Turbine

Algunas notas sobre calderas.

CIRCULACIÓN NATURAL
Q

Calderín
Downcomer
“Raiser”

Salto de presiones para la circulación

∆p=gHρD-ρm
Por simplicidad:
ρm=(ρD+ρTOP)2

ρD=densidad del agua saturada en el "downcomer=1ϑD ;(ϑD volumen especifico)

ϑTOP=(1-x)ϑliqsat+xϑVap sat , siendo x el título del vapor en la salida de los “raiser”

Tasa de circulación (“Circulation ratio”) =flujo másico de agua saturada en el "downcomer"flujo másico de vapor que sale del calderín

CR=mDmv=mv+mliqmv=1mvmv+mliq=1xTOP ; ( xTOP=TDF ("Top Dryness Fraction)

mD=gasto másico de agua saturada en el "downcomer
mv=gasto másico de vapor a la salida del calderín
mliq=mD-mv

6≤CR≤25

Caída de presión en los tubos : ∆p=fLDρv22

Dimensiones

DOWNCOMER (150 mm ≤ D ≤ 200 mm)mD=(nπ4D2)ρDv
n= número de tubos
v= velocidad de circulación (0,4 m/s ≤ v≤ 1,4 m/s)

6≤n≤20

BLOWDOWN (Sangrado)

Las impurezas que quedan en el agua de alimentación de la caldera después de su tratamiento previo, lo hacen en forma de “sólidos disueltos totales”, TDS), se expresan en “ppm”(en masa)-El agua saturada proveniente del economizador llega de manera al calderín y de éste sesepara el vapor hacia el sobrecalentador, de esta manera la concentración de sólidos crece en el calderín.

Para mantener una cierta concentración de dichos sólidos es necesario “sangrar”(blowdown) el calderín. El “blowdown” puede ser continuo o intermitente, siendo aquél el más utilizado en las calderas de generación de electricidad.

Los sólidos precipitan en el fondo del calderín y sonextraídos con algo de agua presurizada abriendo la válvula correspondiente en el fondo del calderín-

Se inyecta fosfato trisódico (Na3PO4) o tanino en cantidades adecuadas en el calderín para ayudar en la precipitación de las sales.

Por tanto, en estado estacionario de “blowdown” continuo se tendrá:

Impurezas que entran = impurezas que salenmagua*(ppm)agua=BD*(ppm)calderín+1-x*mv(ppm)arrastrado

Donde:

magua = Gasto másico de agua que entra en el calderín (kg/s)
BD = Gasto másico de sangrado necesario (kg/s)
mv = Gasto másico de vapor que sale del calderín
x = Título del vapor que sale del calderín

Algunas veces el proceso de separación implica un “lavado” del vapor haciendo pasar éste a través de una lluvia de aguarelativamente pura antes de pasar por los secadores (“scrubbers”). El agua de alta pureza se inyecta para reducir la concentración de impurezas arrastradas en el vapor.

Así, en estado estacionario se tiene

m(in)*(ppm)in+marrastrado*(ppm)cald=(min+marrastrado)*ppmarrastrado

Donde :

m(in) = Gasto másico de agua inyectada kg/s
marrastrado = Gasto másico de humedad arrastrada kg/sECONOMIZADOR

Los gases entran al economizador a temperaturas comprendidas entre 370ºC y 540ºC
Los economizadores modernos , a menudo, se diseñan para permitir cierta formación de vapor (hasta un 20% a plena carga y menos a cargas parciales) y en este caso se les conoce como “steaming economiser”

Los tubos del economizador generalmente poseen unos diámetros comprendidos entre 45mm y 70 mm(diámetro exterior) y se establecen en bobinas (“Coils) verticales de tubo continuo.

La separación entre tubos de cada bobina se encuentra comprendida entre 45mm y 50 mm, dependiendo del tipo de combustible utilizado

Con relación a la figura, se puede escribir :

QECO=mgases*cpgases*tg1-tg2=magua *cpgases*tsat-tagalimentación = U0*A0*∆tlm

Donde

∆lm=∆ti-∆teln∆ti∆te =Diferencia terminal logarítmica media (∆ti=tg1-tsat; ∆te=tg2-tagalimentación
U0 = Coeficiente global de transmisión de calor

A0 = Superficie total de intercambio

1U0A0=1hSCAi+1hiAi+xwkwAlm+1hfoA0+1hoA0
Siendo a su vez:

hSC= Coeficiente de película desde los depósitos (“scale”) formados en el interior de los tubos hacia el agua

hi = Coeficiente de película en el interior de los tubos...