Energia - CALCULUL PUTERII CALORICE A COMBUSTIBILULUI

INTRODUCERE

Energia reprezinta un factor important pentru progresul societatii umane moderne care influenteaza intr-un mod semnificativ desfasurarea vietii economico-sociale, cresterea productivitatii muncii si calitatea vietii. Energia constituie, impreuna cu materiile prime, suportul material al dezvoltarii economico-sociale al oricarei tari.

Progresul tehnic industrial si activitatile social - economice din societatea contemporana se desfasoara in stransa dependenta de alimentarea cu energie, prezenta sub diferite forme (chimica, termica, mecanica, electrica). Marimea consumului de energie determina in mod hotarator nivelul de dezvoltare al societatii.

Intre formele finale de energie utilizate in prezent, caldura si electricitatea ocupa pozitii importante.

Directiile principale de utilizare ale caldurii sunt realizarea productiei industriale, producerea energiei mecanice si electrice, incalzirea spatiilor de locuit si industriale.

Caldura reprezinta ponderea cea mai insemnata a energiei consumate ca forma finala in industrie si in activitatile cotidiene ale omului, aceasta fiind obtinuta in mod preponderent prin arderea combustibililor organici. Energia electrica intervine intr-o masura mai redusa in consumul final de energie, fiind preferata datorita utilizarii comode si lipsei efectelor de poluare.

Aburul furnizat de instalatia generatoarelor de abur poate fi utilizat pentru producerea energiei electrice si termice in centralele termoelectrice sau poate fi consumat in cadrul proceselor tehnologice industriale.

Centralele termice sunt instalatii energetice importante destinate transformarii energiei primare a combustibililor organici (fosili) in caldura, in cadrul carora generatoarelor de abur le revine partea cea mai importanta si mai dificila a proceselor de conversie energetica.

Generatorul de abur reprezinta un ansamblu de instalatii termice complexe care transforma energia chimica a combustibililor organici in caldura continuta de aburul produs si livrat consumatorilor.

Unele tipuri de generatoare de abur, denumite recuperatoare, pot functiona utilizand caldura fizica (sensibila) a gazelor de ardere cu temperatura ridicata, evacuate din alte instalatiile termice industriale care ard combustibili organici.

Combustibilii organici utilizati pentru producerea caldurii in focarele generatoarelor de abur sunt, in principal, carbunele, hidrocarburile lichide si gazoase, deseurile combustibile lemnoase.

Generatoarele de abur industriale (tehnologice) din dotarea centralelor termice sunt destinate producerii aburului la presiuni joase si medii necesar alimentarii proceselor tehnologice cu energie termica. Uneori, aburul constituie chiar materia prima in procesele tehnologice respective. De asemenea, aburul industrial serveste la prepararea apei fierbinti sau apei calde pentru scopuri tehnologice in industrie ori pentru incalzirea urbana / industriala.

in cazuri foarte rare, energia primara poate fi utilizata chiar sub forma si in locul in care se gaseste in natura (de ex. energia hidraulica, energia eoliana). in majoritatea cazurilor, energia primara oferita de natura, se poate folosi numai in urma unor procese de conversie si transport pana la locul de consum. in acest context, generatoarelor de abur, in calitate de instalatii de conversie a energiei chimice primare a combustibililor sau a altor forme de energie in caldura, le revine un rol deosebit de important in activitatile industriale cele mai diverse, precum si in viata zilnica a omului.

Tipul constructiv al generatoarelor de abur este definit, in principal, de modul in care se desfasoara circulatia fluidului de lucru in sistemul vaporizator, raportul dintre volumul de apa al vaporizatorului si suprafata de incalzire, forma geometrica a canalelor de gaze de ardere, pozitia relativa a schimbatoarelor de caldura si succesiunea amplasarii lor in circuitul gazelor de ardere.

in instalatiile de ardere ale generatoarelor de abur intra anumite cantitati de combustibili fosili, in urma procesului de ardere desfasurat in focar rezultand gaze de ardere fierbinti, ce constituie doar agentul termic de transport al caldurii catre fluidul de lucru care evolueaza in sistemul sub presiune, de obicei apa, pe care o transforma in abur prin ridicarea temperaturii si presiunii pana la valorile necesare utilizarii in instalatiile consumatoare.

Producerea aburului prin folosirea caldurii rezultate din arderea combustibililor clasici se realizeaza prin intermediul unui ansamblu de schimbatoare de caldura montate in serie, in care are loc transferul de caldura de la agentul termic cald (gazele de ardere cu temperaturi inalte) la agentul termic rece (fluidul de lucru apa-abur). Acesta, prin preluarea treptata a caldurii isi modifica starea de agregare si se transforma in abur cu presiuni mai ridicate decat presiunea atmosferica.

Desfasurarea acestor procese complexe de natura gazo-dinamica si termo-hidraulica in instalatia generatoarelor de abur clasice, intre fluxurile de substante ale celor doi agenti energetici, implica existenta a doua circuite principale distincte, intre care se desfasoara procesul de transfer termic.

Transferul de caldura intre fluidul cald si fluidul rece se desfasoara prin intermediul unor suprafete de incalzire metalice care separa circuitele celor doi agenti termici.

in cazul generatoarelor de abur industriale avand debite de abur reduse, care produc abur saturat la presiuni coborate si medii, suprafetele de transfer de caldura sunt cele necesare vaporizarii apei. Sistemul vaporizator transmite caldura fluidului de lucru prin radiatie (in focar) si prin convectie (in treptele convective). La acest tip constructiv de generator de abur, aerul de ardere nu se preincalzeste inainte de a fi introdus in focar.

Schimbatoarele de caldura sunt amplasate pe traseul gazelor de ardere. Caldura acumulata in gazele de ardere este folosita pentru incalzirea si vaporizarea apei. Gazele de ardere pot fi utilizate pentru preincalzirea aerului de ardere sau a apei de alimentare, in scopul cresterii eficientei globale a generatorului de abur.

Ansamblul de schimbatoare de caldura ce concura la transformarea apei in abur folosind caldura degajata prin arderea combustibililor, formeaza generatorul de abur propriu-zis.

Generatoarele de abur, in orice varianta constructiva, sunt prevazute cu instalatii si echipamente auxiliare care pregatesc si introduc combustibilul si aerul in camera de ardere (preincalzitoare de combustibil, filtre, benzi transportoare, ventilatoare de aer etc.), evacueaza si filtreaza produsele arderii (ventilatoare de gaze de ardere, filtre electrostatice, transportoare, pompe, etc.), pregatesc apa de alimentare (statii de tratare a apei brute, degazoare), vehiculeaza si ridica presiunea fluidului de lucru (pompe de alimentare).

De asemenea, generatoarele de abur sunt prevazute cu aparate si dispozitive care permit masurarea parametrilor agentilor energetici din circuitele instalatiei si functionarea in conditii de siguranta a intregului ansamblu.

Complexul de instalatii destinat producerii aburului, format din generatorul de abur propriu-zis si instalatiile auxiliare, constituie instalatia generatorului de abur.

Circuitele agentilor energetici, care pot fi identificate la un generator de abur industrial functionand pe combustibil lichid, sunt prezentate in schema din fig. 1 :

circuitul de alimentare cu combustibil : combustibilul lichid este pulverizat in focar cu ajutorul agregatelor de pompare; in urma desfasurarii procesului de ardere energia chimica energia chimica a combustibilului lichid se transforma in caldura;

circuitul aer-gaze de ardere: aerul este introdus in focar pentru procesul de ardere al combustibilului; gazele de ardere rezultate parcurg suprafetele de schimb de caldura si sunt evacuate din instalatie in atmosfera prin cosul de fum; datorita absorbtiei de caldura, amestecul de aer si gaze de ardere isi mareste de cateva ori volumul iar apoi, pe masura cedarii caldurii suprafetelor de incalzire ale generatorului de abur, volumul acestuia se micsoreaza din nou.

circuitul apa-abur : apa (fluidul energetic de lucru) este preincalzita, vaporizata iar aburul saturat este supraincalzit (dupa caz), modificarea starii de agregare a fluidului de lucru realizandu-se pe seama caldurii continute in gazele de ardere.

Combustibilul este introdus in focarul generatorului de abur impreuna cu aerul de ardere vehiculat de catre ventilatorul de aer. in urma procesului de ardere se formeaza gaze de ardere cu temperaturi ridicate care traverseaza in serie schimbatoarele de caldura (vaporizatorul, supraincalzitorul de abur, economizorul, preincalzitorul de aer), cedand caldura fluidului de lucru apa - abur si aerului de ardere iar apoi sunt evacuate din instalatie la cos cu ajutorul ventilatorului de gaze. Pe de alta parte, apa de alimentare, trimisa sub presiune intr-un circuit separat de catre pompa de alimentare se transforma treptat in abur saturat, care este apoi supraincalzit, cu ajutorul caldurii gazelor de ardere.

Toate procesele de conversie a energiei din instalatiile generatoarelor de abur au loc prin intermediul agentilor energetici, fiind insotite de importante pierderi de energie, care reduc eficienta globala a instalatiei.

Calitatea combustibililor utilizati si gradul de omogenizare a amestecului carburant insuflat in focar, in stransa dependenta de caracteristicile functionale ale instalatiei de ardere, regimul de exploatare si starea tehnica a instalatiei pe ansamblu, conduc de asemenea, la aparitia unor pierderi termice semnificative, care reduc eficienta termica pe ansamblul generatoarelor de abur.

Astfel, rezulta valori relativ coborate ale eficientei energetice a generatoarelor de abur pe combustibili clasici din dotarea centralelor termice industriale, datorita pierderilor importante de caldura ce apar in procesele de conversie a energiei potentiale a combustibililor in energie termica.

In industrie se folosesc pe scara larga generatoarele de abur ignitubulare, (denumite generatoare cu volum mare de apa) prevazute cu un tambur, in care apa acumulata este incalzita de suprafetele tubului de flacara si cele ale sistemelor de tevi convective, prin care circula gazele de ardere, ambele amplasate in interiorul tamburului. Diametrul tamburului atinge valori de

dtbn=1500-2800 mm iar diametrul fasciculelor convective oscileaza in limitele dcvn 57x3 - 76x3,5 mm, in functie de debitul nominal al agregatului.

Circulatia interioara in tambur se produce prin miscarea naturala a apei in procesul de incalzire de la gazele de ardere. in contact cu suprafata incalzita a tubului de flacara si a treptelor de convectie, apa are o circulatie ascendenta iar in zonele mai reci aceasta devine descendenta.

Dintre generatoarele de abur ignitubulare, raspandire importanta in activitatile industriale o au variantele in constructie monobloc cu tub de flacara si doua fascicule convective (cu trei drumuri de gaze de ardere). La aceste variante constructive, in general, nu se preincalzeste apa de alimentare si aerul de ardere. Pentru cresterea eficientei instalatiei, se recomanda recuperarea intr-o proportie cat mai consistenta a condensatului rezultat din aburul utilizat, acolo unde procesele tehnologice permit.

Generatoarele de abur in aceasta varianta constructiva se realizeaza la debite nominale de abur

in domeniul D_n t/h, presiune nominala p_n bar , pentru abur saturat si abur supraincalzit, folosind in general combustibili lichizi si gazosi, dar si deseuri din lemn ce se ard in suspensie in focar, dupa macinare prealabila. Randamentul termic al acestor tipuri de generatoare de abur industriale atinge valori de rj_t %, in functie de felul combustibilului si tehnologia de ardere folosita.

CALCULUL PUTERII CALORICE A COMBUSTIBILULUI

Puterea calorica constituie cel mai important criteriu de apreciere a valorii energetice a combustibililor. Aceasta reprezinta caldura degajata prin arderea completa a cantitatii unitare de combustibil.

Pentru combustibilii lichizi, unitatea de masura a puterii calorice este [kJ I kg].

Puterea calorica a combustibililor variaza intr-un spectru larg de valori in functie, mai ales, de continutul de carbon si hidrogen din analiza elementara.

Procentajul ridicat de carbon si hidrogen, prezent sub forma de hidrocarburi in compozitia chimica a combustibililor lichizi, precum si continutul redus de substante minerale si umiditate, conduce la cresterea valorii puterii calorice.

Calculul puterii calorice a combustibililor lichizi se efectueaza cunoscand componentele analizei chimice elementare in procente masice, exprimate sub forma :

♦ analiza chimica elementara a combustibilior solizi si lichizi la starea initiala, in procente masice

unde : C, H, O, N, S_c [%] - continutul de carbon, hidrogen, oxigen, azot si sulf combustibil, exprimate in procente masice;

A [%] - continutul de cenusa rezultata prin arderea combustibilului;

W_t [%] - continutul de umiditate totala al combustibilului.

Analiza chimica elementara a combustibilului lichid (pacura), conform temei de proiectare, este prezentata in tabelul

Tabelul 1

Valoarea puterii calorice superioare ) a combustibililor lichizi cu referire la starea initiala se calculeaza utilizand relatia lui Mendeleev, sub forma:

unde C' ,H',S'_C,0', [%] - procentele masice de carbon, hidrogen, sulf combustibil si oxigen stabilite prin analiza chimica elementara la starea initiala.

Tinand seama de caldura necesara vaporizarii apei din combustibil, dependenta dintre puterea

calorica superioara si puterea calorica inferioara se exprima prin relatia:

(3)

Rezulta relatia de calcul a puterii calorice inferioare a combustibililor lichizi sub forma :

=41057.47 [kJ/kg]

Inlocuind valorile cunoscute ale elementelor din analiza chimica elementara a pacurii in relatia rezulta:

= kJ/kg Puterea calorica inferioara a pacurii, rezultata din calcul, are valoarea :

=41027.88 kJ/kg

Calcului arderii combustibilului

Volumele de aer si gaze la proiectarea instalatiilor de ardere functionand pe combustibili lichizi

Calcului arderii combustibilului

Volumele de aer si gaze la proiectarea instalatiilor de ardere functionand pe combustibili lichizi

Alegerea schemei de principiu a generatorului de abur

Schema de principiu a generatorului de abur industrial se adopta in functie de solutiile constructive din literatura de specialitate pentru parametrii nominali ai aburului precizati prin tema de proiectare.

Se vor descrie pe scurt principalele subansamble ale generatorului de abur, prezentat schematic in figura de mai jos si rolul acestora in ansamblul instalatiei.

In cazul unui generator de abur industrial cu tub de flacara si doua fascicole convective in constructie monobloc , tinand scop de infiltratiile de aer pe traseul gazelor de ardere vom avea urmatoarele valori ale coeficientului de exces de aer.

Coeficientul excesului de aer din instalatia unui generator de abur depinde, in principal, de felul combustibilului si tehnologia de ardere adoptata.

Procesul de ardere din focarul generatoarelor de abur poate avea loc cu o usoara depresiune,preferabila pentru a evita scaparile de gaze de ardere de exterior sau cu suprapresiune,solutie adoptata la instalatiile moderne datorita eficientei mai ridicate.

Daca arderea se desfasoara sub depresiune, in conditiile reale de functionare al generatoarelor de abur, neetanseitatile peretilor focarului si ale canalelor de gaze de ardere favorizeaza patrunderea aerului fals. Infiltratiile de aer fals sunt determinate de tipul constructiv, starea tehnica si modul de exploatare a generatorului de abur. Se inregistreaza astfel o crestere treptata a coeficientului excesului de aer incepand din focar si apoi dupa fiecare suprafata de transfer de caldura pana la cos, fapt ce conduce la accentuarea fenomenului de disipare a caldurii si in consecinta, la reducerea eficientei globale a generatoarelor de abur. In preincalzitorul de aer are loc patrunderea aerului care se preincalzeste in gazele de ardere, intrucat are o presiune mai ridicata.

Modificarea coeficientului de exces de aer pe traseul gazelor de ardere la un generator de abur industrial cu tub de flacara si doua fascicole convective in constructie monobloc, ce functioneaza cu o usoara depresiune in focar este indicata schematic in fig. 2.

Infiltratiile de aer fals in focar cauzate de neetanseitatile camerei de ardere conduc la majorarea valorii coeficientului de exces de aer, astfel incat la finele focarului se inregistreaza . Luand in considerare infiltratiile de aer in focar (), mentionate in tabelul 6, coeficientul excesului de aer in finele focarului ( ) inregistreaza valori mai mari decat ale coeficientului de exces de aer din focar in zona arzatoarelor , conform relatiei:

Valorile coeficientului de exces de aer () pe traseul gazelor de ardere din focar pana la iesirea din instalatie se calculeaza folosind expresia:

unde : - coeficientul excesului de aer la iesirea din focar ;

-suma infiltratiilor de aer fals de la iesirea din focar pana la evacuarea gazelor de

ardere din generatorul de abur.

Infiltratia de aer fals () prezinta valori diferite in functie de zona amplasarii

schimbatoarelor de caldura pe traseul gazelor de ardere, valorile recomandate fiind redate in tabelul 5, [cazane Mihaescu, Tratat neaga, Ung, nou, Cazane Panoiu].

Infiltratiile de aer fals in instalatia generatoarelor de abur la functionarea cu depresiune

Tabelul 5

Coeficientul de exces de aer dupa fiecare zona de transfer termic a generatoarelor de abur () se calculeaza utilizand relatiile din tabelul 6.

Coeficientul excesului de aer pe traseul gazelor de ardere al generatoarelor de abur functionand cu

depresiune () Tabelul 6

In cazul unui generator de abur industrial cu tub de flacara si doua fascicole convective in constructie monobloc, tinand seama de valorile coeficientului de exces de aer si de infiltratiile de aer fals in diferite zone ale instalatiei, recomandate in tabelele de mai sus, vom avea : in focar

la iesirea din focar la intrare in primul fascicol convectiv =1,15; la iesire din

primul fascicol convectiv ⁼ 1,20; la intrare in al doilea fascicol convectiv = 1,25; la

iesirea din al doilea fascicol conventiv egal cu iesirea din instalatie = = 1,35.

Calculul entalpiei gazelor de ardere

In procesul de ardere a combustibililor se formeaza gaze de ardere care inmagazineaza caldura rezultata in proces, apoi o transporta si o cedeaza fluidului de lucru ce evolueaza in schimbatoarele de caldura ale generatoarelor de abur ori ale instalatiilor termoenergetice in a caror functionare intervin procese de ardere.

Gazele de ardere sunt formate din componente ale arderii complete a combustibililor, ce contin caldura fizica (sensibila) rezultata in urma arderii si componente ale arderii incomplete.

Entalpia gazelor de ardere se calculeaza in functie de tipul combustibilului, temperatura la care rezulta gazele de ardere si de coeficientul excesului de aer.

Calculul entalpiei gazelor de ardere se efectueaza pe baza analizei chimice elementare a combustibililor gazosi.

La proiectarea generatoarelor de abur arderea se considera completa (perfecta) desfasurata in conditii reale, adica cu exces de aer.

Entalpia specifica a gazelor de ardere se defineste prin relatia :

[kJ/ gaze de ardere]

unde [kJ/] este caldura specifica volumica a gazelor de ardere la presiune constanta, considerata ca valoare medie in intervalul de temperatura 0-t.

Entalpia gazelor de ardere se poate raporta:

la volumul de gaze rezultat prin arderea combustibililor (exprimata in kJ/ gaze de ardere);

la unitatea (cantitatea unitara) de combustibil care arde (exprimata in kJ/kg combustibil solid si lichid sau in kJ/ de combustibil gazos);

In cazul arderii combustibililor gazosi, entalpia gazelor de ardere se exprima in [kJ/

combustibil gazos anhidru] sau in [kJ/ combustibil gazos umed], dupa cum volumul de aer si gaze de ardere s-au calculat pe baza compozitiei chimice elementare la starea anhidra (uscata), conform expresiei ( ) de la subcapitolul compozitia comp. gazosi sau la starea umeda (initiala), conform expresiei ( ).

Se poate scrie relatia:

[kJ/kg combustibil solid si lichid] sau

[kJ/ combustibil gazos]

La proiectarea generatoarelor de abur, entalpia totala a gazelor de ardere rezultate la arderea considerata completa (perfecta) cu exces de aer se exprima prin relatia:

[kJ/kg combustibil solid si lichid] sau

[kJ/ combustibil gazos]

Componentele entalpiei totale a gazelor de ardere sunt:

Entalpia gazelor de ardere la arderea teoretica ) este definita prin expresia:

[kJ/kg combustibil solid si lichid] sau

[kJ/ combustibil gazos]

unde: ,, [] - caldura specifica la presiune constanta a gazelor triatomice (dioxidului de carbon egala cu cea a dioxidului de sulf), azotului si a vaporilor de apa ;

[ combustibil solid si lichid] sau [ combustibil gazos] - volumele de gaze triatomic, azot si vapori de apa, la arderea teoretica;

[] - temperatura gazelor de ardere.

Tabelul se afla in anexa 1

6) Evaluarea pierderilor de caldura ale generatorului de abur

Pierderile de caldura ale generatoarelor de abur depind, in principal, de felul combustibilului si proprietatile fizico-chimice ale acestuia tehnologia de ardere utilizata, regimul de exploatare si starea tehnica a instalatiei, care influenteaza caracteristicile procesului de ardere din focar. Pe de alta parte, unele pierderi de caldura sunt proprii procesului de ardere, in timp ce altele depind de constructia instalatiei de ardere, tipul schimbatoarelor de caldura din componenta generatoarelor de abur, modul si locul de amplasare al acestora pe traseul gazelor de ardere.

Pierderile de caldura contribuie la scaderea eficientei de functionare a generatoarelor de abur datorita diminiuarii efectului termic util. Reducerea acestor pierderi de caldura se poate obtine in faza de proiectare prin ameliorarea tehnologiei de ardere a combustibililor, optimizarea regimului termic si gazodinamic al focarului, care sa conduca la folosirea cat mai completa a caldurii gazelor de ardere in interiorul instalatiei.

Pierderile de caldura ale generatoarelor de abur se evalueaza prin raportarea la cantitatea unitara de combustibil introdusa in focar [ combustibil)] , insa pot fi exprimate si procentual [] raportate la caldura totala introdusa in focar, disponibila cantitatii unitare de combustibil (

Principalele pierderi de caldura ale unui generator de abur,exprimate in [kJ/kg; kJ/] sunt:

Pierderea de caldura prin arderea chimica incompleta a combustibilului [kJ/kg combustibil];

Pierderea de caldura prin entalpia gazelor de ardere evacuate din instalatie [kJ/kg combustibil];

Pierderea de caldura in mediul exterior prin suprafetele generatorului de abur [kJ/kg combustibil];

Expresia de calcul a pierderilor de caldura raportate la unitatea de combustibil introdusa in focar

la arderea combustibililor lichizi sau gazosi este:

[kJ/kg ; kJ/ combustibil]

Pierderile de caldura procentuale () ale generatorului de abur se definesc cu ajutorul expresiei generale:

[%] 13-15%

unde - caldura totala introdusa in focar, disponibila unitatii de combustibil va fi calculata la subcapitolul care urmeaza.

Pierderile de caldura procentuala se exprima prin relatia :

[%]

Dintre pierderile de caldura mentionate, unele apar in procesul intim de combustie datorita imperfectiunii acestuia (), alte pierderi apar prin evacuarea din instalatie a produselor arderii (), in timp ce o alta categorie de pierderi se inregistreaza prin transferul de caldura inerent intre mediul mai cald din interiorul instalatiei si mediul exterior (

La proiectarea generatoarelor de abur, pierderile de caldura se determina, se admit pe baze statistice ori se apreciaza din grafice pentru un regim stabilizat de specialitate in domeniu pentru instalatiile similare cele mai performante, realizate la nivel tehnic actual.

Pierderea de caldura prin ardere chimic imperfecta consta in energia chimica a componentelor carburante gazoase, mai ales oxidul de carbon, prezente in produsele de ardere ale combustibililor organici solizi, lichizi si gazosi.

Cauzele aparitiei acestor pierderi de caldura sunt: amestecul ineficient al combustibilului cu aerul de ardere, regimul de temperaturi situat sub temperatura de ardere a componentelor gazoase combustibile si aerul de ardere insuficient din focar, mai ales in zona de finalizare a procesului de ardere.

Pierderea de caldura prin ardere chimic imperfecta pot fi diminuate prin imbunatatirea procesului de omogenizare a amestecului carburant, atat la nivelul arzatoarelor, cat si in spatiul de ardere si prin introducerea de aer secundar in partea superioara a focarului, zona in care se desavarseste arderea.

De asemenea, coeficientul de exces de aer din focar la nivelul arzatoarelor trebuie sa prezinte o valoare adecvata tipului de combustibil si modului de ardere folosite. La cresterea coeficientului de exces de aer din focar si din zonele terminale ale spatiului de ardere se inregistreaza reducerea pierderilor de caldura prin ardere chimic imperfecta.

Preincalzirea aerului de ardere si a combustibilului contribuie la scaderea pierderilor de caldura prin ardere chimica incompleta. Asigurarea unei finete de pulverizare a combustibililor lichizi in concordanta cu dimensiunile camerei de ardere va conduce, de asemenea, la realizarea unui proces de ardere cat mai complet, diminuandu-se pierderile de caldura.

In cazul generatoarelor de abur, marimea pierderii de caldura datorita arderii imperfecte depind de felul combustibilului si metoda de ardere folosite, de debitul de abur produs.

Valorile utilizate in faza de proiectare la arderea pacurii sunt pentru generatorul de abur analizat, in functie de debitul nominal se adopta valoarea: .

Pierderea de caldura prin entalpia gazelor de ardere se inregistreaza datorita evacuarii acestora din instalatie la temperaturi superioare temperaturii de referinta.

In cazul generatoarelor de abur, aceasta pierdere de caldura consta in diferenta dintre continutul de caldura sensibila al gazelor de ardere dupa ultima suprafata de transfer termic si continutul de caldura al aerului exterior la temperatura de referinta.

Marimea pierderii de caldura prin entalpia gazelor de ardere evacuate este influentata de doi factori importanti:

Temperatura gazelor de ardere dupa ultima suprafata de transfer de caldura ;

Volumul gazelor de ardere la iesirea din instalatie, influentat de marimea infiltratiilor de aer fals pe traseul gazelor de ardere ( ) care determina valoarea coeficientului excesului de aer in punctul de iesire (

Modalitatile de reducere a caldurii pierdute prin gazele de ardere evacuate din generatorul de abur trebuie sa tinem seama de factorii de influenta mentionati.

Reducerea temperaturii gazelor de ardere la evacuarea din instalatie, in vederea micsorarii pierderilor termice prin entalpia sensibila a acestora, este conditionata de pragul temperaturii de roua acida. Gazele de ardere contin anhidrida sulfurica (), care accelereaza condensarea vaporilor de apa datorita cresterii temperaturii de saturatie. Odata cu racirea gazelor de ardere evacuate din instalatie, situatie ce poate sa apara in exploatare si atingerea temperaturii de roua acida anhidrida sulfuroasa , se transforma in anhidrida sulfurica (), acesta genereaza acidul sulfuric care exercita o puternica actiune distructiva prin corodare a peretilor metalici ai suprafetelor terminale de transfer de caldura (economizor, preincalzitor de aer regenerativ).

Coeficientul de exces de aer la evacuare se poate micsora prin reducerea posibilitatilor de patrundere a aerului fals in focar si pe traseul gazelor de ardere. Aceasta se realizeaza prin etansarea mantalei generatorului de abur si respectarea in exploatare a raportului aer-combustibil prin controlul permanent al procesului de ardere. Odata cu reducerea coeficientului de aer la evacuare scade volumul de gaze arse si implicit se micsoreaza pierderea termica prin entalpia gazelor evacuate.

Calculul pierderii de caldura prin entalpia gazelor de ardere evacuate din instalatie, raportata la unitatea de combustibil introdusa in focar se efectueaza in faza de proiectare a generatoarelor de abur, folosind expresia:

[kJ/kg; kJ/ combustibil];

= 5500-1700 = 3800 kJ/kg; kJ/ combustibil

unde:

[kJ/kg; kJ/] - entalpia gazelor de ardere

corespunzatoare temperaturii si coeficientului de exces de aer, ambele

considerate la evacuarea din instalatie;

[kJ/kg; kJ/] - entalpia gazelor de ardere

corespunzator temperaturii de referinta si coeficientului de exces de aer,

ambele considerate la evacuarea din instalatie;

Temperatura de referinta se poate considera = 25C (temperatura mediului exterior).

Entalpiile si se determina din diagrama entalpie-temperatura , trasata pentru combustibilul lichid dat prin tema.

Pierderea de caldura procentuala prin entalpia sensibila a gazelor de ardere evacuate () se calculeaza cu ajutorul relatiei:

Pierderea de caldura in mediul exterior prin suprafetele generatorului de abur

Fluidele vehiculate in interiorul generatorului de abur (gazele de ardere fierbinti si fluidul de lucru apa-abur) au temperaturi deosebit de ridicate, in timp ce suprafetele exterioare ale agregatului sunt in contact cu aerul din mediul inconjurator. Diferenta importanta de temperatura care apare in aceste conditii, conduce la aparitia unei pierderi de caldura prin radiatie si convectie in mediul inconjurator prin peretii, tamburul si suprafetele altor instalatii (colectoare care unesc schimbatoarele de caldura, colectoare, arzatoare, armaturi) ale generatorului de abur.

Valoarea pierderii de caldura in mediul exterior este influentata de marimea suprafetelor aflate in contact cu aerul din sala generatoarelor de abur si de grosimea izolatiei termice. De asemenea, gradul de incarcare al instalatiei caracterizat prin debitul de abur produs are o influenta importanta asupra marimii acestor pierderi de caldura.

In calculele de proiectare pierderea de caldura in mediul exterior se apreciaza pe baze statistice ori se determina din diagrame in functie de debitul generatorului de abur.

In cazul generatorului de abur proiectat cu tub de flacara in constructie monobloc, care nu are in constructie schimbatoare de caldura finale (preincalzitor de aer si economizor) pierderea de caldura, se determina in functie de debitul nominal.

Pierderea procentuala de caldura in mediul exterior, corespunzatoare debitului nominal al generatorului de abur de = 4t/h are valoarea:

Calculul caldurii totale introduse in focar

Caldura totala introdusa in focarul generatorului de abur revenind cantitatii unitare de combustibil consta in afara de caldura intrata cu combustibilul si din caldura fizica a combustibilului si a aerului de ardere preincalzite in exteriorul instalatiei (conturului de bilant termic), caldura fluidelor auxiliare utilizate pentru pulverizarea combustibililor lichizi.

Pierderile de caldura apar nu numai din caldura introdusa cu combustibilul in focar ci din caldura totala (), motiv pentru care calculul pierderilor procentuale de caldura () se efectueaza raportand pierderile de caldura () la caldura totala () din care acesta apare.

Caldura totala introdusa in focarul generatorului de abur ce revine cantitatii unitare de combustibil () se calculeaza cu ajutorul relatiei:

[kJ/kg; kJ/m³_N]

unde:

[kJ/kg; kJ/m³_N] - caldura de ardere inferioara a combustibilului;

[kJ/kg; kJ/m³_N] - caldura fizica a combustibilului preincalzit in afara instalatiei;

In cazul generatorului de abur analizat, functionant pe combustibil lichid nu are loc preincalzirea aerului de ardere in exteriorul instalatiei; se preincalzeste numai combustibilul lichid in vederea unei bune pulverizari in focar.

In aceste conditii:

De asemenea, se considera

Asadar, in cazul de fata avem:

[kJ/kg; kJ/m³_N]

[kJ/kg; kJ/m³_N]

Iar pierderile de caldura procentuale () se calculeaza cu relatia:

[%]

Unde: - reprezinta puterea calorica inferioara la starea initiala a combustibilului lichid (pacura) calculata la un subcapitol anterior. Caldura fizica a combustibilului lichid preincalzit introdus in focar este dat de relatia:

[kJ/kg]

=2.0255=182.295 kJ/kg

Unde - caldura specifica medie la presiune constanta a pacurii in intervalul de temperatura ;

- temperatura combustibilului preincalzit la intrarea in focar; are valoarea data prin tema de proiectare (102)

- temperatura de referinta; se considera =

Caldura specifica masica a pacurii se calculeaza folosind relatia:

Calculul fluxului termic al apei de alimentare

Fluxul termic intrat in apa de alimentare preincalzita in exteriorul generatorului de abur () se calculeaza cu ajutorul expresiei:

= [kW]

=11.655146.195 =1703.9 [kW]

Unde: [kg/s] - debitul de apa de alimentare al generatorului de abur

= [kg/s]

=11,1+(0.0511.1)=11.1+0.555=11.655 kg/s

- debitul de abur nominal al generatorului de abur;

- debitul purjei continue a generatorului;

Conform literaturii de specialitate =(0.02-0.05) [kg/s]

- caldura fizica a apei de alimentare la intrarea in instalatie.

= [kJ/kg]

=4.177 (60-25)

=146.195 kJ/kg

= caldura specifica medie la presiune constanta a apei de alimentare la temperatura de intrare in generator; din tabele rezulta =4.177

- temperatura apei de alimentare la intrarea in generator; =

- temperatura de referinta a mediului inconjurator; =

Calculul fluxului termic util

Fluxul termic util continut in aburul saturat produs de generatorul de abur este preluat in sistemul vaporizator de la gazele de ardere prin intermediul suprafetelor de transfer termic si anume in focar prin radiatie de la flacara si gazele de arder fierbinti si prin convectie in cele doua fascicole convective.

Schema circuitului hidraulic al generatorului de abur, cu indicarea parametrilor care intervin in calculul caldurii utile, este prezentata in figura 3.

VI

Fig. 3. Schema circuitului hidraulic al generatorului de abur industrial cu tub de

flacara

EPA - electropompa de alimentare; VR - ventil de reglare; VI - ventil de izolare;

TF - tub de flacara; T - tambur;

Valoarea entalpiilor i_aa, i' si i' se preiau din tabelele de apa-abur, in functie de presiune si temperatura. In cazul parametrilor de functionare a generatorului de abur analizat (p_n= 15 bar, t_n = 198C si t_aa = 60C), aceste entalpii au valorile:

i_aa = 209,26 kJ/kg, i'= 844,7 kJ/kg, i' = 2790,4 kJ/kg. Debitul care se elimina din tambur prin purja continua se considera:

D_pj = 0,05D_n = 0,05 11.1 = 0,555 kg/s

Φ_u=D_n( i'-i_aa)+D_pj ( i'-i_aa) [kW]

Φ_u=11.1(2790.4-209.26)+0.555(844.7-209.26)=28650.654+352.6692=29003.32 [kW]

10) Calculul randamentului termic al ceneratorului de abur

Randamentul termic al generatoarelor de abur se determina in faza de proiectare prin metoda indirecta, evaluand pierderile de caldura pe baza datelor recomandate in literatura de specialitate.

Suma pierderilor de caldura determinate mai sus are valoarea:

=0.8+9.22+2.2=12.22%

Rezulta randamentul termic al generatorului de abur:

=100-(0.8+9.22+2.2)=87.78 %

Unde s-au evaluat la subcapitolele precedente.

Pierderea de caldura procentuala prin entalipa sensibila a gazelor de ardere evacuate () se calculeaza cu ajutorul relatiei:

=

=3800/41210.175100=9.22%

In care: si au fost calculate la subcapitlele anterioare.

11) Calculul consumului de combustibil al generatorului de abur

Debitul de combustibil lichid (pacura) consumat pentru functionarea generatorului de abur se calculeaza folosind expresia randamentului termic () determinat prin metoda directa, dat de expresia:

[%]

Φ_u [kW] - fluxul termic util de abur continut in aburul saturat produs de generatorul de abur;

Φ_tG [kW] - fluxul termic total introdus in generator

Inlocuind fluxul termic total Φ_tG si fluxul termic util Φ_u prin expresiile care le definesc se obtine:

Rezulta consumul de combustibil (B) sub forma:

[kg/s]

= [kg/s]