Caldera de vapor: Cámara de combustión y parrilla de la caldera
¿Qué es la combustión?
La combustión es un proceso químico durante el cual el oxígeno se combina con diferentes elementos del combustible. Durante esta combinación, se produce una cantidad definida de calor por unidad de masa del elemento combustible, dependiendo del elemento con el que se combina el oxígeno. Los elementos que participan en el proceso de combustión son oxígeno, hidrógeno, carbono y azufre.
Existen varios otros elementos en el combustible (carbón) que también participan en el proceso de combustión, como hierro, silicio, etc. Estos generalmente existen en pequeñas cantidades y se clasifican como impurezas del combustible. Estas impurezas producen ciertos residuos durante la combustión del carbón y permanecen en forma de ceniza y se almacenan en el pozo de cenizas de la caldera de vapor, después de la combustión. La combustión del combustible, incluido el carbón, requiere tres etapas para completarse.
La absorción de calor para elevar la temperatura del combustible hasta el punto de ignición.
La destilación y combustión de gases volátiles.
Combustión del carbono fijo.
Cuando el carbón se introduce en la caldera de vapor en forma pulverizada, la temperatura del carbón se eleva primero hasta su punto de ignición. Las materias volátiles del carbón, conocidas como hidrocarburos, como el gas de pantano, brea, alquitrán y nafta, se separan del carbón y se liberan en forma gaseosa. Estos gases luego se combinan con el oxígeno del aire, que se suministra a través de la cama de combustible (carbón) caliente de la caldera de vapor.
Después de que los hidrocarburos se han liberado del carbón, el carbono sólido se une con el oxígeno del aire y forma monóxido de carbono y dióxido de carbono. Cualquier sustancia del carbón que no sea combustible cae a través de la parrilla en el pozo debajo de la caldera de vapor en forma de ceniza. Para el proceso de combustión, se debe suministrar suficiente aire en la caldera.
Generalmente, se requieren aproximadamente 12 libras de aire para completar la combustión de una libra de carbón. Sin embargo, en la práctica, se suministra dos veces o más de esta cantidad de aire en la caldera mediante soplado forzado, ya que las condiciones ideales de combustión no se pueden lograr prácticamente. Siempre es bastante difícil suministrar aire a todas las partes de la caldera de vapor de manera uniforme.
Por otro lado, no se debe suministrar demasiado aire a la caldera. Si el aire se suministra a una tasa muy alta, puede haber una posibilidad de que los gases hidrocarburos se dispersen antes de que se complete el proceso de combustión. Por lo tanto, el aire debe suministrarse a la caldera a una tasa alta pero controlada.
El diseño y operación principales de la caldera de vapor es obtener la combustión con el mínimo de humo. Se prefiere la combustión sin humo principalmente por dos razones,
El humo es la principal causa de la contaminación del aire.
El humo es indicativo de una combustión incompleta. Los gases no quemados visibles se muestran en forma de humo.
El principio de la combustión completa es bastante simple, pero no siempre es posible llevarlo a cabo en la caldera de vapor. Introducir carbón en la caldera, elevar la temperatura al punto de ignición y suministrar suficiente aire para la combustión puede no ser suficiente para una combustión exitosa. Hay otro factor que se debe tener en cuenta durante el diseño de una caldera.
Es igualmente importante mezclar el aire con los gases combustibles de manera exhaustiva y mantenerlo a una temperatura suficientemente alta durante el proceso. Cuando se quema carbón bituminoso fresco en la cama de combustible de la caldera de vapor, los gases combustibles se liberan y una gran parte de ellos permanece sin quemar y se lleva a la chimenea si el aire no se mezcla adecuadamente con ellos.
Se han desarrollado muchos procesos de mezcla de aire para la caldera de vapor. Uno de los métodos populares de la caldera es proporcionar una cámara de combustión revestida de ladrillos refractarios de tamaño suficiente con diafragmas adecuados para mezclar correctamente los gases con el aire, la introducción de suficiente aire caliente en la combustión para consumir los gases combustibles antes de llegar a la superficie de calentamiento de la caldera.
Construcción de la caldera
Para una combustión exitosa, una caldera tiene algunas partes esenciales en su construcción, tales como
Una parrilla para soportar el combustible (carbón).
Cámara de combustión – donde se produce la combustión Medios de suministro de aire fresco.
Un pozo de cenizas para recolectar y capturar los residuos del combustible durante la combustión.
Parrilla de la caldera
Se proporciona una parrilla en la caldera de vapor para soportar el combustible sólido en la caldera. La parrilla está diseñada de tal manera que también permite la admisión de aire en el combustible sólido para la combustión.
Las aberturas de la parrilla no deben ser tan grandes que permitan que las partículas de combustible no quemadas caigan a través de ellas, y, por otro lado, estas aberturas no deben ser tan estrechas que obstruyan la cantidad suficiente de aire para pasar a través del combustible.
Cámara de fuego y cámara de combustión de la caldera
La cámara de fuego de la caldera de vapor es el lugar justo encima de la parrilla y la cámara de combustión es la extensión de esta donde se produce la combustión de los hidrocarburos volátiles. El calor producido debido a la combustión es absorbido por la superficie de la caldera de vapor en la parte superior de la cámara de combustión. Se proporcionan diferentes paredes de ladrillos refractarios y diafragmas en la cámara de combustión para una mezcla adecuada de aire con los gases combustibles.
Pozo de cenizas
El pozo de cenizas de la caldera de vapor es una cámara proporcionada debajo de la parrilla para atrapar los residuos (cenizas) del fuego superior. El pozo de cenizas también funciona como cámara de suministro de aire a través de la parrilla. Debe haber suficiente altura entre el suelo inferior del pozo de cenizas y la parrilla para dar espacio suficiente de aire. En la práctica común, se inclina el suelo del pozo hacia la parte frontal para facilitar la eliminación de las cenizas.
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