2. presentacion calderas

GENERALIDADES DE LAS CALDERAS

Curso de Operación Calderas

Conferencista

Ing. Álvaro Orjuela

CALDERA

Una caldera es un recipiente a presión diseñado para generar vapor de agua,Absorbiendo el calor liberado en lacombustión de un combustible oTambién de gases calientes provenientes de un proceso externo o de elementos eléctricos.

Partes de una caldera

Partes de presión, incluyendo superficies de calentamiento

Conexiones para entradas y salidas tanto de agua como vapor

Hogar Conexiones para el manejo de aire y gases Aislamiento y refractarios Soportes estructurales Estructura de soporte para el equipo de combustión y

auxiliares Tapas para inspección y acceso Válvulas y accesorios Sistemas de control

Capacidad de producción de vapor de las calderas

La producción de un generador de vapor se da frecuentemente en libras de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide exactamente la energía producida. La capacidad de una caldera de vapor se expresa más concretamente en forma de calor total transmitido a través de sus superficies en Btu/hr (KW), en el cual el calor transmitido es igual a la variación de la entalpía del fluido.

Parámetros de diseño de una caldera

1. Presión de operación de vapor2. Temperatura de vapor3. Temperatura del agua de alimentación4. Generación de vapor por hora5. Análisis del combustible y su poder

calorífico6. Eficiencia requerida7. Condiciones de estabilidad de carga8. Elevación sobre el nivel del mar

TIPOS DE CALDERAS

Pirotubulares Cámara trasera seca Cámara trasera húmeda Parrilla viajante interna Parrilla viajante externa

Acuotubulares

Compactas Industriales Circulación controlada Circulación forzada

Aceite Térmico

Calderas Pirotubulares

Como su nombre lo indica, el gas circula dentro de los tubos y el agua por fuera.

Este tipo de calderas se fabrican en capacidades que van desde 1 BHP hasta aproximadamente 900 BHP, en unidades estandarizadas de 5, 10, 20, 40, 100, 200 y más BHP.

Las presiones de operación más comunes son 150 Psi y 250 Psi, aunque por supuesto puedentrabajar a presiones muy bajas también.


La máxima producción de vapor que se puede conseguir con una unidad de este tipo es del orden de 30.000 lb/hr (3.8 Kg/s) y solo producen vapor saturado. No es conveniente diseñarlas para presiones mayores a 300 Psi (20.7bar) ni para producir vapor sobrecalentado.

Son de bajo costo ya que su fabricación es sencilla y se utilizan para quemar combustibles gaseosos, líquidos y sólidos.

Se subdividen en cámara trasera seca, cámara trasera húmeda, parrilla viajante interna, parrilla viajante externa.


Cámara trasera seca:

Se caracteriza porque la parte posterior es de refractario, son para combustibles gaseosos y líquidos, Son de dos o tres pasos de gases y tienen una liberación térmica volumétrica del orden de 150,000 Btu/pie3 – hr (5,592,300 KJ/m3 . hr)

Cámara trasera seca


Calderas Pirotubulares Cámara trasera seca

Cámara trasera húmeda

La cámara trasera es enfriada por agua

evitando recalentamiento en su parte posterior.

Posee otras características iguales a la cámara trasera seca



Cámara trasera seca

Parrilla viajante interna

Posee dentro de la cámara de combustión una parrilla viajante para efectuar combustión sobre lecho, quemando carbón únicamente.

Requiere liberaciones térmicas de parrilla entre 400.000 y 500.000 Btu/pie2 – hr (4,543,000 y 5,678,800 KJ/m3 . hr) dependiendo del carbón.

Se deben adicionar una serie de auxiliares como

colector de ceniza, ventilador de tiro inducido, cámara de combustión y tubos de mayor diámetro



Parrilla viajante interna

Parrilla viajante externa

La caldera posee en su parte frontal un hogar formado por paredes aleteadas y cabezales y en su parte inferior se ubica la parrilla.

Tiene como ventajas un mayor volumen de hogar para producir una mejor combustión y la posibilidad de quemar otros combustibles como maderas, aceite No.6 o gas natural.

Requiere también auxiliares como en la parrilla viajante interna.


Calderas PirotubularesParrilla viajante externa

Calderas Acuotubulares

Cuando se requieren presiones superiores a 300 Psig (20.7 Bar) se hace indispensable la utilización de calderas acuotubulares, aunque desde luego pueden operar de 120 Psig (8.3 Bar) en adelante.

Las capacidades de estas calderas se acercan a los 10 millones de libras por hora de vapor (1258 Kg/s) y aún más, y presiones de 2,500 Psig (172.4 a 275.9 Bar) a 4,000 Psig a la salida del sobrecalentador con temperaturas de vapor sobrecalentado y recalentado de 1.025°F (551.7°C).

La capacidad de estas calderas no se acostumbra medirlas en BHP, normalmente se expresan en lb/hr (Kg/s) de vapor producido o en Mbtu/hr, teniendo en cuenta que cada libra de vapor a una presión y temperatura dadas dispone de una cantidad determinada de Btu (KJ).

Se dividen en acuotubulares de circulación natural y circulación forzada.


Tipos de Calderas Acuotubulares

o Compactas:- Tipo A- Tipo Do Industrialeso Térmicaso Circulación Natural o Circulación Forzada

Las tipo A constan de tres tambores, uno de vapor y dos inferiores de lodos.

El flujo de gases circula por los dos bancos de tubossimétricos.

Se le puede colocar sobrecalentador de vapor hasta de 750°F (398.9°C) y se pueden operar hasta 800 Psig (55.2 Bar).

Su eficiencia es del 85% con aceite y del 80% con gas natural cuando utilizan equipos recuperadores de calor (calentadoresde aire o economizadores).

Normalmente se fabrican en planta y se transportan al sitiosemiensambladas, si las carreteras y el medio de transportelo permiten.


Calderas Tipo A

Calderas Tipo A


Calderas Tipo D

Las Calderas Tipo D poseen los mismos parámetros de diseño que la de tipo A y se diferencian solamente en su arreglo físico, pues el hogar está a un lado y solo tienen un banco de tubos por donde circulan todos los gases.

Se puede fabricar calderas tipo D hasta 800,000 lb/hr (101 Kg/s) de vapor; presiones de 1,500 Psig (103,4 Bar) y temperaturas de 950°F (510°C).

Las calderas tipos A y D no se recomiendan para cargas inestables



Calderas Tipo D

Calderas Tipo IndustrialLas industriales son de mayor tamaño que las compactas y para un trabajo más pesado.

La Convencional utiliza dos tambores, uno de vapor y otro delodos; quemadores frontales y flujo de gases perpendicular al eje del tambor.

Combustibles como el aceite y el gas natural o de refinería.

Normalmente utiliza sobrecalentador, economizador ocalentador de aire.

Requieren un solo ventilador que suministre el aire decombustión y sea capaz de transportar los gases a través detodo el sistema.


Calderas Tipo IndustrialCalderas Acuotubulares

Industriales para combustibles sólidos

Pueden quemar cualquier combustible, incluyendo bagazo, basuras, carbones, cascarilla de algodón, madera, etc.

Son de tiro balanceado requiriendo ventilador de tiro forzado, inducido y sobrefuego.

La capacidad se limita por el tamaño de las parrillas y se puede obtener hasta 350,000 lb/hr (44 Kg/s) de vapor presiones de 1,000 Psig (69 Bar) y temperaturas hasta de 950°F (510°C).

Aunque su principal utilización es para proceso, también se construyen para generación de energía.


De acuerdo con los requerimientos, posee parrillas estáticas, volcables y viajantes y dependiendo de las anteriores, su diseño varía pudiéndose diseñar del tipo soportadas sobre la parte inferior de la caldera o soportadas desde el techo afectando el precio de venta sensiblemente.

Las eficiencias con bagazo, madera y celulósicos en general fluctúan de 60% a 70% y con carbón, del 78% a 85% aproximadamente.



AIRE

CHIMENEA SUCCION DE

AIRE

MEDIDOR DEFLUJO DE

AIRE

DAMPER DE CONTROL DE AIRE

VENTILADOR DETIRO FORZADO

AIRE DEL CALENTADOR

1° PASO 2°PASO

TAMBOR DE LODOS SOBRE CALENTADOR

DUCTO AIRECALIENTE A QUEMADORES

COLECTORESLATERALES DE

PAREDES DE AGUA

QUEMADORESN° 1 Y 2

CAJA DE AIRE

QUEMADORES N° 3 Y 4

PARED DEQUEMADOR

GARGANTAREFRACTARIA DEL

QUEMADOR

TAMBOR DE VAPOR VAPOR AL SOBRECALENTADOR

CHIMENEA

GASES AL ECONOMIZADOR

GASES DELCALENTADOR

AIRE FORZADO

JUNTA DEEXPANSION

ZONA DECONVECCION

PRECALENTADORDE AIRE CONVAPOR GASTADO

GASESCALIENTES

ZONA DE RADIACION

ZONA DE COMBUSTION

HORNOBAFLE DEFLECTOR

PRINCIPAL

ECONOMIZADOR

75 ºF

392 ºF

2.405 ºF

800 ºF

640 ºF

425 ºF

506 ºF

2.100 ºF155 ºF

H2O 250 °F

H2O 306 °F

750 °F

VAPORGASES DE EXPULSIÓN

AIREAIRE



Calderas de Aceite Térmico

Son Calderas Fabricadas con el fin de calentar fluidos térmicos hasta temperaturas de 350°C.

Se utilizan en procesos en donde se requieren altas temperaturas que el vapor solo puede dar con muy altas presiones.

Trabajan con presiones hasta de 180 psi.

CALDERA DE ACEITE TERMICO

QUEMADOR

ENTRADA DE ACEITE

SALIDA DE ACEITE

SALIDA DE GASES

CALDERA DE ACEITE TERMICO

Componentes auxiliares

Calentador de aire

Existen del tipo tubular y del tipo regenerativo. Su objetivo es precalentar el aire y es absolutamente indispensable en unidades donde el combustible contiene alta humedad.

Un calentador de aire incrementa la eficiencia de una caldera del orden de 5 por ciento.

Un calentador de aire siempre puede pagarse entre 1 y 2 años.

El calentador de aire desde luego incrementa el número de ductos, estructura, aislamiento, requiere motores y ventiladores más grandes.

Economizador

Es un precalentador del agua de alimentación a la caldera recuperando calor de los gases que irían a la chimenea perdiendo su energía.

El Economizador significa ahorro de dinero por un menor consumo de combustible.

No siempre se pueden instalar estos equipos en calderas, especialmente en pirotubulares de baja presión, pues la temperatura de saturación es muy baja y se puede obtener evaporación en el economizador.


Sobrecalentador de vapor

El sobrecalentador incrementa la temperatura del vapor saturado para asegurar o que esté bien seco o para obtener una temperatura requerida en turbinas o procesos.

Este banco es uno de los más difíciles de diseñar, porque el trabajo y las condiciones a los que está sometido pueden hacer que falle su comportamiento, como una diferente calidad de combustible, un Diferente exceso de aire, variaciones de presión y temperatura, entre otros.


Penthouse Roof - clean roof design, nopenetrations to cause leaks, cold spots orcorrosion

Suspension Insulators - 4-pointsuspension of each electrical section provideslonger insulator life and less downtime

Electrode Rapper Drives - more intenserapping directly on rigid electrodes removesdifficult dusts better

Transformer RectifierCollecting Plates - individualinterlocking strips designed for narrow andwide spacing

Plate Rapper Drives - bottom rappingproduces the highest force where most dustcollects

Rigid Discharge Electrode (RDE) -available in different designs and spikespacing arrangements to suit various processrequirements

Gas Distribution Devices available in different designs and spike spacing arrangements to suit various process Requirements Gas Distribution Devices

PRECIPITADOR ELECTROSTATICO

FILTRO DE MANGAS

Canastilla

Limpieza Neumática

DESAIREADOR

Fin de la Presentación

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