274264793-gatag-proiect.pdf

8/19/2019 274264793-gatag-proiect.pdf

1/13

PROIECTAREA UhI-EI CALDARINE CU

ARZATOR

Sa se efectueze

calculul

termic

si fluido-dinamic aI rmei caldarine cuatzator

cu

urmatorii

parametrii:

t'

-

debihrl caldurii:

-

presiunea

caldurii:

-

temperatura aburului

safurat:

- temperatura apa alimentare:

-

randamentul

cladirii:

-

coeficientul de

exces de

aer:

- compozitia

procentuala

a

combustibiiului:

- carbon: ci:82,5o/o

-l

87,5olo

-

hidmgen:

hr

:

10%

+

l2o/o

-

sulf:

si

:

0,4o/o

+

0,650/o

-

azot: tti

:

A,4Yo:.

A,65Yo

-

oxigen:

o;:

0,5olo

+

4,75o/o

W:

l,lo/o

+

l,4Yo

A-:

3850

ke/h

P":

7.5 bari

f"

tu.:

200

o

C

Lu:

40

"C

t2

0.78oh

f

/

84.50%

h:

ll.lla/o

si:

0.50%

4.520A

0.68%

hzo:

l.43Yo

x: 100.00%

I

1.

Calculul

termic

Prin

calculul

termic de

proiectare

a

unei

caldarine navale se determina

dimensiunile

focmului

si

a

suprafetei

vaporizatorului alstfel

incat

sa

se

realizeze o anumita

productie

de

abur

in

parametrii precizati.

Calculul

cantitatilor de

aer

de ardere si

gaze

de ardere

1.1. Puterea

calorifica

inferioara a

combustibilului:

Qt

=339.c,

+1030

-ht-lag.(r,

-

s,)-2s.r2.hralw

rngl

Qi:

40074.46

kJtkg

1.2.

Volumul

teoretic

de

eer uscat neces*r

arderii:

r,.o:#

[r.ru,

#."r.u

#+0.7.q#)

L*'o

rkscombf

v"o:

10.480

m3*lkg comb

1.3.

Masa

teoretica de aer uscat necesara

arderii:

G:

=

=+.(,

uu,

.

2*

B

+*

(":-=^"')'l

U,g

r

t

g

comb

l

"

0.232

[

too

100 loo

)'"

Guo

=

13.551

kglkg

comb


2/13

1.4. Volumul

teoretic

de

aer

umed:

f

^^

=

(t

+

o.ootot

.

x).r,"

f*',

r

rtg

camn)

X: 10

glkg

aer uscat continut de umiditate

V"d"o:

10.649

m3.&g

comb

1.5.

Volumul

necesar de

aer uscat

necesar arderii:

Vo

=

d

'Y

L*'*

/

kg eomb)

V":

12.576

m3p1kg

comb

1.6.

Volumul real

de

aer umed necesrrr

arderii:

Y,-a

:

d

'Y

j^^

L*'*

/*g

comb]

V"*i,:

12.778

m3*lkg

comb

1.7.

Yotumul

teoretic

de

gaze

triatomice:

vio.

=v o.+v o,

yf

o,

=1.867

.t9.affir=)

[*'"

/ks

combf

VRoro:

1.581

m3ru&g

comb

1.8.

Volumul

teoretic

de

gaze

biatomice:

v

i'

:

o'79

'z'o

+

0'8

#

[-'"

I

kg comb]

,*ro

:

8.283

m3*&g

comb

1.9.

Yolumul

teoretic

de

gaze

arse uscate:

V ,

=

Yf

o,

*Yi,

L*'*

I

fu

combl

V*o

=

9.864

m351,&g

comb

1.10.

Yotumul

teoretic

a[

vaporilor

de apa

din

gazele

de

ardere:

vi.o

=r.244.("o'. '''l+

0.00161

.x .v:

l*'r

tkgcombl

n't'

(

1oo

)

X: 10

Vr,roo:

1.435

m3*&g

comb

1.11.

Volumul teoretic

de

gaze

umede:

V ,

=

V ,. +Yi=o

L*'.

t

ur

combl

V*o:

11.299

m3*/kg

comb

1.12.

Votumul real

de

gaze

de

ardere

uscate:

Vr,=V ,+(a-t

rr:

L*'./kg

comb)

V*,

=

11.960

m3xlkg

comb


3/13

l.l3.Yolumul

real

de

gazelor

de

ardere:

Y*,

=

vf,

+

(a

-I)

r""-r

[*'-

, or

combf

1.14. Masa reala a

gazelor

in

urma

arderii:

M

go

=

1+

1.306

Y:

Vrg

I

kg

comb)

1.15.

Densitatea

continutului

de

gaze

umede:

p=yftgt*,rf

v

go

1.16.

Compozitia

procentuala

a

gazelor

de ardere

anhidre:

V*:

13.429

m3*lkg

comb

M*: 1.137

kg/kg

comb

1.17.

Compozitia

procentuala

a

gazelor

de

ardere

umede:

vfn,

:

22.41

-

:- f*i

t

xg ro*nf

t'z

12

.100

v. n,

=22.41'_+-

l"i

t

tg ,o*bl

t/t

32

.100

Co^

:vIo'

'1oo

l%l

V

Eu

so^

=

Yfl'

.toofv,l

't/

Rtr

n.

_

0.2t.(a

-t\'Y,o

.too

[%]

"'-

v*

v

,

+

o.7e

(") ;_.

100

[%]

"r-

V*

,,o

CO,"*

= q9]'100[%]

V

ga

vO

SOru*

-

fz't00

[%]

v

ga

o.zt.

(q_-t).r

.

roo

[%]

V

ga

CO2:

l3.lgYo

SOz:

0.03%

Az:

3.68a/"

Nz:

83-10%

I=

100.00%

I

= 100.00%

co2

t*=

So2

u*:

l1.71Yo

0.03%

oru'

Oz

*:

328o/o

Nz

*:

74.010/"

H2O"-:

l0.94Yo

x- 10

N

"o^

=r

f,

+

o.l9:(a

-1).

Y,o

.

loo

[%]

'v

ga

H

20

=vfro

+ 0.0016 -' x

'(a

-t)"rr

.100

[%]

V

go

p:

0.084?

kg/m35

vcoro:

rr

0

-

so2

-

1.578 m3rlkg

eomb

0.004

m3*/kg

comh


4/13

2.

Calculul entalpiei

gazelor

de

ardere

cu

trasarea

diagramei

lg

-

t

2.1. Entalpia

gazelor

de

ardere:

I

r,(a,t)=

r|

(r)+ (o

-

t)-r:,.

(r)

lW

t

t

s)

unde:

-

f*

tt)

-

entalpia

gazelor

de

ardere

reztkate

din

arderea

teoretic;

- Iou*

(t)

- entalpia

excesului de

aer;

t'*

(t)

=

(c

ir.,

.

v

fo,

+

c

*,

.

Y

i,

+

c

X ro

.

v

;

rr).

t

lxt

t

ttgl

Io*Q)=

i*or'Vior*

iruz

'

V

j,

+

i*ro't1ro

LkI

I

kg)

unde:

-

Cnoz,

Crz, Cruo

By-'^]

-

caldurile medii

specifice

intre

0 si

t

I

oC

]

ale

gazelor

triatomice

si

vaporilor

de

apa;

I2*

=

c,,n

'Yoo* 't

[w

ttts]

Il,*

=

iou

-Y ,*

l*l

t

tcsl

unde:

-

Cu*

iHl#-k]

-

caldura

specifica

a

aerului umed;

- i"*

[kJl#y]

-

entalpia

specifica

a

aerului umed;

3.

Calculul

randamentului si

consumului

de

combustibil

3.1.

Variatia

coeficientului

de exces

de

aer in lungul

canalelor

de

gaze:

Aa:

0,02

+

0,03

u*:

u,

*

Ao,

As:

0.02

0*= 1.22

3.2.

Randamentul

cazanului:

I

=10A

-(q*

+

eu.

*

e^)

,l

:

g2.934%

unde:

-

q"u

-pierderea

de caldura cu

gazele

de

mdere evacuare;

e"u

=

15.166%

-

q"o

-

pierderea

de

caldura

prin

ardere

chimic

incompleta;

ech

:

0.900%

-

q"*

-

pierderea

de

caldura

prin peretii

cazanului

in

exterior;

e*

:

1.000%

n

-,

=

9i.r00

=

I

*Q*'a*^)-

I

n'(to'a*).100

["/"]

I

r,(u,t)=

I\,Q)*

("

-

t) I:*(t)

lt

t t

t

sl

t",

=

340

o

C

Is

(t-

q"):

6438.193

kJ/kg

-

entalpia

gazelor

de ardere dupa

ultimul

schimbator de

caldura

h

=

20

o

C

Iru

Go,

o*)

=

36A.482

kJ&g

-

entalpia

gazelor

de

ardere la

temperatura

de

referinta

si

la

coeficientul de exces

de

aer la

evacuare;


5/13

t

Uxoq uNz

Hito

Cr*

L863 I.307 1.542

1.343

340

1.890 1.311 1.551 1.346

1.930 1.316 1.565

1.350

t

C"noz C"nl C"rzo C"

r.

1.600 1.295

1.494

t32A

20

1.640

1295

1316

1322

r00 1.700

1.295 1.050 t.325

unde:

-

Qr

[k&g]

-

puterea

calorica

inferioara

a

combustibilului;

- t""

F

C] -

temperatura

gazelor

evacrulte;

3.3.

Caldura

utila

transmisa

apei

din

cazan:

e,,:

d

$'*i;f,nr

ttl

unde:

-

A-: d: 3850 kg/h: 1-069444

kgls

- i': inzo

(t=340"C)

tk

ksl

- entalpia

aburului

satmat;

-

io"

=

ires

(t=20'C)ftilkgl

- entalpia

apei

de alimentare;

3.4. Consumul

de

combustibil:

g

=

-9n-Ws

trj

'l

.o.

100

4.

Calculul

focarului

4.1.

Temperatura

teoretica din focar:

r

r.(t,,a)=

n,

Y#-+

a.IlQo)lw

tt

sl

300

400

f*

6+oy:

5463.701

kJ&g

f*

qs+o)

:

4872.460

krkg

to*

1t;:

3a4J7z

kJkg

Iosuft):

zlt.547

wtkg

Q*:

69A.7D

tJ/s

i':

673

kJlkg

iu,:

27

k#kg

B:

0.021 kds

I*

(tt,

a):

4O052.41

kJkg

unde:

- Is"

(tb

a)

-

entaipia

gazelor

de ardere corespunzatoare

temperafurii

teoretice

si

coefieie.ntul

de exces de aer;

-

Qi

-

puterea

calorica

inferioara a

combustibilului;

-

q"1

-

pierderea procentuala

de

caldura

prin

ardere

chimic incompleta;

-

I0s.

(t0)

- entalpia

aerului teoretic

necesar arderii

unitatii

de combustibil la temperatura

mediului

ambaint;

1i

(r.

)=

C,

.V:,*

.

h W

I ksl f"

(h):

282.186

kJtkg

unde:

-

C,

kJl#"

K]-

caldura

specifica medie la

p

:

ct

a

aerului

Cu

=

1.325 uv#^

x

- Vo"

*

-

volumul

teoretic de

aer

umed;


6/13

-

h

f

Cl -

temperaturamediului

ambiant;

-

q

f

Cl

-

se determina

din diagrama

I

-

t;

4.2.

Temperatura

gazelor

de

ardere la iesirea

din

focar:

I

r,

(t,,a)-

t

r,0

,,o)=

ft

o,

lw

t

wl

698.510

kJ/s

1.13

h:

20

t:

1875

Qr

= 196.30i

kJls

s: 0.794 m

R:

0.400

m

r=

0.150

m

G-

0300

m

h:

0.17s m

H:

0.450

m

Vr:

0.1f 4

-'

Ar:

0.518

,r]

oc

oc

I*

(to

o)

=

30605.38 kJlkg

-

Is.

(L

a)

-

entalpia

gazelor

de

ardere

corespunzatoare

temperaturii

de

iesire

din focar

t

si

coeficienhrl

de exces

de

aer

din

focar;

-

qr*

[%]

-

pierderea

procentuala

de caldura

prin peretii

focarului;

q[

=0.4's*

l%]

q'

=

o.4oo%

-

consider:

tr=

1720

o

C

4.3.

Cnntitatea

de

caldura

realizata

prin

racirea

gezului

de la t6la t :

g,

=

B

.lt

*

{r,,o)-

t,,

(t,,o)-

*

r,7Vt

t

rl

4.4.

Cantitatea

de

caldura

realizata

prin

racirea

gazului

de

la tl

la t"*:

I

e,

=

B-1,

r,Q,,o)-

t

rok*,a*)-n^i{[

.o,fW

t,1

ez

= 502.20e

wrc

L

IUV

J

Este

indeplinita

conditia:

Q,

=

Q,

+

g,lW

t

sl

690."119

kJ/s

= Q,

=

l"+3,00=

4.5.

Grosimea

stratului

radiant

al

flacarii:

V

S

=

3.6.J-

l*1

ar

Se considera

focarul avand forma rmui

kunchi

de con:

-

raza

mare:

-

raza mica:

- generatoarea

aproximativa:

- inaltimea arzatorului:

-

H

[m]

-

inaltimea focarului;

unde:

-

Vr

t*']

-

volumul

focarului;

Vr

:

Ar'H

-

+

frn't

- zuprafata de

radiafie

a

focarului;

4.6.

Coeficientul

de

atenuare a

intensitatii radiatiei datorita

particulelor

de

funingine:

'

.u

l2-o.sl

?

r.tbarmf

r=0.03(r-")[,

looo

)h,

Kr=

0.410

llbar

m


7/13

unde:

-

pnzo

[bar]

-

presirmea partiala

a

vaporilor

de

apa;

-

pnoz

[bar]

-

presiunea partiala

a

gazelor

de

ardere triatomice;

4.8.

Factorul

de emisie

a

partii

luminoase a

flacarii:

- r

-(r,

*r7

)p-"

€.f,r=L-e'

4.9.

Factorul

de emisie

a

partii

neluminoase

a flacarii:

'

-

*)o'"

€fz=l--e-t"

4.10.

Factorul

de emisie

a flacarii:

tfl

=fi'ert+(t_

o)'en,

unde:

- ro

-

fraetiunea din volumul

focarului ccupat de

partea

luminoasa

4.11.

Coelicientul

de

pozitie

a

maximului

de

temperatura din focar:

M:a-b'x

unde: -

coeficienti ce depind de

natura combustibililor

lichizi:

focarului;

1

x--.h,

H

unde:

-H

[m]

-inaltimeafocarului;

-

hr

[m]

-

inaltimea de

amplasare a arzatorului;

4.12. Coeficientul de

murdarire

cu

mrsa

refractara a focarului:

-

pentru pacura:

-

x

-

amplasarea

relativa

a

maximului

de

temperatrra

din

focar

in

raport

cu

inaltimea

enr:

4.46264

erc:

0.25617

0.37590

0,58

M= 0.498

0.54

b:

0J0

0.210

H:

0.450

m

hr

=

0.095

m

(

=

0.ss0

4.13.

Coeficientul

ce

tine

cont de

schimbul

de

caldura dintre focar

si

gazele

de ardere:

B:

(0,6

-

1,0

)

p:

0.600


8/13


9/13

unde:

-

a1

;Wm2f]

- coeficient de

transfer termic de la

gazeTe

de ardere Ia

peretii

tevilor;

-

uz

IW/m'?K]

- coeficient de

hansfer

termic

de

la

peretii

tevilor

la

fluidul

rece;

La suprafata de schimb de caldura realizata

din tevi

prin

interiorul

carora circuia

emulsie

5.4.

Coeficientul

global

de

transfer

de

ealdura:

lr^-r

K

=_ff

lm,

K)

-reat

1 1

|

_+-

ar

a2

de

lungimea

relativa.

La

curgerea

longitudinala:

d*o:4's

7*l

u

unde:

-

S

[*1

- aria sectiunii

libere;

-

u

[m]

-

perimetrul

spalat de

gaze;

d,,

=

0.23

^

(*'

1*rlo*.p.0.0.

c,'9,'c,

fu

t*rx)

(:

(

u

)

d*,

In

functie de

t*

se citesc din

tabele

v, I, Pr,

c,, c6,

c*

,

="-'*

l"K)

,2

Kour:

68.43533

WmzK

11

_


10/13

unde:

-

VE"

tm3Jkg]

- debitul

gazelor

de

ardere

in

fascicol

;

-

B

tkC/sl

-

Consumul

de

eombustibil;

-

v0*u

[m3Nlkg]

-

Volumul

teoretic

de

gaze

umede:

,,=#-V*cl

unde:

-

o-

[om

C]

-

temperatura medie redusa;

),

=r.163.(o.otge+t

+a.7261-r].

+0.00149

-Dl)@

t*xl

(o.nz

+ 0.7 43

.

u

*

+ t.na

.

u)

-

0.404

.

u)

+

o.lsz

.

uflt

104

?r-

)

-101

,

=

(o.e+

+ 0.56 ,.,;-(o.st

0.690

"mC

r:

1.213

Wl#r

l*'ttl

v:

0.001056

m2is

Pr:

4.1998

ct

=

f

.000

ca: 1.000

c.:

0.652

d:

0.032

m

{

5.7.

Coeficient de

transfer

termic

prin

radiatie

de

la

gazele

de

ardere [a

peretele

tevii:

"(/

)

cu=

r

lil

*=

0'762

-

d

[m]

- diametrul

tevii

u,=cy.tf-Golwt*'rl

unde:

-

e

I

-

gradul

de negreala

al gazelor

de ardere;

uo=

f|*t,)fu

t*'x)

5.8. Numarul

de tevi:

x

=

huuil

A'.

unde:

-d

-diametrultevii

[m]

-1-lungimeatevii

[m]

A'=

ttr.d-ll*'7

N: 114.044

115.00

tevi

0.032 m

0.785

m

0.078917

m2

Gr:

cy:

tr:

Go:

tevi:>N

=

d:

t-

t-

A':

2.3s67

wl#r

0.95

0.952

2.65

Wm2K


11/13

6,

Calculul

fluido-dinamic

6.1.

Calculul

hidrodinamic

6.1.1. Caderea

de

presiune

datorata rezistentei de

frecare:

AP,

=

1,

+.Y

o.ftv

t*'l

td.2

unde:

d,

tml

-

diametrul

interior al

tevii;

-

w-

[m/s]

-

viteza

medie;

-

p*

[kg/m]J

-

densitatea

media

a

fluidului;

-

Re

-

criteriul

lui Reynolds;

Re

=w

'dnh

-Xa-coeficientulde&ecare;

u

I.r

=

0.316

6.1.2.

Caderea

de

presiune

datorata

rezistentelor

locale:

W2 r

-r

LPr"

=

€r.

.'l-.

p^

lu

t

*'f

2.

uude:

-

(1*

-

coeficient de

rezistenta locala;

6.1.3. Caderea

de

presiune

datorata

aceelerarii

fluidului:

6.1.4.

Caderea de

presiune

datorata

diferentei

de

nivel:

AP"u

=

g.H

.

p*

LW

t*'l

unde:

-H[m]-inaitimeaportiuniiconsiderate;

-

g

[m1s']

-

acceleratia

gravitationala;

6.2.

Calculul

gazo-dinamic:

6.2.1. Caderea de

presiune

datorata

rezibtentelor

de

frecare:

APs=

12.637

d

r:

0.02

W-:

3

P-:

0.6

Re:

2431.584

Xr:0'119248

N/#

m

m/s

kclrr.f

r/Re

r.

-"

-'*^

l"

xl

To

=7"+

lr

I

r]

APlo:

36.300

N/#

?_

Ltrc-

r

APu*=

0.000

N/m

AP.n:

3.532

N/m2

H:

0.6 m

g:

9.g10

m/s2

T":

1030

o

K

Tp:

1090

o

K

lbari)

Ah:

15.025

bari

- T"

[o

K]

-

temperatura medie

a

gazelor pe portirmea

considerata;

-

Tp

["

K]

- temperatura

medie

a

peretilor

spalati de

gaze pe portiunea

aleasa;


12/13

001

z

0t)0u

,

{rlftir

'.:(E6,F

'r.

r'

Et

EI 6ti

"..iHi+4Jl*

i

::.t?-:;

'i.j;l

.

\i'i

a:

\,3

3".

i"*

"i

'\

0081

r)oti

00sl

00i

1

00tt

outr

00zt

<

\

{

\

\.

\.

.\',

\

a

\

>.

\

\.

\

.'\..

i

(Irl0I

{

1

\

*{

h

fi

' -

d

G

:t

'oB

6

t'

',&mlr

"tr

f.'l

$\*

\

't

1.

h

\

\

4*

00t

\

\

\

{l

UU(

\.

\

\.

00I

_a,

1r

; .

oo

\o

r+

e\l o &

\o

q

f\I 13

0a

\o

{- N

et6taita{61

***#';

tD

f..r,)

*

{9

..{i

A

rq

OO

\O

\i-

f'l

c.I c.) c.l f.)


13/13

Ilniversitatea

Ivlaritid

Coushnla

Facultatea

de

Elwtromecanici

,'

Generatoare

de

Abur

si

Turbine

cu

Abur

si

Gaze

.

PROIECT

PROIECTAREA

U

TEI

CALI}ARIT\IE

CtI

ARZATOR

r-

-:

T--

.

PROFESOR:

UOCAT{ETE PAI}L

\,

&lT-{nn

SORIN

C-I-T\I

IER

AN:

IV

Cou$etl2{l3

-

2014

274264793-gatag-proiect.pdf

Documents