Nel campo della generazione di energia termica, tubi alettati quadrati si riferiscono solitamente specificamente a tubi alettati a forma di H (chiamati anche tubi alettati rettangolari), che consistono in due alette quadrate/rettangolari simmetriche saldate al tubo base. Non sono semplicemente decorativi; piuttosto, sono componenti fondamentali che consentono alta efficienza e risparmio energetico nelle centrali termoelettriche. Di seguito sono riportate le loro principali applicazioni e il loro valore.

I tubi alettati quadrati sono installati principalmente nel passaggio di scarico delle caldaie di servizio pubblico, che è la zona finale di scambio termico tra il gas di scarico e il fluido di lavoro (acqua o vapore):

• Economizzatore: Utilizza gas di scarico ad alta temperatura per preriscaldare l'acqua di alimentazione della caldaia, abbassando la temperatura dei gas di scarico e migliorando l'efficienza termica della caldaia (una diminuzione di 15-20 °C della temperatura di scarico può aumentare l'efficienza della caldaia di circa 1 punto percentuale).

• Preriscaldatore d'aria: Recupera il calore di scarto dai gas di scarico per preriscaldare l'aria di combustione, migliorando la combustione in forno e riducendo le perdite per combustione incompleta.

• Generatore di Vapore a Recupero di Calore (HRSG): Negli impianti a turbina a gas a ciclo combinato (CCGT), recupera il calore dai gas di scarico caldi della turbina a gas per generare vapore per azionare una turbina a vapore.

Rispetto ai tradizionali tubi alettati a spirale o circolari, il design quadrato offre prestazioni significativamente migliori nelle condizioni difficili tipiche delle centrali elettriche:

1. Eccellente Resistenza all'Erosione/Usura (Fondamentale per Prevenire Rotture dei Tubi)
   Negli impianti a carbone, i gas di scarico trasportano grandi quantità di ceneri volanti che erodono gravemente le superfici dei tubi. Le alette a H creano canali di flusso del gas rettilinei, guidando le particelle di cenere a passare attraverso gli spazi tra le alette piuttosto che causare l'usura per "taglio a vortice" vista con le alette a spirale. La loro vita utile contro l'erosione è tipicamente 2-3 volte più lunga di quella dei tubi alettati a spirale, riducendo notevolmente le interruzioni non pianificate dovute a rotture dei tubi.

2. Prestazioni Superiori di Autopulizia e Anti-Incrostazione
   Le radici delle alette quadrate sono perpendicolari al tubo base, quindi ci sono poche "zone morte" dove la cenere può accumularsi. Inoltre, la sezione trasversale del flusso di gas più ampia e uniforme consente all'energia cinetica del gas di scarico di trasportare via la cenere sciolta, prevenendo il netto calo di efficienza causato dalle incrostazioni (particolarmente vantaggioso per i carboni di bassa qualità e ad alto contenuto di ceneri).

3. Alta Efficienza di Trasferimento di Calore e Bassa Caduta di Pressione del Gas di Scarico
   Le alette estendono sostanzialmente la superficie di scambio termico (tipicamente 5-8 volte quella di un tubo nudo), e la configurazione quadrata crea un'intensa perturbazione dello strato limite quando il gas scorre attraverso il fascio tubiero, migliorando il trasferimento di calore convettivo. Allo stesso tempo, la caduta di pressione sul lato gas è circa 10-20% inferiore rispetto a quella dei tubi alettati a spirale, riducendo il consumo di energia delle ventole di tiraggio indotto.

4. Alta Rigidità Strutturale e Resistenza alle Vibrazioni
   Le alette quadrate accoppiate agiscono come "costole di irrigidimento" che collegano i tubi base, conferendo all'intero banco tubiero una maggiore rigidità. Ciò resiste efficacemente alle vibrazioni indotte dal flusso a bassa frequenza, estendendo l'intervallo di manutenzione dell'apparecchiatura.

• Centrali a Carbone / Biomasse (Applicazione Principale)
  Particolarmente adatte per impianti che bruciano carbone di bassa qualità o ad alto contenuto di ceneri, sono la soluzione preferita per affrontare l'usura e le incrostazioni nelle superfici di scambio termico del passaggio di scarico.

• Incenerimento di Rifiuti per Energia
  I gas di scarico contengono non solo ceneri ma anche gas acidi altamente corrosivi. I tubi alettati quadrati possono essere facilmente dotati di scudi resistenti all'usura, e le loro superfici sono meno soggette all'accumulo di cenere appiccicosa, garantendo un funzionamento stabile a lungo termine.

• Solare Termodinamico (CSP) – Scambio di Calore con Sale Fuso
  Negli impianti CSP di tipo a torre o a collettore parabolico, vengono utilizzati nel sistema di generazione di vapore per intensificare il trasferimento di calore tra sale fuso e acqua/vapore. L'aumentata area di trasferimento di calore aiuta a ridurre l'ingombro dell'attrezzatura e ad accogliere gli stress da shock termico derivanti dai cicli di avvio/arresto frequenti tipici del CSP.

Nelle applicazioni di energia termica, la selezione dei materiali deve tenere conto di corrosione da punto di rugiada a bassa temperatura (corrosione da punto di rugiada acido solforico):

• Per sezioni a bassa temperatura (dove la temperatura di scarico è inferiore al punto di rugiada acido), acciaio ND (09CrCuSb), acciaio inossidabile 316L, o persino superfici smaltate sono comunemente utilizzate.

• Per sezioni ad alta temperatura, acciai resistenti al calore come 20G o 15CrMoG sono selezionati per garantire la resistenza allo scorrimento a temperature elevate.

• Durante la progettazione, il passo delle alette (tipicamente 10-25 mm) e l'altezza delle alette devono essere calcolati accuratamente per bilanciare le prestazioni di trasferimento di calore e la facilità di pulizia.

Il valore fondamentale dei tubi alettati quadrati nella generazione di energia termica risiede nella loro capacità di estrarre in modo sicuro, efficiente e duraturo il calore di scarto dai gas di scarico nell'ambiente estremamente impegnativo di "alta polvere, alta erosione e alta corrosione". Sono un dettaglio tecnico chiave che consente alle moderne unità a carbone su larga scala di ridurre il consumo di carbone e raggiungere obiettivi di risparmio energetico e riduzione delle emissioni.