La presente analisi analizza in dettaglio lo schema della caldaia a recupero di calore residuo (WHRB) per spiegarne il funzionamento, i componenti e l'importanza nell'industria moderna.
Uno schema standard mette in evidenza diverse parti fondamentali:
Tubi/banchi dello scambiatore di calore: Il nucleo in cui i gas di scarico caldi trasferiscono energia termica all'acqua/al vapore.
Economizzatore: Una sezione di preriscaldamento che utilizza il calore residuo per riscaldare l'acqua di alimentazione prima che entri nel tamburo della caldaia.
Sezione dell'evaporatore: Dove l'acqua riscaldata bolle e si trasforma in vapore.
Tamburo a vapore: Separa il vapore dall'acqua, consentendo di prelevare il vapore secco per utilizzarlo.
Condutture/Entrata e uscita dei fumi: Canali che convogliano i gas di scarico caldi attraverso l'impianto fino al camino.
Il diagramma illustra due flussi principali:
Percorso dei gas di combustione: I gas di scarico caldi (provenienti da una turbina, da un forno, ecc.) entrano nel WHRB, passano sulle superfici dello scambiatore di calore (economizzatore, evaporatore), cedono il proprio calore ed escono a una temperatura notevolmente inferiore.
Percorso dell'acqua/del vapore: L'acqua di alimentazione viene pompata nell'economizzatore, dove viene preriscaldata, per poi passare all'evaporatore e al tamburo del vapore, dove viene trasformata in vapore utilizzabile. Questo vapore viene quindi convogliato verso i processi che ne necessitano per il riscaldamento o per la produzione di energia elettrica.
Il diagramma illustra alcuni concetti fondamentali di termodinamica e trasferimento di calore:
Recupero di calore: Dimostra visivamente il recupero dell'energia termica “sprecata”.
Progettazione a controcorrente/a flusso incrociato: Mostra come la disposizione dei flussi di gas e acqua massimizzi il differenziale di temperatura e l'efficienza.
Cambiamento di fase: Illustra il passaggio dell'acqua dallo stato liquido a quello di vapore all'interno dei componenti del sistema.
Bilancio energetico: Fornisce una base schematica per il calcolo dell'energia immessa (gas caldo) rispetto a quella prodotta (vapore + gas raffreddato).
Il diagramma rappresenta un modello di riferimento per l'efficienza e la riduzione delle emissioni:
Miglioramenti in termini di efficienza: Illustra il metodo diretto per aumentare l'efficienza complessiva dell'impianto sfruttando l'energia che in precedenza andava sprecata.
Risparmio di carburante e riduzione dei costi: Generando vapore “gratuito”, riduce il fabbisogno di combustibile primario nelle caldaie ausiliarie.
Riduzione delle emissioni: La riduzione del consumo di combustibile primario comporta una diminuzione diretta delle emissioni di CO₂ e di sostanze inquinanti per unità di produzione.
Integrazione del sistema: Spiega in che modo il WHRB si integra con i processi primari quali le turbine a gas (in un ciclo combinato) o i forni industriali.
I diagrammi possono variare a seconda dell'applicazione:
A tubi d'acqua vs. a tubi di fumo: Indica se i gas caldi passano all’esterno dei tubi contenenti acqua (come avviene comunemente in caso di alta pressione) oppure all’interno dei tubi circondati dall’acqua.
Con/senza accensione supplementare: Indica se il sistema è dotato di un bruciatore per aumentare la produzione di vapore quando il calore di scarico è insufficiente.
HRSG per ciclo combinato: Uno schema specifico e complesso relativo ai generatori di vapore a recupero di calore nelle centrali elettriche, che spesso illustra diversi livelli di pressione.
