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Una caldaia è una nave in cui l'acqua viene riscaldata sotto pressione e vaporizzata in vapore per uno scopo specifico. Esistono diversi tipi di caldaie, riscaldate a carbone, combustibile solido, petrolio o gas. Le caldaie variano ampiamente di dimensioni da unità piccole, portatili o assemblate in officina a grandi forni che bruciano 6 tonnellate di carbone al minuto. Le caldaie funzionano a pressione positiva e tutte le parti devono essere abbastanza forti da resistere alla pressione del vapore che generano. La maggior parte delle caldaie ad alta pressione sono utilizzate per scopi commerciali o industriali.
Pressione massima consentita
Fotolia.com "> ••• immagine della valvola del vapore di John Sandoy da Fotolia.comLe caldaie sono classificate anche in base alla capacità di pressione, al tipo di progetto e all'utilizzo. La massima pressione di esercizio consentita, o MAWP, è la massima pressione che la nave (caldaia) è progettata per resistere. Questa pressione viene misurata in termini di libbre per pollice quadrato o "psi" e la pressione del manometro è espressa come "psig". La National Fire Prevention Association e gli standard federali definiscono una caldaia a vapore di tipo II come quella che produce vapore ad alta pressione tra 16 e 150 psig. Una caldaia a vapore di tipo III produce vapore tra 151 e 350 psig.
Caldaia a tubi d'acqua
In questo tipo di caldaia, il combustibile viene bruciato all'interno del forno, creando gas caldo che riscalda l'acqua che circola attraverso i suoi tubi. L'acqua viene convertita in vapore che sale per essere catturato in un tamburo di vapore, dove il vapore saturo viene aspirato. Questo rientra nella fornace attraverso un surriscaldatore, dove diventa ancora più caldo. Quando la temperatura del vapore surriscaldato supera il punto di ebollizione, diventa un gas secco e pressato che viene utilizzato per azionare le turbine. La maggior parte dei modelli di caldaie a tubi d'acqua ha una capacità da 4.500 a 120.000 chilogrammi all'ora di vapore. Le caldaie a tubi d'acqua nelle centrali termoelettriche sono anche chiamate unità generatrici di vapore.
Caldaia Benson
Fotolia.com "> ••• condotte a turbina a vapore immagine di Andrei Merkulov da Fotolia.comLa caldaia Benson è chiamata generatore di vapore supercritico e viene spesso utilizzata per produrre energia elettrica. Funziona a una pressione così elevata, oltre 3.200 psi, che l'effettiva ebollizione si arresta e non c'è separazione acqua-vapore. Non c'è gorgogliamento, perché la temperatura dell'acqua è superiore alla pressione critica a cui possono formarsi bolle. Questo vapore funziona in una turbina ad alta pressione, quindi entra nel condensatore del generatore. Il termine "caldaia" non dovrebbe essere utilizzato con questo generatore di vapore poiché l'ebollizione non si verifica realmente.
Caldaia a vapore surriscaldato
Questo tipo di caldaia vaporizza l'acqua e quindi riscalda il vapore in un surriscaldatore, producendo vapore a una temperatura molto più elevata. Ciò crea una temperatura di scarico dei fumi più alta a meno che non venga utilizzato un “economizzatore”. L'economizzatore riscalda l'acqua di alimentazione, che attraversa un riscaldatore ad aria di combustione nel percorso di scarico del gas di combustione caldo. Questo vapore surriscaldato spesso aumenta l'efficienza complessiva della generazione di vapore e il suo utilizzo con incrementi della temperatura di ingresso alle turbine. Il vapore surriscaldato crea problemi di sicurezza, perché se un componente del sistema si guasta e il vapore fuoriesce, l'alta pressione e la temperatura possono essere mortali. La temperatura nell'area del forno a gas della caldaia è generalmente compresa tra 2.400 e 2.900 gradi Fahrenheit. Alcuni di questi sono riscaldatori a convezione, assorbono il calore da un gas fluido, mentre altri sono radianti, assorbendo il calore delle radiazioni.