El principi de funcionament d’una caldera de vapor per a la calefacció de la llar

Instal·lació de calderes de vapor de combustible sòlid

El disseny de les calderes de vapor de combustible sòlid és una caixa horitzontal de foc únic, formada per dos sectors cilíndrics de diferents diàmetres. Aquests cilindres s’insereixen entre si i es connecten mitjançant brides i un col·lector de vapor. Per tant, es troba una llar de foc davant del tub de foc i un feix de canonades a la part posterior. El principi de funcionament de les calderes de vapor de combustible sòlid es basa en l’intercanvi de calor de líquid i gas. Durant la combustió del combustible, es formen gasos de combustió a alta temperatura a la part de combustible de la caldera. En passar pels conductes de gas, els corrents de fum calent es renten al voltant dels feixos de tubs per on circula l'aigua. Així, els gasos transfereixen energia tèrmica a l’aigua i es refreden per si mateixos pel contacte amb tubs freds. Com a resultat, l’aigua escalfada de les canonades allibera vapor, que s’acumula al tambor superior de la caldera.

La caldera es controla mitjançant instrumentació i automatització de la caldera. Els dispositius auxiliars controlen els canvis de temperatura i pressió de l’aigua i l’automatització de la sala de calderes garanteix el funcionament segur dels dispositius gràcies als sensors incorporats.

Tecnologia de fabricació de calderes de vapor

Què cal per fer aquest sistema?

• Xapa d’acer inoxidable d’1 mm.
• Tubs de diversos diàmetres d'acer inoxidable - 100-120 mm, 10-30 mm.
• Vàlvula de seguretat.
• Amiant en forma de fulls.

En primer lloc, heu d’aconseguir els plànols de la caldera de vapor. Avui no és un problema, ja que estan disponibles gratuïtament a Internet. La segona tasca consisteix a determinar la potència del dispositiu. Tot dependrà del sistema de calefacció de vapor, de la mida d’una casa privada, del nombre de radiadors que hi hagi, etc. Altres articles del nostre lloc web us ajudaran a tractar aquest problema. En tercer lloc, heu de triar la forma de la unitat. Pot ser rodó, quadrat o rectangular.

Caldera de vapor d'alta pressió

Per facilitar la fabricació, podeu agafar una canonada de 100-110 cm de llargada, que serà el cos de la unitat. Tingueu en compte que el gruix de la paret ha de ser com a mínim de 2,5 mm. Un punt molt important és la construcció de la llar de foc i el subministrament de tubs de flama i fum.

La càmera de combustió es fabrica millor amb xapes d’acer inoxidable, en les quals es fan forats per a les canonades descrites. Els seus extrems són necessàriament enrotllats per crear un contrafort estret a les superfícies. Per obtenir un millor segellat i augmentar la resistència de la connexió, els tubs s’han de soldar mitjançant soldadura amb argó. Si no teniu aquestes habilitats, podeu soldar-les amb elèctrodes permanents.

Després, cal soldar el col·lector de canonades i instal·lar la vàlvula de seguretat. La unitat està aïllada amb làmines d’amiant. Sobre això podem considerar que la feina està acabada. A continuació, es connecta el sistema de calefacció de vapor i la caldera.

Tipus de calderes

Totes les calderes de vapor de combustible sòlid es poden dividir en dos petits grups: calderes de vapor de carbó (lignit i carbó dur) i calderes de vapor de llenya. Depenent del combustible consumit, les unitats de calderes tenen les seves pròpies variants de forns. Es poden tractar de forns mecànics amb una reixa mòbil, amb una reixa de corretja de moviment cap endavant, amb reixes d’empenta, amb reixes inclinades o amb una reixa fixa i una barra de frull.

Tipus de calderes modernes de combustible sòlid

Segons l’estructura i el tipus de combustible, les calderes modernes de combustible sòlid es poden classificar en els següents tipus principals:

• calderes amb combustió inferior de combustible;
• unitats de combustió aèria;
• calderes generadores de gas;
• generadors de calor de pellets;
• unitats de vapor.

Calderes de combustió inferiors

Caldera de combustió inferior
La caldera de combustió inferior és la unitat de combustible sòlid més comuna, que funciona principalment amb fusta i carbó. El disseny del generador de calor inclou els següents elements principals inclosos al cos: una llar de foc o una cambra de combustió, un intercanviador de calor, canonades d’alimentació i retorn del circuit del sistema de calefacció, una reixa, una porta per carregar combustible, una porta d’encesa i neteja de cendres, una xemeneia.

El cos de les calderes modernes és d’acer i l’intercanviador de calor pot ser d’acer o de ferro colat. Cada tipus d’intercanviador de calor té els seus propis avantatges i desavantatges. Les unitats amb un intercanviador de calor de ferro colat tenen una major resistència a la corrosió que les d’acer. Aquest és un punt important, ja que quan es generen generadors de calor de combustible sòlid fins que la temperatura supera el punt de rosada, es forma condensat al forn, que, quan es barreja amb productes de combustió, és molt agressiu per als metalls. Un intercanviador de calor de ferro colat també és més resistent al foc que un d’acer i, per tant, té una vida útil més llarga. Els desavantatges dels intercanviadors de calor de ferro colat són la fragilitat, l’elevat pes i la baixa resistència als canvis de temperatura del portador de calor del sistema de calefacció; no han de superar els 20 ° C.

Normalment, els generadors de calor de ferro colat es divideixen en seccions separades, cosa que facilita les dificultats de transport, d’instal·lació i, en cas de fallada d’una de les seccions, és fàcil substituir-lo. Les unitats amb un intercanviador de calor d’acer són d’una sola peça.

En el dispositiu d’una caldera amb combustió inferior, es poden proporcionar dues o tres cambres de combustió, cosa que permet re-cremar partícules de combustible. Al mateix temps, disminueix l’emissió de productes de combustió nocius a l’atmosfera, disminueix el consum de combustible i augmenta l’eficiència de la caldera. Les modernes calderes de calefacció de combustible sòlid permeten controlar el procés de combustió, per al qual s’utilitza un sistema de control amb ventilador per a la injecció d’aire.

Calderes de combustió superiors

Caldera de combustió superior
En una unitat amb combustió superior, el procés de cremar combustible (carbó, llenya, briquetes de torba o serradures), en contrast amb una caldera amb una combustió inferior, no es produeix de baix a dalt, sinó de dalt a baix. Això es va fer possible després de la invenció feta i patentada per l'enginyer lituà E. Strupaitis el 2000 i utilitzada per primera vegada en calderes. La combustió en un generador de calor d’aquest tipus només s’admet a la capa superior del combustible emmagatzemat, d’uns 15 cm de gruix, on l’aire calent es subministra des de dalt a través d’una canonada telescòpica especial des d’una cambra especial. A mesura que el marcador es va esgotant, la canonada s’expandeix i baixa gradualment amb el seu propi pes, de manera que el distribuïdor d’aire al final de la canonada es troba constantment al centre de la flama.

Una caldera de combustió sòlida de llenya amb combustió superior permet fer un marcador cada 30 hores i una unitat de carbó, un marcador cada 5 dies. El mode de funcionament del generador de calor és d'una pestanya a una altra. És a dir, després de la combustió completa del combustible carregat, cal eliminar la cendra formada i fer un nou marcador.

Les unitats de combustió superiors tenen una alçada considerable, però ocupen poc espai quant a superfície.

Calderes generadores de gas (piròlisi)

Caldera generadora de gas: esquema de treball
Les calderes generadores de gas de combustible sòlid estan equipades amb 2 cambres de combustió. El principi del seu funcionament es basa en el fet que la fusta sota la influència d’alta temperatura i en condicions de manca d’oxigen es converteix en carbó vegetal amb l’alliberament de gas combustible per piròlisi. En una cambra, el procés habitual de combustió es produeix primer amb un subministrament normal d’aire a través d’una finestra especial.Després que la llenya s'encengui normalment, el subministrament d'aire es redueix amb l'ajut del regulador automàtic i la caldera passa al mode de formació de gasos de piròlisi. La fusta es crema lentament i el gas alliberat puja a la segona cambra, on té lloc el procés de la seva postcombustió.

L'eficiència d'una unitat generadora de gas arriba al 85-90%, les emissions nocives de productes de combustió a l'atmosfera es redueixen al mínim, el combustible per a aquesta caldera requereix diverses vegades menys que per a un generador de calor de combustió directa. A més de la llenya, es poden utilitzar com a combustible els residus de la fusta amb un nivell d’humitat superior al 20%.

Calderes de pellets

Caldera de pellet amb tremuja de combustible
Les calderes de pellet funcionen amb biocombustible a base de torba, serradures, residus agrícoles, comprimits en grànuls cilíndrics anomenats pellets. Els grànuls són de mida petita i es venen en un embalatge convenient per facilitar el transport i l’emmagatzematge.

Les calderes de pellet estan equipades amb un sistema de control automàtic, que inclou el subministrament de pastilles de combustible a la cambra de combustió, de dimensions reduïdes. En aquest sentit, l'automatització amb una gran precisió regula el volum del combustible subministrat, mentre s'aconsegueix la combustió més completa i s'aconsegueix la producció de gasos combustibles amb la temperatura màxima a causa de la injecció forçada d'aire a la zona de combustió amb l'ajuda d’un ventall.

Els grànuls es carreguen al búnquer de combustible, des d’on s’introdueixen a la cambra de combustió mitjançant el sistema d’alimentació. El búnquer pot ser independent o integrat a l’estructura de la caldera, la capacitat del búnquer per a una caldera amb una capacitat de 20 a 40 kW, per regla general, no és superior a 200-250 kg, el que és suficient per a una setmana de funcionament continu. El sistema d'alimentació és un transportador de cargol accionat per un motor elèctric. Si és necessari transportar pellets a llargues distàncies, es pot utilitzar un sistema d'alimentació pneumàtica.

L’automatització dels generadors de calor de pellets inclou sistemes d’eliminació mecànica de cendres i sistemes d’autoneteja, la possibilitat de controlar la temperatura de les canonades de calefacció en funció del clima i altres dispositius que facilitin el funcionament de les unitats de calefacció de pellets.

Calderes de combustible sòlid al vapor

Caldera de combustible sòlid de vapor
Les calderes de vapor per a combustibles sòlids, a causa de la seva gran potència i dimensions, s’utilitzen principalment a la indústria per proporcionar vapor per a processos tecnològics i sistemes de calefacció. L’ús de generadors de calor de combustible sòlid per vapor és especialment eficaç en empreses amb una gran quantitat de residus aptes per a la combustió com a combustible quan és impossible utilitzar altres fonts d’energia. Les petites unitats de potència també es poden utilitzar per escalfar cases i altres locals amb diversos usos.

Segons el principi de funcionament, les calderes de vapor es divideixen en 2 tipus principals: tub de foc i tub de vapor.

En una unitat de tubs de foc, els productes de combustió escalfats a una temperatura elevada durant la combustió de combustible circulen pel sistema de canonades i transfereixen energia tèrmica a l’aigua que envolta aquestes canonades. En aquest cas, l'aigua es converteix en vapor i després entra al sistema de calefacció o a través de canonades de vapor per als consumidors industrials. Com que el vapor generat té una pressió elevada, les parets d’aquesta caldera es fan molt gruixudes. Per tant, per raons de seguretat, les calderes de tubs de foc tenen limitacions de potència.

A les calderes de tubs d’aigua, el principi de funcionament és el contrari: l’aigua flueix pel sistema de canonades a l’interior del cos, els productes de combustió escalfats circulen al seu voltant, com a resultat, l’aigua de les canonades es converteix en vapor i després va als consumidors. Les unitats de tubs d’aigua són més segures, no requereixen un gran gruix de les parets del cos, cosa que pot augmentar significativament la seva productivitat.

Les calderes de vapor estan equipades amb sistemes d'automatització, inclosos dispositius per a l'encesa i aturada de combustible, regulació del consum d'aigua i combustible. El grup de seguretat d’una caldera de combustible sòlid és de gran importància, que inclou indicadors de temperatura, termòstats de seguretat, manòmetres, pressostats de seguretat i vàlvules de pressió de vapor, altres dispositius i dispositius que garanteixen un funcionament sense problemes.

La calefacció per vapor i què és?

Quan l’aigua bull, s’allibera vapor d’aigua, que té una gran quantitat d’energia tèrmica. La transferència d'energia al medi ambient es produeix en el moment de la condensació, és a dir, durant la transició de l'aigua d'un estat de vapor a un estat líquid.

En la calefacció per vapor, s’aplica el mateix principi. L’aigua que bull a la caldera s’alimenta a través de canonades fins als dispositius de calefacció, es condensa i desprèn calor. Després d'això, el refrigerant, que ha passat a un estat líquid, s'alimenta a través de les canonades fins a un dispositiu d'emmagatzematge especial. A partir d’aquí, el líquid flueix per gravetat o per força cap a la caldera.

Pros i contres de l'escalfament de vapor

La calefacció de vapor en una casa privada ofereix els següents avantatges:

1. Baix cost del dispositiu. Rendibilitat en el procés d'ús. El sistema es pot fabricar a partir d’un forn convencional, que és especialment important per als assentaments sense gasificació.
2. Com que el refrigerant no es congela, el sistema es pot utilitzar en edificis residencials de temporada.
3. L’eficiència de la calefacció de l’espai s’incrementa mitjançant la radiació d’energia calorífica i la convecció.
4. Es poden utilitzar radiadors petits i canonades petites per muntar el sistema, cosa que permet estalviar materials.
5. El vapor entra ràpidament a tots els punts del sistema de calefacció, independentment de la seva complexitat i de la mida de la casa.
6. La calefacció ràpida del local és un avantatge addicional.
7. El coeficient de transferència de calor és molt elevat, de manera que les pèrdues de calor es redueixen a zero.
8. Aquests sistemes es poden utilitzar en combinació amb terres càlids.

Abans d’escalfar amb vapor, cal estudiar-ne els inconvenients. Els desavantatges de la calefacció per vapor són els següents:

• en circular al llarg del contorn, el vapor genera soroll (per reduir el nivell de soroll, es col·loquen canonades de coure a l'interior de les parets i la caldera es col·loca en una habitació independent);
• els aparells i tubs de calefacció es poden escalfar fins a temperatures superiors als 100 ° C, cosa que augmenta la probabilitat de cremades en tocar les piles (en aquest sentit, es recomana tapar radiadors i canonades amb pantalles de protecció);
• en cas d’avenç, es produeix una situació d’emergència perillosa, perquè el refrigerant té una temperatura molt elevada;
• per muntar el circuit, necessitareu costosos tubs de coure o galvanitzats (això s’ha de tenir en compte a l’hora de calcular quant costa dur a terme la calefacció a vapor);
• el sistema és susceptible a la corrosió, de manera que la seva vida útil és curta;
• és difícil regular la temperatura de les habitacions (per a això cal ventilar les habitacions o reduir la quantitat de combustible, cosa que és bastant difícil)

Característiques i esquema del dispositiu

Hi pot haver diferents pressions dins d’un sistema de vapor de calefacció. En funció d'això, pot ser dels tipus següents:

Sistema de calefacció per aire en una casa particular i locals industrials

1. Amb alta pressió superior a 0,07 MPa.
2. Amb una pressió baixa inferior a 0,07 MPa.
3. El sistema de vapor-buit té una pressió d'almenys 0,1 MPa.

El circuit de calefacció de vapor pot ser amb un circuit tancat i obert. Els circuits oberts de baixa pressió interactuen amb l’aire ambiental. Els sistemes tancats segellats són més duradors.

Molt sovint, en una casa particular, es fan sistemes tancats amb el retorn del refrigerant per gravetat a la caldera. Normalment s’utilitza la canonada superior. Si s’utilitza un circuit amb cablejat inferior, les canonades es col·loquen amb una inclinació en la direcció del flux de vapor per reduir el soroll.En el punt de drenatge del condensat, es fa un segell d'aigua en forma de bucle per protegir-se del vapor que entra a la línia de condensació.

Important! En els sistemes de vapor, la velocitat del vapor es manté dins de 0,14 m / s, però no superior a aquest valor. En cas contrari, el vapor atraparà partícules de condensació d’humitat, produint un fort soroll i augmentant la probabilitat d’un martell d’aigua.

Menys freqüentment, s’utilitza cablejat combinat amb canonades de col·locació sota el terra del pis mig o darrer. En aquest cas, el llum de la línia de retorn està completament tancat per condensat.

A pressions de xarxa superiors a 0,02 MPa, només s’utilitzen circuits oberts. En elles, l’aire s’elimina a través d’un acumulador de condensació. Per protegir-se de les fuites de vapor, s’instal·len panys d’aigua o trampes de vapor. S’utilitza una bomba per transferir el líquid per escalfar vapor des del dipòsit d’emmagatzematge a l’intercanviador de calor. Això permet instal·lar el dipòsit d’emmagatzematge a sota de l’intercanviador de calor.

En una nota! Els sistemes de vapor, com els sistemes d’aigua, són de canonada simple i doble. La primera opció és adequada per a cases d’una sola planta amb una superfície no superior a 80 m². La segona opció es pot utilitzar en cases de dos pisos.

Dispositiu

L’aparell d’una caldera de vapor és força complicat. Per tant, muntar una caldera de vapor amb les seves pròpies mans no és una tasca fàcil. Cada model individual té les seves pròpies característiques de muntatge. Però tots estan equipats amb els components principals:

• Firebox. Aquí es troba el combustible;
• Pa de cendra. Serveix per recollir productes de combustió de combustible;
• Cremador. Les seves tasques són força clares;
• Economitzador. Es tracta d’un escalfador d’aigua, del qual parlarem amb més detall;
• Tambor. Necessari per a la instal·lació d’instruments de mesura, canonades, fusibles;
• Manòmetre. Per al funcionament segur de la unitat de vapor, el circuit ha d'incloure necessàriament un manòmetre per controlar la pressió del vapor.

Les normes d’instal·lació de totes les calderes de vapor requereixen que estiguin situades a un nivell inferior al nivell de la canonada i dels dispositius de calefacció. Així, el vapor pot circular amb normalitat i retornar condensats del sistema.

Com funciona el sistema

No confongueu l’escalfament d’aigua i vapor a casa. Tenen moltes diferències funcionals, malgrat les seves semblances superficials.

Tots dos tipus tenen components:

• caldera;
• radiadors;
• canonades.

Es considera eficaç l’escalfament a vapor, ja que es pot aconseguir amb un nombre reduït de bateries
El vapor és un portador de calor per escalfar vapor d’una casa particular. Podeu fer aquest sistema amb les vostres mans seguint les instruccions per muntar i instal·lar components. Per a un sistema d’aigua, l’aigua té el paper de transportista. La caldera evapora l’aigua i no l’escalfa. Els vapors de refrigerant es mouen a través de les canonades i esdevenen una font de temperatura confortable a la casa. El vapor es refreda a l’interior i després es condensa. En aquest cas, 1 kg de vapor es converteix en 2000 quilos de calor. En comparació, el refredament per aigua a 50 ° C només proporciona 120 kJ.

La transferència de calor del vapor és diverses vegades superior, cosa que explica l’alta eficiència d’aquest tipus de calefacció. El condensat format a l’interior del radiador passa a la part inferior i es mou independentment cap a la caldera. Hi ha diversos tipus de sistemes de calefacció. En aquest cas, l’especificació es realitza segons el mètode de retorn del refrigerant, que s’ha transformat en condensat.

1. Tancat. No hi ha contorns en aquest cas. En conseqüència, el condensat es mou a través de les canonades, que es troben en un cert angle. Va directament a la caldera per escalfar-lo posteriorment.
2. Obert. Aquí hi ha un tanc d’emmagatzematge. El condensat hi entra des dels radiadors, la bomba participa en la seva reinjecció a la caldera.

Com triar la caldera adequada

Per triar la caldera de calefacció de combustible sòlid adequada, heu de tenir en compte els següents factors:

• tipus d'unitat: amb combustió superior o inferior, generador de gas, pellet o vapor, més adequat per a les condicions de funcionament determinades;
• potència de la caldera necessària per a la calefacció i la preparació d’aigua calenta;
• el tipus de combustible sòlid que s’ha d’utilitzar;
• el volum de la cambra de combustió, del qual dependrà la freqüència de càrrega del combustible;
• material intercanviador de calor: acer o ferro colat, tenint en compte els mèrits i les característiques negatives de cada material;
• la necessitat de connectar-se a les xarxes elèctriques, ja que alguns models de calderes tenen dispositius que funcionen amb electricitat: elements calefactors per mantenir la temperatura durant el període d’aturada de la caldera, aspiradors de fum, ventiladors per a la pressió de l’aire;
• equipar-se amb control automàtic, unitats de seguretat, ja que les calderes de combustible sòlid per a la llar han d’estar completament proveïdes de tots els dispositius i dispositius per a un funcionament sense problemes;
• la possibilitat de transferir-lo a altres tipus de combustible o utilitzar-ne diversos tipus.