Uma caldeira é uma embarcação na qual a água é aquecida sob pressão e vaporizada em vapor para uma finalidade específica. Existem vários tipos de caldeiras, aquecidas por carvão, combustível sólido, petróleo ou gás. As caldeiras variam muito em tamanho, desde unidades pequenas, portáteis ou montadas em lojas até grandes fornos que queimam 6 toneladas de carvão por minuto. As caldeiras operam a pressão positiva e todas as partes devem ser fortes o suficiente para suportar a pressão do vapor que geram. A maioria das caldeiras de alta pressão são usadas para fins comerciais ou industriais.
Pressão Máxima Permitida
As caldeiras são classificadas também pela sua capacidade de pressão, tipo de projeto e uso. A pressão máxima de trabalho permitida, ou MAWP, é a maior quantidade de pressão que a embarcação (caldeira) é projetada para suportar. Essa pressão é medida em libras por polegada quadrada ou "psi", e a pressão manométrica é expressa como "psig". A National Fire Prevention Association e os padrões federais definem uma caldeira a vapor Tipo II como aquela que produz vapor de alta pressão entre 16 e 150 psig. Uma caldeira de vapor Tipo III produz vapor entre 151 e 350 psig.
Caldeira de tubo de água
Neste tipo de caldeira, o combustível é queimado dentro do forno, criando gás quente que aquece a água que circula seus tubos. A água é convertida em vapor que sobe para ser capturado em um tambor de vapor, onde o vapor saturado é retirado. Isso reentra no forno através de um superaquecedor, onde fica ainda mais quente. Quando a temperatura do vapor superaquecido está acima do ponto de ebulição, torna-se um gás seco e pressurizado que é usado para movimentar as turbinas. A maioria dos projetos de caldeiras de tubos de água tem capacidade de 4.500 a 120.000 kg por hora de vapor. Caldeiras de tubo d'água em usinas térmicas também são chamadas de unidades geradoras de vapor.
Caldeira Benson
A caldeira Benson é chamada de gerador de vapor supercrítico e é freqüentemente usada para produzir energia elétrica. Ele opera a uma pressão tão alta, superior a 3.200 psi, que a ebulição real é interrompida e não há separação de vapor de água. Não há borbulhamento, porque a temperatura da água está acima da pressão crítica na qual as bolhas podem se formar. Esse vapor funciona em uma turbina de alta pressão e entra no condensador do gerador. O termo "caldeira" não deve ser usado com este gerador de vapor, pois a ebulição não ocorre.
Caldeira a vapor superaquecida
Este tipo de caldeira vaporiza a água e depois aquece o vapor em um superaquecedor, produzindo vapor a uma temperatura muito mais alta. Isso cria uma temperatura mais alta de exaustão dos gases de combustão, a menos que um “economizador” seja usado. O economizador aquece a água de alimentação, que passa através de um aquecedor de ar de combustão no caminho do escape de gases de combustão quente. Este vapor superaquecido geralmente aumenta a eficiência geral da geração de vapor e sua utilização com ganhos na temperatura de entrada para as turbinas. O vapor superaquecido cria problemas de segurança, porque se algum componente do sistema falhar e o vapor escapar, a alta pressão e a temperatura podem ser mortais. A temperatura na área do forno a gás da caldeira é geralmente entre 2.400 e 2.900 graus Fahrenheit. Alguns destes são aquecedores de convecção, absorvendo o calor de um gás fluido, enquanto outros são radiantes, absorvendo o calor da radiação.
