O princípio de funcionamento de uma caldeira a vapor para aquecimento doméstico

Instalação de caldeiras a vapor de combustível sólido

O projeto das caldeiras a vapor de combustível sólido é uma caixa horizontal de fogo único, composta por dois setores cilíndricos de diâmetros diferentes. Esses cilindros são inseridos uns nos outros e conectados por flanges e um coletor de vapor. Assim, uma fornalha está localizada na frente do tubo de incêndio e um feixe de tubos na parte de trás. O princípio de funcionamento das caldeiras a vapor de combustível sólido baseia-se na troca de calor de líquido e gás. Durante a combustão do combustível, gases de combustão de alta temperatura são formados na parte do combustível da unidade de caldeira. Passando pelos dutos de gás, fluxos de fumaça quente correm ao redor dos feixes de tubos, nos quais a água circula. Assim, os gases transferem energia térmica para a água e eles próprios são resfriados pelo contato com tubos frios. Como resultado, a água aquecida nas tubulações libera vapor, que se acumula no tambor superior da caldeira.

A caldeira é controlada por instrumentação e automação da caldeira. Dispositivos auxiliares monitoram mudanças na temperatura e pressão da água, e a automação da sala da caldeira garante a operação segura dos dispositivos devido aos sensores embutidos.

Tecnologia de fabricação de caldeiras a vapor

O que é necessário para fazer tal sistema?

• Chapa de aço inoxidável de 1 mm.
• Tubos de vários diâmetros em aço inoxidável - 100–120 mm, 10–30 mm.
• Válvula de segurança.
• Amianto em forma de folhas.

Em primeiro lugar, você precisa obter as plantas da caldeira a vapor. Isso não é um problema hoje, já que estão disponíveis gratuitamente na Internet. A segunda tarefa é determinar a potência do dispositivo. Tudo vai depender do sistema de aquecimento a vapor, do tamanho de uma casa particular, do número de radiadores dentro dela e assim por diante. Outros artigos em nosso site o ajudarão a lidar com esse problema. Terceiro, você precisa escolher o formato da unidade. Pode ser redondo, quadrado ou retangular.

Caldeira a vapor de alta pressão

Para facilitar a fabricação, pode-se levar um cachimbo de 100-110 cm de comprimento, que será o corpo da unidade. Observe que a espessura da parede deve ser de pelo menos 2,5 mm. Um ponto muito importante é a construção da fornalha e o fornecimento de tubos de chama e fumaça para ela.

A câmara de combustão é melhor feita de chapas de aço inoxidável, nas quais são feitos orifícios para os tubos descritos. Suas extremidades são necessariamente enroladas para criar um limite firme para as superfícies. Para melhor vedação e aumento da resistência da conexão, os tubos devem ser soldados com solda de argônio. Se você não possui essas habilidades, pode soldá-los com eletrodos permanentes.

Depois disso, você precisa soldar o manifold do tubo e instalar a válvula de segurança. A unidade é isolada com placas de amianto. Sobre isso podemos considerar que o trabalho está feito. Em seguida, o sistema de aquecimento a vapor e a caldeira são ligados.

Tipos de caldeira

Todas as caldeiras a vapor de combustível sólido podem ser divididas em dois pequenos grupos - caldeiras a vapor a carvão (linhita e carvão) e caldeiras a vapor a lenha. Dependendo do combustível consumido, as caldeiras têm suas próprias variantes de fornos. Podem ser fornos mecânicos com grelha móvel, com grelha de cinta de avanço, com grades de empurrar, com grades inclinadas ou com grelha fixa e barra de ruído.

Tipos de caldeiras de combustível sólido modernas

De acordo com a estrutura e o tipo de combustível, as caldeiras modernas de combustível sólido podem ser classificadas nos seguintes tipos principais:

• caldeiras com combustão inferior de combustível;
• unidades de combustão aéreas;
• caldeiras de geração de gás;
• geradores de calor de pellets;
• unidades de vapor.

Caldeiras de combustão de fundo

Caldeira de combustão inferior
A caldeira de combustão inferior é a unidade de combustível sólido mais comum, operando principalmente com madeira e carvão. O projeto do gerador de calor inclui os seguintes elementos principais encerrados na caixa: uma fornalha ou câmara de combustão, um trocador de calor, tubos de alimentação e retorno do circuito do sistema de aquecimento, grelha, porta para carregamento de combustível, porta para ignição e limpeza de cinzas , chaminé.

O corpo das caldeiras modernas é feito de aço e o trocador de calor pode ser aço ou ferro fundido. Cada tipo de trocador de calor tem suas próprias vantagens e desvantagens. As unidades com trocador de calor de ferro fundido apresentam maior resistência à corrosão do que as de aço. Este é um ponto importante, pois quando os geradores de calor a combustível sólido são acionados até que a temperatura ultrapasse o ponto de orvalho, forma-se condensado no forno que, quando misturado aos produtos da combustão, é muito agressivo aos metais. Um trocador de calor de ferro fundido também é mais resistente ao fogo do que um de aço, portanto tem uma vida útil mais longa. As desvantagens dos trocadores de calor de ferro fundido são fragilidade, alto peso, baixa resistência às mudanças de temperatura no transportador de calor no sistema de aquecimento, eles não devem exceder 20 ° C.

Normalmente, os geradores de calor em ferro fundido são divididos em seções distintas, o que facilita as dificuldades de transporte, instalação e, em caso de falha de uma das seções, é fácil substituí-la. As unidades com trocador de calor de aço são construídas em uma única peça.

No dispositivo de uma caldeira com combustão de fundo, podem ser previstas duas ou três câmaras de combustão, o que possibilita a requeima de partículas de combustível. Ao mesmo tempo, a emissão de produtos de combustão prejudiciais para a atmosfera diminui, o consumo de combustível diminui e a eficiência da caldeira aumenta. Modernas caldeiras de aquecimento de combustível sólido permitem controlar o processo de combustão, para o qual é utilizado um sistema de controle com ventilador para injeção de ar.

Caldeiras de combustão superiores

Caldeira de combustão superior
Em uma unidade com combustão superior, o processo de queima do combustível - carvão, lenha, briquetes de turfa ou serragem - ao contrário de uma caldeira com combustão inferior, ocorre não de baixo para cima, mas de cima para baixo. Isso se tornou possível após a invenção feita e patenteada pelo engenheiro lituano E. Strupaitis em 2000 e usada pela primeira vez em caldeiras. A combustão em tal gerador de calor é suportada apenas na camada superior do combustível armazenado, com aproximadamente 15 cm de espessura, onde o ar quente é fornecido de cima através de um tubo telescópico especial de uma câmara especial. Conforme o marcador queima, o tubo gradualmente se expande e desce sob seu próprio peso, de modo que o distribuidor de ar na extremidade do tubo fica constantemente no centro da chama.

Uma caldeira de aquecimento a combustível sólido a lenha com combustão superior permite que um marcador seja feito a cada 30 horas, e uma unidade a carvão - um marcador a cada 5 dias. O modo de operação do gerador de calor é de uma aba para outra. Ou seja, após a completa combustão do combustível carregado, é necessário retirar a cinza formada e fazer um novo marcador.

As unidades de combustão superiores têm uma altura considerável, mas ocupam pouco espaço em termos de área.

Caldeiras de geração de gás (pirólise)

Caldeira do gerador a gás - esquema de trabalho
As caldeiras geradoras de gás combustível sólido são equipadas com 2 câmaras de combustão. O princípio do seu trabalho baseia-se no fato de que a madeira sob a influência de altas temperaturas e em condições de falta de oxigênio se transforma em carvão com a liberação de gás combustível da pirólise. Em uma câmara, o processo usual de combustão ocorre primeiro com o suprimento normal de ar através de uma janela especial.Após a queima normal da lenha, o suprimento de ar é reduzido com a ajuda do regulador automático, e a caldeira passa para o modo de formação de gás de pirólise. A lenha queima lentamente e o gás liberado sobe para a segunda câmara, onde ocorre o processo de sua pós-combustão.

A eficiência de uma unidade geradora de gás atinge 85-90%, as emissões nocivas de produtos de combustão para a atmosfera são reduzidas ao mínimo, o combustível para uma caldeira requer várias vezes menos do que para um gerador de calor de combustão direta. Além da lenha, podem ser usados ​​como combustível resíduos da marcenaria com umidade não superior a 20%.

Caldeiras de pellets

Caldeira a pellets com reservatório de combustível
As caldeiras de pellets funcionam com biocombustível feito de turfa, serragem, resíduos agrícolas, comprimidos em grânulos cilíndricos chamados pellets. Os grânulos são pequenos e vendidos em embalagens convenientes para fácil transporte e armazenamento.

As caldeiras de pellets são equipadas com sistema de controle automático, incluindo o fornecimento de pellets de combustível para a câmara de combustão, que é de pequeno porte. Nesse sentido, a automação com grande precisão regula o volume do combustível fornecido, enquanto a combustão mais completa é alcançada e a produção de gases combustíveis com a temperatura máxima é alcançada devido à injeção forçada de ar na área de combustão com a ajuda de um fã.

Os pellets são carregados no depósito de combustível, de onde são alimentados na câmara de combustão usando o sistema de alimentação. O bunker pode ser autônomo ou embutido na estrutura da caldeira, a capacidade do bunker para uma caldeira de 20-40 kW, via de regra, não passa de 200-250 kg, o que é suficiente para uma semana de operação contínua. O sistema de alimentação é um transportador helicoidal acionado por um motor elétrico. Caso seja necessário transportar pellets por longas distâncias, pode-se utilizar um sistema de alimentação pneumático.

A automação de geradores de calor de pellets inclui remoção mecânica de cinzas e sistemas de autolimpeza, a capacidade de controlar a temperatura em dutos de aquecimento dependendo do clima e outros dispositivos que facilitam o funcionamento das unidades de aquecimento de pellets.

Caldeiras a vapor de combustível sólido

Caldeira a vapor de combustível sólido
As caldeiras a vapor para combustíveis sólidos, devido à sua grande potência e dimensões, são utilizadas principalmente na indústria para fornecer vapor para processos tecnológicos e sistemas de aquecimento. O uso de geradores de calor a vapor de combustível sólido é especialmente eficaz em empresas com grande quantidade de resíduos adequados para combustão como combustível quando é impossível usar outras fontes de energia. Pequenas unidades de energia também podem ser usadas para aquecer residências e outras instalações para diversos fins.

De acordo com o princípio de funcionamento, as caldeiras a vapor são divididas em 2 tipos principais: tubo de fogo e tubo de vapor.

Em uma unidade de tubo de incêndio, os produtos de combustão aquecidos a uma alta temperatura durante a combustão do combustível circulam pelo sistema de tubos e transferem energia térmica para a água que circunda esses tubos. Nesse caso, a água se transforma em vapor e entra no sistema de aquecimento ou por meio de dutos de vapor até os consumidores industriais. Como o vapor gerado tem alta pressão, as paredes dessa caldeira são muito grossas. Portanto, por razões de segurança, as caldeiras de tubo de incêndio têm limitações de energia.

Nas caldeiras com tubo de água, o princípio de funcionamento é o oposto - a água flui através do sistema de tubos dentro do corpo, produtos de combustão aquecidos circulam em torno deles, como resultado, a água nos tubos se transforma em vapor e depois vai para os consumidores. As unidades tubulares de água são mais seguras, não requerem uma grande espessura das paredes do corpo, o que pode aumentar significativamente a sua produtividade.

As caldeiras a vapor são equipadas com sistemas de automação, incluindo dispositivos para ignição de combustível e interrupção da combustão, regulação do consumo de água e combustível. O grupo de segurança de uma caldeira a combustível sólido é de grande importância, que inclui indicadores de temperatura, termostatos de segurança, manômetros, pressostatos de segurança e válvulas de pressão de vapor, outros dispositivos e dispositivos que garantem um funcionamento sem problemas.

Aquecimento a vapor e o que é?

Quando a água ferve, é liberado o vapor d'água, que contém uma grande quantidade de energia térmica. A transferência de energia para o meio ambiente ocorre no momento da condensação, ou seja, durante a transição da água do estado de vapor para o estado líquido.

No aquecimento a vapor, o mesmo princípio se aplica. A água a ferver na caldeira é conduzida através de tubos para os dispositivos de aquecimento, condensa-se neles e emite calor. Depois disso, o refrigerante, que passou para o estado líquido, é alimentado através de tubos para um dispositivo de armazenamento especial. A partir daí, o líquido flui por gravidade ou à força para a caldeira.

Prós e contras do aquecimento a vapor

O aquecimento a vapor em uma casa particular oferece as seguintes vantagens:

1. Baixo custo do aparelho. Rentabilidade no processo de uso. O sistema pode ser feito a partir de um forno convencional, o que é especialmente importante para recalques sem gaseificação.
2. Como o refrigerante não congela, o sistema pode ser usado em edifícios residenciais sazonais.
3. A eficiência do aquecimento ambiente é aumentada pela radiação de energia térmica e convecção.
4. Pequenos radiadores e pequenos tubos podem ser usados ​​para montar o sistema, o que economiza materiais.
5. O vapor entra rapidamente em todos os pontos do sistema de aquecimento, independentemente de sua complexidade e do tamanho da casa.
6. O aquecimento rápido das instalações é uma vantagem adicional.
7. O coeficiente de transferência de calor é muito alto, então as perdas de calor são reduzidas a zero.
8. Esses sistemas podem ser usados ​​em combinação com pisos quentes.

Antes de realizar o aquecimento a vapor, é necessário estudar seus contras. As desvantagens do aquecimento a vapor são as seguintes:

• ao circular ao longo do contorno, o vapor cria ruído (para reduzir o nível de ruído, tubos de cobre são colocados no interior das paredes e a caldeira é colocada em uma sala separada);
• dispositivos e tubos de aquecimento podem aquecer até temperaturas acima de 100 ° C, o que aumenta a probabilidade de queimaduras ao tocar nas baterias (neste aspecto, recomenda-se cobrir radiadores e tubos com telas de proteção);
• no caso de um rompimento, surge uma situação de emergência perigosa, porque o refrigerante tem uma temperatura muito alta;
• para a montagem do circuito serão necessários caros tubos de cobre ou galvanizados (isso deve ser levado em consideração no cálculo de quanto custa realizar o aquecimento a vapor);
• o sistema é suscetível à corrosão, portanto sua vida útil é curta;
• é difícil regular a temperatura das divisões (para isso é necessário ventilar as divisões ou reduzir a quantidade de combustível, o que é bastante difícil).

Características e diagrama do dispositivo

Pode haver diferentes pressões dentro de um sistema de aquecimento a vapor. Dependendo disso, podem ser dos seguintes tipos:

Sistema de aquecimento de ar em uma casa particular e instalações industriais

1. Com alta pressão acima de 0,07 MPa.
2. Com baixa pressão inferior a 0,07 MPa.
3. O sistema de vácuo-vapor tem uma pressão de pelo menos 0,1 MPa.

O circuito de aquecimento a vapor pode ser em circuito fechado e aberto. Os circuitos abertos de baixa pressão interagem com o ar ambiente. Os sistemas fechados selados são mais duráveis.

Na maioria das vezes, em uma residência particular, os sistemas fechados são feitos com o retorno do refrigerante por gravidade para a caldeira. Normalmente é usada tubulação superior. Se for usado um circuito com fiação inferior, os tubos são colocados com uma inclinação na direção do fluxo de vapor para reduzir o ruído.No ponto de drenagem do condensado, é feito um selo d'água em forma de alça para proteger contra a entrada de vapor na linha de condensação.

Importante! Em sistemas de vapor, a velocidade do vapor é mantida dentro de 0,14 m / s, mas não superior a este valor. Caso contrário, o vapor reterá partículas de condensação de umidade, fazendo um barulho alto e aumentando a probabilidade de golpe de aríete.

Menos comumente, é usada fiação combinada com instalação de tubulações sob o piso do meio ou último. Neste caso, o lúmen da linha de retorno é completamente fechado por condensado.

Em pressões de rede acima de 0,02 MPa, apenas circuitos abertos são usados. Neles, o ar é retirado por meio de um acumulador de condensação. Para proteger contra vazamentos de vapor, bloqueios de água ou purgadores de vapor são instalados. Uma bomba é usada para transferir o líquido para aquecimento a vapor do tanque de armazenamento para o trocador de calor. Isso permite que o tanque de armazenamento seja instalado abaixo do trocador de calor.

Em uma nota! Os sistemas de vapor, como os sistemas de água, são de tubo único e duplo. A primeira opção é adequada para casas térreas com área não superior a 80 m². A segunda opção pode ser usada em casas de dois andares.

Dispositivo

O dispositivo de uma caldeira a vapor é bastante complicado. Portanto, montar uma caldeira a vapor com as próprias mãos não é uma tarefa fácil. Cada modelo individual possui seus próprios recursos de montagem. Mas eles estão todos equipados com os principais componentes:

• Firebox. É aqui que o combustível está localizado;
• Panela de cinzas. Serve para coletar produtos de combustão de combustível;
• Queimador. Suas tarefas são bastante claras;
• Economizador. Este é um aquecedor de água, sobre o qual falaremos mais detalhadamente;
• Tambor. Necessário para a instalação de instrumentos de medição, tubulação, fusíveis;
• Medidor de pressão. Para o funcionamento seguro da unidade de vapor, o circuito deve necessariamente incluir um manômetro para monitorar a pressão do vapor.

As regras de instalação para todas as caldeiras a vapor exigem que elas estejam localizadas abaixo do nível da tubulação e dos dispositivos de aquecimento. Assim, o vapor pode circular normalmente e retornar o condensado do sistema.

Como funciona o sistema

Não confunda água e aquecimento a vapor em casa. Eles têm muitas diferenças funcionais, apesar de suas semelhanças superficiais.

Ambos os tipos têm componentes:

• caldeira;
• radiadores;
• tubos.

O aquecimento a vapor é considerado eficaz, você pode sobreviver com um pequeno número de baterias
O vapor é um transportador de calor para aquecimento a vapor de uma casa particular. Você pode fazer tal sistema com suas próprias mãos, seguindo as instruções para montagem e instalação de componentes. Para um sistema de água, a água desempenha o papel de um transportador. A caldeira evapora a água e não a aquece. Os vapores do refrigerante se movem pelos canos e se tornam uma fonte de temperatura confortável na casa. O vapor esfria por dentro e depois se condensa. Neste caso, 1 kg de vapor é convertido em 2.000 kilojoules de calor. Para efeito de comparação, o resfriamento com água a 50 ° C fornece apenas 120 kJ.

A transferência de calor do vapor é várias vezes maior, o que explica a alta eficiência desse tipo de aquecimento. O condensado formado no interior do radiador passa para a parte inferior e segue de forma independente para a caldeira. Existem vários tipos de sistemas de aquecimento. Neste caso, a especificação é realizada de acordo com o método de retorno do refrigerante, que foi transformado em condensado.

1. Fechado. Não há contornos neste caso. Consequentemente, o condensado se move através dos tubos, que ficam em um determinado ângulo. Ele vai diretamente para a caldeira para aquecimento posterior.
2. Aberto. Há um tanque de armazenamento aqui. O condensado entra pelos radiadores, a bomba participa de sua reinjeção na caldeira.

Como escolher a caldeira certa

Para escolher a caldeira de aquecimento de combustível sólido certa, você precisa levar em consideração os seguintes fatores:

• tipo de unidade - com combustão superior ou inferior, geração de gás, pellet ou vapor, mais adequado para as condições de operação dadas;
• potência da caldeira necessária para aquecimento e preparação de água quente;
• o tipo de combustível sólido a ser utilizado;
• o volume da câmara de combustão, do qual a freqüência de carregamento de combustível dependerá;
• material trocador de calor - aço ou ferro fundido, levando em consideração os méritos e as características negativas de cada material;
• a necessidade de conexão à rede elétrica, uma vez que alguns modelos de caldeiras possuem dispositivos que operam com energia elétrica - elementos de aquecimento para manter a temperatura durante o período de desligamento da caldeira, exaustores de fumaça, ventiladores para pressurização do ar;
• dotados de controle automático, unidades de segurança, uma vez que as caldeiras de combustível sólido para uso doméstico devem estar totalmente equipadas com todos os dispositivos e dispositivos para um funcionamento sem problemas;
• a possibilidade de transferência para outros tipos de combustível ou de uso de vários tipos.