Diseño de un intercambiador de calor (Economizador) para una caldera pirotubular de 300BHP

Abstract

RESUMEN: Los economizadores mejoran la eficiencia térmica general de la caldera al recuperar la energía de los gases de combustión antes de que se expulsen a la atmósfera. Una forma de utilizar el calor de los gases de combustión es transfiriéndolo al agua de alimentación de la caldera, esta es la función de los economizadores que son intercambiadores de calor de flujo cruzado entre el agua de alimentación y el gas de combustión. El agua de alimentación de la caldera se precalienta consumiendo parte del calor del gas de combustión. Por lo tanto, como ésta ya está precalentada, la cantidad de combustible quemado para generar vapor se reduce. El material del economizador juega un papel importante ya que la transferencia de calor de los gases calientes al agua se realiza por conducción. En la conducción, si la conductividad del material aumenta, la transferencia de calor aumenta y si disminuye, la transferencia de calor disminuye. La conducción a través de la pared del tubo es importante, sin embargo, se debe tener en cuenta que la mayor resistencia a la transferencia de calor la presentan los gases calientes, dados los bajos coeficientes de convección asociados a la transferencia de calor con gases. Por esto, el diseño de los economizadores propuestos incluye bancos de tubos alineados con aletas de dos materiales diferentes del lado de los gases para reducir la resistencia a la transferencia de calor de los gases a las aletas. El diseño del intercambiador garantiza que el flujo de agua por los múltiples bancos de tubos sea laminar para maximizar el tiempo de residencia del fluido en su paso por el intercambiador de calor. Se realizó el análisis térmico de un economizador con tubos de acero al carbono teniendo en cuenta el efecto de la variación del material de las aletas (aluminio y cobre) en la efectividad del intercambio de calor.

ABSTRACT : Economizers improve the overall thermal efficiency of the boiler by recovering energy from the combustion gases before they are expelled to the atmosphere. One way to use the heat from the flue gases is by transferring it to the boiler feed water, this is the function of economizers which are cross flow heat exchangers between the feed water and the flue gas. The boiler feed water is preheated by consuming part of the heat from the flue gas. Therefore, since it is already preheated, the amount of fuel burned to generate steam is reduced. The economizer material plays an important role as heat transfer from hot gases to water is by conduction. In conduction, if the conductivity of the material increases, the heat transfer increases and if it decreases, the heat transfer decreases. Conduction through the tube wall is important, however, it must be taken into account that the greatest resistance to heat transfer is presented by hot gases, given the low convection coefficients associated with heat transfer with gases. For this reason, the design of the proposed economizers includes tube banks aligned with fins of two different materials on the gas side to reduce resistance to heat transfer from the gases to the fins. The design of the exchanger ensures that the water flow through the multiple tube banks is laminar to maximize the residence time of the fluid as it passes through the heat exchanger. The thermal analysis of an economizer with carbon steel tubes was carried out taking into account the effect of the variation of the material of the fins (aluminum and copper) in the effectiveness of the heat exchange.