Caldeira de circulação forçada - Forced circulation boiler
Uma caldeira de circulação forçada é uma caldeira onde uma bomba é usada para fazer circular a água dentro da caldeira. Isso difere de uma caldeira de circulação natural que depende da densidade de corrente para circular a água dentro da caldeira. Em algumas caldeiras de circulação forçada, a água circula vinte vezes a taxa de evaporação.
Em caldeiras de tubo de água, a forma como a água é recirculada dentro da caldeira antes de se tornar vapor pode ser descrita como circulação natural ou circulação forçada. Em uma caldeira de tubo de água, a água é recirculada no interior até que a pressão de vapor da água supere a pressão de vapor dentro do tambor de fluxo e se torne um vapor saturado. A caldeira de circulação forçada inicia da mesma forma que uma caldeira de circulação natural , na bomba d'água de alimentação. A água é introduzida no tambor de vapor e circula pela caldeira, saindo apenas na forma de vapor. O que diferencia a caldeira de circulação forçada é a utilização de uma bomba secundária que faz a água circular pela caldeira. A bomba secundária leva a água de alimentação que vai para a caldeira e aumenta a pressão da água que entra. Em uma caldeira de circulação natural, a circulação da água depende das pressões diferenciais causadas pela mudança de densidade na água à medida que é aquecida . Ou seja, conforme a água é aquecida e começa a virar vapor, a densidade diminui, enviando a água mais quente e o vapor para o topo dos tubos do forno. Em contraste com a caldeira de circulação natural, a caldeira de circulação forçada usa uma bomba de circulação de água para forçar esse fluxo em vez de esperar a formação do diferencial. Por causa disso, os tubos de geração de uma caldeira de circulação forçada podem ser orientados da maneira que for exigida pelas limitações de espaço. A água é retirada do tambor e forçada através dos tubos de aço. Desta forma, é capaz de produzir vapor muito mais rápido do que uma caldeira de circulação natural
Tipos
LaMont
Um exemplo de caldeira de circulação forçada é a caldeira LaMont . Essas caldeiras são utilizadas nos casos em que há alta pressão , acima de 30 megapascais .
Clayton
O gerador de vapor de circulação forçada Clayton não tem um tambor de vapor no sentido típico. Uma série de pequenos tubos que fazem parte de uma bobina gigante, geralmente feita de aço, recebe água de alimentação bombeada em grande velocidade. A água é bombeada da parte superior do gerador de vapor para a parte inferior e para fora. Os tubos são dispostos de forma que os gases de combustão passem ao redor do tubo aquecendo a água posteriormente. Essencialmente, o arranjo pode ser melhor descrito como tendo uma grande bobina de parede fina de tubo enrolada em torno da circunferência de um tambor de aço vertical dando voltas e descendo até atingir o fundo. Como apenas parte da água pode se transformar em vapor, é importante separar os dois e enviar a água de volta para absorver mais calor. Se essa separação não ocorrer, o dano ao sistema pode ser caro. Se o vapor passar pelos tubos de geração internos, os tubos podem superaquecer e ficar fracos e, se a água for deixada entrar no sistema de vapor, corrosão, golpe de aríete ou outros efeitos nocivos podem ocorrer. Para combater isso, após sair do gerador de vapor, a mistura passa por um separador centrífugo de vapor que faz exatamente isso produzindo um vapor acima de noventa e nove por cento do vapor seco saturado. Se vapor superaquecido for desejado, uma serpentina adicional é executada de volta através do gerador de vapor. Para manter um nível constante de água no separador de vapor, a bomba de alimentação em conjunto com um sistema de nivelamento é utilizada. Uma grande vantagem desse sistema é que o vapor pode ser gerado muito rapidamente. No entanto, a desvantagem desse sistema é a dependência completa de um fornecimento constante de água de alimentação. Sem o fornecimento constante, o sistema pode estar sujeito a um dano maciço e caro
Vantagens
- Os tubos do evaporador podem ser construídos em qualquer orientação. A circulação natural requer tubulação vertical, enquanto a circulação forçada garante o fluxo em qualquer direção.
- As paredes do tubo podem ser menores devido à maior tolerância a maiores perdas de pressão.
- A caldeira de circulação forçada geral tem uma taxa de circulação baixa de três a dez. A taxa de circulação é a quantidade de vapor produzida por quanta alimentação foi colocada. As caldeiras de circulação natural têm uma grande variedade de taxas de circulação de cinco a cem.
Desvantagens
- A caldeira de circulação forçada requer mais energia e água do que uma caldeira de circulação natural. Isso se deve aos requisitos elétricos da bomba que forçam a circulação e a quantidade de água que circula pelos tubos.
- As peças adicionais necessárias; tambor de vapor, bomba de circulação e orifícios para limitar o fluxo, fazem com que uma caldeira de circulação forçada leve a um aumento de custo, bem como a maiores oportunidades de falha, o que lhes dá uma confiabilidade menor do que a circulação natural.
- A bomba deve estar abaixo do tambor de vapor para aproveitar a pressão devido à altura da água. Se a bomba não estivesse lá; quando atinge o separador de vapor e a água retorna para a bomba, a pressão pode ficar baixa o suficiente no olho do impulsor para causar cavitação e danos subsequentes.
- Como há duas bombas, é difícil controlá-las e fazê-las trabalhar em sincronia e cooperação.
- A caldeira não é capaz de produzir pressões supercríticas porque a geração de vapor não depende de diferenças de pressão