Una caldaia è una nave in cui l'acqua viene riscaldata sotto pressione e vaporizzata in vapore per uno scopo specifico. Esistono diversi tipi di caldaie, riscaldate a carbone, combustibile solido, petrolio o gas. Le caldaie variano ampiamente in termini di dimensioni da piccole, unità portatili o assemblate in negozi a grandi forni che bruciano 6 tonnellate di carbone al minuto. Le caldaie funzionano a pressione positiva e tutte le parti devono essere sufficientemente resistenti per sopportare la pressione del vapore che generano. La maggior parte delle caldaie ad alta pressione viene utilizzata per scopi commerciali o industriali.
Pressione massima consentita
Le caldaie sono classificate anche in base alla capacità di pressione, al tipo di progettazione e all'uso. La pressione di esercizio massima consentita, o MAWP, è la pressione massima che la nave (caldaia) è progettata per sopportare. Questa pressione viene misurata in termini di libbre per pollice quadrato o "psi" e la pressione dell'indicatore è espressa come "psig". La National Fire Prevention Association e gli standard federali definiscono una caldaia a vapore di tipo II come una che produce vapore ad alta pressione tra 16 e 150 psig. Una caldaia a vapore di Tipo III produce vapore tra 151 e 350 psig.
Caldaia a tubi d'acqua
In questo tipo di caldaia, il combustibile viene bruciato all'interno del forno, creando gas caldo che riscalda l'acqua circolante attraverso i suoi tubi. L'acqua viene convertita in vapore che sale per essere catturato in un vapore, dove viene aspirato il vapore saturo. Questo rientra nella fornace attraverso un surriscaldatore, dove diventa ancora più caldo. Quando la temperatura del vapore surriscaldato è superiore al punto di ebollizione, diventa un gas secco e sotto pressione che viene utilizzato per azionare le turbine. La maggior parte dei progetti di caldaie a tubi d'acqua ha una capacità compresa tra 4.500 e 120.000 chilogrammi all'ora di vapore. Le caldaie a tubi d'acqua nelle centrali termiche sono anche chiamate unità generatrici di vapore.
Benson Boiler
La caldaia Benson è chiamata un generatore di vapore supercritico ed è spesso utilizzata per produrre energia elettrica. Funziona a una pressione così elevata, più di 3.200 psi, che gli arresti di ebollizione effettivi e non c'è separazione acqua-vapore. Non ci sono bolle, perché la temperatura dell'acqua è al di sopra della pressione critica a cui possono formarsi le bolle. Questo vapore funziona in una turbina ad alta pressione, quindi entra nel condensatore del generatore. Il termine "caldaia" non deve essere usato con questo generatore di vapore perché non si verifica bollente.
Caldaia a vapore surriscaldato
Questo tipo di caldaia vaporizza l'acqua e quindi riscalda il vapore in un surriscaldatore, producendo vapore ad una temperatura molto più alta. Questo crea una temperatura di scarico dei fumi più alta a meno che non si usi un "economizzatore". L'economizzatore riscalda l'acqua di alimentazione, che scorre attraverso un riscaldatore ad aria comburente nel percorso dello scarico dei fumi caldi. Questo vapore surriscaldato spesso aumenta l'efficienza complessiva della generazione di vapore e il suo utilizzo con guadagni nella temperatura di ingresso alle turbine. Il vapore surriscaldato crea problemi di sicurezza, perché se un componente del sistema si guasta e il vapore fuoriesce, l'alta pressione e la temperatura possono essere mortali. La temperatura nella zona del forno a gas della caldaia è in genere tra 2.400 e 2.900 gradi Fahrenheit. Alcuni di questi sono riscaldatori a convezione, che assorbono calore da un gas simile a un fluido, mentre altri sono radianti e assorbono il calore radiante.
