Las calderas de recuperación son utilizadas en grandes industrias, ya que en los pequeños módulos de cogeneración de los motores está incluido un intercambiador de calor para aprovechar los gases de escape.
Se puede definir una caldera como un aparato a presión, donde el calor procedente de un combustible o de otra fuente de energía se transforma en energía térmica, mediante intercambio de calor con un fluido caloportador en fase líquida o vapor.
Las calderas de recuperación de calor en un ciclo combinado son el elemento encargado de aprovechar la energía térmica de los gases de escape de la turbina o el motor alternativo transformándola en vapor. Ese vapor puede ser dirigido a una turbina de vapor para transformarlo en energía eléctrica o puede ser utilizado en procesos industriales o en sistemas de calefacción.
Las calderas de recuperación pueden clasificarse en calderas con o sin postcombustión, en calderas horizontales o verticales o también por el número de veces que el agua pasa a través de la caldera, también conocidas como OTSG (OneThroughSteamGenerators).
Las partes principales de una caldera de recuperación son:
Desgasificador: Se encarga de eliminar los gases que puedan estar disueltos en
el agua de alimentación, el gas principal es el oxígeno aunque puede haber otros gases que podrían provocar corrosiones.
Tanque de agua de alimentación: Es el deposito donde se acumula el agua que
va a alimentar el sistema, el agua de alimentación tiene que ser muy pura ya que podría contener algunos elementos que puedan obstruir conductos, erosionarlos o corroerlos.
5Equipos de aprovechamiento y transformación de la energía térmica residual 23 Calderín: Es el lugar donde es alimentado el evaporador de agua y el
sobrecalentador de vapor. Según la turbina de vapor que alimenten puede haber distintos calderines, de baja, media o alta presión.
Bombas de alimentación: Evitan el agua desde el tanque de agua de
alimentación hasta su calderín correspondiente.
Economizadores: Son intercambiadores de calor que precalientan el agua de
alimentación con el calor residual de los gases de escape, aprovechando su energía, así aumentamos el rendimiento de la instalación.
Evaporadores: Son intercambiadores de calor que aprovechan el calor de los
gases de escape de temperatura intermedia para evaporar el agua a la presión del circuito correspondiente, la circulación de agua a través de ellos puede ser forzada o natural.
Sobrecalentadores y recalentadores: Son intercambiadores de calor que se
encuentran en la parte más cercana a la entrada de los gases de combustión de la turbina de gas, el vapor que produce está listo para ser enviado a la turbina de vapor, el vapor producido debe ser lo más puro posible y debe ir libre de gotas de agua que harían que se deteriorara la turbina, también hay que tener controlado la temperatura y la presión del vapor de salida.
Cuando no exista demanda energética en el proceso, y por lo tanto, no sea necesario aprovechar el calor contenido en los gases de escape, éstos se enviarán a la atmósfera. Serán enviados mediante una válvula de tres vías del tipo proporcional y con mando motor, que será gobernada por una sonda colocada a la salida del circuito secundario del recuperador de agua caliente.
Los circuitos de refrigeración de los motores suelen ir a unos intercambiadores de calor a través de válvulas de bypass para abastecer la demanda térmica de la planta, produciendo vapor saturado seco. En estos circuitos es muy importante mantener la presión y la temperatura constantes, ya que un cambio de la misma puede afectar tanto al motor como a la producción de energía térmica.
Se pueden distinguir dos tipos de calderas según su funcionamiento:
Acuotubulares: las calderas de vapor acuotubulares tienen como característica
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calor, y los gases calientes circulan en masa por el exterior de dichos tubos. El recorrido que realiza el agua/vapor en este tipo de caldera es el siguiente: El agua, impulsada por las bombas de alimentación, se envía a los economizadores en primer lugar. En ellos el agua se calienta desde la temperatura del tanque de agua de alimentación a una temperatura próxima, pero por debajo de la de vaporización. El agua a la salida del economizador llega al calderín, donde se envía el agua al evaporador. En el evaporador se vaporiza una parte del agua, y la mezcla agua-vapor que queda sin separar retorna al calderín, donde se produce la separación del agua y el vapor. El vapor sale por la parte superior del calderín a través de unos depósitos eliminadores de gotas. Estas calderas pueden producir vapor saturado o vapor sobrecalentado (llevan incorporado un sobrecalentador).
Pirotubulares: Una caldera pirotubular es en la que los gases de escape
discurren por el interior de unos tubos sumergidos en la masa de líquido. Todo el conjunto, agua y tubos, está envuelto por una carcasa exterior. Los gases calientes, al circular por los tubos, ceden parte de su calor sensible al agua, la cual se calienta, al tiempo que la parte del agua más próxima a los tubos se vaporiza. Las calderas pirotubulares presentan un bajo coste inicial, además de las siguientes ventajas respecto a las calderas acuotubulares:
o Capacidad de soportar fluctuaciones de cargas bruscas y grandes,
produciéndose solo ligeras variaciones en la presión debido a la gran cantidad de agua almacenada.
o Bajo coste en mantenimiento.
o Simplicidad de instalación que sólo exige la cimentación y la conexión
de la caldera a las redes de agua, vapor y combustible.
En la actualidad, en las plantas de cogeneración se utilizan calderas pirotubulares con economizadores y cámara de recogida de gases en la chimenea. Teniendo en cuenta que la producción de vapor de las calderas de recuperación es constante mientras no se pare ningún motor, se disponen de unas calderas de gas auxiliares que regulan la producción de vapor en función de la demanda.
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La caldera de recuperación tendrá como energía primaria únicamente los gases de escape de los motores o turbinas de gas. También se le puede acoplar un quemador auxiliar de gas natural. Esto permite que la caldera pueda seguir en funcionamiento aunque la planta de cogeneración esté en parada. El quemador estará parado mientras la planta de cogeneración esté en funcionamiento. Así siempre se puede obtener la producción de vapor necesaria.