Generatori, caldaie ed impianti

Definizioni

Caldaia: corpo metallico nel quale avviene la trasformazione dell'acqua in vapore.

Generatore: insieme costituito dalla caldaia e da tutti i suoi accessori.

Relazione tra potenzialita' e potenza bruciatore

Tanto per avere un'idea ...

Relazione tra producibilità W (t/h)

e potenza bruciatore P (kW):

1 t/h richiede CIRCA 700 kW (0,7 MW)

a titolo di esempio, possiamo stimare che un generatore da 12 t/h, richiede un bruciatore avente indicativamente una potenza di 12 x 700 = 8400 kW (8,4 MW)

Generatore di vapore a tubi da fumo a tre giri di fumo con camera di inversione laterale (LOOS)

Disegno in sezione di generatore di vapore a camera di inversione bagnata laterale. (Loos)
Generatore di vapore (sezione longitudinale). Una sola valvola di sicurezza, come da normativa tedesca (Germania)

Le due principali famiglie

... tubi da fumo

  • Il generatore ha la forma di un grande cilindro orizzontale
  • Vapore saturo per uso termico - sfruttamento del calore latente.
  • Pressioni fino a 20 bar
  • Indicatori di livello a vetro prismatico
  • II mezzo di alimento: Iniettore
  • Sonda di minimo livello in barilotto interno alla caldaia.

 

... tubi d'acqua

  • Il generatore ha la  forma di un parallelepipedo, come una grande scatola 
  • Vapore surriscaldato per produzione termoelettrica
  • Pressioni oltre i 30 bar
  • Presenza di surriscaldatori
  • Indicatori di livello con vetro a lastra piana
  • II mezzo di alimento: turbopompa
  • Sonda di minimo livello in barilotto esterno (nopn intercettabile) al corpo cilindrico superiore.
A volte:
tubi d'acqua per pressioni modeste senza surriscaldatore: perché?
  1. Per il tipo di combustibile: solido bruciato su griglia (biomassa)
  2. Per scelta (maggiore sicurezza in caso di esplosione)
  • II mezzo di alimento: cavallino a vapore
  • Indicatori di livello a vetro prismatico

Vedi nei menu a lato le sottocategorie:

  1. Costruzione
  2. Tubi da fumo
  3. Tubi d'acqua

ed altro.

Generalità

Producibilità o potenzialità W (t/h) ma (kg/h) nelle formule

Producibilità è la quantità di vapore che il generatore riesce a produrre in un'ora, od anche la quantità di acqua che il generatore è in grado di vaporizzare il un'ora.

 

Superficie di riscaldamento S (mq)

Superficie lambita dai fumi da una parte e da acqua (liquida!) dall'altra, misurata lato fumi.

 

Nota: un identico metro di tubo, ai fini del calcolo, costituisce una superficie di riscaldamento maggiore se fa parte di una caldaia a tubi d'acqua e minore se di una a tubi da fumo.

 

Producibilita' specifica

La producibiliota' specifica di un generatore di vapore, e' il rapporto tra la producibilita' e la superficie di riscaldamento (definita come superficie della lamiera lambita dai fumi da un lato e dall'acqua - liquida!!! - dall'altro; misurata lato fumi).

Ws = W/S

Dove:

W = producibilita' in kg/h (t/h non nelle formule)

S = superficie di riscaldamento in m2

Ws = producibilita' specifica in kg/m2h

 

Caldaia stressata?

Domanda: perche' nei generatori e' bene evitare producibilita' specifiche troppo elevate?

Perche' la producibilita' specifica e' in stretta relazione con il carico termico superficiale delle superfici riscaldanti, e quindi anche con lo stress al quale e' sottoposto il materiale che costituisce la caldaia.

Dunque, meglio evitare Ws troppo elevate...

1) Per evitare eccessivo stress al materiale che costituisce la caldaia, materiale che deve essere attraversato dall'energia termica che dal "fuoco" passa all'acqua.

2) Per garantire che l'acqua  possa asportare il calore restando in forma liquida ed evitando surriscaldamenti localizzati.

Un chiarimento e' nell'immagine seguente.

Considerando un generatore di vapore da 10 t/h, con una superficie di riscaldamento di 200 mq, come valori MEDI, siamo lontani dal problema della formazione del film di vapore, infatti:

W = 10 t/h significa indicativamente 7 MW = 7000 kW.

S = 200 mq

Ws = 10.000 / 200 = 50 kg/mqh

Facendo una proporzione si ha che se

1 t/h -> 700 kW allora 50 kg/mqh -> 35 kW/mq

Il carico termico superficiale della caldaia e' infatti 7000 / 200 = 35 kW/mq, lontano dai 200 che iniziano ad originare il problema del film.

Bisogna pero' considerare che il calcolo esprime valori medi, ma in un normale generatore di vapore a tre giri di fumo, ben due terzi della potenza termica viene trasmessa all'acqua dalla superficie della camera di combustione, ed il restante terzo nei giri di fumo ... se poi per una qualche ragione la circolazione dovesse non essere ottimale, si puo' rischiare di arrivare alla formazione del film di vapore, con il conseguente surriscaldamento delle lamiere e la conseguente riduzione delle caratteristiche meccaniche dell'acciaio, e la possibile e probabile conseguente deformazione della caldaia. 

 

Una superficie di riscaldamento molto generosa in relazione alla producibilita' (bassa producibilita' specifica) e quindi poco sollecitata termicamente e' un'ottima premessa per una lunga vita del generatore, ma ha una controindicazione: i costi di produzione e conseguentemente di vendita crescono, con le conseguenze relative in fase di confronto economico delle offerte.

 

 

Superando i 200 kW/mq (delta T acqua-lamiera > 200 gradi). Si origina un film di vapore che porta al rapido surriscaldamento della lamier con conseguenze che possono essere catastrofiche.
Relazione tra potenza specifica trasmessa e modalita' di vaporizzazione

Elementi caratteristici dei generatori di vapore