SUPERHEATER | Sus conceptos importantes con 20 preguntas frecuentes

CONTENIDO

¿QUÉ ES UN SUPERCALENTADOR EN CALDERA?

Un sobrecalentador es un intercambiador de calor en forma de espiral que generalmente se usa en calderas para convertir vapor saturado en vapor seco / vapor sobrecalentado. En las plantas de generación de energía, el vapor sobrecalentado se utiliza para la producción de electricidad.

Una caldera es diferente de un recalentador ya que una caldera usa tanto calor latente como sensible para elevar la temperatura del fluido, pero un recalentador usa solo calor sensible para aumentar la entalpía del líquido. El tamaño de un sobrecalentador varía entre 10 y 100 pies.

Atribución de imagen: "Archivo: Esquema de caldera de tubo de fuego de locomotora (con sobrecalentador) .png" by Emoscopes tiene licencia CC BY 2.5

BENEFICIOS DE LOS SUPERCALENTADORES EN CALDERAS

  • Aumenta la eficiencia de las centrales eléctricas
  • Erosión de las palas de la turbina a un ritmo lento.
  • Niveles reducidos de consumo de vapor
  • Pérdidas de condensación minimizadas en tuberías de vapor
  • Ayuda a aumentar la temperatura del vapor saturado, eliminando así las gotas de agua del vapor en las turbinas.

USO DE SUPERCALENTADORES

MATERIAL DE BOBINA DE SUPERCALENTADOR DE CALDERA

Las bobinas del sobrecalentador utilizadas en las calderas deben ser un buen conductor de calor y deben ser fuertes para soportar la temperatura. El sobrecalentador puede superar temperaturas superiores a 9000C y, por lo tanto, el sobrecalentador suele estar hecho de carbono, pero no de carbono simple. En cambio, los tubos de los sobrecalentadores están hechos de acero al carbono-molibdeno o acero al cromo-molibdeno. El material de construcción importante del sobrecalentador es Esshete 1250

DISEÑO DE CALENTADORES DE CALDERA

Los sobrecalentadores de una caldera son tubos que alcanzan la temperatura más alta y requieren un cuidado adecuado debido a sus altas temperaturas de funcionamiento. Es fundamental diseñar el sobrecalentador con materiales que puedan soportar altas temperaturas. Además, las incrustaciones y la corrosión también deben tenerse en cuenta al diseñar el sobrecalentador.

Es esencial tener en cuenta lo siguiente al diseñar un sobrecalentador:

1. distribución uniforme del vapor en todas las direcciones para evitar un flujo desequilibrado.

2. Las velocidades del vapor deben ser lo suficientemente altas para mantener la temperatura del metal al mínimo.

3. para minimizar las pérdidas de presión de vapor

4. Las pérdidas de presión deben ser inferiores al 8% para reducir la carga en el bombeo.

Un recalentador suele tener un diseño en forma de U y, dependiendo de la necesidad de aumentar el recalentamiento, se podría adoptar un diseño de doble U. A menudo se coloca un bucle del sobrecalentador en la ubicación del horno para lograr una temperatura alta.

EFICIENCIA DEL SUPERCALENTADOR

El sobrecalentador ayuda a aumentar la eficiencia de una planta de generación de vapor al mejorar la temperatura del vapor saturado en la caldera. Además, también asegura que el vapor desprovisto de humedad entre en la turbina, reduciendo así las posibilidades de erosión de las palas de la turbina y ayuda a aumentar la eficiencia térmica general.

La eficiencia del sobrecalentador se puede mejorar utilizando diferentes etapas de sobrecalentamiento y empleando recalentadores.

SUPERCALENTADOR PRIMARIO Y SUPERCALENTADOR SECUNDARIO

El calentador que se coloca justo después del tambor de vapor es el recalentador principal. El primer recalentador o recalentador primario también se conoce como recalentador de baja temperatura o LTSH.

El LTSH absorbe el calor que se libera de los gases de escape liberados después de la combustión. Una vez que el vapor se calienta en el LTSH, pasa al sobrecalentador secundario donde se calienta nuevamente. Este vapor pasa al recalentador secundario intermedio o final.

CABEZAL SUPERCALENTADOR

El cabezal del sobrecalentador es un componente que se agregó a la conversión de 1926 con su función principal de absorber el vapor de la tubería seca. El calor absorbido luego se envía a través de los tubos del sobrecalentador para calentarse durante la segunda ronda, por lo que el vapor se ramifica en las tuberías hasta los cilindros.

El cabezal del recalentador con alta temperatura es difícil de manejar y también para la evaluación del riesgo. Un cabezal de recalentador en una planta de energía generalmente está sujeto a cargas de alta temperatura y alta presión. Estas plantas de energía se operan en ciclos para aumentar la flexibilidad y reducir los costos de funcionamiento.

Un recalentador sometido a carga de base suele verse afectado por las propiedades de fluencia del material de construcción. Un sobrecalentador que se somete a dos cargas cíclicas será propenso a la fatiga que aumentaría significativamente.

ATEMPERADOR DE SUPERCALENTADOR

Se instala un sobrecalentador o un atemperador en un sobrecalentador para reducir la temperatura del vapor sobrecalentado. La temperatura del vapor sobrecalentado se reduce poniendo el vapor en contacto con un líquido como el agua.

Los atemperadores o atemperadores que se utilizan para restaurar el estado de saturación generalmente operan a una temperatura de descarga cercana a la temperatura de saturación. Hay dos tipos de sobrecalentadores instalados que son:

1. Atemperador de tipo indirecto: El fluido utilizado para enfriar el vapor sobrecalentado no entra en contacto directo con el vapor. Un fluido más frío que el vapor se utiliza como medio refrigerante. Un ejemplo de un sobrecalentador de tipo indirecto es un intercambiador de calor de carcasa y tubos.

En este tipo, el vapor pasa por un lado del intercambiador de calor y el fluido más frío fluye por el otro lado. El calor del vapor se pierde a medida que el fluido más frío se lleva el calor del vapor. La temperatura del vapor sobrecalentado podría controlarse controlando la presión del vapor de entrada o el caudal de agua de refrigeración.

2. Atemperador de tipo directo: El fluido utilizado para enfriar el fluido sobrecalentado está en contacto directo con el vapor. El líquido refrigerante suele ser el mismo que el vapor que debe enfriarse.

En este tipo, el agua utilizada para enfriar se agrega al vapor sobrecalentado que se mezcla en el atemperador. El agua que se usa para enfriar se evapora del vapor sobrecalentado mientras transporta cierta cantidad de calor del vapor sobrecalentado. De esta manera, se reduce la temperatura del vapor del sobrecalentador.

TIPOS DE SUPERCALENTADOR EN CALDERA

En la caldera se utilizan tres tipos básicos de sobrecalentadores y se explican a continuación:

Sobrecalentadores radiantes

En los sobrecalentadores radiantes, el sobrecalentador se instala después del horno en la zona de radiación. Cuando la diferencia de temperatura entre saturado y sobrecalentado es de aproximadamente 10000C, el sobrecalentado suele estar ubicado en la parte de radiación de la caldera. El espacio en el primer sobrecalentado se aproxima entre 150 y 1000 mm.

Dado que el sobrecalentador es la superficie más caliente donde tiene lugar el proceso de transferencia de calor, a menudo está hecho de aleaciones resistentes a altas temperaturas que también son resistentes a la corrosión. El diseño de un sobrecalentador a menudo debe verse comprometido en términos de tecnicismo y costo.

Los sobrecalentadores de pared son un tipo de sobrecalentador radiativo que generalmente se encuentra en la pared del horno. El sobrecalentador de pared está compuesto por un panel de tubos que cuelga de las membranas del horno. Los sobrecalentadores de pared son el primer sobrecalentador después del tambor de vapor y también se conocen como el sobrecalentador más frío.

Sobrecalentadores convectivos

Cuando la diferencia de temperatura entre el vapor saturado y el vapor sobrecalentado no se extiende 500C, para tales condiciones se utilizan sobrecalentadores convectivos. Se instala un sobrecalentador convectivo en la zona convectiva después de los tubos convectivos.

Los sobrecalentadores convectivos se instalan en la región con baja temperatura del gas de sobrecalentamiento donde la temperatura oscila entre 300 y 10000F. El sobrecalentador está protegido por varias filas de tubos de modo que el gas se enfría antes de entrar en el sobrecalentador.

Con una diferencia de temperatura media logarítmica más alta y un coeficiente de transferencia de calor más bajo, se requiere una gran superficie para la transferencia de calor, lo que aumenta el costo del sobrecalentador convectivo en comparación con el sobrecalentador radiativo.

Sobrecalentador de encendido por separado

En este tipo de sobrecalentador, el sobrecalentador se encuentra fuera de la caldera y el sobrecalentador tiene su correspondiente cámara de combustión. Hay quemadores cerca de los tubos del recalentador. Este tipo de sobrecalentador no se usa a menudo debido a su eficiencia limitada y la calidad del vapor es menor que la de otros tipos de sobrecalentadores.

Un sobrecalentador que se enciende por separado es un sobrecalentador que se coloca fuera de la caldera principal, que tiene su sistema de combustión separado. Este diseño de sobrecalentador incorpora quemadores adicionales en las tuberías del sobrecalentador.

DIFERENCIA ENTRE SUPERCALENTADORES RADIANTES Y CONVECTIVOS

La principal diferencia entre un sobrecalentador radiante y convectivo es que un sobrecalentador radiante está expuesto a las llamas del quemador, es decir, está ubicado en la cámara de combustión. Mientras que un sobrecalentador convectivo no se encuentra en la cámara que está expuesta a las llamas del proceso de combustión.

Un recalentador radiante está expuesto a altas temperaturas de hasta 10000C mientras que un recalentador convectivo solo puede soportar temperaturas en el rango de 50 a 2000F.

SUPERCALENTADOR DE VAPOR ELÉCTRICO

En un sobrecalentador de vapor eléctrico, el vapor saturado se calienta para producir vapor sobrecalentado utilizando energía eléctrica. Un sobrecalentador de vapor eléctrico no tiene cámara de combustión y el calor se produce utilizando electricidad en lugar de cualquier fuente de combustible.

Los calentadores tubulares eléctricos se utilizan para calentar indirectamente el vapor saturado. La temperatura del vapor sobrecalentado es una variable de control. En algunos sobrecalentadores de vapor eléctricos, incluso el caudal también se considera una variable de control.

SUPERCALENTADOR GEOTÉRMICO

Un sobrecalentador geotérmico utiliza el calor del vapor caliente que proviene de debajo de las rocas en la corteza terrestre y se bombea para calentar el vapor saturado a vapor sobrecalentado. La transferencia de calor tiene lugar cuando el agua pasa a través de las rocas y se transfiere al vapor. Los sobrecalentadores geotérmicos se prefieren en regiones frías donde hay un gradiente de temperatura más alto entre la temperatura de la superficie y la temperatura de las rocas.

DIFERENCIA ENTRE CALENTADOR DE SUPERCALENTADOR Y PRECALENTADOR DE AIRE

Un recalentador de sobrecalentador tiene una función similar a la de un sobrecalentador, pero la temperatura del fluido de salida es comparativamente más baja, y también se observa que la presión es un 20-25% más baja que la observada en los sobrecalentadores. Por lo general, están hechos de aleaciones de menor calidad porque están expuestos a temperaturas más bajas. Ayudan a aumentar la temperatura del vapor sobrecalentado que habría experimentado pérdida de calor.

Un precalentador de aire es un calentador básico que ayuda a calentar el aire antes de que ingrese a la cámara de combustión, lo que reduce la dependencia del combustible y también aumenta la eficiencia térmica del sistema. El ahorro en el que se incurre al tener un precalentador es directamente proporcional al aumento de temperatura debido a un precalentador.

Atribución de imagen: "Recalentador"(CC BY 2.0) por Terry Wha

PREGUNTAS DE ENTREVISTA Y RESPUESTAS SOBRE SUPERCALENTADORES

1. ¿Qué es un sobrecalentador primario?

El calentador que se coloca justo después del tambor de vapor es el recalentador principal. El primer recalentador o recalentador primario también se conoce como recalentador de baja temperatura o LTSH.

2. ¿Cuál es el funcionamiento del recalentador en una central térmica?

El sobrecalentador de una central térmica ayuda a recalentar el vapor producido por la caldera, lo que indirectamente aumenta la energía térmica del vapor. Es probable que el vapor se condense en el motor. Los sobrecalentadores ayudan a aumentar la eficiencia térmica del vapor sobrecalentado y se han utilizado en calderas en centrales térmicas.

3. ¿Cuál es el papel de un sobrecalentador en una planta de energía de vapor?

Un sobrecalentador es un intercambiador de calor en forma de espiral que generalmente se usa en calderas para convertir vapor saturado en vapor seco / vapor sobrecalentado. En las plantas de generación de energía, el vapor sobrecalentado se utiliza para la producción de electricidad.

4. ¿Por qué no aumenta la presión del vapor en un sobrecalentador?

La presión del vapor no aumenta en un sobrecalentador porque a medida que aumenta la temperatura del vapor, puede expandirse a través de las tuberías alejándose de la caldera. Aquí el vapor se comporta de manera similar al de un gas ideal, en el que cuando la temperatura aumenta, se supone que el gas se expande o aumenta su presión.

5. ¿Qué material se utiliza para un sobrecalentador en una caldera?

Los tubos de los sobrecalentadores están hechos de acero al carbono-molibdeno o acero al cromo-molibdeno. El material de construcción importante del sobrecalentador es Esshete 1250.

6. ¿Cuál es la diferencia entre el sobrecalentador radiante y el de convección? ¿Cómo trabajan?

La principal diferencia entre un sobrecalentador radiante y convectivo es que un sobrecalentador radiante está expuesto a las llamas del quemador, es decir, está ubicado en la cámara de combustión. Mientras que un sobrecalentador convectivo no se encuentra en la cámara que está expuesta a las llamas del proceso de combustión.

Un recalentador radiante está expuesto a altas temperaturas de hasta 10000C mientras que un recalentador convectivo solo puede soportar temperaturas en el rango de 50 a 2000F.

7. ¿Por qué se aplica una atemperación entre un sobrecalentador para reducir la temperatura?

Se instala un sobrecalentador o un atemperador en un sobrecalentador para reducir la temperatura del vapor sobrecalentado. La temperatura del vapor sobrecalentado se reduce poniendo el vapor en contacto con un líquido como el agua.

8. ¿Es un sobrecalentador eléctrico radiante o convectivo?

Un sobrecalentador eléctrico es radiante ya que el calentamiento del vapor saturado se realiza mediante energía radiante y no tiene una cámara de combustión en la que se ubique la zona de convección.

9. ¿Por qué hay muchas etapas de sobrecalentador en la planta de energía de vapor?

En las plantas de energía de vapor, los sobrecalentadores a menudo se dividen en múltiples etapas para facilitar el proceso de control de temperatura y para permitir la recuperación de calor. Las superficies de calentamiento se organizan a menudo en etapas verticales u horizontales.

10. ¿Cómo encontrar un atasco en la bobina del supercalentador mientras está funcionando?

Si hay una bobina que se atasca mientras el sobrecalentador está funcionando, el flujo del fluido se restringirá y habrá una elevación inesperada en la temperatura que se puede monitorear a través de sensores de control de temperatura.

11. ¿Cuál es el procedimiento de mantenimiento del sobrecalentador de la caldera?

El procedimiento de mantenimiento para el sobrecalentado se anota a continuación:

1. Medir el TDS (sólidos totales disueltos) y la tasa de conductividad que ayudaría a determinar la tasa de purga.

2. Para asegurarse de que la superficie de transferencia de calor se limpia con regularidad.

3. Evitar la formación de incrustaciones en la superficie y reducir así la velocidad de corrosión.

4. Asegurar que se mantenga la relación aire / combustible. No debe ser ni demasiado alto ni demasiado bajo.

12. ¿Por qué los sobrecalentadores no se incluyen en la limpieza química?

La razón por la que no se incluyen los sobrecalentadores en la limpieza química se debe a la escala variable del tubo del sobrecalentador. Son diferentes en la microestructura, espesor de los tubos. Además, se necesitaría una alta concentración de productos químicos y mucho tiempo para limpiar los sobrecalentadores con productos químicos.

13. ¿Por qué hay más diferencia entre la temperatura de salida del sobrecalentador y la temperatura de entrada de la turbina?

La razón de la diferencia en la temperatura de salida del sobrecalentador y la temperatura de entrada de la turbina se debe a la distancia de la tubería que transporta el vapor sobrecalentado. Cuando el fluido se calienta, se expande y se mueve fuera de la caldera comportándose así como un gas ideal. Pierde algo de calor mientras se mueve a través de las tuberías hacia la turbina.

14. ¿Cuál es el efecto del depósito de incrustaciones externas en el tubo del sobrecalentador en la caldera Whrb con horno de coque y el mecanismo de falla?

Hay varias razones para la falla de los tubos del sobrecalentador que incluyen corrosión, fluencia, fatiga y erosión. Los sobrecalentadores experimentan fallas prematuras de sus tubos debido a la alta temperatura del metal en la superficie de transferencia de calor y la deposición de escamas en estas superficies conduce a la corrosión a alta temperatura.

15. ¿Qué tipo de disposición de sobrecalentamiento es mejor para el cambio de carga de vapor?

Es deseable sobredimensionar los sobrecalentadores convectivos para lograr la temperatura de vapor requerida. Un diseño de dos etapas con una interetapa de atemperación podría manejar un rango de carga de vapor más amplio entre el 30 y el 100%.

16. ¿Cómo eliminar la sílice que se acumula en la zona del sobrecalentador de la central térmica?

La sílice se puede eliminar de la zona del sobrecalentador para aumentar la purga de la caldera, es decir, disminuir los límites aceptables de sílice en el agua. La sílice suele ser soluble en agua a altas temperaturas. Por lo tanto, la sílice se puede eliminar permitiendo que el agua a alta temperatura disuelva las sales de sílice en el sobrecalentador.

17. ¿Cómo identificar la falla del tubo del sobrecalentador de una caldera en funcionamiento?

La falla del tubo del sobrecalentador generalmente se debe a la alta temperatura a la que están expuestos los tubos sin un enfriamiento adecuado. Se puede identificar una falla del tubo cuando hay una obstrucción en el flujo de vapor durante el arranque de la caldera debido a la condensación..

18. Explique la generación de vapor de la columna de sobrecalentador.

En un intercambiador de calor grande, como una caldera, el calor de la combustión del combustible se transfiere al agua saturada. El agua saturada en la caldera se sobrecalienta usando un sobrecalentador para asegurar que el vapor ingrese a la turbina para reducir la erosión de las palas de la turbina y mejorar la eficiencia del proceso de generación de vapor.

19. ¿Cuál es el diámetro estándar del sobrecalentador?

El diámetro estándar de un sobrecalentador es de 29 mm y el grosor mínimo es de 1.62 mm.

20. ¿Cuál es el grado de material del sobrecalentador secundario?

El sobrecalentador secundario está expuesto a una temperatura más alta, por lo que no se puede utilizar carbón puro como material de construcción. Las aleaciones con Esshete en ellas serían un grado de material adecuado para los sobrecalentadores secundarios.

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Sobre Veena Parthan

Soy Veena Parthan, y trabajo como ingeniera de operación y mantenimiento solar para el sector solar del Reino Unido. Tengo más de 5 años de experiencia en el campo de Energía y Servicios Públicos. He completado mi Licenciatura en Ingeniería Química y Maestría en Ingeniería Térmica. Tengo un profundo interés en las energías renovables y su optimización. He publicado un artículo en las actas de la conferencia AIP que se basa en Cummins Genset y su optimización de flujo.
Durante mis horas libres, me dedico a la redacción técnica independiente y me encantaría ofrecer mi experiencia en la plataforma LambdaGeeks. Aparte de eso, paso mis horas libres leyendo, realizando algunas actividades deportivas y tratando de convertirme en una mejor persona.
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