Qual è la differenza tra una caldaia a tubi d'acqua e una caldaia a tubi di fumo?
Una caldaia a tubi d'acqua e una caldaia a tubi di fumo sono due tipi di caldaie utilizzate per generare vapore. La principale differenza tra loro è il metodo di trasferimento del calore all'acqua per la produzione di vapore. Questo articolo illustra le differenze fondamentali tra le caldaie a tubi d'acqua e a tubi di fumo, coprendo il loro design, i principi operativi, le applicazioni, i vantaggi e gli svantaggi.
Confronto tra caldaia a tubi d'acqua e caldaia a tubi di fumo
Nota – le caldaie a 'tubi di fumo' possono essere indicate anche come 'tubifumo' o 'tubi-fumo', ma tutti i termini si riferiscono allo stesso concetto. Analogamente, 'tubi d'acqua', 'tubidacqua' e 'tubi-d'acqua' sono varianti dello stesso termine. Questo articolo utilizza intenzionalmente tutti i termini per familiarizzare il lettore con essi.
Tubo della caldaia a tubi di fumo (sinistra) e tubo della caldaia a tubi d'acqua (destra).
Design e Principio di Funzionamento
Caldaie a Tubi d'Acqua
Le caldaie a tubi d'acqua presentano acqua che scorre attraverso tubi riscaldati esternamente dai gas di combustione. L'acqua assorbe calore dai gas di combustione mentre attraversa i tubi, trasformandosi in vapore; questo vapore viene poi raccolto in un tamburo del vapore o collettore. Le caldaie a tubi d'acqua possono operare a pressioni più elevate rispetto alle caldaie a tubi di fumo grazie al contenimento dell'acqua all'interno dei tubi e al minore stress di pressione risultante.
Caldaia a Tubi d'Acqua
Nota – il vapore prodotto viene solitamente raccolto nei collettori e poi inviato a un tamburo del vapore, ma ciò dipende dal design specifico della caldaia a tubi d'acqua.
Caldaie a Tubi di Fumo
In una caldaia a tubi di fumo, i gas caldi del processo di combustione passano attraverso una serie di tubi immersi in un recipiente pieno d'acqua. Man mano che l'acqua che circonda i tubi si riscalda, si trasforma in vapore, che poi si accumula nella parte superiore del guscio della caldaia.
Caldaia a Tubi di Fumo
Applicazioni
Le caldaie a tubi d'acqua sono generalmente utilizzate per applicazioni ad alta pressione, come nelle centrali termiche, grazie alla loro capacità di operare a pressioni e temperature elevate (le turbine a vapore richiedono sia vapore ad alta pressione che ad alta temperatura per funzionare efficacemente). Al contrario, le caldaie a tubi di fumo trovano impiego in applicazioni a bassa pressione come il riscaldamento e la fornitura di vapore di processo per strutture industriali di piccole e medie dimensioni. Una tipica caldaia a tubi d'acqua di una centrale elettrica può operare a 3.200 psi, 932⁰F (220 bar, 500⁰C) o più.
Caldaia a Tubi d'Acqua di una Centrale Elettrica
Vantaggi e Svantaggi delle Caldaie a Tubi d'Acqua
Le caldaie a tubi d'acqua sono in grado di gestire pressioni più elevate e hanno un tasso di produzione di vapore più significativo (tasso di evaporazione più elevato) grazie ai loro numerosi tubi a parete sottile. Offrono maggiore flessibilità nel rispondere ai cambiamenti di carico e sono considerate più sicure grazie a un rischio inferiore di guasti catastrofici. Tuttavia, il loro design complesso porta a costi iniziali e requisiti di manutenzione più elevati.
Vantaggi e Svantaggi delle Caldaie a Tubi di Fumo
Più semplici nel design, le caldaie a tubi di fumo sono più facili da operare e mantenere, e sono solitamente meno costose da acquistare e installare. Le loro limitazioni includono una pressione e una capacità di vapore limitate, una risposta più lenta ai cambiamenti di carico e un'efficienza inferiore nella gestione delle richieste fluttuanti.
Sezione Trasversale della Caldaia a Tubi di Fumo
Nota – una caldaia a tubi di fumo ha un unico grande guscio cilindrico. Il guscio è fabbricato da una piastra d'acciaio piatta che viene arrotolata e poi saldata insieme alle giunture. Le caldaie a tubi di fumo sono limitate nel range di pressione di lavoro perché il guscio della caldaia agisce come un grande confine di pressione. Aumentare la resistenza del guscio richiede una piastra più spessa, che diventa economicamente costosa e difficile da fabbricare man mano che la dimensione della caldaia aumenta. Per questo motivo, le caldaie a tubi di fumo sono poco adatte a operare ad alte pressioni.
Processo di Produzione del Guscio della Caldaia a Tubi di Fumo
Confronto tra Caldaie a Tubi di Fumo e Caldaie a Tubi d'Acqua
Le caldaie a tubi d'acqua sono appropriate per applicazioni su larga scala, ad alta pressione e alta temperatura, e sono più capaci di gestire rapidi cambiamenti di carico.
Le caldaie a tubi di fumo sono appropriate per applicazioni a bassa e media pressione e temperature più basse; sono anche più semplici nel design, più facili da installare e da mantenere.
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Risorse Aggiuntive
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/fire-tube
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X2100410X
https://www.iqsdirectory.com/articles/boiler/water-tube-boilers.html
https://ivypanda.com/essays/fire-tube-boiler-the-case-study/