La produzione di vapore e acqua calda è una delle attività industriali più diffuse del mondo. È anche un settore con un grande margine di miglioramento. In questa attività, analizzeremo più da vicino i componenti di un impianto con caldaia a vapore e come assicurare un funzionamento efficiente e affidabile.

Un tipico impianto con caldaia a vapore è costituito da diversi componenti: un condensatore, un serbatoio condensante, un disaeratore, una caldaia, un economizzatore e diverse pompe che circolano l’acqua nell’impianto.

Cominciamo con il condensatore:
Il condensatore ha un unico ma importante scopo: assicurare che il vapore sia nuovamente allo stato liquido prima di essere reimmesso nell’impianto a caldaia.

Se vapore è ancora presente nell’acqua, il serbatoio di alimentazione della caldaia potrebbe scoppiare. Per prevenire questa evenienza, è necessario utilizzare un condensatore di dimensioni adeguate e in perfetto stato di funzionamento.

All’interno del condensatore, i tubi dell’acqua fredda assorbono il calore dal vapore per abbassare la temperatura. Spesso, tuttavia, questa energia viene rilasciata nell’atmosfera e quindi è possibile ottenere un notevole risparmio energetico applicandola ad altre parti dell’impianto, per esempio, per preriscaldare l’aria di combustione del bruciatore.

La condensa viene raccolta nel serbatoio di alimentazione della caldaia e acqua integrativa viene aggiunta per sostituire la condensa, che viene perduta sotto forma di vapore nel processo aperto e non può essere recuperata.

Per evitare la corrosione, che può distruggere una caldaia in meno di 6 mesi, l’acqua deve essere trattata chimicamente. Questo impedirà che l’acqua diventi acida e migliorerà la capacità di riduzione dell’ossigeno nell’acqua e il livello di anidride carbonica del disaeratore.

Il trattamento chimico viene effettuato tramite pompe dosatrici. Utilizzando sistemi di dosaggio intelligenti e precisi, sarà possibile limitare l’uso di prodotti chimici costosi, assicurando un vapore di alta qualità con un trasferimento minimo.

Una volta trattata chimicamente, l’acqua viene trasportata al disaeratore. Qui, gocciola attraverso le superfici forate mentre il vapore si innalza, rimuovendo l’ossigeno e la CO2 dall’acqua e fuoriuscendo infine dal dispositivo attraverso la valvola di sfogo.

Per rimuovere la maggior quantità di ossigeno e CO2 possibile, l’acqua deve essere mantenuta al punto di ebollizione in ogni momento. Consigliamo di utilizzare un convertitore di frequenza per il controllo delle pompe di scarico della condensa e di mantenere un flusso costante di acqua al disaeratore. Questa soluzione previene variazioni di temperatura e migliora la qualità dell’acqua, riducendo allo stesso tempo il rischio di cavitazione nelle pompe di alimentazione.

La cavitazione si verifica quando la pressione nei tubi e nella mandata della pompa scende al di sotto della tensione di vapore dell’acqua, causando la formazione e l’implosione di bolle di vapore ad alta velocità e pressione.
Per prevenire la cavitazione, che potrebbe danneggiare seriamente una pompa, è necessario ricorre a una corretta progettazione dell’impianto, utilizzando le giuste pompe di alimentazione.

Il primo passo è collocare il disaeratore in posizione superiore rispetto alle pompe di alimentazione. In questo modo, si aumenterà la pressione a causa del posizionamento fisico elevato e si ridurrà il rischio di cavitazione. Il secondo passo è dotare l’impianto di pompe progettate per lavorare con una bassa pressione in mandata. Per esempio, pompe con prime giranti appositamente progettate che migliorano la capacità di aspirazione.

Diverse strategie possono essere utilizzate per il controllo delle pompe di alimentazione. Da semplici segnali di avvio-arresto a valvole di alimentazione.

Tuttavia, una pompa a velocità variabile collegata a un sensore di livello consentirà di evitare l’uso di queste costose valvole di alimentazione e l’inevitabile perdita di carico che ne deriva. Il risultato è un livello costante dell’acqua nella caldaia e una riduzione dei costi energetici e di funzionamento.

Nella caldaia, l’acqua è soggetta all’energia termica del bruciatore fino a quando non raggiunge il suo punto di ebollizione e si trasforma in vapore. Questo processo crea fumi, che lasciano la caldaia a una temperatura di circa 300°C. Installando un economizzatore, l’energia in eccesso può essere sfruttata e riutilizzata con grande effetto.

Il principio dell’economizzatore è lo stesso del condensatore, ma il potenziale di risparmio è più grande. I tubi dell’acqua fredda nell’economizzatore assorbono l’energia termica dei fumi e riducono la temperatura da circa 300°C anche a 50°C. L’energia può essere utilizzata nell’impianto a caldaia o nei processi industriali. In alcuni paesi, è anche possibile vendere l’energia termica agli impianti di teleriscaldamento, riducendo in modo significativo i costi di esercizio.

Infine, il vapore lascia la caldaia e, dopo aver rilasciato la sua energia, si trasforma in condensa e ritorna al condensatore. Il ciclo continua, e con un impianto intelligentemente progettato, continuerà a farlo per decenni, offrendo un funzionamento efficiente e affidabile.