aunque algunas instalaciones grandes tienen molinos de bolas y de la carrera. Estos son los que se utiliza principalmente en instalaciones de

24 potencia y se espera que se utilizan en prcticamente todos los demas generadores de vapor

Figura 1.14.a. Molino de eje vertical

Figura 1.14.b. Molino de eje vertical

25

Figura1.14.c. corte transversal al un pulverizadores de bola El molino de desgaste de alta velocidad (figura 1.15) normalmente se ha utilizado en pequeas instalaciones. Se caracteriza por el alto consumo de energa y mantenimiento de, y revisiones del molino se requieren aproximadamente cada ao.

Figura 1.15. Pulverizador de molino de alta velocidad.

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1.3.11

Tuberas de carbn pulverizado y quemadores

Tubera de carbn pulverizado transmite la mezcla de aire de carbn pulverizado a la a los quemadores primario. La tubera de carbn pulverizado es normalmente de acero con espesor de pared 0,5 pulgadas (12,7 mm). revestimientos cermicos se recomiendan en las curvas tubo de carbn si el carbn pulverizado es particularmente abrasivo. Un arreglo de base de lnea de cermica incluye el rea de salida del molino, las dos primeras curvas de la tubera el pulverizador, y tramos rectos de 5 pies ms all de estas curvas. Para los problemas de erosin severa, todos los codos de carbn pueden requerir revestimiento de cermica. La disposicin de los tubos del quemador (ver figura1.16) y accesorios estn determinados por la disposicin del quemador en el horno y el tipo de pulverizador. Dos tipos de acuerdos del quemador se utilizan en las calderas de gran utilidad: la pared despedido y la esquina o tangencial (ver figura 1.17). Los hornos de pared puede ser despedido de la pared frontal, trasera dispararon en la pared, o los quemadores pueden ser delantero y trasero en la pared opuesta. La disposicin tpica de la pared del quemador-dispar est configurado de tal manera que un pulverizador alimenta a todos los quemadores de una sola planta en una pared. Pulverizadores a presin tienen puntos de venta en igual nmero a los quemadores alimentados por el pulverizador. El Ventilador de pulverizadores debe tener un flujo de salida nico del ventilador extractor. La descarga del ventilador extractor est dividida con tubo separadores de carbn para obtener un tubo de carbn individual para cada quemador servido por el pulverizador. Ventilador de pulverizadores se suelen utilizar en combinacin con hornos tangencial. El molino extractor y la combinacin de horno de pared despedido es inusual, pero existe en algunas calderas mayores. Para sistemas de calefaccin tangencial, diseos mden estn dispuestos a disparar a partir de cuatro esquinas del horno. Diseos los antiguos hornos tangenciales se pueden arreglar con un horno dividido con dos bolas de fuego, uno en cada lado del horno. El diseo del horno dividido se ha construido con y sin un muro de la divisin central. El horno cuenta con ocho quemadores dividido por la elevacin del quemador. Un pulverizador alimenta los ocho quemadores en una elevacin de un horno dividida o los cuatro quemadores por la elevacin de una "Bola de fuego solo" horno tangencial.

27

Figura 1.16. Quemador vertical con ingresos de aire secundario.

Figura. 1.17. Posiciones de los distintos quemadores

28

1.3.12

Encendedores y quemadores de calentamiento

Ignitores y quemadores de calentamiento son necesarios para la iniciacin de la llama y la estabilizacin de carga baja. El tipo de equipo proporcionado e incluso la terminologa vara dependiendo del fabricante de la caldera. Todos los fabricantes utilizan el encendedor plazo, salvo para Babcock & Wilcox, que utiliza el trmino "ligero". Quemadores de calentamiento o armas de calentamiento slo se utilizan por parte de ABB Servicios de Ingeniera de combustin en el diseo de horno tangencial. La pistola de calentamiento es un gas de entrada a alta temperatura o aceite para quemar que realiza las funciones de un encendedor. A modo de ejemplo, la entrada de calor de un nivel de cuatro caones de calentamiento general igual o superior a la capacidad de calefaccin de todos los quemadores en todas las elevaciones, frontal y trasera tanto, de una caldera de tamao comparable en la pared despedido. En el siguiente ejemplo para una 5200000 lb / h (2.360.000 kg / h) 750 MW de la caldera ilustra el quemador, encendedor, y las variaciones de calentamiento arma que se pueden encontrar: Tabla 1.4 diseo de quemador para una carga de 5200000 lb/hr Diseo de manufactura A B 56 32 120 (Mbtu/hr) 126000 (MJ/hr) 56 210 (Mbtu/hr) 221000 (MJ/hr) 28

Numero de quemadores de carbn Velocidad de quemado (Mbtu/hr) y(MJ/hr) Numero de ignitores

C 28 240 (Mbtu/hr) 253000(MJ/hr) 28

El propio encendedor requiere una fuente de ignicin. Para grandes unidades de carbn pulverizado, la fuente de ignicin inicial es una chispa elctrica de alta energa que se inicia la llama del encendedor. Quemadores de combustibles fsiles son generalmente alimentados con gas natural o de cualquier grado del aceite combustible. El propano puede ser utilizado, pero por lo general no es el combustible ms econmico para el encendedor una utilidad. Con energa elctrica "antorcha de plasma" arrancadores, que utilizan gas natural, ni tampoco el aceite combustible, tambin disponible en el mercado. La antorcha de plasma se encuentra en el eje del quemador de carbn y sustituye el encendedor convencional de gas-oil. Prcticamente no hay otros cambios en el quemador / sistema pulverizador se requiere en comparacin con un encendedor convencional / quemador / sistema pulverizador. Sin embargo, el sistema de antorcha de plasma requiere ms interruptores de la subestacin unidad secundaria, director de orquesta, y la alcantarilla. Alimentacin auxiliar tamao del transformador no se ve afectada ya que el sistema de antorcha de plasma funciona cuando otras cargas auxiliares son bajas.

29

1.3.13

Conductos, tolvas de Ceniza, y amortiguadores

El generador de vapor incluye tanto los conductos de aire y gases de combustin. Los sistemas de conductos siguientes normalmente se incluyen en las especificaciones de diseo de generador de vapor: Salida de aire del calentador de aire secundario a la caja de viento Primaria descargas de aire del ventilador del calentador de aire Salida de aire del calentador de aire primario de pulverizadores Templado aire para pulverizadores Selle los conductos de aire Detector de llama conductos de refrigeracin de aire Arrancador conductos de aire Generador de vapor del tubo de salida del gas de aire caliente calentador de aire de salida del gas a un punto final especificado. Para los generadores de vapor de la especificaciones del diseo de la red de conductos se especifica que la placa de acero, 1/4 pulgadas (6 mm) de espesor. Criterios conductos desviacin son los siguientes: conducto diseado para limitar la deflexin a 1 / 100 del tramo de la placa entre los refuerzos o el espesor de la chapa, lo que sea menor, en condiciones normales de funcionamiento. Conductos refuerzos para limitar la deflexin a 1 / 240 de la duracin de refuerzo para las condiciones normales de funcionamiento. Conductos de aire y velocidades de los gases a plena carga se especifican a continuacin conductos de aire, la velocidad mxima 3,5 pie/min (17,8 m/s) Los conductos de gases de combustin, la velocidad mnima 3,5 pie/min (17,8 m/s) Tolvas de ceniza podra ser provista en el calentador de aire regenerativo. A menudo, estas tolvas estn diseadas para la recogida de agua de lavado. Un diseo de la tolva poco profundas puede ser utilizadas para recoger el agua, sino que se "auto-radial" con respecto a las cenizas volantes. Los amortiguadores siguientes son tpicamente adquiridos en generador de vapor para: Ventilador de entrada de aire Primario paletas El ventilador de aire primario de aislamiento de descarga calentador de aire primario de gas de salida (cuando el aire primario por separado calentadores se proporcionan) Flujo de aire de pulverizador, control de temperatura, y el aislamiento Sellado, refrigeracin, presurizacin, y el control de aire y encendido aislamiento

30 Registros de aire en el quemador

1.3.14

Aislamiento y revestimiento

Aislamiento reduce tanto la prdida de calor de la caldera y proteger las operaciones y personal de mantenimiento del contacto con superficies de alta temperatura. Retraso o revestimiento protege el aislamiento de los daos fsicos. El aislamiento es generalmente especificado para limitar la temperatura de la superficie fra a 120 F (49 C) como mximo sobr e la base de una temperatura ambiente de 80 F (27 C) con una vel ocidad de aire de 60 pies (18,3 m) por minuto. Este requisito es tpicamente se reuni con 4 a 6 pulgadas (102 a 152 mm) de aislamiento en superficies planas de la caldera. Superficies del generador de vapor, aire caliente, y los conductos de gas estn aislados con aislamiento de fibra mineral de bloque. silicato de calcio rgido moldeado aislamiento puede ser utilizado en el techo del tico y en la superficie superior de los conductos

1.4 Aplicaciones de los Generadores de VaporCaldera que tiene ms aplicaciones industriales son la de tipo acuotubular. Esta se fabrican bajo las siguientes condiciones: La capacidad van aprox. desde 5 ton / h a 4500 ton / h La presiones de vapor que van desde aprox. 3.5 a 320 bar A temperaturas que van desde la saturacin del vapor a 620 C Los generadores que estn bajo de las 400 ton/ h (aprox.) se emplean el vapor en sus procesos, estas se llaman comnmente calderas industriales (ver figura 1.18) Los que estn sobre 400 ton / h, donde el recalentamiento del vapor se hace viable, las calderas se utilizan principalmente para utilidad de planta generadores de poder (Ver figura 1.19). Esta lnea divisoria es muy delgada y provisional, y las excepciones se encuentran en ambos lados de esta demarcacin arbitraria. Con la cogeneracin en aumento y las plantas de gran tamao han ganando popularidad, lo que una caldera de utilidad en el pasado se ha convertido en una unidad industrial hoy y esta progresin es slo va a continuar.

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Tabla 1.5 calderas industriales v/s calderas de generacin de vapor Parmetro Propsito Calderas industriales Proceso que requieren vapor, elctricas para uso interno, cogeneracin, calefaccin Principio del formulario Por lo general < 400 ton/ h, sin recalentamiento, < 150 bar y < 565 C Todos tipos de combustibles, adems de desecho, biocombustible, etc. Calderas de generacin elctrica Produccin de energa elctrica

Condiciones del vapor

Por lo general hasta 4500 ton / h con recalentamiento, hasta 320 bar y 620 C Priman los combustibles, en ocaciones gas de desecho, y coque de petrleo Solo algunos casos Pulverizadores de combustibles, los ciclones y las calderas de combustin de lecho fluido circulante

Combustible

Flexibilidad de utilizacin Todas de varios combustibles Quemadores Todos los tipos de quemadores, fogonero, pila de quemar, Lecho fluidizado burbujeante caldera de combustin, combustin de lecho fluido circulante, calderas pulverizadores de combustible Tipos de doble tambor o de tambor simple, construidas sobre un terreno firme y apoyadas tanto superiormente como inferiormente Circulacin Mayoritariamente natural y en algunos casos forzada dinmica Para adaptarse a proceso o cogeneracin de energa

Con un tambor simple. apoyadas slo en el terreno construido calderas

De los tres tipos natural, forzada y inducida. Para adaptarse a la generacin de energa elctrica

32

Figura 1.18 caldera de uso industrial utilizada en la cogeneracin de energa electrica

Figura 1.19 .generador de vapor utilizada para la generacin de un potencia de 800 MW.

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1.5 Controles para manejo y seguridad 1.5.1 Controles de manejo y seguridad de agua (caldera pirotubulares)a. Control de nivel por flotador. Sistema que habilita el colector de la bomba por intermedio de un interruptor para controlar el agua en la caldera. b. Control de nivel (Auxiliar) Warrick. Se acciona cuando el control de flotador falla, protege la caldera por bajo nivel de agua apagando el quemador, posee un electrodo que al dejar de censar agua inhabilita el quemador. Es importante saber, en caso de detectar el nivel de agua por debajo de la mitad del volumen total, no suministrar agua fra a la caldera porque implorara por choque trmico brusco 1.5.2

Controles de manejo de combustible

El sistema de manejo de combustible esta compuesto por elementos funcionales indispensables para una optima operacin de transporte del combustible a la zona de quema a condiciones especiales de temperatura y presin. Estos elementos deben funcionar correctamente, pues manejan lquidos o gases inflamables, que pueden causar un accidente. Componen un sistema de manejo de combustible: a. Filtro: Proteccin de cuerpos extraos. b. Bomba: Mecanismo de transporte. c. Precalentador elctrico y a gas: Elevar la temperatura del combustible. d. Vlvula desaireadora: Sacar el aire en el precalentador elctrico. e. Vlvula termosttica: Localizada a la entrada del calentador de vapor, si baja la temperatura del combustible se abre. f. Vlvula Reductora: Reduce la presin de vapor de la lnea al precalentador segn lo requerido por este. g. Trampa: Desalojar los condensados a la salida del precalentador. h. Manmetro y termmetro: Se instalan despus del filtro y muestran presin de atomizacin y temperatura. i. Vlvula Modulante: Regula la presin y la cantidad de combustible al quemador principal. j. Vlvulas Solenoides: Abren y cierran el flujo de combustible.

34

1.5.3 Controles de manejo y seguridad de atomizador de aire aguaEL PRESURETROL N.O, Es el dispositivo que controla la existencia de atomizacin, cerrando o abriendo las vlvulas solenoides del sistema de combustin

1.5.4 Controles para manejo y seguridad de aire de combustin.Control que garantiza la existencia de flujo de aire y habilita el control de combustin, para que siga la secuencia de encendido.

1.5.5 Controles de manejo y seguridad de calderas moduladasUn sistemas modulado es un sistema que permite aumentar o disminuir la generacin de vapor, variando la cantidad de combustible en al quemador. Un sistema modulado vara la energa producida por la combustin segn la demanda de vapor que los elementos consumidores requieran. Esta modulacin debe conservar las proporciones de aire y combustible para lograr una combustin eficiente con bajos niveles de contaminacin por residuos. La secuencia de modulacin consiste en: Censa presin de vapor. Percibida por sensor (Presuretrol). Enva seal elctrica a Motor modulador (Modutrol). El modulador (Modutrol) acciona el regulador de aire y la vlvula reguladora de combustible mecnicamente

1.5.6 Controles para manejo y seguridad del regulador (damper) del tiro forzadoEl damper es manejado mecnicamente por el motor modutrol modulador, garantiza que la caldera no encienda en una posicin distinta a bajo fuego, de lo contrario provocara explosiones en el encendido por exceso de aire y combustible (encendido brusco).

1.5.7 Controles para manejo y seguridad de llamaEL CONTROL DE COMBUSTIN Permite que se produzca y sostenga la llama. El sistema tiene una secuencia de encendido y operacin automtica para habilitar o deshabilitar el sistema de combustin, mediante el censo de variables como: existencia de llama, presin de atomizacin, demanda necesaria, etc.

1.5.8 Controles para manejo y seguridad de tanques de condensados

35 Para controlar el nivel de fluido en los tanques de condensado se usa vlvulas flotador, es aconsejable utilizar controladores de nivel Warrick, electrodos y vlvulas solenoides, para incrementar la seguridad.

1.5.9 Controles para manejo y seguridad en el tanque diario de combustibleSe usan como recipiente de calentamiento de fuel oil No.6 para ser manejado fcilmente por la bomba y apresurar la elevacin de la temperatura en el precalentador. Deben estar provistos: Control de nivel Resistencia elctrica Control de temperatura Venteo Bomba de trasiego Drenaje Termmetro Entrada y salida de combustible

1.5.10

Control para seguridad de gases en la chimenea

Es ubicado en algunas calderas un termmetro a la salida de los gases, en cual es enclavado directamente con el quemador pera desactivarlo cuando la temperatura supera el set point indicado. Esta elevada temperatura puede originarse por falta de agua, hollinamiento e incrustaciones al lado del agua, etc.

1.5.11

Control para manejo y seguridad de vapor de la caldera

Limita la presin de trabajo, deshabilitando el control de combustin cuando censa la presin establecida.

1.5.12

Control para manejo y seguridad de ignicin a gas

Lo ms importante de este control es el regulador de gas pues debe ser su salida de menos de media libra, de lo contrario estaramos mandando mucho caudal de gas y habra una posible explosin

1.5.13

Vlvulas de seguridad

Se accionan a determinada presin de trabajo, desalojando cierta cantidad de vapor. Debe ser manipulada solo por personal autorizado, y contener los sellos de seguridad luego de manipulada.

1.5.14

Purgas

36 El agua y vapor presente en una caldera esta provisto de sedimentos y material particulado que deben ser evacuados para evitar mal formaciones en la estructura y evitar la falsa toma de seales de presin y temperatura de los diferentes elementos de control y seguridad. Existen purgas de: Columna de agua. Se hace por lo menos cada turno. Si la cmara de Macdonnell se queda con lodos, el flotador se queda pegado dando una falsa seal de que la caldera tiene agua. Purga de fondo. Para desalojar los lodos de la caldera en la parte inferior. Si hay sedimentacin se generan puntos calientes que agrietan y queman las laminas de la caldera. Purga continua: Desaloja los lodos que circulan en el agua, las espumas y las grasas. Es continua al mantener la vlvula con una proporcin de apertura

1.6 Fallas en calderas1.6.1 Fallas en el arranqueCaractersticas: El quemador y el ventilador no arrancan (Hay enclavamiento elctrico en las calderas moduladas). Posibles causas: Bajo nivel de agua, falla del sistema de energa elctrica, interruptor manual defectuoso en posicin off, control de operacin o controles de carcter limite defectuosos o descalibrados, voltajes demasiado altos o bajos, control principal de combustin apagado o defectuoso, fusibles defectuosos en el gabinete de la caldera, trmicos del motor del ventilador o del motor del compresor que saltan, contactos o arrancadores elctricos defectuosos, motores del compresor y/o ventilador defectuosos, mecanismos de modulacin de fuego alto y bajo no se encuentran en la posicin adecuado de bajo fuego y fallo en el fluido elctrico.

1.6.2 Fallas en el encendidoCaractersticas: Ventilador y Quemador arrancan pero no hay llama principal a. No hay ignicin Posible causa: Falla de chispa, hay chispa pero no hay llama piloto, vlvula solenoide a gas defectuoso, interruptor bajo fuego abierto. b. Hay llama piloto, pero no hay llama principal Posibles causas: Llama piloto inadecuada, falla en el sistema de deteccin de llama, falla en el suministro principal de combustible, programador ineficaz. c. Hay llama de bajo fuego, pero no de alto fuego.

37 Posibles causas: Baja temperatura de combustible, presin inadecuadas de la bomba, motor modutrol deficiente, Articulacin suelta o pegada d. Falla de llama principal durante el arranque Posibles causas: Ajuste defectuoso de aire combustible, control de combustin o programador defectuoso. e. Falla de llama durante la operacin Posibles causas: Combustible pobre e inadecuado, fotocelda deficiente, circuito limite abierto, interruptor automtico no funciona correctamente, motores ocasionan sobrecargas, control de combustin o programador defectuosos, calibracin de quemador incorrecta, dispositivos de interconexin defectuosos o ineficaces, condiciones de bajo nivel de agua, falla en el suministro de energa elctrica, proporcin aire combustible f. No funciona el motor modutrol Caractersticas: No hay movimiento del modulador (modutrol) a las palancas que regulan el damper. Posibles causas: Interruptor alto y bajo fuego en posicin inadecuada, sistema de palancas pegadas, motor no se mueve a lato fuego durante la prepurga porque estn sucios o abiertos los contactos del control de combustin, modutrol no va a bajo fuego porque los contactos no se abren, el motor es ineficaz (conexin elctrica suelta, transformador del motor esta defectuoso).

1.6.3 Fallas en los materialesa. Por corrosin Proceso de accin erosiva ejercida sobre la superficie interna de la caldera por la accin mecanica de materiales slidos, abrasivos, transportados por el agua o los gases en circulacin. La corrosin tambien se presenta por oxidacin.

b. Por Sobrecalentamiento Cuando los materiales de fabricacin de la caldera son expuestos a altas temperaturas se presentan fallas de diferentes tipos dependiendo de las causas que la generan.

c. Soldadura y construccin El conjunto de partes soldadas no debe ser poroso ni tener inclusiones no metlicas significativas, debe formar contornos superficiales que fluyan suavemente con la seccin que se est uniendo y no tener esfuerzos residuales significativos por el proceso de soldadura.

38 d. Implosin y explosin Las explosiones en calderas suelen ocurrir cuando la presin a la que esta operando la caldera supera la presin para la cual fue diseada. Generalmente esto ocurre cuando algunos de los sistemas de alarma o control estan descalibrados, daados o no funcionan. Las implosiones en calderas ocurren generalmente cuando el flujo de agua de entrada para producir vapor no ingresa al equipo, ocasionando un sobrecalentamiento excesivo y el colapso del material.

2 Calderas Acuotubulares ,Pirotubulares y

Equipos auxiliares de un Calderas2.1 Generadores acuotubulares 2.1.1 Generadores por conveccinLos generadores por conveccin ms utilizados, son los de dos tubos generadores. Como prevencin, son utilizados ciertos componentes que se conectan en la parte superior de los tubos generadores, llenos de agua en su parte inferior, y de vapor en su parte ms alta. En primer lugar, hay tubos de generacin de vapor construidos entre la parte exterior del horno y el soporte del generador Por otro lado, la muralla trasera es parcialmente o totalmente protegida a travs de tubos insertados en ambos tambores. Finalmente, la muralla frontal que contiene los quemadores pueden ser parcial o totalmente protegidos. Los tubos radiados en el horno, constituyen lo que son las paredes laterales, la parte inferior y superior. Estos pueden ser organizados de tres formas: En el primer caso, son puestos uno al lado del otro, en el segundo caso, consiste en una pared membranosa que es en un conjunto de tubos adems de aletas continuas entre tubos (barras de membrana). Finalmente, la tercera consiste en tubos soldados entre si. La muralla inferior suele ser recubierta con material refractor. Esto es, debido a la necesidad de disminuir el calor radiado a los tubos. Dado que estos ltimos tienen un largo camino (pared lateral, inferior y superior).Ellos podran de otro modo estar en una condicin crtica en cuanto a su circulacin en comparacin con muchos otros tubos ms cortos conectados a los tambores. Esta tarea es asignada a aquellos tubos localizados en la orilla, en las reas ms frias de los gases de combustin. El agua fluye a travs de ellos de la parte superior a la parte baja del tambor, produciendo pequeas cantidades de vapor, debido a la baja temperatura del gas. Hay tambin generadores de este tipo equipados con bajantes externos al pasaje de gases de combustin y que alimentan el tambor inferior en forma directa.

39 En el interior, el gas corre un pasaje, o frecuentemente incluso hasta dos veces a travs de una separacin de placa deflectora a travs de dicho pasaje. La placa deflectora es generalmente hecha de acero refractor o usando los mismos tubos equipados con aletas o soldadas entre si. El gas de combustin, corre paralelamente al eje del tambor. La hilera de tubos junto la pared opuesto al horno puede ser apartado, lado a lado, conectada a travs de tubos membranosos, o soldadas entre ellos. Los quemadores son puestos en la pared frontal del generador con el eje paralelo al eje del tambor. Frecuentemente, hay solo un quemador. A lo ms puede haber cuatro quemadores.

Figura 2.1 El generador puede ser equipado con un sobrecalentador, instalado a la salida del horno en el rea de la orilla y partes sustitutas de los tubos generadores de vapor. A la salida del generador, aqu puede haber un economizador o un calentador de aire. Estas pequeas unidades pertenecen al tipo en bloque y son transportables, excepto el economizador y el calentador de aire que son una unidad entre ellos mismos. Ellos son construidos de forma entera en un taller. El ventilador y a menudo, la bomba alimentadora de agua, el combustible calentador, y la mesa de control son montadas en la misma base estructural del generador. Ellos no requieren soporte estructural. En efecto, el tambor inferior es ubicado en la parte inferior y opera como una viga en la orilla y el tambor superior. La muralla de tubos del horno es apoyado con rodamientos adecuados. Obviamente, se requiere especial cuidado para permitir la libre expansin del tambor inferior y los tubos. Finalmente la cubierta de las murallas en el lado, la muralla frontal (con los quemadores), y la muralla inferior liberan sus pesos en el la base estructural.

40 La solucin generalmente adoptada en unidades de alta potencia (no transportable), se muestra en la figura 2.2. En este caso todas las murallas son protegidas, y sus tubos son enganchados a la cabecera que, a su vez, son conectados a ambos tambores. Los quemadores son ubicados con el eje perpendicular al eje del tambor y el camino del gas se produce transversalmente a los tambores. Si un sobrecalentador es provisto, y si esta localizado en la parte superior del horno, y a veces separado por unas cuantas filas de tubos generadores de vapor. El generador puede ser soportado por una estructura por debajo o suspendido a travs de collares apropiados y tirantes conectados a un marco soportador. De esta manera la expansin es libre en cualquier direccin.

Figura 2.2 Generador de alto poder de dos tambores

41 La salida de estos generadores vara de 5 Ton/h de vapor, a 50 Ton/h y ms para modelos transportables. Estos pueden sobrepasar las 300 Ton/h para estos modelos. La presin es generalmente modesta en unidades de bajo poder pero pueden sobrepasar los 120 bar en unidades larga.

Figura 2.3

2.1.2 Generadores por radiacinGeneradores por radiacin incluye grandes unidades utilizadas en las plantas de poder termoelctricas que son caracterizadas por la presencia de un enorme horno. El calor requerido al vapor a la salida es completamente o casi todo, transferido dentro del horno. Por lo tanto, los tubos generadores de vapor, estn ausentes o reducidos a un tamao pequeo en comparacin con el generador.

42 El sobrecalentador, el recalentador potencial, y el economizador con tubos suaves que conforman un bloque junto con la caldera son instalados en el exterior del horno. A la salida del economizador, el gas de combustin que estn muy calientes (350-400C), pasa a travs del aire calentador. Luego este pasa por el holln, y despus es aspirado por la succin del ventilador si el generador tiene un horno en la depresin. De otro modo, este entra en contacto directo dentro de la chimenea si este es presurizado. Estos generadores son, a menudo, equipados con una recirculacin ventiladora de los gases de chimenea que recoge algunos de estos a la salida del economizador para introducirlo en la parte inferior del horno. Tambin puede ser incluido un ducto de By- pass de aire frio a travs del calentador de aire. Finalmente, algunos generadores son equipados con un ducto de recirculacin por aire caliente que es recogido de forma parcial a la salida del calentador de aire y dirigida hacia la succin del impulsor del ventilador. Tanto la recirculacin de los gases de combustin como los ductos secundarios que ya se mencionaron anteriormente, modifican los intercambios de calor en el generador. El ventilador de recirculacin requiere que la cantidad de combustible vare con el fin de alcanzar los niveles de temperatura deseados para el vapor sobrecalentado. Los conductos mencionados anteriormente estn destinados a prevenir o al menos mantener los fenmenos de corrisin a baja temperatura, que ocurren en el calentador de aire bajo control. Para aumentar la temperatura del aire en la succin del ventilador de empuje, en vista del fenmeno de corrosin. Se instalan unidades calentadoras para ser usados en la etapa ms fra. Finalmente, la succin de aire se puede hacer a travs de un conducto que recoge en el interior de la fbrica o por la parte superior del generador, donde este est generalmente ms clido. De esta manera, los gases de combustin intercambian calor con el aire que esta menos frio. En generadores con circulacin natural o asistida, el tambor ubicado en la parte ms alta del generador alimenta la entrada a la cabecera de los tubos de la pared de tubos en el horno a travs de grandes caeras de baja aisladas en su exterior. Si son de circulacin asistida, bombas de circulacin son insertadas a lo largo de las caeras. La mezcla de vapor de agua produce que los tubos generadores de vapor se muevan en la salida superior, y vuelve al tambor por los tubos de retorno. El tambor tiene pequeas dimensiones comparado con el tamao del generador (al comparar con el caso de generadores por conveccin), aunque su dimetro puede llegar hasta 2 metros y su longitud alcanzar hasta unos 15 metros

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Figura 2.4 generador por radiacin con circulacin normal

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Figura 2.5 Generador por radiacin con circulacin asistida Las diferentes etapas de sobrecalentamiento, el recalentador y el economizador son tambin conectadas a la entrada y a la salida. El de la entrada del economizador es alimentado por el agua proveniente de la bomba, en tanto que en la salida es conectada con el tambor. A la entrada de la primera etapa del sobrecalentador, se obtiene el vapor saturado del tambor, mientras que el vapor sobrecalentado alcanza la turbina de la que pasa a la ltima etapa a travs de las tuberas. Atemperadores son introducidos entre las etapas de sobrecalentamiento. El recalentador obtiene el vapor de la turbina a travs de una conexin y la entrada superior y enva a este de vuelta a la turbina a travs de una conexin adicional. Adems de que la muralla del horno y la de tope, las murallas laterales contienen un sobrecalentador secundario y el recalentador, asi como las paredes del tnel donde el sobrecalentador primario y el economizador son instalados, son seleccionados.

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2.1.3 Generadores de vapor por residuosLos generadores de vapor por residuos son caracterizados por la ausencia de horno, y por sta razn, ellos se consideran pertenecientes a la clasificacin por conveccin. La caldera consiste en tubos generadores de vapor en las orillas. Esta puede ser precedida de un sobrecalentador y seguida de un economizador. De esta manera se construye un generador de calor por residuos. Del punto de vista de su construccin, la caldera generalmente consiste en tubos de orilla conectados a un tambor superior y uno inferior. En otras palabras. En otras palabras, este consiste en la parte convectiva de una caldera con dos tambores. El paso de gases perpendicular al eje al eje de los tambores y en solo un pasaje. Los tubos son generalmente con aletas. Esta proviene una buena superficie para el intercambio de calor dentro de cierto espacio. Por supuesto, otras soluciones son posibles. Por ejemplo, es posible tener un solo tambor superior conectado a varios tubos rastrillos unidos al tambor por la alimentacin de agua y la recirculacin de la mezcla agua- vapor. La mayora de todos los rastrillos componen el generador banco de vapor. La caldera es instalada dentro de un ducto donde el gas caliente atraviesa por fuera, como se ver ms adelante. El sobrecalentador y el economizador son instalados en el mismo ducto. El primero consiste generalmente en colgar las bobinas con el apoyo de cabeceras de entrada y salida. Otras soluciones son posibles. Esta ltima consiste en tubos con aletas. Generalmente, estos son tubos con aletas que estn hechos de hierro fundido o de tubos de acero con manguitos con aletas de hierro fundido. Hay tambin de tubos de acero con aletas helicoidales cuando los gases de combustin no representan un peligro en trminos de corrosin. El generador de calor por residuo es, evidentemente, una estructura bastante simple y no implica tener problemas en el funcionamiento o la aplicacin. Este puede aprovechar el calor sensible de los gases de combustin procedente de otro dispositivo donde se lleva a cabo la combustin. Por ejemplo, esta es instalada a la salida de un horno de vidrio, un horno de reverbero, y un motor diesel. Hay tambin numerosas aplicaciones en la industria qumica recuperando calores sensibles de los diferentes gases de procesos. Finalmente, una vez ms una aplicacin generalizada consiste en la produccin de energa mixta a travs de turbinas de gas y turbinas de vapor (ciclo combinado). En ese caso, parte de la energa es producida por la turbina de gas. Estos gases de escape al pasar por el generador de calor residual produce el vapor que alimenta un ciclo cerrado de turbina. La figura 2.6, muestra una planta compleja que trata de diferentes secciones que pueden producir vapor alimentando una turbina o para uso tecnolgico (bajo distintos niveles de presin). La primera banca de bobinas es un sobrecalentador, seguido por dos generadores de vapor de banca, un economizador, un tercer generador de vapor de banca, y finalmente, otro economizador. La planta produce vapor sobrecalentado a 42 bar y 385 C alimentando a la turbina y vapor saturado a 11.5 bar, as como 2.25 bar para uso tecnolgico en una fbrica. El economizador esta hecho de acero con

46 aletas espirales conectadas con una soldadura resistente. Ocurre combustin con gas natural. Como se puede apreciar, los generadores de vapor de bancas consisten en 2 elementos, que son tubos. Notar que esta no es la nica solucin. En efecto, los bancos de tubos, tambin son construidos con rastrillos y conectados en el tope al nico tubo (ver figura 2.7)

Figura 2.6 Generador de calor por residuo

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2.1.4 Generador de calor por residuoEn conclusin, los generadores acuotubulares o los generadores por residuos pueden ser usados para producir electricidad o producir vapor para fines tecnolgicos tanto directamente y como liberndolo a una turbina de contrapresin. La temperatura a la cual el gas entra al generador, vara entre un caso y otro, depende de su procedencia. Esta puede ser relativamente pequea (450-600 C) o considerablemente alta (sobre 1200 C). El gas puede estar bajo presin, y en ese caso no se requiere del proyecto de la chimenea ni

48 el de ventilador de aspiracin. Naturalmente, el ducto donde el generador es ubicado debe ser perfectamente sellado y poder soportar presiones incluso del interior.

2.2 Generadores Pirotubulares.La caldera de vapor pirotubular, concebida especialmente para aprovechamiento de gases de recuperacin presenta las siguientes caractersticas. El cuerpo de caldera, est formado por un cuerpo cilndrico de disposicin horizontal, incorpora interiormente un paquete multitubular de transmisin de calor y una cmara superior de formacin y acumulacin de vapor. La circulacin de gases se realiza desde una cmara frontal dotada de brida de adaptacin, hasta la zona posterior donde termina su recorrido en otra cmara de salida de humos. El acceso al cuerpo lado gases, se realiza mediante puertas atornilladas y abisagradas en la cmara frontal y posterior de entrada y salida de gases, equipadas con bridas de conexin. En cuanto al acceso, al lado agua se efecta a travs de la boca de hombre, situada en la bisectriz superior del cuerpo y con tubuladuras de gran dimetro en la bisectriz inferior y placa posterior para facilitar la limpieza de posible acumulacin de lodos. El conjunto completo, calorfugado y con sus accesorios, se asienta sobre un soporte deslizante y bancada de slida y firme construccin suministrndose como unidad compacta y dispuesta a entrar en funcionamiento tras realizar las conexiones a instalacin. La caldera, una vez realizadas las pruebas y comprobaciones reglamentarias y legales por una Entidad Colaboradora de la Administracin, se entrega adjuntando un "Expediente de Control de Calidad" que contiene todos los certificados y resultados obtenidos.

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2.2.1 Diseo de calderas pirotubulares

Figura 2.8 caldera Lancster El material para hogares internos (calderas Cornualles y Lancster) debe poseer capacidad de deformacin suficiente, con alargamiento de fractura mnimo = 20 a la temperatura ambiente. Para el cobre se tomar, por lmite de fluencia en caliente. Las calderas de tubo de humo de acero, se clasifican de la siguiente manera: 1. De fogn externo. a. Horizontales tubulares de retomo 2. Locomviles o de locomotora 3. De fogn corto 4. Calderas del tipo compacto 5. Calderas tipo escocs 6. Calderas escocesas tipo paquete a. De cabezal posterior seco, de cabezal posterior de agua y de tapa de agua b. De dos, tres y cuatro retornos (pasos) 7. Calderas verticales tubulares Se construyen en tamaos hasta unos 6800 Kg (15000 lb) de vapor por hora (considerando un rendimiento nominal del 100%). La caldera de baja presin est limitada a 1,05 (kg/cm^2) de presin de vapor en agua caliente La caldera recibe la denominacin de caldera de tubos continuos o de tubos de retorno, de acuerdo con la direccin de flujo de los gases.

50 Puede tener un hogar interno, o estar dotada de fogn externo. El hogar interno puede ser del tipo del tubo recto, localizado dentro del cuerpo cilndrico y rodeado por paredes de agua por ejemplo la caldera de tipo escocs. O puede ser de tipo de caja, con el fogn rodeado de una superficie enfriada por agua, que recibe el nombre de paredes de agua, con excepcin de la parte de abajo (piso). Entre las de caja de fuego, quedan comprendidas las de las locomotoras. En las calderas de fogn externo (colocadas sobre muros de tabique o provisto de chaqueta de acero), el hogar est rodeado por una cubierta de material refractario en vez del agua (calderas tubulares horizontales de retomo. Su eficiencia es un poco ms alta que la de las calderas horizontales de retorno y que las del tipo locomvil (alcanza el 80% de eficiencia). Su mejor rgimen de operacin est entre 17 y 24.4 kg/m2/h de vapor (3.5 a 5 Ib/pie/h) y no debe operarse a mas de 34.2 kg/m2/h (7 Ib/pie m2/h) Componentes importantes de un generador de vapor de este tipo son: Flujo de gas El combustible es quemado debajo del extremo frontal del cuerpo de la caldera. Los gases calientes de la combustin se deslizan a lo largo de la mitad inferior de la envolvente, llegando hasta la parte trasera de la construccin El casco El cuerpo de la caldera de tubos de humo puede ser cilndrico, o de forma ovalada. En cada extremo se adaptan cabezales. Esta construccin especialmente adaptable a las calderas que trabajar, a una presin de 17.6 kg/cm2 (250 lb/plg2) Los fluses se colocan en el cabezal de tubos interior del cuerpo o dentro de los cabezales de extremos La lnea del nivel de agua se fija generalmente en un asunto localizado a no menos de 5 cm arriba del borde de la hilera superior de fluses, o de la placa de la corona, suele encontrarse tambin en calderas que trabajan con presiones hasta de 17.6 kg/cm2 (250 Ib/plg2)

51 Fluses

Fugura 2.9 Los fluses se fijan al cabezal por medio de expansin (ya sea rolndolos o expandindolos a presin), o bien se sueldan al espejo. Los fluses pueden ir dispuestos en hileras cales o en forma alternada de zigzag Los fluses son regularmente de 51 mm a 102 mm (2" a 4") de dimetro, y su seleccin depende de la prdida de tiro y del tipo de combustible a usar.Frecuentemente se aumenta el dimetro en 25 mm (1") por cada 1.22 m (4') de aumento en la longitud de los fluses. La caja de fuego Cuando la caja del fogn, ya sea de paredes de agua o de enchaquetado de acero, est construida como parte integral de la caldera, sta recibe el nombre de porttil con fogn de caja Se construyen tambin calderas con fogn de caja seccional, para el paso por lugares estrechos El material refractario se coloca despus de que la caldera ha sido montada. Si se hace necesario aumentar el volumen del fogn ms all de lo que permiten las dimensiones de la estructura de la caldera, Puertas. Las puertas de acceso a los fluses se encuentran localizadas frente a los mismos: Las puertas para la limpieza se encuentran en las cajas de humo y otras partes convenientes. Estas puertas son necesarias para remover el holln y para el cambio de fluses.

Registros El vapor o agua caliente se descarga de la parte superior de la encera por una o varias boquillas o conexiones roscadas. La velocidad del vapor no debe exceder de 14 m/seg ya que de otra manera entrara agua en el sistema y se obtendra un vapor mojado.

52 Tirantes. Cuando no hay tubos que puedan servir de refuerzo a las superficies planas contra las presiones interiores. Existe la posibilidad de reforzar estas superficies mediante tirantes, que pueden ser de brazo, de pernos y tirantes corridos. Los tirantes corridos atraviesan la longitud total del cuerpo de la caldera y conectan los espejos o cabezales entre si. Soportes. El cuerpo de la caldera est dotado de mnsulas en escuadra y soportes estructurales, independientemente de las cimentaciones de tabique. Se monta sobre una base de acero o de hierro colado

2.2.2 Tipos de calderas pirotubularesCalderas horizontalesLas calderas de vapor pirotubulares OLMAR, se fabrican con producciones comprendidas entre un mnimo de 200 Kg/h y un mximo de 17.000 Kg/h y con presiones que pueden oscilar desde 8 Kg/cm2 hasta 24 Kg/cm2.

Figura 2.10 Cada unidad pasa por estrictos controles durante el proceso de fabricacin. Los resultados de estos controles, a los que se suman los que realizan nuestros proveedores en su propio material, conforman un Expediente de Control de Calidad. De esta forma se cumple lo indicado en el Cdigo de Construccin, as como en todas las normas oficiales en vigor, tanto nacionales como de la Unin Europea. Los procesos de soldadura estn homologados y los operarios cualificados, siendo las soldaduras radiografiadas segn las exigencias del Cdigo de Diseo empleado. A diferencia de otras calderas, cuya parte trasera solo es asequible por el interior del hogar, la caldera de vapor OLMAR dispone en la parte de atrs de una puerta abisagrada y de apertura total que deja al descubierto todo el interior. La facilidad de manipulacin y la total accesibilidad, permiten al

53 operario realizar las tareas de limpieza y mantenimiento desde el exterior y lo que es muy importante, incluso inmediatamente despus de haber detenido el quemador. Obsrvense otras dos caractersticas tcnicas de suma importancia, la cmara torna fuego refrigerada por agua en su interior y la ondulacin del tubo hogar. Como puede apreciarse el conjunto configura un sistema de tres pases de gases antes de la salida de estos por la chimenea, lo que permite la obtencin de altos rendimientos trmicos que garantizan un 89 +/- 2%. Igual atencin que el proceso de fabricacin, nos merece el mantenimiento de las mquinas, para lo cual la empresa dispone de tcnicos especialmente formados pudiendo as garantizar un servicio de asistencia rpido y profesional.

CALDERAS VERTICALES Las calderas de diseo vertical, poseen una gran ventaja sobre las pirotubulares del tipo escocesa puesto que necesitan mucho menos espacio libre para su instalacin. Los equipos verticales estn disponibles para generacin de vapor como para calentamiento de agua desde 10 hasta 40 BHP, las presiones de diseo para vapor son 75, 100, 150 y 200 psi, para agua caliente son 60 y 100 psi. CALDERAS PARA BIOMASA Dentro de nuestra gama de equipos, tambin contamos con calderas para Biomasa, los cuales estn diponibles para Vapor y para Agua caliente en potencias desde 20 BHP hacia adelante, la presin de diseo en calderas de vapor es de 100, 150, y 200 psi. y en calentadores de 60 y 100 psi.

Figura 2.11 Caldera de biomasa

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Figura 2.12

2.3 Equipos auxiliares al sistema de generacin de vapor2.3.1 Equipo de suavizacin de agua Convierte el agua comn en agua blanda, la cual puede ser utilizada para alimentar la caldera. Por su importancia, este equipo se tratar por separado en otra gua de operacin.

2.3.2 Tanque de retorno de condensados Es un recipiente que contiene el agua de alimentacin a la caldera y debe de cumplir con tres funciones primordiales: Mantener una reserva mnima de agua, suficiente para alimentar a la caldera durante 20 minutos; esto determina las dimensiones que debe tener. Recuperar el agua suave de los retornos de los condensados. Para mantener econmica la produccin de vapor, debe recolectarse el condensado, ya que es agua suavizada y calentada, que tiene un costo extra en su produccin y por lo tanto no debe desperdiciarse. Precalentar el agua de alimentacin a la caldera. El agua de alimentacin a las calderas debe estar a la mayor temperatura posible para evitar daos internos a la caldera al introducirle agua fra, y adems por economa, para gastar menos combustible al elevar la temperatura del agua para convertirla en vapor. Cuanto ms caliente se le introduzca el agua, ms aumenta la capacidad de la caldera.

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2.3.3 Tanque deareador o desaereadorCuando las calderas instaladas sobrepasan de 200 caballos caldera, para produccin de vapor, se justifica la utilizacin de este tipo de tanque, que cumple con las mismas funciones del tanque de condensados, adems de que remueve el excedente de aire y los gases corrosivos (oxgeno, bixido de carbono) a travs de un deareador que se instala en su interior para crear corriente de vapor que obligue a salir por el venteo (puede ser automtico o manual)

3 Termodinmica de un Caldera y Generador de vapor.3.1 IntroduccinEn esta seccin se tratan temas como la combustin, transferencia de calor, y flujo de fluidos, son los temas sobre los que se basa la tecnologa de la caldera. Estas disciplinas implican numerosas aplicaciones. Slo ciertas facetas de estos temas son aplicables a las calderas. Este captulo trata de captar las partes pertinentes para una referencia rpida del tema a tratar. Los temas a tratar son: Fluido flujo Circulacin De combustin Ciclos termodinmicos

3.2 Propiedades de vapor y de aguaEl agua, junto con su fase de vapor, es el fluido de trabajo de la caldera. Cuando el agua se calienta a una cierta presin en un espacio cerrado, su temperatura se eleva hasta alcanzar su punto de ebullicin y se convierte en agua saturada. Este proceso es denomina punto de ebullicin, que es la adicin de calor a presin constante y temperatura constante. De este calor agregado, llamado calor latente, resulta cada vez ms vapor, y la sequedad del vapor hmedo sigue aumentando hasta que el agua se convierte en vapor. Cuando la sequedad alcanza el 100%, se convierte en vapor saturado. Adems, ms calor, eleva la temperatura del vapor esta alcanzar el llamado vapor sobrecalentado. Estas etapas se muestran en la Figura 3.1. El calor latente se reduce progresivamente con el aumento de las presiones de vapor hasta que se se convierte en cero en el punto crtico. A esta presin de 221,2 bar/225.5 kg/cm2 abs (3.206,2 psia) con la temperatura del vapor correspondiente de 374,1 C (705,4 F), el agua s e convierte en vapor

56 directamente, sin la etapa intermedia de la evaporacin. Estos valores se basan en tablas ASME vapor, que puede estar en una variacin fraccional de otras tablas. Estos son condiciones de presin critica y temperatura crtica, y ms condiciones supercrticas (SC). En la industria es normal que se refieren a las condiciones de> 250 bar ultra supercrticas.

3.2.1 ebullicin / evaporacinHervir el agua es la adicin de calor latente a temperatura constante. Es de dos tipos. Considere calentamiento de agua en una cacerola. Cuando el calentamiento es relativamente baja, se forman burbujas en la parte inferior y se levantan, llevando el calor con ellos. El fondo est siempre cubierto por el agua film, que mantiene la superficie fra y cerca de la temperatura del lquido. Este es nucleada punto de ebullicin, y todos los esfuerzos se hacen para permanecer en este rgimen en una caldera ya que el agua absorbe la de calor latente. Cuando el calor es demasiado alto y flujo de calor es grande, la pelcula de agua en el fondo con rapidez se evapora y se sustituye por una pelcula de vapor con baja conductividad. Como resultado, la superficie ya no se enfra adecuadamente y tiende a alcanzar una temperatura cercana a la fuente de calor. Esta es ebullicin, que debe ser evitado en caldera de la prctica en todas las condiciones. El agua se mueve a velocidades de 3.2 m / s en la entrada a una tubo puede prevenir con eficacia de ebullicin, como en las superficies de evaporacin de las calderas.

3.2.2 Leyes de vapor y de aguaEl agua es un lquido incompresible y obedece todas las leyes de lquidos. El vapor es un vapor compresible y obedece las leyes de los gases. El vapor hmedo es una mezcla de agua y vapor y sigue las leyes de compresibilidad de flujo de fluidos de dos fases

3.2.3 DensidadLa densidad del agua saturada, que es 958 kg / m 3 (59,8 lb/m3) a 100 C, disminuye con la aumento de la presin, a medida que aumenta la saturacin de la temperatura, haciendo que el agua expandirse. La densidad de vapor, por el contrario, aumenta con la presin cada vez mayor, ya que se comprime. Esta diferencia de densidad en ningn tipo de presin es la fuerza impulsora detrs de la promocin circulacin en un circuito evaporador. A una presin de 70 bar, el agua es de ~ 20 veces ms pesado que el vapor. A una presin de 200 bar, la diferencia de densidad se reduce a ~ 3, que sigue siendo adecuada que la circulacin natural en las calderas. En el punto crtico las dos cargas se igualdad de 315,5 kg / m 3 (19.7 lb/ft3), como se muestra en la Figura 3.2.

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Figura 3.1 Tabla 3.1

figura 3.2

3.2.4 Calor de distribucin en varios niveles de presinCon el aumento de la presin del vapor, la adicin de calor latente se reduce. En consecuencia, las cargas de trabajo del recalentador (SH) y recalentador (RH) siguen aumentando mientras que la de evaporador / caldera mantiene la reduccin. Tabla 3.1 ilustra este punto. Figura 3.3 ilustra esto por presiones > 100 bar. Las superficies de calefaccin (SHs) tambin mantienen una tendencia similar a las presiones aumentadas.

3.2.5 vapor / Ciclo de RankineEl propsito de la produccin de vapor en una caldera en una central elctrica es para expandirse en una turbina para obtienen energa mecnica a partir de energa trmica (y con la ayuda de un generador de convertirlo en energa elctrica). El vapor completamente abiertos (a niveles de vaco) se convierte de nuevo en agua de enfriamiento y condensacin del vapor en un condensador y volviendo a la bomba de alimentacin para presurizar el agua subenfriado a la presin de la caldera que sea necesario. Este ciclo se llama el ciclo de vapor o de Rankine, las caractersticas principales son las siguientes:

58 El calor del condensador se pierde y paga para minimizar esta prdida. Ciclo de eficiencia = (total de calor del vapor - la prdida de calor en el condensador) / total de calor de vapor = rea bajo 1234561/area en 12.345 en la Figura 3.1.

figura 3.3

figura 3.4

En el total de calor del vapor, el calor de RH tambin se incluye si el RH se instala. La eficiencia del ciclo mejora con el RH segn el calor de vapor se incrementa ms que lo perdido en el condensador. La eficiencia del ciclo aumenta cuando: -El vapor se genera en la presin ms alta posible y la temperatura. -El vaco en el condensador es el ms bajo posible. -El vaco en el condensador est limitada por la temperatura de entrada de agua de refrigeracin y el aumento de la temperatura admisible La eficiencia del ciclo puede ser mejorada mediante el calentamiento de regeneracin de la condensacin, mediante la extraccin de una parte del vapor de la turbina y la transferencia de su calor al condensado, en lugar de

59 ampliar a la presin del condensador completamente y perder todo el calor latente del agua de la refrigeracin. Esto se realiza progresivamente a lo largo de varios niveles de presin en la turbina para transferir la energa ptima para aumentar la eficiencia.

3.2.6 Propiedades de vapor y de aguaPropiedades confiable, precisa de vapor y del agua son esenciales para el tamao y la operacin de la caldera. Para todos los efectos prcticos de las tablas existentes son fiables y suficientemente precisos para el diseo de la caldera y la aceptacin a pesar de pequeas diferencias entre ellos.

2.2.7 Mollier tabla o diagrama entalpa-entropa (H-s)Total tabla H-s en unidades imperiales (Figura 3.5), as como un extracto de la parte pertinente para el funcionamiento de la caldera en el SI (Figura 3.6) se incluye aqu para referencia.

3.2.8 Diagrama temperatura-entropa (T-s)El diagrama T-s en unidades imperiales se muestra en la Figura 3.7, que se utiliza para representar el ciclo de vapor y la comprensin de la forma en que el vapor en peso (SBW) aumenta a medida que el agua es climatizada.

Figura 3.5

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Figura 3.6

figura 3.7

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3.3 Transferencia de CalorLa transferencia de calor parte con la transmisin de energa trmica de mayor a menor nivel de uno o una combinacin de los tres modos clsicos de transmisin, la conduccin, conveccin y la radiacin. Los fundamentos de estos procesos de transferencia de calor son individualmente simples, pero las aplicaciones son complejas debido a la ocurrencia simultnea de varios modos de transferencia de calor, las formas irregulares que participan, las condiciones dinmicas, y as sucesivamente. Eso es por qu el calor de la transferencia es una ciencia no tan exacta, porque las variables son muchas y son dinmicas. Adems, un cuerpo muy grande de datos sobre las propiedades fundamentales de los materiales es necesario. 1 La conduccin es la transferencia de calor de una parte de un cuerpo a otro, o de un cuerpo a otro en contacto fsico. Es el flujo de energa que se produce en una sustancia sin movimiento apreciable de las molculas debido a las vibraciones del enrejado y el flujo de electrones libres. Calor flujo de gases combustin al agua / vapor a travs de la de pared de metal en una caldera, la prdida de calor del horno a la atmsfera circundante a travs de aislamiento y la prdida de calor del vapor caliente / tuberas de agua a travs del aislamiento son ejemplos de conduccin.

2

La conveccin es el flujo de energa procedente de la superficie de la planta que rodea el uid debido a la conduccin y la mezcla de flujo de molculas. Es la transferencia de calor 2.1 Desde un punto a otro dentro de un fluido debido a su movimiento 2.2 Desde un fluid para otro por la mezcla de fluidos 2.3 Entre un slido y un fluido a travs de un movimiento relativo entre ellos Calor flujo de gases combustin a los bancos de tubos y prdida de calor del revestimiento de la caldera o la pipa son ejemplos de conveccin.

La conveccin puede tener lugar en: a. Una sola fase como en la conveccin forzada o libre. i. conveccin forzada. Una fuerza externa se mueve la planta UID sobre la superficie. La las velocidades y las tasas de transferencia de calor por radiacin son naturalmente ms alto. ii. conveccin libre. Slo una fuerza natural es en el trabajo, tales como la gravedad o flotacin. Las velocidades y las tasas de transferencia de calor son ms bajos. Dos fases como en ebullicin o condensacin i. Ebullicin. Cuando un lquido absorbe el calor de una superficie, que est a una temperatura ms alta que la temperatura de saturacin, se produce un cambio de fase como el lquido se convierte en vapor, lo que se llama punto de ebullicin. ii. Condensacin. Cuando un vapor reparte el calor en contacto con una superficie, que est a una temperatura ms baja que la temperatura de saturacin, se produce un cambio de la fase como el vapor se convierte en lquido, lo que se llama condensacin.

62 3 La radiacin es la transferencia de calor por ondas electromagnticas de la superficie sin el necesidad de ningn medio. Flujo de calor en un horno de la caldera es casi en su totalidad por la radiacin.

3.4. Reaccin tericaEs la reaccin de combustin total, pasando todo el C a CO2 y H a H2O. Es una caracterstica del combustible, independiente del proceso de combustin posterior. C8H18 + a (O2 + 3,76 N2) b CO2 + c H2O + d N2 El ajuste de la ecuacin se realiza con balances individuales (C, H, O, N). De esta manera, se puede deducir la ecuacin qumica estequiometria: C8H18 + 12,5 (O2 + 3,76 N2) 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2

3.4.1. Reacci