Caldera de circulación forzada

Una caldera de circulación forzada es una caldera en la que se utiliza una bomba para hacer circular el agua en su interior. Esto difiere de una caldera de circulación natural que depende de la densidad de corriente para hacer circular el agua en su interior. En algunas calderas de circulación forzada, el agua circula a una velocidad veinte veces superior a la de evaporación. ^[1]

En las calderas acuotubulares, la forma en que el agua se recircula dentro de la caldera antes de convertirse en vapor se puede describir como circulación natural o circulación forzada. En una caldera acuotubular, el agua se recircula en el interior hasta que la presión de vapor del agua supera la presión de vapor dentro del tambor de flujo y se convierte en vapor saturado. La caldera de circulación forzada comienza de la misma manera que una caldera de circulación natural , en la bomba de agua de alimentación. El agua se introduce en el tambor de vapor y circula alrededor de la caldera, saliendo solo como vapor. Lo que hace que la caldera de circulación forzada sea diferente es el uso de una bomba secundaria que hace circular el agua a través de la caldera. La bomba secundaria toma el agua de alimentación que va a la caldera y aumenta la presión del agua que entra. En una caldera de circulación natural, la circulación del agua depende de las presiones diferenciales causadas por el cambio de densidad en el agua a medida que se calienta. Es decir, a medida que el agua se calienta y comienza a convertirse en vapor, la densidad disminuye enviando el agua más caliente y el vapor a la parte superior de los tubos del horno.

A diferencia de la caldera de circulación natural, la caldera de circulación forzada utiliza una bomba de circulación de agua para forzar ese flujo en lugar de esperar a que se forme el diferencial. Debido a esto, los tubos de generación de una caldera de circulación forzada pueden orientarse de cualquier manera que requieran las limitaciones de espacio. El agua se toma del tambor y se fuerza a través de los tubos de acero. ^[2] De esta manera, es capaz de producir vapor mucho más rápido que una caldera de circulación natural.

Un ejemplo de caldera de circulación forzada es la caldera LaMont . Estas calderas se utilizan en casos en los que hay alta presión , por encima de los 30 megapascales . ^[3]

El generador de vapor de circulación forzada Clayton no tiene un tambor de vapor en el sentido típico. Una serie de pequeños tubos que forman parte de una bobina gigante, generalmente hecha de acero, tienen agua de alimentación bombeada a gran velocidad. El agua se bombea desde la parte superior del generador de vapor hasta la parte inferior y hacia afuera. Los tubos están dispuestos de tal manera que los gases de combustión pasan alrededor del tubo y luego calientan el agua. Básicamente, la disposición se puede describir mejor como una gran bobina de tubería de paredes delgadas que envuelve la circunferencia de un tambor de acero vertical que da vueltas y baja hasta llegar al fondo. Como solo una parte del agua puede convertirse en vapor, es importante separar los dos y enviar el agua de regreso para absorber más calor. Si esta separación no ocurre, el daño al sistema podría ser costoso. Si el vapor pasa por los tubos de generación en el interior, los tubos pueden sobrecalentarse y debilitarse, y si se permite que el agua baje al sistema de vapor, puede producirse corrosión, golpe de ariete u otros efectos nocivos. Para combatir esto, después de salir del generador de vapor, la mezcla se hace pasar por un separador de vapor centrífugo que hace exactamente eso, produciendo vapor que es superior al noventa y nueve por ciento de vapor saturado seco. ^[4] Si se desea vapor sobrecalentado , se hace pasar un serpentín adicional a través del generador de vapor. Para mantener un nivel constante de agua en el separador de vapor, se utiliza la bomba de alimentación junto con un sistema de nivelación. Una gran ventaja de este sistema es que se puede generar vapor muy rápidamente. Sin embargo, la desventaja de este sistema es la dependencia total de un suministro constante de agua de alimentación. Sin el suministro constante, el sistema puede estar sujeto a un daño masivo y costoso ^[5].

• Los tubos del evaporador pueden construirse en cualquier orientación. La circulación natural requiere tuberías verticales, mientras que la circulación forzada garantiza el flujo en cualquier dirección. ^[6]
• Las paredes del tubo pueden construirse más pequeñas debido a la mayor tolerancia a pérdidas de presión más elevadas. ^[6]
• La caldera de circulación forzada general tiene una relación de circulación baja, que oscila entre tres y diez. La relación de circulación es la cantidad de vapor que se produce por la cantidad de alimentación introducida. Las calderas de circulación natural tienen una amplia gama de relaciones de circulación, que van desde cinco hasta cien. ^[6]

• La caldera de circulación forzada requiere más energía y agua que una caldera de circulación natural. Esto se debe a los requisitos eléctricos de la bomba que fuerza la circulación y a la cantidad de agua que circula por los tubos. ^[6]
• Las piezas adicionales necesarias (tambor de vapor, bomba de circulación y orificios para limitar el flujo) hacen que una caldera de circulación forzada tenga un mayor costo y mayores oportunidades de falla, lo que le da una menor confiabilidad que la de circulación natural. ^[6]
• La bomba debe estar debajo del tambor de vapor para aprovechar la presión debido a la altura del agua. Si la bomba no estuviera allí, cuando llegue al separador de vapor y el agua regrese a la bomba, la presión puede llegar a ser lo suficientemente baja en el ojo del impulsor como para causar cavitación y daños posteriores. ^[6]
• Dado que hay dos bombas, controlarlas y lograr que funcionen sincronizadas y en cooperación resulta difícil.
• La caldera no es capaz de producir presiones supercríticas porque la generación de vapor no depende de las diferencias de presión ^[6]

• Caldera Benson
• generador de vapor supercrítico